Servodiametro - Un pò di teoria ( e pratica )

[Fabio66]

Buogiorno a tutti, mi è capitato di imbattermi in un problema da risolvere, siccome io solitamente mi occupo di regolazioni

di processo ( portate,livelli ecc ) questa cosa non la conosco.

Devo realizzare una macchina composta da un paio di cilindri che pressano ( meglio stirano) un film e questi sono regolati in velocità quindi danno la velocità di linea

( parliamo di 200 / 300 mtri minuto )

A monte c'è uno svolgitore ed a valle un avvolgitore il cui diametro chiaramente varia durante la lavorazione.

Ho usato il "cerca" ma non ho trovato risposta alle domande che mi pongo.

Attualmente il tutto è gestito da schede elettroniche analogiche con azionamenti cc che non esistono più, cosi come non esiste più la

ditta costrutrice ( BMB elettronica industriale )

Il clinte mi chiede di buttare via tutto , sostituire con 3 inveter ed un plc laddove si possano impostare i dati di lavorazione

Ora la mia esperienza in fatto di inverter è limitata ad semplici regolazioni laddove passavo il set point e quello lavorava di conseguenza

non ho esperienza in merito a regolazioni di tiro ( meglio di coppia )

Le domande che mi pongo sono le seguenti :

1) la più banale : che tipo di inverter devo usare v/f o vettoriale ? ( con il cerca ho intuito vettoriale )

2) la formula di calcolo del diametro ??

3) sapendo il diametro, però all'avviamento, che tipo di riferimento devo passare all'inverter, visto che la macchian parte da ferma quindi non conosco il diametro ?

4) sempre legata alla 3 se anche conosco il diametro, lo imposto attraverso un dato operatore, come lego il diametro al riferimento che passo all'inverter?

ah dimentivavo ... il film è una lamina in lega d'argento larga circa mezzo metro ed i cilindri pressori hanno diametro 300 mm

se qualcuno mi aiuta.... e/o mi puo indicare dove posso trovare testi didattici sull'argometo

Grazie a tutti

[Livio Orsini]

Se devi controllare la coppia devi usare inverter di tipo vettoriale, forse possono essere sufficienti sensorless se sono di buona qualità come, ad esempio, i DTC dell'ABB o gli Yaskawa o i Mitsubishi (questi sono i tipi che userei io).

Se ti interessa, vai alla sezione didattica e leggiti il mio tutorial sulle regolazioni; trovi materilae sui servodiametri e sulle regolazioni degli aspi.

[adross]

A mio parere dovresti chiarire se si tratta di stiro del materiale che corre tra due cilindri con il secondo a velocità leggermente maggiorata

quindi il materiale si stira nel tiro della stazione a valle, oppure se si tratta di uno striramento per passaggio del materiale tra la fessura di due cilindri pressori a luce variabile o fissa. Non è il mio campo ma ritengo il chiarimento utile.

[Livio Orsini]

No Andros, Fabio66 ha descritto chiaramente un piccolo laminatoio dove i due cilindri di laminazione fungona anche da "pacer" tra svolgitore e avvolgitore. I due aspi sono regolati in tiro con servodiametro

[adross]

Ok grazie.

[Fabio66]

E' esattamete come dice Livio. Si tratta di un piccolo laminatoio per nastri in argento. Tra avvolgitore e svolgitore ci sono appunto 2 cilindri che pressano il materiale, sullo svolgitore anche se il tiro varia un pò nessun problema, ma sull'avvolgitore la costanza del tiro è determinante. avevamo pensato ad una cella di carico, ma questa è da escludere in quanto presuppone almeno un rullo laddove il metallo preme. Non posso metterlo poichè trattando argento, una volta uscito dai cilindri pressori, non deve toccare più nulla, in quanto la lamina lucida, si danneggia a contatto di un rullo ( già provato )

Il problema è che ne io ne il mio cliente abbiamo esperienza in materia.

Deve fare una nuova produzione sperimentale e si sta costruendo in casa la macchina recuperando meccanica da altre che ha già. Questa persona è una specie di inventore che ha fatto pure cose egregie, ma per questo mi sta chiedendo aiuto.

Per l'azionamento lo mettiano nuovo, il plc pure, visto che poi se non funziona nulla, o meglio il prodotto non dara risultati commerciali soddisfacenti, il tutto verrà riciclato per rewampare un'altra macchina.

Io come dicevo non ho esperienza in merito e l'ho pure fatto presente, ma il cliente insiste che "ce la si deve fare" e questo mi indotto ad accettare la sfida. (contento lui)

Ho dato una occhiata al tutor di Livio, ma devo dire che non ci ho capito un gran che. temo di affrontare un argomento che và al di la delle mie capacità.

Però penso che tutto è facile prima di essere stato difficile....

Non voglio trovare la pappa cotta per carità, ma solo aiuti nel realizzare la funzione di calcolo del diametro, e quindi anche quale tipo di segnali portare a questa funzione.

Sono appunto nella sezione didattica perchè volio imparare

Leggendo il tutorial al punto 5.1 , trovo un pò di codice fornito per calcolare il diametro, ma non cpisco il significato di alcune variabili in gioco.

Qualcuno può spiegarmele meglio ?

Grazie a tutti

[walter.r]

Ciao Fabio66, volevo provare a suggerirti una cosa.

L'avvolgitore con servodiametro è una ottima soluzione tecnica, ma se devi solo fare un esperimento.... hai provato a controllare il motore dell'avvolgitore solo con regolazione di coppia ??

Ho fatto in passato macchine che, se non hai necessità di elevate velocità e brevi tempi di rampa, funzionavano benissimo con dei motori brushless regolati in limitazione di coppia.

In pratica dai all'avvolgitore un riferimento di velocità sufficiente a farlo essere un po' più veloce del materiale e gli limiti la coppia erogabile fino ad avere "tiro" sufficiente per le esigenze del materiale.

Lui tenderebbe a girare più veloce, e quindi a "strappare", ma non avendo coppia sufficiente sta lì buono buono e tira...

Potrebbe anche funzionare......

[Livio Orsini]

Il servodiametro, per l'appunto, lavora limitando la coppia. Il problema è che, all'aumentare del diametro, per mantenere costante il tiro sul materiale è necessario aumentare proporzionalmente la coppia. Il tiro è una forza, pertanto F=Cm/l. Dove CM è lam coppia in Kgm, l è il raggio in m e F è il tiro kg.

Pertanto, considerando costante il valore di F, Cm = F*l.

Il sistemna più semplice per calcolare il diametro è eseguire il rapporto tra la velocità angolare del traino (calandra) e quella dell'aspo. Il valore che esce, moltiplicato per una costante, funge da "l" nella formula precedente, quindi se si usa una costante che raggruppa valore di tiro impostato e coefficiente di diametro, il valore di coppia è proprozionale al rapporto tra velocità angolare del traino divisa per la velocità angolare dell'aspo.

Modificato: 6 marzo 2007 da Livio Orsini

[walter.r]

Il servodiametro, per l'appunto, lavora limitando la coppia.

Certo, Livio, l'effetto finale è quello, il tuo ragionamento non fa una grinza.

Però potresti gestire mediante un servodiametro un azionamento a piena corrente, lavorando solo sul riferimento di velocità.

Il mio intervento partiva dalla considerazione che, trattandosi di argento, quindi un metallo, difficilmente il rapporto fra i diametri massimo e minimo sarà un numero molto elevato, perchè un metallo non lo puoi "stringere" troppo e un diametro molto alto a bobina piena significa molto peso.

Quindi, per fare prove funzionali, pensavo che un drive con riferimento di velocità anche fisso e regolazione della coppia mediante un potenziometro potrebbe andare benissimo.

Poi, se si farà una macchina definitiva, beh, può essere che il servodiametro diventi necessario.......

[Fabio66]

Grazie per le informazioni, oggi pomeriggio od al peggio domani, provo a buttare giù qualcosa per fare una specie di simulazione.

Per il momento so che l'argento sarà una lamina larga 50 cm di spessore 0,1 mm quello "grosso" e 0,07 quello sottile.

il tamburo di avvolgimento sarà circa 500 mm vuoto ed avrà diametro al termine dell'avvolgimento di circa 550/560 dai calcoli che abbiamo fatto

Il problema principale, come ho detto è nel diametro in avvolgimento. essendo una lamina così sottile, e lucida tende immediatamente a fare grinze se non è tesa al punto giusto oppure essendo calda ( non vi ho detto che tra lo svolgitore ed i cilindri pressori c'è un forno a 500 °c) se la tiro troppo si strappa subito è un punto molto delicato e sta proprio quì il trucco.

attualmente in commercio, mi dice il cliente che nessuno produce in rotoli questa roba, ma lui vuole tentare visto che se funziona si abrebbe un un buon ricavo ( per lui ovviamente ) per me solo le ore e la soddisfazione di aver fatto qualcosa che non conoscevo.

Potrei provare manualmente a regolare la coppia, ma questo so già che funziona, a me serve qualcosa che riproduca questa azione in modo automatico

PS grazie ancora a tutti, vedrete che non mancherò di tornare a far domande

[Livio Orsini]

..attualmente in commercio, mi dice il cliente che nessuno produce in rotoli questa roba, ma lui vuole tentare ....

Ci credo . Non è agevole progettare un servodiametro che mantenga costante un tiro che presumo sia piuttosto basso in valore assoluto.

Ti consiglio:

1 - Scelgi un motore che abbia una coppia massima maggiore di poco alla massima richiesta (diametro massimo con tiro massimo)

2 - Scegli un azionameto dove si possa regolare la coppia in modo facile e ripetitivo, con un motore che dia valori costanti per un ampio spettro di variabili ambientali.

Se dovessi farlo io sceglierei un "vecchio" motore c.c. a magneti permanenti con driver di tipo chopper.

Comunque abbandona l'idea dell'inverter, anche se vettoriale ad anello chiuso. Al limite un brushless, ma non è il massimo per l'applicazione. Le rampe di accelerazione e frenatura devono essere lunghissime, in modo che la richiesta di extra coppia per compensare il momento d'inerzia sia trascurabile rispetto alla coppia necesaria al tiro.

Si può anche inserire una funzione per la compesazione ma, vista la tua esperienza e la delicatezza della macchina, non te lo consiglio.

Presumo, da quello che scrivi, che sia necessaria la funzione Taper; questa funzione diminuisce il tiro con l'aumentare del diametro. Serve per evitare lo scorrimento, su se stese, delle spire interne dell'avvolgimento. Forse alla fane non sarà necessario effettuare la regolazione di tiro. La diminuzione del tiro dovuta al crescere del diametro combina con quella richiesta dal taperaggio.

Per Walter

Senza polemiche però un servodiametro, per definizione, regola solo in coppia.

Modificato: 6 marzo 2007 da Livio Orsini

[walter.r]

Senza polemiche però un servodiametro, per definizione, regola solo in coppia.

Senza assolutamente polemiche, Livio :) , ma in passato ho fatto macchine in cui il calcolo del diametro andava a modulare un aspo regolato in velocità. Non funzionava nemmeno troppo male, anche se è vero è che nel loop di controllo del tiro c'era anche una cella di carico, quindi non si andava "di puro calcolo"....

Dai dati che ci da Fabio66 si vede bene quello che pensavo, cioè che la differenza fra i diametri è solo di 50-60 mm, quindi la differenza sull'erogazione della coppia in funzione del diametro è molto ridotta (l'incremento è del 10%..).

Inoltre, per la mia esperienza, i metalli non vengono "tirati" con pochissimi kg, perchè altrimenti non si avvolgono bene; non so quanto sia duttile l'argento caldo ( la mia esperienza è limitata a volgare lamina d'alluminio ..... ), ma credo che si parli di un valore di almeno 10 o 15 kg di tiro.

Nel tuo riferimento al Taper hai condensato il motivo per cui pensavo, e sono tuttora convinto, che con quei dati di lavoro si possa usare un valore fisso di coppia motrice.

Per il resto, concordo con te sul fatto che il motore c.c. è il migliore per quanto riguarda la "rotondità" di funzionamento, e quindi potrebbe essere la scelta migliore.

Ho ottenuto buoni risultati anche con i brushless, ma permane una sensazione di "ruvidità" di funzionamento, anche se poi sul materiale non si vede....

[Livio Orsini]

Senza assolutamente polemiche, Livio , ma in passato ho fatto macchine in cui il calcolo del diametro andava a modulare un aspo regolato in velocità......

Questo non è un servodiametro. Per servodiametro si intende, nella sua normale accezione, un regolatore di coppia in funzione del diametro, rigorosamente ad anello aperto.

Ai vecchi tempi tutte le aziende produttrici di azionamenti e a utomazione avevano in catalogo servodiametri variamente complicati. Si andava da un'unica scheda sino ad un rack con alcune schede. Tutto rigorosamente analogico. Ricordo quello di una grande azienda in cui ho lavorato. Era stato concepito per controllare aspi di cartiere e, nella versione più completa, occupava un intero cestello Euro2. C'erano tutte le compensazioni per attriti, per accelerazioni, funzione taper e altre.

Quello di cui parli tu non è un servodiametro, ma un calcolatore di diametro per generare il feedforward di velocità angolare, con reazione di tiro da cella di carico.

Rigurado alle tue considerazioni sulla macchina in questione concordo con te, addirittura ritengo che il tiro sia anche inferiore. Anch'io mi limiterei ad impostare un valore di tiro e non effetturei regolazioni per il diametro. In fin dei conti la variazione del braccio (raggio) è <=12%, quindi la variazione del tiro dovuta al diametro sarà al massimo del 12%. Tra la riduzione del tiro per effetture il "taper" e le varie tolleranze alla fin fine con il servo diametro ha pochissima influenza positiva sulla qualità dell'avvolgimento. mentre invece, se mal realizzato, avrà una pessima influenza sulla qualità dell'avvolgimento.

Il bilancio costi - benefici è tutto a fovore di un riferimento costante di coppia come suggerivi inizialmente.

Modificato: 6 marzo 2007 da Livio Orsini

[walter.r]

Per servodiametro si intende, nella sua normale accezione, un regolatore di coppia in funzione del diametro, rigorosamente ad anello aperto.

OK, ci siamo capiti. Tu conosci la "storia" di questi oggetti, e per te un servodiametro è un oggetto "fisico" che realizza una funzione.

Per me un servodiametro è un oggetto software che mi aiuta a modulare la velocità di un aspo per evitare che strappi il materiale tirando come un asino o che lo afflosci come...... beh, lasciamo perdere.. :lol:

A tutto c'è una spiegazione....