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TG005-0/I
NEW Regolatori Digitali per controllo assi 2009
Gli sviluppi Atos di elettronica digitale sono rivolti all'integrazione delle funzioni di controllo asse nell'elettroidraulica
proporzionale, sia in formato integrato a bordo valvola che per montaggio a pannello.
I nuovi controllori digitali, possono essere facilmente configurati per gestire al meglio posizione, velocità o forza, in anello
chiuso di controllo, di qualsiasi asse elettroidraulico pilotato da una valvola proporzionale digitale.
I nuovi controllori migliorano le prestazioni del movimento dell’asse, semplificano l’architettura d’automazione e possono
interfacciarsi ai bus di campo dell’unità principale di controllo macchina.
La seguente tabella confronta in maniera sintetica i nuovi regolatori digitali per il controllo assi, dalla soluzione più semplice
al top di gamma.
Nuovi Regolatori Digitali per controllo assi: tabella riepilogativa
/S* Driver
Z-RI-TEZ
Z-ME-KZ
Z-BM-HZ1 (HZ2)
Funzione Principale
Controllo
Portata /
Pressione
Controllo Asse
Integrato
Controllo Asse
Eurocard
Controllo Asse
modulare
Formato
Integrato
Integrato
Eurocard
Modulare su guide
DIN
Funzione di controllo valvola
Nr. Assi controllati
Programmazione cicli interni
Software grafico di programmazione
Pannello operatore
Controllo di posizione
Sincronismo assi
Interfaccia trasduttore di posizione:
“
1
“
1
semplice
“
“
1
completa
“
“
“
“
1/2
“
1
1
1
“ opzionale
1/2
“
1
1
1
“ opzionale
2
“
“
(“)
1 (2)
1 (2)
1 (2)
“ opzionale
1/2 (2/4)
“
Taratura parametri valvola : bias, rampa,
scala, linearizzazione
Compensazione non linearità sistema
idraulico
Interfaccia seriale RS232
“
Valori fabbrica
“
Valori fabbrica
“
“
“
“
“
“
Interfaccia fieldbus CANopen
“
“
“
“
Interfaccia fieldbus PROFIBUS
“
“
“
“
Interfaccia fieldbus POWERLINK
“
“
Interfaccia trasduttore di posizione: SSI
Interfaccia trasduttore di posizione:
Controllo alternato Pressione / Portata
Interfaccia trasduttore pressione:
Taratura parametri controllo: dither, PID
1 (2)
estesa
“
“
“
“
Interfaccia di rete ETHERNET
Ingressi Digitali
1
fino a 2
9
12 (24) + moduli
Uscite Digitali
1
fino a 2
8
12 (24) + moduli
Ingressi Analogici Ausiliari
2
fino a 2
6
1+moduli
Uscite Analogiche Digitali
Codici Bosch Rexroth equivalenti con
Connessioni elettriche compatibili
2
IAC-P
pin to pin
2
IAC-R
pin to pin
3
HACD
pin to pin
1+moduli
HNC-100
----
Sfondo grigio = soluzioni alternative per sistemi con trasduttori di posizione ed interfacce di comunicazione.
Le seguenti quattro pagine riportano una dettagliata descrizione delle principali funzioni, caratteristiche e prestazioni dei
controllori.
TG005
/S* = controllo alternato di pressione/portata per valvole standard
Tabella Tecnica G212-0/I
/SP controllo della pressione con trasduttore di pressione
Una soluzione semplice per il controllo alternato di pressione/portata è rappresentata dall’opzione /SP dei regolatori digitali
standard E-RI-TES (LES) integrati a bordo delle valvole proporzionali con trasduttore di posizione integrato. L’opzione /SP infatti
aggiunge alle funzioni di base delle valvole proporzionali direzionali o delle cartucce un controllo di pressione in anello chiuso.
Un trasduttore di pressione analogico deve essere montato sulla linea idraulica mentre un segnale di comando della pressione
dovrà essere fornito al driver della valvola in aggiunta al segnale di comando principale.
La commutazione dal controllo di pressione a quello di portata (e viceversa) può essere ottimizzata grazie a specifiche regolazioni
software, per ridurre fenomeni d’instabilità e vibrazioni. Un algoritmo dedicato e programmabile all’interno del software seleziona di
volta in volta quale controllo attivare.
Descrizione funzionale:
Controllo di Portata : è attivo quando il valore della pressione reale del sistema è inferiore al segnale
di comando della pressione – la valvola funziona normalmente per regolare la portata controllando in
anello chiuso il cursore/otturatore attraverso il trasduttore di posizione integrato
Controllo di Pressione : viene attivato quando la pressione reale supera il segnale di comando della
pressione – il driver riduce la regolazione di portata della valvola (posizione del cursore/otturatore) per
mantenere stabile la pressione del sistema. Se la pressione misurata scende al di sotto del suo valore
di comando, il controllo di portata viene riattivato. Il controllo di pressione può essere ottimizzato in
funzione delle differenti caratteristiche di sistema, selezionando fino a 4 differenti configurazioni dei
parametri di guadagno PID. Le configurazioni sono memorizzate nel driver possono essere attivate
durante il movimento dell’asse dall’unità di controllo macchina attraverso comandi on/off o tramite
bus di campo
Valvole direzionali 3-vie o cartucce – primi due schemi lato
Le nuove valvole proporzionali /SP realizzano il controllo P/Q alternato fornendo una dinamica e
accuratezza migliore rispetto alle soluzioni convenzionali, che utilizzano due differenti valvole
proporzionali per il controllo di pressione e portata
Cartuccia 3-vie
/SP - Portata / Pressione
Valvola direzionale 3-vie
/SP - Portata / Pressione
Valvole direzionali 4-vie – il terzo schema a lato mostra una valvola proporzionale 4-vie con opzione
/SP che controlla il movimento di un cilindro a doppio effetto. Il controllo di pressione integrato viene
realizzato in abbinamento ad un trasduttore di pressione e utilizzando un cursore specificatamente
progettato per stabilizzare la regolazione di pressione sia in fase statica che dinamica. Un controllo
unidirezionale di pressione semplice e competitivo viene così implementato sull’attuatore
Sulla base di questa tecnologia sono state sviluppate soluzioni innovative, come ad esempio la
famiglia dei cursori V9 grazie alla quale con una sola valvola digitale è possibile controllare le fasi di
“iniezione, mantenimento della pressione e contropressione” nelle presse iniezione plastica. La
scheda assi dell'unità elettronica della macchina controlla il movimento mentre l’opzione /SP realizza il
controllo alternato di pressione.
Valvola direzionale 4-vie
/SP - Portata / Pressione
/SL controllo di forza abbinato a cella di carico
L’opzione /SL può essere integrata su valvole proporzionali direzionali a 4-vie per ottenere un
controllo di forza in abbinamento alla cella di carico analogica sull’attuatore, vedere schema a lato.
Il segnale di riferimento della forza viene fornito al driver digitale in aggiunta al segnale di riferimento
principale della posizione del cursore della valvola. Lo stesso algoritmo utilizzato per l’opzione /SP
seleziona di volta in volta quale controllo attivare.
Un applicazione di successo realizzata da Atos è quella di un sistema utilizzato per test a fatica delle
strutture di aeromobili, in cui velocità e forza vengono controllate secondo una curva predefinita
dipendente dal tempo. Le valvole /SL controllano la forza di trazione e di spinta con elevata dinamica,
accuratezza e ripetibilità anche grazie all’ottimizzazione del passaggio dal controllo di forza a quello di
portata e viceversa.
Valvola direzionale 4-vie
/SL - Portata / Forza –
cella di carico
/SF controllo di forza in abbinamento a trasduttori di pressione
L’opzione /SF ha le stesse funzionalità della /SL; come raffigurato a lato, due trasduttori di pressione
sono montati sulle linee di alimentazione del cilindro a doppio effetto per misurarne la forza.
I trasduttori di pressione offrono notevoli vantaggi rispetto alle celle di carico in termini di disponibilità
sul mercato, costi competitivi, facilità di implementazione in configurazioni già esistenti ed un più facile
interfacciamento al sistema.
Viceversa le celle di carico forniscono una maggior accuratezza perché non vengono influenzate
dall'attrito delle guarnizioni del cilindro (fenomeni d’incollamento e dinamici) e dalla turbolenza di
pressione nella vena fluida.
Le valvole proporzionali in opzione /SF sono utilizzate nell’industria cartiera nel controllo della
compensazione alla flessione dei cilindri di calandratura, per ottenere uniformità dello spessore
della carta su tutta la lunghezza dell’aspo. Altra applicazione tipica è il bilanciamento del carico
nelle macchine utensili, in modo particolare nelle rettifiche di grandi dimensioni.
Valvola direzionale 4-vie
/SF - Portata / Forza
PA-PB
legenda:
trasduttore di pressione
trasduttore di posizione valvola
cella di carico
Z-RI – Schede di controllo asse
Tabella Tecnica G330-0/I
I nuovi controllori digitali Atos Z-RI sono previsti a bordo delle valvole proporzionali direzionali a
4-vie equipaggiate con trasduttore di posizione integrato, dirette o pilotate. Gli Z-RI operano sia le
funzioni base delle schede assi digitali che il controllo di posizione in anello chiuso dell’attuatore
lineare o rotativo collegato alla valvola (figura a lato).
La selezione delle interfacce elettroniche deve essere specificata nel codice del controllore per
ciascuno dei seguenti trasduttori di posizione, sia integrato che esterno all’attuatore:
-
potenziometrico analogico
induttivo analogico
magnetosonico analogico
magnetosonico digitale
encoder digitale lineare o rotativo
(
(
(
(
(
segnale in tensione )
segnale in corrente)
segnale in tensione o corrente)
interfaccia SSI seriale )
segnale di logica TTL )
Valvola Atos con controllore Z-RI
Due sono le principali modalità funzionali per la selezione del segnale di comando via software:
- segnale di comando in real-time da ingresso esterno; analogico o digitale via bus di campo
- elaborazione interna di semplici cicli di movimento, programmabili da PC con software Atos,
che possono quindi essere attivati in sequenza dall’unità elettronica di controllo macchina
Interfacce disponibili:
- fino a 2 ingressi analogici per segnali di comando, posizione (default) e pressione (opzione /S*)
- fino a 2 uscite analogiche per monitor, posizione (default) e pressione nell’ opzione /S*
- fino a 2 ingressi ON/OFF per comunicazione logica con l’unità elettronica di controllo
macchina: selezione di cicli di movimento e comando di inibizione in caso di allarme macchina
- fino a 2 uscite ON/OFF per la rilevazione di anomalie del controllore e per diagnostica dello
stato dell’asse
- 1 interfaccia di comunicazione (seriale RS232, CANopen o PROFIBUS DP)
Controllo Posizione con valvola
direzionale a 4-vie
Funzionalità aggiuntive :
- programmazione via software del controllore compresa la compensazione delle principali
caratteristiche idrauliche del sistema, dei guadagni PID in anello chiuso e della massima
finestra di errore
- funzione di compensazione elettronica dell’attrito delle guarnizioni dell’attuatore
- alimentazione elettrica separata per il circuito del controllore e per lo stadio di uscita del
solenoide che consente fermo-asse d’emergenza in totale sicurezza, mantenendo attivo il
regolatore e la comunicazione con il bus di campo dell’unità elettronica di controllo macchina
- disponibilità di tutte le opzioni /S *, per combinare controlli alternati in anello chiuso di
pressione o di forza al controllo di posizione; in questo caso sono disponibili interfacce
aggiuntive per il collegamento di 1 cella di carico o di 1-2 trasduttori di pressione.
- funzione di oscilloscopio in “real time” per analizzare dinamicamente le prestazioni della
valvola e dell’asse
- diagnostica dettagliata dello status dell’asse, errori e anomalie
- taratura via software di procedure di sicurezza predefinite in caso di guasto
La valvola digitale con controllore integrato Z-RI può essere fornita già montata a bordo del
servocilindro Atos e collegata al suo trasduttore, in modo da realizzare un’unità intelligente per il
controllo del movimento, chiamata “servoattuatore”.
Tale esecuzione velocizza l’installazione e lo start-up dell’asse elettroidraulico, semplificando
l’architettura di controllo di tutta la macchina.
Controllo Posizione / Forza con
valvola direzionale a 4-vie
Controllo Parison
L’esecuzione integrata ed il numero limitato di interfacce elettriche può comportare la necessità
di realizzare personalizzazioni delle meccaniche, del firmware e del software, tali da richiedere
una stretta collaborazione tecnica e una dettagliata analisi in fase di supporto vendita, che si
giustifica solo ed esclusivamente per clienti direzionali.
Le figure a lato mostrano due tipiche applicazioni del controllore Z-RI:
Parison: il servoattuatore Parison integra la valvola servoproporzionale a 4-vie con il controllore
integrato Z-RI per controllare in anello chiuso la posizione del Parison nelle macchine per
soffiaggio plastica. L’unità elettronica centrale di controllo macchina fornisce in tempo reale al
controllore i segnali analogici di comando della posizione dell’asse e riceverà in cambio il monitor
della posizione reale del Parison.
Punzonatura: il controllore a bordo di una valvola pilotata a 4-vie di controllo direzione è in grado
di gestire la posizione dell’asse di punzonatura, generando i cicli di movimento ed il relativo
controllo in anello chiuso di posizione. L’unità elettronica centrale di controllo macchina
sincronizza la cadenza di punzonatura con la traslazione della lamiera attraverso l’interfaccia
ON-OFF sulla scheda assi: segnali in ingresso (avvio nuovo ciclo) ed in uscita (fine ciclo).
Profilo di Punzonatura
legenda:
trasduttore di pressione
trasduttore di posizione valvola
trasduttore di posizione cilindro
Z-ME-KZ – Schede di controllo asse in formato Eurocard
Tabella Tecnica G340-0/I
I nuovi controllori digitali Atos Z-ME-KZ sono schede assi che rispondono ai più recenti sviluppi della
moderna tecnologia d’automazione e sono state specificatamente progettate per applicazioni
elettroidrauliche.
L'esecuzione Eurocard consente di estendere la quantità delle interfacce elettroniche disponibili e le
funzionalità, ottenendo così delle unità di controllo dell’asse più versatili e flessibili nell’utilizzo.
Queste schede assi devono essere interfacciate a valvole proporzionali direzionali a 4 vie, analogiche
o digitali, che sono collegate all’attuatore da controllare. I controllori generano un segnale analogico in
tensione o in corrente al driver elettronico di comando valvola.
Per realizzare il controllo di posizione, la scheda asse deve essere connessa al trasduttore di
posizione dell’attuatore e può essere interfacciata a qualsiasi tipo di trasduttore utilizzabile con i
precedenti controllori Z-RI, senza alcuna richiesta di selezione.
Z-ME-KZ scheda Assi Atos
Interfacce disponibili:
-
6 ingressi analogici
3 uscite analogiche
9 ingressi ON/OFF
8 uscite ON/OFF
(in tensione o corrente, selezionabili via software)
(in tensione o corrente, selezionabili via software)
(1 di abilitazione + 8 programmabili)
(1 di stato + 7 programmabili)
Le sopraccitate interfacce sono tutte disponibili contemporaneamente per consentire la
comunicazione con l’unità di controllo macchina relativa alla selezione dei cicli di movimento,
inibizione in caso di allarme macchina e diagnostica. Inoltre possono essere collegate a trasduttori
ausiliari (ad esempio di temperatura), o dedicati alla gestione di elettrovalvole di sicurezza ausiliarie
per realizzare configurazioni sicure di sistema in caso di guasto o allarme.
Le funzionalità supplementari sono le stesse della versione Z-RI-TEZ con in aggiunta :
- interfaccia RS232 dedicata per la connessione al software di programmazione Atos
- interfaccia separata per la comunicazione con bus di campo: CANopen o PROFIBUS DP
- display e pulsanti sul pannello frontale per una rapida programmazione dei parametri e diagnostica
senza l’ausilio del software
- elaborazione interna di cicli di movimento, programmabili da PC con software Atos ed attivabili in
sequenza dall’unità elettronica centrale di controllo macchina
Controllo di Posizione con
Valvola direzionale 4-vie
Il controllo di pressione o di forza in anello chiuso può essere alternato al controllo principale di
posizione con semplici impostazioni via software. In questo caso trasduttori di pressione o celle di
carico addizionali devono essere installate nel sistema idraulico e collegate alle relative interfacce
analogiche disponibili sulla scheda, come mostrato nella figura a lato.
Le schede d’assi Z-ME-KZ sono particolarmente indicate per controllo di movimento di un singolo
asse con interfacciamento multiplo a sottosistemi ausiliari della macchina come sensori di prossimità,
valvole e circuiti di sicurezza, comandi manuali azionabili da operatori in fase di avviamento ed
emergenza, gestione sequenziale di movimenti coordinati con altre schede assi.
Grazie alla loro struttura flessibile e versatile ed all’utilizzo intuitivo del software di programmazione
Atos per PC, le schede d’assi Z-ME-KZ possono essere facilmente adattate ed ottimizzate per ogni
applicazione specifica da semplici distributori o clienti.
Specifici corsi di aggiornamento su soluzioni innovative sono disponibili per chi ne fa richiesta.
Per applicazioni standard e ripetitive che richiedono l’integrazione spinta con l’automazione della
macchina ed un elevato numero di interfacce, Atos può fornire direttamente ai principali OEMs le
schede d’assi Z-ME-KZ con specifici software e firmware ottimizzati secondo le loro esigenze
applicative. In questo caso è necessaria una dettagliata analisi in fase di prevendita.
Il controllore digitale Atos Z-ME-KZ realizza le stesse funzioni della scheda asse Bosch Rexroth
HACD, con tarature via software del tutto simili.
Controllo di Posizione / Forza
con Valvola direzionale 4-vie
legenda:
trasduttore di pressione
trasduttore di posizione valvola
trasduttore di posizione cilindro
Z-BM-HZ - Schede di controllo asse modulare su guide DIN
Tabella Tecnica G350/I
I nuovi controllori Atos Z-BM-HZ sono schede assi potenti e ad elevate prestazioni adatte per
montaggio modulare su guide DIN. Le funzioni di base sono simili alle precedenti schede Z-ME-KZ
ma, grazie all’estesa potenza di calcolo, possono controllare sino a due assi idraulici con cicli di
movimento indipendenti o sincronizzati.
Il loro concetto modulare consente di configurare un’ampia combinazione di interfacce ON-OFF ed
analogiche a seconda degli specifici requisiti delle applicazioni e di gestire anche un elevato
numero di logiche ausiliarie come sensori di prossimità, valvole e circuiti di sicurezza, comandi
manuali azionabili da operatori in fase di avviamento ed emergenza, gestione sequenziale di
movimenti coordinati e/o sincronizzati con altre schede assi.
Il ciclo di movimento può essere programmato nella scheda assi con diverse configurazioni di
comandi e funzioni, alternati a differenti controlli d’anello (posizione, velocità, accelerazione e forza)
contemporaneamente attivi sull’asse elettroidraulico.
Le caratteristiche di regolazione della valvola (lineare, progressiva, ecc.), la dimensione ed il
rapporto d’aree del cilindro e molte altre caratteristiche fisiche del sistema possono essere
direttamente configurate nel controllo, il quale provvederà automaticamente a compensare i loro
effetti sulle prestazioni del controllo asse.
Scheda assi Atos Z-BM-HZ
Il controllore digitale Atos Z-BM-HZ si posiziona al top della gamma delle unità ad alte prestazioni
per il controllo di assi elettroidraulici.
La figura sotto schematizza una tipica applicazione in cui il controllore Z-BM-HZ2 controlla la
sincronizzazione di due assi con limitazione aggiuntiva della forza, secondo il principio “Master/
Slave”.
La scheda assi Atos genera internamente e in tempo reale il profilo del movimento per il
servoattuatore “Master” (posizione/tempo 2.1 ) e il riferimento di forza massima (forza/tempo 2.2 ) per
entrambi gli assi. Il segnale di retroazione della posizione del Master viene utilizzato come
riferimento di posizione per lo “Slave”.
Tutti i cicli di lavoro possono essere facilmente programmati e memorizzati grazie all’impiego del
software Atos per PC Z-SW-HZ.
I valori di retroazione, misurati dal trasduttore di posizione nel cilindro e dai trasduttori di pressione
installati nel sistema, vengono elaborati nelle interfacce di ingresso del Z-BM-HZ.
Il processore interno calcola per ogni servoattuatore la dinamica PID dell’anello chiuso di
posizione/ velocità alternato al controllo di forza (PA-PB). La CPU confronta i segnali di riferimento
di posizione/ forza generati internamente con i relativi valori di retroazione in ingresso; la differenza
tra i valori viene elaborata da algoritmi PID per generare il segnale di comando alle valvole
proporzionali 3.1 e 3.2
Il controllo alternato di forza è presente durante l’intero ciclo di movimento e viene attivato se il
valore di riferimento PA-PB raggiunge il suo massimo.
Nel caso in cui venga attivata la limitazione di forza sull’asse “Slave”, quest’ultimo diventa
immediatamente “Master” così da evitare possibili disallineamenti tra i due attuatori.
legenda:
1
Machine
Control
Unit
2.1
1
controllore Z-BM-HZ2
2.1
profilo posizione/tempo
2.2
profilo forza/tempo
3.1
3.2
valvola direzionale 4-vie
4.1
4.2
cilindro a doppio effetto
2.2
4.1
3.1
04/09
4.2
3.2
trasduttore di pressione
trasduttore di posizione valvola
trasduttore di posizione cilindro