NEW Regolatori Digitali per controllo assi 2009

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1 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 Integrato Eurocard Sfondo grigio = soluzioni alternative per sistemi con trasduttori di posizione ed interfacce di comunicazione. modulare Formato Integrato Integrato Eurocard Modulare su guide DIN Funzione di controllo valvola Nr. Assi controllati (2) Programmazione cicli interni semplice completa estesa Software grafico di programmazione Pannello operatore Controllo di posizione Sincronismo assi () Interfaccia trasduttore di posizione: (2) Interfaccia trasduttore di posizione: SSI (2) Interfaccia trasduttore di posizione: (2) Controllo alternato Pressione / Portata opzionale opzionale opzionale Interfaccia trasduttore pressione: 1/2 1/2 2 1/2 (2/4) Taratura parametri controllo: dither, PID Taratura parametri valvola : bias, rampa, scala, linearizzazione Compensazione non linearità sistema idraulico Valori fabbrica Valori fabbrica Interfaccia seriale RS232 Interfaccia fieldbus CANopen Interfaccia fieldbus PROFIBUS Interfaccia fieldbus POWERLINK Interfaccia di rete ETHERNET Ingressi Digitali 1 fino a (24) + moduli Uscite Digitali 1 fino a (24) + moduli Ingressi Analogici Ausiliari 2 fino a moduli Uscite Analogiche Digitali moduli Codici Bosch Rexroth equivalenti con IAC-P IAC-R HACD HNC-100 Connessioni elettriche compatibili pin to pin pin to pin pin to pin ---- Le seguenti quattro pagine riportano una dettagliata descrizione delle principali funzioni, caratteristiche e prestazioni dei controllori. TG005

2 /S* = controllo alternato di pressione/portata per valvole standard Tabella Tecnica G212-0/I /SP controllo della pressione con 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 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 Valvola direzionale 3-vie 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 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. /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. /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. /SF - Portata / Forza PA-PB cella di carico

3 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 ( segnale in tensione ) - induttivo analogico ( segnale in corrente) - magnetosonico analogico ( segnale in tensione o corrente) - magnetosonico digitale ( interfaccia SSI seriale ) - encoder digitale lineare o rotativo ( segnale di logica TTL ) 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) 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. 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). Valvola Atos con controllore Z-RI Controllo Posizione con valvola direzionale a 4-vie Controllo Posizione / Forza con valvola direzionale a 4-vie Controllo Parison Profilo di Punzonatura

4 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. Interfacce disponibili: Z-ME-KZ scheda Assi Atos - 6 ingressi analogici (in tensione o corrente, selezionabili via software) - 3 uscite analogiche (in tensione o corrente, selezionabili via software) - 9 ingressi ON/OFF (1 di abilitazione + 8 programmabili) - 8 uscite ON/OFF (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 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 con Controllo di Posizione / Forza con

5 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 Machine Control Unit 1 controllore Z-BM-HZ2 2.1 profilo posizione/tempo 2.2 profilo forza/tempo valvola direzionale 4-vie cilindro a doppio effetto /09

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