SISTEMA DI CONTROLLO DIGITALE REAL TIME RT3

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1 SISTEMA DI CONTROLLO DIGITALE REAL TIME RT3 MANUALE OPERATIVO Gennaio 2008 RT3: Manuale Operativo gennaio

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3 SOMMARIO pagina 1 Introduzione 5 2 Installazione dell hardware 6 3 Principi del loop di controllo 9 4 Caratteristiche del sistema RT Composizione tipica del sistema di controllo Controllore RT Personal Computer Descrizione del software di gestione del sistema RT Parametri PID Servovalvola Channel limit channel Definizione modalità di controllo Definizione canali di acquisizione Assegnazione trasduttori Definizione canale calcolato Definizione limiti Azzeramento dei trasduttori Definizione sensori Condizionatori Oscilloscopio Oscilloscopio multitraccia Indicatori digitali Acquisizione Test Fatica Visualizzazione files acquisiti Posizionamento RT3: Manuale Operativo gennaio

4 6.19 Generatore Parametri controllo d ampiezza Generatore step Impostazione numero di cicli Profilo arbitrario Profilo ampiezza variabile Appendice A: Connettori Collegamento dei trasduttori Collegamento delle servovalvole Collegamento della pompa Ponticelli per il collegamento del controllore senza pompa Collegamento del manifold idraulico Collegamento del pulsante esterno di emergenza Ponticelli per il funzionamento senza pulsante esterno di emergenza Appendice B: esempio di file per profilo arbitrario 63 9 Appendice C: esempio di file per profilo ampiezza variabile Dichiarazione di conformità CE Indice delle figure 72 RT3: Manuale Operativo gennaio

5 1 Introduzione Il sistema di controllo digitale RT3 è realizzato sulla base di un esperienza ventennale maturata nel settore della sperimentazione, con particolare riferimento ai sistemi di prova materiali ed alle apparecchiature di simulazione, operando con i principali Gruppi industriali, Centri di Ricerca ed Istituti Universitari del panorama italiano. Il sistema RT3 è il risultato di una progettazione personalizzata basata sulla integrazione di componenti a tecnologia avanzata, affidabili, facilmente reperibili e sostituibili con gli stessi che il mercato, di volta in volta, offrirà nelle versioni più evolute. Esso è realizzato su piattaforma hardware Real Time di National Instrument ed il software è completamente sviluppato con LabView. In particolare, il sistema RT3 è costituito da un computer embedded e da una o più schede di acquisizione e generazione che vengono selezionate ed abbinate sulla base delle specifiche caratteristiche dell applicazione finale. I vari componenti sono disponibili sul mercato e facilmente reperibili nel caso di aggiornamento o di improbabile guasto. Il controllore RT3 è gestito da un applicativo software che opera con sistema operativo Real Time e si interfaccia tramite link di rete ethernet con un normale PC in ambiente Windows XP, dove risiede un applicativo software sviluppato con Labview per la gestione del sistema, l interfaccia utente ed il salvataggio delle configurazioni e dei dati acquisiti. Nel sistema RT3 sono integrati i moduli elettronici per il condizionamento dei trasduttori, il pilotaggio delle servovalvole e la gestione delle apparecchiature idrauliche. Sulla base di questi presupposti ed in considerazione della versatilità del suo software, il sistema conserverà la sua validità ed attualità nel tempo per soddisfare le crescenti esigenze operative. La particolare configurazione iniziale delle schede di acquisizione e generazione permette di definire il numero di canali di controllo, per la realizzazione di complesse apparecchiature di prova. Il sistema di controllo RT3 può essere impiegato per il controllo di macchine idrauliche ed elettromeccaniche. Figura 1: Il sistema di controllo RT3 RT3: Manuale Operativo gennaio

6 2 Installazione dell hardware Il sistema RT3 deve essere posizionato in modo da consentire all operatore un facile utilizzo, quindi sono necessari spazi adeguati per un corretto uso di mouse e tastiera con libero accesso al pulsante di emergenza posto sul pannello frontale del controllore. Quest ultimo deve essere posizionato in un punto tale per cui le prese d aria inferiori e superiori non siano ostruite (è importante non coprire la foratura superiore del controllore con fogli, quaderni o qualsiasi alto materiale) e possibilmente lontano da fonti di calore, per evitare surriscaldamenti della macchina e conseguenti danni all elettronica. Per il collegamento alla rete elettrica si usano i tre cavi in dotazione (uno per il pc, uno per il monitor e uno per il controllore). Si raccomanda di collegare l alimentazione elettrica del controllore RT3 e del corrispondente personal computer ad un gruppo di continuità (UPS), al fine di proteggere l elettronica da eventuali sbalzi di tensione e garantire lo spegnimento controllato dell apparecchiatura di prova in caso di blackout. Quando per esempio si controllano apparecchiature elettroidrauliche, tipicamente esse sono collegate ad un impianto oleodinamico con componenti in pressione; in caso di mancanza di energia elettrica la pompa si spegne ma il circuito idraulico è pressurizzato e spesso vi sono anche degli accumulatori caricati. Per questo motivo il sistema di controllo RT3 deve rimanere alimentato per il tempo necessario a smaltire in modo controllato l energia accumulata nell impianto. Le stesse raccomandazioni si applicano quando il controllore RT3 gestisce apparecchiature di tipo elettromeccanico dove l energia è accumulata in forma elettrica nell azionamento di potenza (condensatori). Figura 2: Pannello frontale del controllore RT3 Sul pannello frontale sono presenti due indicatori luminosi la cui vista non deve essere ostruita: Alimentazione: questo indicatore mostra lo stato di alimentazione elettrica del controllore RT3. Stato: con indicatore verde il sistema funziona normalmente; con indicatore rosso il sistema si trova in fase di accensione (la durata dell avvio è di circa un minuto), se la luce non cambia di stato dopo la fase di avvio oppure diventa rossa durante il normale funzionamento allora significa che il software realtime è stato RT3: Manuale Operativo gennaio

7 bloccato e sono state rimosse tutte le attivazioni del circuito idraulico; se il problema persiste è necessario contattare il servizio di assistenza tecnica; se l indicatore è spento significa che è premuto un pulsante di emergenza, oppure è attiva una funzione di interlock. Il pulsante di emergenza interrompe la tensione 24 V di attivazione dei circuiti di potenza (idraulico o elettrico in funzione del tipo di apparecchiatura gestita). Il pulsante di emergenza deve essere premuto solo in caso di necessità, mentre per le fasi normali di spegnimento è preferibile eseguire le apposite graduali operazioni. Se si deve operare vicino agli organi in movimento è necessario rimuovere la potenza idraulica o elettrica ed è buona norma mantenere premuto il pulsante di emergenza, al fine di evitare eventuali involontarie attivazioni. L interruttore elettrico per l accensione del controllore si trova sul pannello posteriore e la presenza di tensione è segnalata dall apposita spia. Figura 3: Pannello posteriore del controllore RT3 Sul pannello posteriore del controllore RT3 è presente una serie di connettori di diverso tipo: - connettori a vaschetta da 15 poli (nominati da 1 a 12): servono il collegamento sei trasduttori di controllo e/o di acquisizione. In base alle esigenze specifiche possono essere installate diverse tipologie di condizionatori di segnale. Quando non è installato un condizionatore in corrispondenza di uno specifico connettore, è comunque possibile collegare un segnale ad alto livello (nel campo compreso tra -10 e +10 volt). I connettori a vaschetta forniscono anche l alimentazione a 24 volt oppure a +/- 12 volt per trasduttori con elettronica integrata. - Connettori a vaschetta da 15 poli per il pilotaggio delle servovalvole (nominati da SV1 a SV4): sono presenti segnali in corrente tipicamente configurati per +/- 50 ma oppure segnali di pilotaggio in tensione nel campo +/- 10 volt. - Connettori a vaschetta da 15 e 9 poli (Aux1 Aux6) per segnali ausiliari come ingressi digitali optoisolati e uscite digitali come contatti di scambio relè oppure in formato TTL. RT3: Manuale Operativo gennaio

8 - Ingressi ausiliari (connettori BNC da 13 a 30): servono per il collegamento di segnali ad alto livello nel range +/- 10 volt, impiegati per il controllo, l acquisizione dati o come segnali di comando provenienti da generatori di funzione esterni. - BNC Ausiliari (da 1 a 6): disponibili pere applicazioni particolari. - BNC Monitor (da 1 a 12): replicano il segnale acquisito mediante i connettori a vaschetta da 1 a 12; nel caso in cui siano presenti dei condizionatori, il segnale presente sui BNC Monitor corrisponde all uscita amplificata. - Connessione PC: connettore del cavo di rete ethernet impiegato per la comunicazione tra il controllore RT3 ed il personal computer di gestione. - Pompa: connettore per il collegamento del cavo di comando della pompa. - Manifold: connettore per il collegamento del cavo di comando del manifold. - Emergenza: connettore per il collegamento di pulsanti esterni di emergenza. Nel caso di impiego del controllore RT3 per il pilotaggio di una macchina di tipo elettromeccanico, i connettori denominati pompa e manifold potrebbero essere collegati ai dispositivi elettrici di potenza. RT3: Manuale Operativo gennaio

9 3 Principi del loop di controllo Il principio del loop di controllo può essere così riassunto: l algoritmo PID compara il comando con la risposta ottenendo l errore; questo viene elaborato sulla base dei guadagni e diviene il comando al dispositivo di regolazione, costituito dalla servovalvola nel caso di un attuatore idraulico oppure dall azionamento nel caso di un motore elettrico. per generare un segnale che piloti la servovalvola; questa regola il flusso dell olio del circuito idraulico per far muovere l attuatore che agisce sul campione. Il comando è definito nel controllore RT3 mediante la somma del valore di Setpoint e di quanto programmato con il generatore di funzioni. Esso rappresenta il profilo da eseguire in funzione della specifica modalità di controllo impostata. La risposta o retroazione è costituita dal segnale fornito dal trasduttore per il quale si vuole realizzare il profilo comandato. La differenza tra comando e risposta è l errore. Con il controllore RT3 l algoritmo PID è eseguito 2000 volte al secondo, ogni volta il comando è confrontato con la risposta per poi definire l azione di correzione. Nel caso di un sistema elettroidraulico il segnale di correzione viene convertito in corrente per il pilotaggio della servovalvola, dopo avere sommato il contributo di dither ed il bilanciamento. L algoritmo PID è costituito principalmente da tre fattori: P : guadagno proporzionale I : guadagno integrativo D : guadagno derivativo. Il guadagno proporzionale P è il fattore di moltiplicazione dell errore calcolato tra comando e risposta. In generale, aumentare il guadagno proporzionale del controllore significa incrementare la velocità di risposta del sistema di controllo e diminuire l'errore a regime. Se si aumenta troppo il guadagno proporzionale si possono manifestare delle oscillazioni della variabile controllata fino a raggiungere l instabilità, con oscillazioni non più controllate. Il guadagno integrativo I definisce l azione integrativa applicata all'errore nel tempo, per ottenere il contributo di correzione statica che uguaglia perfettamente il comando con la risposta. Questa azione è particolarmente importante per compensare automaticamente lo sbilanciamento di una servovalvola. Un azione integrativa eccessiva può causare delle oscillazioni della risposta. Il valore impostato di contributo I definisce il tempo di integrazione dell errore. Per questo motivo quanto più è piccolo il valore di I tanto più elevato è il contributo di integrazione. RT3: Manuale Operativo gennaio

10 Il guadagno D è costituito dalla derivata dell errore; esso aumenta la velocità di risposta alle brusche variazioni e contemporaneamente serve a ridurre i problemi di instabilità del sistema. Essendo il guadagno derivativo molto sensibile ai disturbi del canale di retroazione, è importante utilizzare valori di guadagno bassi, al fine di innescare pericolose oscillazioni. Si possono verificare talvolta situazioni nelle quali non è possibile alzare troppo il guadagno proporzionale perché il sistema diventa fortemente instabile. È il caso di prove ad alta frequenza, in cui si desidera che il controllore sia particolarmente reattivo. In questo caso si impiega il guadagno Feed-Foreward, che moltiplicato per la derivata del comando è quindi sommato al comando della servovalvola. RT3: Manuale Operativo gennaio

11 4 Caratteristiche del sistema di controllo RT3 Verranno di seguito esposte le caratteristiche tecniche hardware e software del sistema di controllo RT3. - schede di acquisizione e generazione con risoluzione 16 bit o 18 bit (selezionabile in fase d ordine); - frequenza di aggiornamento tipica del PID loop di 2 khz (è comunque possibile aumentare la frequenza selezionando dei processori più performanti); - i condizionatori dei trasduttori sono completamente gestiti via software; - acquisizione dati fino ad una frequenza di 4 khz; - da uno a quattro canali di controllo nella versione base; è possibile aumentare il numero di canali di controllo aggiungendo le unità periferiche RT3; - sedici canali di acquisizione (espandibili a 30 come opzione); è possibile aumentare il numero di canali di acquisizione aggiungendo le unità periferiche RT3; - gestione della centrale idraulica: off-low-high; - gestione del manifold: off-low-high. - possibilità di gestione di manifold con regolazione proporzionale della pressione (opzione); - possibilità di configurazione del sistema in funzione della tipologia del circuito idraulico: con e senza pompa e manifold; - pulsante di emergenza sul pannello frontale e predisposizione per contatti esterni di emergenza; - gestione del generatore di funzioni avvio - pausa - stop con soft start e stop; - funzioni integrate di setpoint rate e span rate; - funzione di conteggio dei cicli eseguiti per l arresto del generatore di funzioni e lo spegnimento dell idraulica; - visualizzazione delle grandezze caratteristiche in forma grafica e numerica, direttamente in unità ingegneristiche; - generatore di funzioni: definizione della forma d onda (sinusoidale, triangolare, quadra, esterna, arbitraria, rampa), della frequenza, ampiezza, numero di cicli da eseguire; nel caso di sistema multicanale è possibile definire generatori di funzione distinti per ciascun attuatore oppure onde comuni con ampiezza e fase programmati per ciascun canale; - selezione della modalità di controreazione con commutazione dinamica della grandezza controllata; - definizione dei parametri PIDF per ogni modalità di controllo, come pure dei limiti massimo e minimo dei segnali di comando alla servovalvola; - definizione del segnale di Delta-P per la compensazione della risonanza della colonna d olio, con regolazione del corrispondente guadagno ed impostazione della banda di frequenza; - regolazione del segnale di dither per eliminare l attrito di primo distacco della servovalvola, con selezione della relativa frequenza; - funzioni automatiche di controllo d ampiezza ( e fase per sistemi multicanale); - oscilloscopio ed analizzatore di spettro integrati; - visualizzazione dello stato delle protezioni con definizione dei valori di soglia (limiti) e della corrispondente azione (segnalazione, interlock, pausa, posizionamento predefinito); - Taratura delle catene di misura con definizione dei trasduttori e delle corrispondenti unità ingegneristiche; azzeramento e tara dei segnali anche se impiegati per controreazione; - impostazione della polarità delle servovalvole; - possibilità di gestire servovalvole a due o a tre stadi (in questo caso l inner-loop è completamente gestito dal controllore RT3); RT3: Manuale Operativo gennaio

12 - possibilità di connessione di segnali esterni per controreazione e/o per acquisizione; - possibilità di acquisizione e controreazione di segnali provenienti da encoder (opzionale); - funzione integrata di controreazione di una grandezza con limitazione automatica di una seconda grandezza (questa modalità è particolarmente importante nelle fasi di allestimento della prova, ove è possibile controllare gli attuatori in corsa con limitazione automatica della forza esercitata). Tutte le misure sono eseguite compensando automaticamente la curva di calibrazione del corrispondente trasduttore senza la tradizionale limitazione posta dalla retta di best-fit. Come opzione, è possibile eseguire test di simulazione riproducendo dei segnali temporali registrati sul campione in condizioni operative reali, compensando dinamicamente la funzione di trasferimento del sistema. Il sistema di controllo RT3 può essere corredato con applicativi software realizzati per l esecuzione di test nei seguenti settori: - prove materiali (trazione, compressione, flessione, fatica oligociclica, LCF, HCF..); - prove di fatica su componenti; - fatica termomeccanica; - simulazione sismica; - sweep sine; - test specifici del settore geotecnico; - riproduzione di profili di carico tipici del settore aeronautico; - test di simulazione per la riproduzione controllata di sollecitazioni misurate su componenti, con compensazione della funzione di trasferimento del sistema. Trio Sistemi e Misure è in grado di sviluppare sistemi di controllo e applicativi software su specifiche del cliente, per la realizzazione di macchine di prova speciali. RT3 è già impiegato con successo dai più importanti laboratori del panorama italiano, in ambito universitario ed industriale. Figura 4: Pannello principale di controllo nella versione bicanale RT3: Manuale Operativo gennaio

13 5 Composizione tipica del sistema di controllo RT3 5.1 Controllore RT3 Il controllore RT3 nella versione base può essere configurato in funzione delle specifiche funzioni richieste per la gestione di un sistema di prova, con le seguenti caratteristiche: - fino a n. 12 canali di misura costituiti in alternativa da: - condizionatori per trasduttori tipo a ponte estensimetrico; - condizionatori per trasduttori tipo lvdt; - condizionatori per trasduttori potenziometrici; - segnali amplificati esternamente con alimentazione del trasduttore fornita da RT3; - fino a 18 canali ausiliari per il collegamento di segnali esterni impiegati per acquisizione, controreazione o comando per il loop di controllo; il range di questi segnali è compreso tra -10 e +10 v. - fino a 12 canali per il monitoraggio dei segnali ad alto livello in uscita dai condizionatori; - fino a 4 canali per il comando dei sistemi di attuazione, costituiti da: - segnali in corrente per il pilotaggio di servovalvole; - segnali in tensione nel range +/- 10 V per il pilotaggio di valvole proporzionali o servomotori; - interfacciamento con il circuito di gestione della centrale idraulica; - interfacciamento con il circuito di gestione del manifold oleodinamico oppure l azionamento di un motore elettrico; - collegamento di dispositivi esterni di interruzione d emergenza; - segnali ausiliari digitali di ingresso e uscita per configurazioni speciali. Il controllore RT3 è gestito da un applicativo software real-time che risiede nella sua memoria ed è interfacciato al personal computer di gestione tramite un link ethernet. RT3: Manuale Operativo gennaio

14 5.2 Personal Computer Il personal computer è configurato tipicamente con un processore Intel o AMD con frequenza allo stato dell arte nel momento dell assemblaggio e con sistema operativo Windows XP Professional. Le altre caratteristiche del personal computer possono variare di volta in volta in funzione delle esigenze del cliente finale o della disponibilità di mercato. Il controllore RT3 è interfacciato con il personal computer tramite una connessione di rete ethernet. Il sistema operativo deve essere configurato impiegando come separatore decimale il punto. La configurazione del protocollo di comunicazione del PC con RT3 non deve essere in alcun modo variata. Qualora dovesse essere necessaria la connessione del pc alla rete aziendale, è necessario installare e configurare una scheda di rete supplementare. Si richiede particolare attenzione all installazione di applicativi software aggiuntivi e alla modifica di configurazione, per non sottrarre risorse necessarie al corretto funzionamento del sistema di controllo RT3. Sul pc è installato un applicativo software che interfacciandosi con RT3 ne permette la configurazione, la gestione, l interfaccia utente e il salvataggio dei dati. RT3: Manuale Operativo gennaio

15 6 Descrizione del software di gestione del sistema di controllo RT3 Il programma di controllo del sistema RT3 permette la gestione completa dell apparecchiatura di prova, l impostazione dei parametri di configurazione ottimali, l esecuzione dei test, la misura e la registrazione dei dati. La maschera principale che è sempre attiva è la seguente: Figura 5: Pannello di controllo L aspetto della maschera può variare in funzione del numero di canali di controllo attivati e della configurazione idraulica o elettromeccanica. Sono presenti dei controlli ed indicatori che saranno illustrati in seguito; mediante i menu a tendina posizionati nella barra superiore è possibile aprire le varie maschere relative ai parametri di configurazione e di test. Set Point Con questo comando è possibile impostare il valore statico di riferimento per il canale di controllo. Il valore qui definito è raggiunto con una rampa la cui pendenza dipende dal valore di "Set point rate" assegnato per la modalità di controllo attualmente in uso. Retroazione Indicatore del valore della grandezza controllata per il corrispondente canale di controllo. Modalità di controllo Menu a tendina per la selezione della grandezza di controllo del relativo canale; la modalità di controllo può essere variata anche con idraulica attivata, con commutazione di tipo bumpless. Interlock Led che indica lo stato attuale di interlock (arresto idraulica): Rosso: interlock inserito, non si ha quindi il consenso per l'accensione dell'idraulica o del motore. L interlock è attivo quando si supera un limite programmato oppure quando il segnale di controreazione è in saturazione. Verde: interlock disinserito, è possibile attivare l'idraulica o l azionamento del motore elettrico. RT3: Manuale Operativo gennaio

16 Stato Limiti Led che indica lo stato dei limiti impostati: Rosso: segnala che un limite è stato superato. Verde: i limiti attivi non sono superati. Reset Pulsante per cancellare la segnalazione di avvenuto superamento di un limite. Pompa Bassa: accensione della pompa in bassa pressione; quando non è presente il manifold, il valore di setpoint viene impostato automaticamente uguale al valore attuale della grandezza di controreazione definita nella modalità di controllo. Alta: attivazione dello stato di alta pressione. Manifold Bassa: attivazione del manifold in bassa pressione con pressione idraulica connessa agli attuatori; il valore di setpoint viene impostato automaticamente uguale al valore attuale della grandezza di controreazione definita nella modalità di controllo. In questo modo, l errore viene annullato. Alta: attivazione dello stato di alta pressione. Arresto Pulsante per fermare istantaneamente manifold e pompa; per le normali operazioni di spegnimento è preferibile fermare prima manifold e poi pompa in modo sequenziale. DEFINIZIONE DEI MENU A TENDINA Sono riassunte brevemente le voci dei menu a tendina; successivamente saranno approfondite le parti più significative: - File - Salva: salvataggio della configurazione di prova per il successivo avvio del programma. - Salva con nome: salvataggio su file della configurazione attuale di prova. - Richiama: carica da file una configurazione di prova. - Abilita funzioni protette: abilita l impostazione dei parametri per i condizionatori di segnale. - Nomi canali di controllo: permette di definire il nome dei canali di controllo. - Uscita: chiusura del programma; è attivo solo a idraulica spenta. - Controllo - Parametri PID: definizione dei guadagni dei loop di controllo. - Servovalvola: definizione dei parametri specifici delle servovalvole. - Parametri compensazione deltap. - Controllo Ch limited Ch: impostazione della modalità di controllo Ch limited Ch. - Definizione modalità di controllo: impostazione dei canali associati alle modalità di controllo. - Definizione canali di acquisizione. - Assegnazione trasduttori: associazione delle curve di calibrazione dei trasduttori ai canali. - Definizione canale calcolato: definizione dei parametri specifici per il canale calcolato. - Limiti RT3: Manuale Operativo gennaio

17 - Valori: definizione dei valori dei limiti e delle azioni. - Log file: visualizzazione del file di memorizzazione degli eventi. - Trasduttori - Azzeramento. - Definizione sensori. - Condizionatori: definizione dei parametri caratteristici di condizionamento. - Visualizzazione - Oscilloscopio. - Oscilloscopio multitraccia. - Indicatori digitali. - Controllo - Acquisizione. - Fatica. - Visualizzazione files acquisiti. - Generatore - Posizionamento. - Generatore. - Imposta guadagni controllo di ampiezza. - Generatore step. - Definizione profilo a step. - Impostazione n cicli. - Profilo arbitrario. - Profilo ampiezza variabile. - Help - Guida in linea - Info RT3: Manuale Operativo gennaio

18 6.1 Parametri PID Figura 6: Parametri controllore PID Guadagno proporzionale Guadagno proporzionale del loop di controllo. Guadagno integrale Guadagno integrativo del loop di controllo. Guadagno derivativo Guadagno derivativo del loop di controllo. Set Point Rate [%/sec.] È il gradiente di variazione del valore di setpoint comandato al loop di controllo PID. Esso è espresso in percentuale al secondo perchè riferito al fondoscala del sensore utilizzato come controreazione. Esempio: Stiamo controreazionando in spostamento con un sensore di fondoscala 100 [mm]; se imponiamo uno Span Rate di 10 [%/s] tutte le variazioni di setpoint avverranno con un gradiente di 10 [mm/s]. Il passaggio da un valore di setpoint di 10 [mm] ad un valore di setpoint di 50 [mm] non sarà istantaneo ma avverrà in 4 [s]. Il Set point rate permette dunque di graduare il valore di setpoint evitando bruschi movimenti dell attuatore. Canale di controllo Selezione del canale di controllo. RT3: Manuale Operativo gennaio

19 Modalità di controllo Consente di selezionare la modalità di controllo tra quelle definite per il canale abilitato. Le modifiche dei parametri del controllore sono relative alla sola modalità selezionata. Frequenza di taglio filtro passabasso su comando [Hz] Valore della frequenza di taglio del filtro passabasso sul comando della servovalvola; se si imposta una frequenza = 0 il filtro è disattivato. Questo filtro è attivato quando si vuole evitare che i disturbi sul canale di retroazione si propaghino come comando alla servovalvola. Guadagno Feed-foreward La derivata del comando è moltiplicata per questo guadagno prima di essere sommata all'uscita dell'anello di controllo PID per costituire il comando alla servovalvola. Frequenza di taglio filtro passa alto feed-foreward [Hz] Il segnale di feed-foreward è filtrato passa-alto prima di essere sommato all uscita dell algoritmo PID. Figura 7: Parametri controllore PID - Filtro Feed-Foreward RT3: Manuale Operativo gennaio

20 6.2 Servovalvola Figura 8: Parametri generici servovalvola Limite comando servovalvola [%] Limite al comando della servovalvola, espresso in percentuale rispetto al valore massimo. Modificando questo valore si limita l apertura della servovalvola, quindi il flusso d olio e la velocità dell attuatore. Polarità Selezione della polarità del segnale di comando della servovalvola (la commutazione è possibile solo a idraulica spenta). Bilanciamento servovalvola Valore che viene sommato all'uscita del controllore PID prima di essere inviato come comando alla servovalvola. Modificando questo parametro si possono correggere eventuali sbilanciamenti. Ampiezza dither Ampiezza in volt della vibrazione che viene sommata al comando valvola per ridurre l'attrito di primo distacco della spoletta della servovalvola. Frequenza dither Menu a tendina per la selezione della frequenza del segnale dither. Canale di controllo Selezione del canale di controllo. RT3: Manuale Operativo gennaio

21 Nel caso di servovalvole a triplo stadio è attiva anche la maschera rappresentata in figura 9, dove sono regolati i parametri di controllo dell Inner Loop Guadagno proporzionale Gudagno proporzionale per il controllo di posizione della spoletta della servovalvola. Tempo derivativo Guadagno derivativo per il controllo di posizione della spoletta della servovalvola. Figura 9: Parametri servovalvola - Triplostadio Polarità Innerloop Selettore per definire la polarità del loop di controllo dello spool della valvola. Canale di spool valvola Si seleziona il canale al quale è collegato il trasduttore di posizione dello spool della valvola. Stato controllo triplostadio Selettore per attivare o disattivare la gestione di una servovalvola a triplo stadio. RT3: Manuale Operativo gennaio

22 6.3 Channel limit channel Questa maschera consente di creare una nuova modalità che è impiegata tipicamente nelle fasi di preparazione della prova. In questo modo è possibile commutare da una modalità primaria ad una secondaria (Modalità di controllo limite) nel momento in cui vengono superati i limiti impostati. È necessario che entrambe le modalità primaria e secondaria siano state precedentemente definite. Esempio: quando si manovra un attuatore in controllo di posizione e si incontra un ostacolo, si rischia di esercitare la massima forza disponibile e di danneggiare il campione in prova; per contro, operando in controllo di forza un attuatore libero, è difficile regolarne la posizione e la velocità, con i conseguenti problemi al contatto dovuti all inerzia. Con la modalità Channel limit channel è possibile per esempio manovrare l attuatore in controllo di posizione con la limitazione automatica della forza esercitata. Con riferimento all esempio la modalità primaria è spostamento e quella limite forza; i limiti sono definiti in forza. I guadagni sono generalmente più bassi rispetto a quelli assegnati ai distinti PID. In questo modo è consentito all operatore di manovrare in condizioni di maggior cautela, con l accortezza di impostare sempre e comunque i limiti di sicurezza (arresto manifold o interlock). Figura 10: Parametri channel limit channel Modalità di controllo primario e Modalità di controllo limite Guadagno proporzionale primario Guadagno proporzionale per la modalità di controllo primaria. Modalità controllo primaria Menu a tendina per la scelta della modalità di controllo primaria. Crea modalità Ch Lim. Ch I parametri impostati sono attivati e la modalità di controllo è selezionabile dalla maschera principale. RT3: Manuale Operativo gennaio

23 Guadagno proporzionale limite Guadagno proporzionale per la modalità di controllo limite. Modalità controllo limite Menu a tendina per la scelta della modalità di controllo limite; nel caso in cui i limiti superiore o inferiore impostati per il trasduttore associato a questa modalità siano superati, il controllore commuta automaticamente modalità di controllo passando da quella primaria a quella limite per mantenere come setpoint il valore del limite superato, evitando in questo modo di danneggiare il campione. Limite superiore Il canale è retroazionato nella modalità di controllo primaria ma se viene raggiunto il limite superiore della grandezza limite il sistema commuta automaticamente nella modalità di controllo limite contenendone il valore. Quando la grandezza limite ritorna al di sotto della soglia, il sistema commuta di nuovo nella modalità di controllo primaria. Un esempio tipico si ha quando si opera in controllo di corsa con il limite di carico dove l attuatore in battuta limita automaticamente il carico ai valori definiti. Limite inferiore Il canale è retroazionato nella modalità di controllo primaria ma se viene raggiunto il limite inferiore della grandezza limite il sistema commuta automaticamente nella modalità di controllo limite contenendone il valore. Quando la grandezza limite ritorna al di sopra della soglia, il sistema commuta di nuovo nella modalità di controllo primaria. Tasto Tasto per diminuire il numero dei decimali nell'impostazione dei limiti superiore e inferiore. Tasto + Tasto per aumentare il numero dei decimali nell'impostazione dei limiti superiore e inferiore. Canale di Controllo Selezione del canale di controllo. RT3: Manuale Operativo gennaio

24 6.4 Definizione modalità di controllo Figura 11: Definizione modalità di controllo Con questa maschera è possibile definire le modalità di controllo per gli attuatori, definendone il nome ed associando il trasduttore di controreazione. E possibile inoltre eliminare una modalità di controllo precedentemente definita. Selezione canale di controllo Selettore del canale di controllo per il quale si vuole definire un nuova modalità. Nome modalità Selettore per la selezione delle modalità già definite per il canale di controllo selezionato. In questo modo vengono richiamati i parametri associati alla modalità selezionata. Nome nuova modalità In questo campo va inserito il nome della nuova modalità di controllo che si vuole creare Canale di retroazione Selettore per la scelta del canale di controreazione che si vuole associare alla nuova modalità di controllo. Crea modalità Tasto per creare e memorizzare la nuova modalità di controllo definita. RT3: Manuale Operativo gennaio

25 Quando si crea una nuova modalità di controllo, sono automaticamente impostati i seguenti valori: 1. Limite comando servovalvola: 100% 2. Guadagno proporzionale P: 1 3. Guadagno integrativo I: 0 4. Guadagno derivativo D: 0 5. Setpoint rate: 10 I valori inizialmente impostati possono naturalmente essere modificati accedendo alle corrispondenti maschere. Modifica modalità Consente di modificare la modalità selezionata. Elimina modalità Consente di eliminare la modalità selezionata. RT3: Manuale Operativo gennaio

26 6.5 Definizione canali di acquisizione Con questa maschera è possibile definire nella colonna destra i segnali di acquisizione a partire dai segnali disponibili riportati nella colonna sinistra. Selezionare dall elenco di sinistra il nuovo segnale, cliccare sull elenco destro nel punto in cui si vuole inserire il nuovo canale e quindi premere il pulsante Seleziona canale. È possibile operare una scelta multipla dei segnali tenendo premuto il tasto Shift della tastiera. Per eliminare un canale, selezionarlo dall elenco di destra e quindi premere il pulsante Elimina canale. I canali selezionati saranno presenti nelle maschere di visualizzazione e nella selezione dei limiti. Figura 12: Definizione dei canali di acquisizione RT3: Manuale Operativo gennaio

27 6.6 Assegnazione trasduttori Mediante questa maschera è possibile associare la curva di calibrazione precedentemente definita per un trasduttore, alla risorsa hardware di acquisizione del controllore RT3. Nella tabella superiore sono riportati i dati dei sensori presenti nel database, mentre la tabella inferiore elenca le risorse hardware con i trasduttori attualmente corrispondenti. Per associare un sensore ad un canale cliccare sulla corrispondenza nella tabella superiore, quindi definire la risorsa hardware con il selettore a destra. Le selezioni indicate sono confermate premendo il pulsante Abilita nuovo sensore. Se si desidera che ad una certa risorsa hardware non sia collegato alcun sensore, dopo averla selezionata premere il pulsante Canale scollegato. Figura 13: Assegnazione trasduttori ai canali acquisiti Nella tabella superiore si trovano tutti i sensori presenti nel database. Nuovi sensori possono essere definiti utilizzando la maschera "Definizione sensori" di seguito spiegata. Nelle quattro colonne si trovano: - il codice identificativo con cui è stato definito il sensore; - il tipo di sensore ( parametro definito nella maschera di definizione sensori); - la costante di taratura ottenuta come best fit dalla curva di calibrazione k [UI/V]; - l unità ingegneristica del sensore. RT3: Manuale Operativo gennaio

28 6.7 Definizione canale calcolato Con questa maschera è possibile definire la misura di forza per attuatori ad area differenziale, impiegando due trasduttori di pressione distinti. Nei relativi campi si selezionano i trasduttori di pressione presenti nel database, le aree dell attuatore e le unità di misura. La definizione è poi confermata o eliminata con i relativi pulsanti. Unità di misura canale calcolato Selezione dell unità di misura impiegata per la visualizzazione del carico calcolato, sulla base dei parametri definiti. Il carico viene calcolato risolvendo l'equazione di equilibrio: Forza = Pressione(A) * Area(A) Pressione (B) * Area(B) Figura 14: Definizione carico calcolato RT3: Manuale Operativo gennaio

29 6.8 Definizione limiti Con questa maschera è possibile definire e attivare i limiti per ciascuna delle grandezze acquisite. Stato Indicazione dello stato del limite (il colore rosso significa che il limite è stato superato) Canale Nome del sensore associato al canale; tra parentesi quadre è riportata l'unità ingegneristica. Limite Superiore Limite superiore definito in unità ingegneristiche. Nel caso di superamento lo stato diventa Fault, si accende il led rosso a fianco del nome del canale e si attua l azione selezionata nel menu a tendina. Limite Inferiore Limite inferiore definito in unità ingegneristiche. Nel caso di superamento lo stato diventa Fault, si accende il led rosso a fianco del nome del canale e si attua l azione selezionata nel menu a tendina. Azione limite È l azione attuata al superamento del valore limite imposto. Sono selezionabili le seguenti azioni: - Disabilitato: i limiti del canale non sono attivi. - Segnalazione: i limiti del canale sono attivi e quando vengono superati appare solo una segnalazione visiva. - Hold valore generato: i limiti sono attivi e quando vengono superati il generatore di funzioni è arrestato al livello in cui si trova. - Cambio modalità + rampa: i limiti sono attivi e quando vengono superati il generatore di funzioni è arrestato; si passa alla modalità di controllo selezionata dal menu a tendina e con una rampa si raggiunge il valore di setpoint impostato nell apposita casella (SetPoint dopo commutazione). - Arresto manifold: quando i limiti sono superati viene spento il manifold; questa condizione non è attiva nel caso di configurazione idraulica senza il manifold. - Interlock: se sono superati i limiti è disattivato il circuito idraulico (pompa e manifold). RT3: Manuale Operativo gennaio

30 Figura 15: Definizione limiti RT3: Manuale Operativo gennaio

31 6.9 Azzeramento dei trasduttori Figura 16: Azzeramento dei trasduttori Azzera canale Pulsante per azzerare il valore del canale selezionato. Questa operazione è attiva anche per il canale impiegato come controreazione. Rimuovi offset canale Pulsante per rimuovere l'offset del canale selezionato. Questa operazione è attiva anche per il canale impiegato come controreazione. Selezione canale Selettore del canale da azzerare. Canale modificato da offset Indicatore della presenza o meno di offset per il canale selezionato. Valore da imporre [ UI ] Valore di tara che sarà imposto al canale selezionato una volta premuto il tasto IMPONI VALORE Valore offset da imporre Con questa funzione, la lettura attuale del trasduttore diventerà uguale al valore offset da imporre; il programma calcolerà automaticamente il valore di tara per il trasduttore. Imponi valore Tasto di impostazione del valore in unità ingegneristiche a fianco specificato. Imponi offset Tasto di applicazione dell'offset da imporre specificato. Se il canale selezionato è già modificato con un offset, il valore imposto sarà sommato a quello già presente. RT3: Manuale Operativo gennaio

32 6.10 Definizione sensori Figura 17: Definizione sensori Con questa maschera è possibile definire l anagrafica dei nuovi sensori che saranno calibrati premendo il pulsante Calibrazione. Nella tabella sono riportate le caratteristiche di tutti i sensori attualmente presenti nel database. E possibile inoltre rimuovere sensori dal database, facendo attenzione che non siano impiegati nella configurazione attuale del sistema di controllo RT3. Mediante il tasto Calibrazione si apre la maschera che consente la definizione o il caricamento della curva di calibrazione del trasduttore. Con il sistema di controllo RT3 tutte le misure sono eseguite compensando automaticamente la curva di calibrazione del corrispondente trasduttore, senza la tradizionale limitazione posta dalla retta di bestfit. La curva di calibrazione è costituita da una linea spezzata che unisce tutti i punti che vengono inseriti. Pertanto, più punti si inseriscono più precisa sarà la trasformazione in unità ingegneristiche. Questo aspetto deve essere curato in particolar modo per quei trasduttori che hanno scostamenti dalla linearità, pur essendo ripetibili. RT3: Manuale Operativo gennaio

33 Figura 18: Calibrazione trasduttori Nel grafico sono rappresentati i punti di calibrazione elencati nella tabella e definiti in due modi alternativi: - leggendo il segnale in volt dal canale di acquisizione selezionato; - impostando manualmente i punti per i trasduttori dei quali sono già noti i valori di taratura. - Una volta definiti i punti di calibrazione (almeno quattro) premere i pulsanti accetta calibrazione e quindi salva. Carica curva da file Permette di richiamare i punti di una curva di calibrazione salvata su file, definita come testo con colonne delimitate da tabulazione. La prima colonna deve contenere i valori in UI della curva, la seconda i valori in V. Il primo elemento della prima colonna deve essere l unità ingegneristica racchiusa tra parentesi quadre; Il primo elemento della seconda colonna deve essere l unità in Volt racchiusa tra parentesi quadre; Esempio: [mm] [V] RT3: Manuale Operativo gennaio

34 6.11 Condizionatori Figura 19: Condizionatori L accesso a questa maschera è consentito solo dopo avere immesso la password per le funzioni protette. I condizionatori di segnale possono essere di tipo: AC: con alimentazione del trasduttore in corrente alternata specifici per i trasduttori di spostamento lvdt; DC: con alimentazione del trasduttore in corrente continua, per trasduttori a ponte estensimetrico, come le celle di carico e gli estensometri. Mediante questa maschera è possibile definire i parametri caratteristici del condizionatore. RT3: Manuale Operativo gennaio

35 6.12 Oscilloscopio Figura 20: Oscilloscopio Questa maschera permette di visualizzare le diverse grandezze del sistema di controllo RT3. Utilizzando i due selettori a tendina posti nella parte inferiore della maschera, si selezionano le grandezze rappresentate nel grafico. Con il primo selettore si associa una grandezza alla traccia verde di sinistra mentre con il secondo si associa la grandezza alla traccia rossa di destra. Su i sue lati del grafico sono riportate le scale delle corrispondenti grandezze, alla sinistra per a traccia verde e alla destra per quella rossa, come indicato dai led in alto. Pausa: blocca la visualizzazione attuale del grafico. FFT: permette la visualizzazione nel dominio della frequenza delle grandezze selezionate; FFT significa Fast Fourier Transform ; il campo di frequenza dipende dalla finestra temporale selezionata per il grafico nel tempo. Mostra medie Consente di visualizzare nella parte inferiore della finestra il valore numerico mediato delle grandezze selezionate; la durata temporale per la quale è calcolata la media corrisponde alla traccia x del grafico. RT3: Manuale Operativo gennaio

36 Verde-> Rossa I parametri attualmente impostati per la traccia verde di sinistra sono automaticamente impostati anche per la traccia rossa di destra; questa funzione è utilizzata per confrontare due segnali impiegando la stessa scala. Rossa -> Verde I parametri attualmente impostati per la traccia rossa di destra sono automaticamente impostati anche per la traccia verde di sinistra; questa funzione è utilizzata per confrontare due segnali impiegando la stessa scala. Dalla barra dei menu a tendina è possibile scegliere la lunghezza temporale della finestra e la velocità di aggiornamento del grafico. Ad una finestra temporale di un secondo corrisponde una frequenza di campionamento di 2000Hz, mentre per la finestra temporale di quaranta secondi la frequenza di campionamento è di 50 Hz. RT3: Manuale Operativo gennaio

37 6.13 Oscilloscopio multitraccia Questa maschera permette di visualizzare contemporaneamente diverse grandezze acquisite, impostandole con i selettori a tendina posti alla destra del grafico. Una volta selezionato il canale, se ne può abilitare la visualizzazione ciccando sulla casella a sinistra del corrispondente menu a tendina. Il colore della traccia è quello alla destra della grandezza selezionata. Con il tasto Pausa è possibile bloccare l aggiornamento del grafico; premendo una seconda volta si ritorna alla visualizzazione corrente in funzione del tempo. La dimensione della finestra e regolabile a piacere, ciccando e trascinando lo spigolo inferiore sinistro. Questa maschera deve essere impiegata per visualizzare fenomeni lenti a causa dei valori selezionabili per la lunghezza della finestra. Eventuali fenomeni di breve durata non potrebbero essere rappresentati in modo corretto; in tal caso si raccomanda di usare la maschera Oscilloscopio. Figura 21: Oscilloscopio multitraccia RT3: Manuale Operativo gennaio