Appunti di Tecnologie e Progettazione di Sistemi Elettrici ed Elettronici - classe quinta

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simulazione2019

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Linea 30: Linea 30:
   * rappresentare l'algoritmo   * rappresentare l'algoritmo
   * codificare per PLC l'algoritmo   * codificare per PLC l'algoritmo
 +
 +=== Punto 1 ===
 +
 +Per la termocoppia la soluzione più semplice è usare l'integrato AD594 della Analog Devices che compensa il giunto freddo e amplifica il segnale in modo da avere 10mV/°C (vedi risorse a fondo pagina). Alla temperatura più alta si avranno 4,6V compatibili con gli ingressi analogici del PLC. Il testo richiede 5V a 600°C quindi servirebbe un circuito che attenui il segnale dell'AD594 (altimenti si avranno 6V a 600°C) ma probabilmente non ne vale la pena considerato il range di temperature previste.
 +
 +Nella sezione risorse in fondo alla pagina (secondo link) c'è un circuito alternativo che non usa un integrato dedicato ma un operazionale e un sensore integrato per la compensazione del giunto freddo.
 +
 +=== Punto 2 ===
 +
 +Per dimensionare il motore manca un dato importante, la velocità di sollevamento del carico. Senza questo dato non è possibile stimare la potenza richiesta. Allo si possono prendere due strade:
 +  * fare un'ipotesi aggiuntiva e, per esempio, considerare una velocità di sollevamento di 10 cm/s (0.1 m/s)
 +  * scegliere una tipologia di motore, ad esempio un MAT a 4 poli che avrà una velocità di circa 1500 rpm((3000rpm se a 2 poli, 1000rpm se a 6 poli, ecc. ma la tipologia a 4 poli è quella più comune)), calcolare la velocità di sollevamento e verificare che sia "ragionevole"
 +
 +/*
 +Consideriamo innanzitutto la prima ipotesi. La coppia alla carrucola che serve a bilanciare il carico vale:
 +
 +`C = F cdot b = m cdot g cdot d/2 = 20 cdot 9.81 cdot 0.05 = 9.81 Nm`
 +
 +La velocità di rotazione della carrucola vale:
 +
 +`omega = v / r = 0.1 / 0.05 = 2 {rad}/s`
 +
 +Allora la potenza minima richiesta è:
 +
 +`P = C cdot omega = 9.81 cdot 2 ~= 20 W`((si poteva semplicemente calcolare come forza peso per velocità di sollevamento))
 +
 +Considerando il rendimento del riduttore (probabilmente a vite senza fine visto il valore molto basso) occorre raddoppiare questo valore. Un piccola ulteriore maggiorazione è comunque raccomandabile, ma senza esagerare o la velocità di sollevamento potrebbe essere troppo elevata o il movimento troppo brusco. Un possibile valore potrebbe essere 50W.
 +
 +La velocità del motore sarà:
 +
 +`omega_m = omega_c * 20 = 40 (rad)/s`
 +
 +quindi
 +
 +`n = (omega_m * 60)/(2  pi) ~= 380 r\p\m`
 +
 +Un motore asincrono a 8 poli gira comunque ad almeno 600 rpm quindi bisognerebbe rivedere alcuni parametri (alzare la velocità di sollevamento) o cambiare riduttore.
 +
 +*/
 +
 +Se consideriamo la seconda ipotesi la velocità della carrucola sarà:
 +
 +`n_c=n_m / 20 = 75 r\p\m`
 +
 +che in radianti al secondo diventa:
 +
 +`omega_c = (n_c * 2 * pi)/60 ~= 8 (rad)/s`
 +
 +allora la potenza alla carrucola sarà:
 +
 +`P=C * omega_c ~= 80 W`
 +
 +Quella del motore, tenendo conto del rendimento del riduttore dovrà essere almeno il doppio. Maggiorandola ulteriormente per sicurezza si potrebbe scegliere un motore da almeno 200W.
 +
 +=== Punto 3 e 4===
 +
 +FIXME
 +
 +
 +
 +
 + 
 +
 +L'algoritmo non è complicato e il funzionamento è completamente automatico. L'unica variazione da prevedere nella sequenza è per gestire il livello e la temperatura nella vasca. Si potrebbe ricorrere al parallelismo ma in realtà non sono due controlli completamente indipendenti (si può pompare lo zinco se non è liquido?) quindi tanto vale gestire in sequenza temperatura e successivamente livello.
 +
 +Di seguito un possibile diagramma SFC:
 +
 +
 +
 +
 +
 +{{::zincatura_sfc.png|}}
 +
 +
 +
 +
 +Per il punto 4 basta applicare la tecnica batch e tradurre il diagramma SFC in ladder.
 +
  
 ==== Seconda parte ==== ==== Seconda parte ====
Linea 37: Linea 115:
   - inverter trifase: principio di funzionamento e PWM sinusoidale (quesito di elettronica)   - inverter trifase: principio di funzionamento e PWM sinusoidale (quesito di elettronica)
   - sistema con retroazione: FdT e errore a regime (quesito di sistemi)   - sistema con retroazione: FdT e errore a regime (quesito di sistemi)
 +
 +Il primo quesito è strano perché se è vero che esistono encoder con uscita analogica è strano non sfruttare i contatori veloci del PLC per gestire direttamente il segnale digitale (o i due segnali in quadratura) generati dall'encoder. Ci sono tre strade:
 +  * ipotizzare di usare ingressi HSC del PLC spiegando il perché
 +  * scegliere a catalogo un encoder con uscita analogica
 +  * usare un integrato per gestire la conversione frequenza-tensione (ad esempio l'LM331 descritto nella [[https://leonardocanducci.org/wiki/ee5/sezione_21d|sezione 21D]] del libro di elettronica)
 +
 +Per il secondo quesito la soluzione più semplice è quella di sfruttare il fatto che lo zinco è un metallo - quindi conduttore - e mettere semplicemente due elettrodi che risulteranno collegati quando lo zinco raggiunge il livello prestabilito. Questo comportamento è assimilabile a quello di un contatto NA.
 +
 +Il terzo quesito rappresenta il circuito di principio di un convertitore di frequenza trifase. Si riconoscono un raddrizzatore trifase, il condensatore di livellamento, i 6 transistor con diodo di libera circolazione che, pilotati con segnali generati con modulazione PWM sinusoidale, permettono di ricostruire un sistema di tensione trifase con una frequenza a piacere. A questo proposito si guardi la simulazione di esempio fornita con Multisim (samples, power conversion, DC-AC).
 +
 +
  
 ===== Seconda simulazione ===== ===== Seconda simulazione =====
Linea 68: Linea 157:
 Per il primo punto si può usare un circuito a due stadi con un sommatore invertente, che media i due segnali, e un amplificatore invertente che scala la tensione per ottenere il range desiderato (10V con 15uW)((in alternativa si può usare un unico [[http://www.itipacinotti.gov.it/pag_formazione/elettronica/sommatore_non_invertente.htm|sommatore non invertente]] con un guadagno opportuno)). Per il primo punto si può usare un circuito a due stadi con un sommatore invertente, che media i due segnali, e un amplificatore invertente che scala la tensione per ottenere il range desiderato (10V con 15uW)((in alternativa si può usare un unico [[http://www.itipacinotti.gov.it/pag_formazione/elettronica/sommatore_non_invertente.htm|sommatore non invertente]] con un guadagno opportuno)).
  
-Il secondo punto richiede il calcolo della velocità di rotazione e delle coppia corrispondente alla forza tangenziale dovuta all'attrito statico tra pezzo e nastro((vedi [[https://www.cad3d.it/forum1/threads/dimensionamento-motore-per-tappeto-traino.51322/|qui]])). La velocità si calcola con:+Il secondo punto richiede il calcolo della velocità di rotazione e delle coppia corrispondente alla forza tangenziale dovuta all'attrito tra nastro e piano d'appoggio((vedi [[https://www.cad3d.it/forum1/threads/dimensionamento-motore-per-tappeto-traino.51322/|qui]])). La velocità si calcola con:
  
 `omega = v / r = (300 cdot 10^-3) / 50 cdot 10^-3 = 6 {rad}/s` `omega = v / r = (300 cdot 10^-3) / 50 cdot 10^-3 = 6 {rad}/s`
Linea 76: Linea 165:
 `n = (300 cdot 10^-3 * 60) / (2 pi cdot 50 cdot 10^-3)= 57 r\p\m` `n = (300 cdot 10^-3 * 60) / (2 pi cdot 50 cdot 10^-3)= 57 r\p\m`
  
-La coppia si ottiene calcolando la forza tangenziale di attrito statico (il pezzo non si muove rispetto al nastro) con:+La coppia si ottiene calcolando la forza tangenziale dovuta all'attrito con:
  
 `F_t = P cdot mu_s= 150 cdot 0.3 = 45 N` `F_t = P cdot mu_s= 150 cdot 0.3 = 45 N`
Linea 88: Linea 177:
 `P = omega cdot C = 6 cdot 2.25 = 13.5 W` `P = omega cdot C = 6 cdot 2.25 = 13.5 W`
  
-Per il terzo punto si propone un diagramma SFC.+Per il terzo punto si propone un diagramma SFC (NB le frecce nei collegamenti tra i passi sono una svista, non vanno indicate!). 
 + 
  
 {{::simulazione_2_2019.png|SFC}} {{::simulazione_2_2019.png|SFC}}
  
-Nella figura le fotocellule sono indicate con FTC, il consenso sulla luminosità dell'ambiente è nel merker LIGHT, e il merker TTL contiene il un valore digitale che viene settato quando si attiva la telecamera CAM se sono presenti difetti e mantiene il suo valore per 3s (si fa l'ipotesi che il pezzo non raggiunga la fotocellula degli espulsori prima di 0,5s e che la raggiunga prima di 3s).+ 
 + 
 +Nella figura le fotocellule sono indicate con FTC, il consenso sulla luminosità dell'ambiente è nel merker LIGHT, e il merker TTL contiene il un valore digitale che viene settato quando si attiva la telecamera CAM. Si sono fatte le seguenti ipotesi: 
 +  * se sono presenti difetti il segnale TTL della telecamera mantiene alto il suo valore per 3s  
 +  * il pezzo non raggiunge la fotocellula degli espulsori prima di 0,5s e la raggiunge prima di 3s 
 +  * gli espulsori sono comandati da cilindri pneumatici monostabili mantenuti attivi con un timer visto che non si parla esplicitamente di finecorsa 
 +  * si attiva il disco rotante per 15 secondi per avere la certezza che si compia almeno un giro completo 
 +  * il nastro 1 può ripartire solo dopo che il pezzo precedente è stato trattato (uscito dal nastro due o dal piatto per la fresatura)
  
 La traduzione in ladder richiesta nel quarto punto è banale. La traduzione in ladder richiesta nel quarto punto è banale.
Linea 102: Linea 200:
 `d = 60-(P-9)*5` `d = 60-(P-9)*5`
  
-dove il duty-cycle d è espresso in forma percentuale e P è la potenza in uW (confrontata con i 9uW desiderati). Questo valore può essere utilizzato per pilotare l'alimentazione dell'illuminatore, ad esempio utilizzando un'uscita digitale((le uscite ad impulsi sono disponibili nei modelli con uscite a trasistor e non in quelli con uscite a relè) del PLC con la tecnica PWM.+dove il duty-cycle d è espresso in forma percentuale e P è la potenza in uW (confrontata con i 9uW desiderati). Questo valore può essere utilizzato per pilotare l'alimentazione dell'illuminatore, ad esempio utilizzando un'uscita digitale((le uscite ad impulsi sono disponibili nei modelli con uscite a trasistor e non in quelli con uscite a relè)) del PLC con la tecnica PWM.
  
 Il secondo e il quarto quesito sono argomenti di Sistemi Automatici. Il secondo e il quarto quesito sono argomenti di Sistemi Automatici.
  
 Il terzo quesito chiede di descrivere un alimentatore switching con topologia flyback già visto in [[https://leonardocanducci.org/wiki/tp4/alimentatori_switching#convertitore_flyback|quarta]]. Il terzo quesito chiede di descrivere un alimentatore switching con topologia flyback già visto in [[https://leonardocanducci.org/wiki/tp4/alimentatori_switching#convertitore_flyback|quarta]].
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 +===== Risorse =====
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 +Sulle termocoppie:
 +  * [[unita_14_1#termocoppie]] e i link in fondo al paragrafo
 +  * pagina 14 [[https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/TMP35_36_37.pdf|questo di questo datasheet]] di un sensore integrato di temperatura simile all'LM35
 +  * [[https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/application-notes/AN-369.pdf|application note]] e [[https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/AD594_595.pdf|datasheet]] della AD sull'uso dell'amplificatore con compensazione del giunto freddo 595/594
 +  * [[https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/1025fb.pdf|integrato della Linear]] per la sola compensazione del giunto freddo e [[https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/application-notes/an28f.pdf|Application Notes]]
 +  * {{ ::misure_di_temperatura.pdf |dispense}} su misure e trasduttori di temperatura
 +  * {{ ::temperature-measurements-1301891993.pdf |application note Agilent}} su termocoppie (ma anche RTD e NTC)
 +  * un integrato più moderno, l'[[https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/ad8494_8495_8496_8497.pdf|AD8494]] e la sua [[https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/user-guides/AD8494-Series-Evaluation-Board-UG-1421.pdf|evaluation board]]
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simulazione2019.txt · Ultima modifica: 2024/03/25 17:26 da admin