Re:Placa de potencia adaptada a CNC, para maquinas de C.C. Optimum/Quantum‏‏‏‏

[Manrique]

He dividido el tema, sacando las cuestiones sobre el tacométro-Mach3 y el roscado.

[pacol]

Hola Valen

Enhorabuena por el proyecto, está desarrollado de forma totalmente profesional. De libro

El pasado fin de semana monté este encoder casero en mi torno, un Quantum 250 x 550. Creo que el tuyo es parecido.
El disco es de aluminio pero el sensor inductivo lo lee perfectamente, no me ha hecho falta usar imanes 



El disco está clavado en el anillo separador colocado sobre el rodamiento externo. He usado un plato divisor para mecanizarlo con 25 dientes. A su lado se puede ver otro sensor inductivo que recibe 1 pulso/rev.

Saludos

[Valen]

Gracias por la foto,
el hecho de poner los susodichos imanes es por darle una solución a personas que tienen máquinas mucho más pequeñas que la tuya, muchos menos medios, y que probablemente no tengan fácil realizar un montaje como el que has hecho.... Muy buen trabajo, por cierto.
Como expliqué en uno de mis últimos post, este hilo está dedicado a acercar las tecnologías de control más modernas, a personas que no disponen de máquinas profesionales para fabricar piezas de metal, etc.... Ese es mi público objetivo, aunque además sirva para cualquier usuario en general.... De hecho, he incorporado las tecnologías más avanzadas..... y faltan todavía cosas muy interesantes por publicar.


Si hiciera un montaje al detalle, emplearía un sensor hall como el de este hilo, un engranaje de metal (con la menor Reluctancia magnética posible), y un imán potente detrás del sensor. De esta forma, al pasar el diente del engranaje por delante del sensor, la reluctancia total del circuito magnético bajaría mucho de valor, produciéndose un pulso su salida.
Esto tiene la ventaja de que las distancias entre picos son muy precisas, y por tanto la medida de velocidad oscilará muy poco. (con los imanes, cada uno está a una distancia algo diferente del siguiente, por lo que hay fluctuaciones en la medida de la velocidad instantánea, que te obligan a pasar las medidas por un filtro paso-bajo de frecuencia de corte muy baja... pero no es lo mismo que hacer las cosas con precisión, claro....)

[Valen]

Resultados del ajuste de los PI anidados, y realimentados por el Tacómetro.

Bueno, parece que por fin apareció la luz al final del túnel: Ya tengo ajustada la regulación PI, cuando empleo el Tacómetro como realimentación, en lugar del Estimador.

En la imagen mostrada a continuación he graficado tres variables:

• Velocidad de Consigna, marcada por el potenciómetro.
• Velocidad real, medida por el tacómetro.
• Error (diferencia entre las dos anteriores, que tienen que corregir los reguladores PI).

En realidad, el sistema emplea dos reguladores PI, uno dentro del otro:

El regulador PI de velocidad se encarga de ajustar las variables necesarias para que la velocidad real converja a la velocidad de consigna. De esta forma el error será cero.
El regulador PI de par no lo muestro con gráficas, porque es tan rápido realizando los ajustes, que prácticamente solo se ve una recta horizontal, por mucho que actuemos sobre el potenciómetro de mando.



En este ejemplo, la velocidad de consigna empieza con un valor de velocidad bajo. A continuación actúo sobre el potenciómetro y subo la velocidad que ha de tener la máquina (primer escalón, ascendente). Mantengo el potenciometro en una velocidad constante, y finalmente vuelvo a bajar la velocidad que ha de tener la máquina (segundo escalón, descendente). La velocidad vuelve a ser baja, y constante.

Como vemos, al modificar la velocidad de Consigna (verde), marcada por el potenciómetro, la velocidad que mide el tacómetro (azul) empieza a ajustarse poco a poco, para finalmente converger al valor marcado. Esta variación suave es intencionada, y está destinada a que el operario (nosotros...) tenga una percepción menos brusca del ajuste de velocidad que provocar el actuar sobre el potenciómetro de mando. Si esto no lo hiciéramos así, cada vez que giráramos el potenciómetro, el motor de la máquina pegaría un fuerte tirón, al reajustar su velocidad de manera instantánea.


También he grabado este pequeño vídeo, en el que se ve a los reguladores en acción.
(Al final se ven unas gráficas de funcionamiento que se actualizan cada 400 mSg, y por eso todos los tramos se ven como rectas, en vez de como líneas de curvatura suave).

(lo acabo de actualizar, para coregir detalles de edición.....)

Reg_PI_Tacom_01.m4v

[Valen]

Respuesta a condiciones extremas.

En la gráfica que mostramos a continuación, vemos como se comportan los reguladores PI cuando el torno pasa en una brusca pendiente, desde una velocidad mínima de 100 rpm, hasta 1000 rpm.
Como es una velocidad medida en el plato de garras (en el husillo principal), y en la marcha seleccionada mediante las poleas, la velocidad máxima es de 1250 rpm, esto quiere decir que pasamos de la velocidad mínima , hasta el 80% de la velocidad máxima del motor, en muy poco tiempo. Al cabo de unos instantes, reduzco la velocidad al mínimo otra vez.

Podemos apreciar que el sistema no sobreoscila (es decir, la Velocidad real medida por el Tacómetro nunca supera los límites marcados por el potenciómetro, como Velocidad de Consigna, o deseada). Y no lo hace tampoco al bajar de velocidad, donde es muy fácil que el motor llegue casi a pararse, para a continuación recuperar su velocidad. Esto es debido a que pasa a funcionar como generador, entregando energía en vez de consumirla...   

También he graficado en rojo el error de par, que es controlado por el PI más interno. Vemos que este regulador PI es tan rápido que el error es cero práctimente todo el tiempo. 

[Valen]

Un pequeño descanso.............

Sigo trabajando en pulir el proyecto:
Estoy verificando formas de adaptar la máquina a diferentes motores, diferentes juegos de poleas, etc. de manera que la doble regulación PI con tacómetro (o con estimador), sean tan fiable como en el caso de la máquina Optimum. Y que la adaptación la pueda hacer cada uno en su casa, sin necesidad de que yo intervenga.

También estoy investigando la forma de asegurarnos de que, por mucho ruido eléctrico (chisporroteo en las delgas, etc) que genere la máquina, el circuito de mando no se vea afectado, o al menos que el problema se pueda corregir sin modificar nada en la placa.

Horas y horas de "Investigación y Desarrollo", que espero que nos lleven a alguna conclusión. Por lo pronto, me echado un asistente, jajaja:

[jstony2000]

 pequeño andruino, jajaja

[Valen]

Ya de vuelta, estoy verificando todas las posibilidades de conexión de filtros EMC, para determinar lo más recomendable.

Filtrado del ruido eléctrico. Pruebas de idoneidad.

Como vemos en esta foto, ahora estoy probando a instalar dos filtros EMC, uno para potencia y otro para mando. Así va "de cine", claro jajaja.....

Con este montaje:
Filtro EMC parte superior de la foto: Evita que el ruido que generan las delgas del motor durante la conmutación, el IGBT al conmutar, etc. llegue a la red eléctrica general. (viene incluido de serie en todas las máquinas Optimum/Quantum).
Filtro EMC parte inferior de la foto: Evita que entre ruido eléctrico en el circuito de mando.

Me falta probar a conectar el cero de referencia de la parte de mando, a masa. Pero estoy teniendo problemas con esta prueba, debido a la propia instalación de la vivienda.

Como digo, el objetivo es buscar la instalación más recomendable.

[Valen]

Finalizamos la inclusión de nuevas características: Funcionalidades avanzadas.

En este apartado vamos a describir las últimas funcionalidades que voy a incluir en la placa de control. Se trata de resolver la problemática que se plantea cuando las condiciones de funcionamiento con las que viene configurada la placa, no se adaptan exactamente a nuestras necesidades.

Por ejemplo, supongamos que la placa está perfectamente preparada para trabajar con el torno Optimum 180x300 vario. Esto significa que la placa maneja los siguientes datos de esa máquina (no importa ahora si son exactos...):

Motor de 400 vatios
Corriente máxima admisible por el motor: 4 Amperios.
Resistencia del devanado de inducido del motor: 11 ohmios.
Modelización matemática del Estimador interno de velocidad, optimizado para el motor antes descrito.

Y además, si quiero montar un sistema con regulación PI en el que la realimentación de velocidad se realice mediante la medida del tacómetro, están fijados estos otros parámetros:

Número de pulsos/vuelta = 12
Velocidad máxima polea 1 = 1250 rpm
Velocidad máxima polea 2 = 2500 rpm


¿¿Pero qué hacemos si nuestra máquina no tiene exactamente ese motor, o las desmultiplicaciones de las poleas son diferentes, o queremos emplear un número diferente de pulsos/vuelta???

Para solucionar estos problemas es para lo que he desarrollado unas aplicaciones en Processing, que permiten comunicarse vía puerto serie con la placa, para modificar todos estos parámetros de forma sencilla.


De esta forma, disponiendo de un cable FTDI, o un módulo Bluetooth, es posible modificar todos estos parámetros. Y como es muuuy fácil dejar la placa inservible con solo cargar unos parámetros incorrectos, he incluido en todas ellas un botón de "Restaurar" esas variables, para dejarlas en sus valores iniciales.


Los datos cargados se almacenan en la memoria Eeprom del micro-controlador que corresponda, de forma que son datos que permanecen al apagar/encender la máquina, por lo que una vez modificados, no necesitamos volver a utilizar estas aplicaciones.

Cuando tenga un rato, agruparé los programitas uno solo, completamente desarrollado en Java, y compilado con Eclipse. Pero necesito algo de tiempo para hacerlo. De momento, las que tengo implementadas funcionan fenomenal.



Imagen de algunas de las pantallas que muestran los programas de configuración.




Un vídeo explicativo:

Modificar Parametros de Configuracion.m4v

[jstony2000]

hola Valen,...
Me permites hacer una consulta sugerencia....
Si quieres usa la fuente para el torno y para la fresa, hay o se puede hacer como un selector, si es que no lo tiene ya...
gracias por tu tiempo. saludos

[Valen]

Hola jstony2000,
yo soy partidario de que cada máquina disponga de sus propios sistemas. Claro que cada uno lo ve de una manera....
La idea es que esta placa de control se pueda adaptar como un guante a cada máquina (con un poco de trabajo, claro...) 

Creo que ya he terminado de programar cosas nuevas (menos mal, me iba a dar un pasmo...!  ) aunque ahora hay que dedicar un tiempo a pulir parámetros y detalles. No es poca cosa lo que queda, pero ya he verificado que todos los módulos fundamentales funcionan como un reloj. 

[Valen]

Pruebas en modo CNC (Control Numérico).
Estos días intento ir puliendo los valores de las constantes que definen el funcionamiento de la placa, mejorando/retocando cosas referidas a la interfaz, y cómo se visualizan algunas cosas.......... y sobre todo, ajustando el modo CNC.

Hay que aclarar que la entrada CNC a la placa se hace mediante una señal pwm que se convierte en un nivel de tensión, que se usa como referencia. Esto funciona aceptablemente bien, sobre todo en un sistema como este, en el que en realidad da un poco igual si la máquina gira 10 rpm más rápido o más lento. Pero siendo exigentes, solo podría esperarse un funcionamiento exacto si la placa recibiera un valor numérico, que de manera exacta le indicara la velocidad a la que habría de llevar el motor. Pero esta forma de trabajar es una limitación del software Mach3, muy criticada, por cierto.

Curiosamente, en este sentido, son más exactas las gráficas que dibuja mi ordenador a partir de la información que le envía el microcontrolador a través del puerto serie/Bluetooth, ya que el ordenador sí recibe valores numéricos concretos, exactos.

Este es un vídeo donde se muestra la placa conectada a Mach3, y funcionando con dos reguladores PI anidados, y realimentados por un tacómetro de 12 pulsos/vuelta.

Placa en modo CNC.m4v

Como se puede apreciar en el vídeo, en la pantalla OLED -en modo "depuración"- se muestran dos velocidades:
La que está en la posición superior es la Velocidad de Consigna, que marca Mach3.
Debajo de ella se ve la Velocidad Instantánea, medida por el tacómetro.

Al decir "Velocidad Instantánea", estoy queriendo indicar que es la velocidad medida en cada instante, sin hacer ningún tipo de media ni pasarla por ningún filtro, etc. De esta forma se puede ver el grado de oscilación de la velocidad que sufren los motores, y cómo el regulador está permanentemente controlándola. La velocidad Instantánea nunca se muestra en los tacómetros, ya que despista al operario, el cual lo que necesita es la velocidad media, que es la que realmente le aporta la información necesaria para trabajar.

[wels]

¡¡¡¡¡JOOOO!!!!!!
Nada que decir, o....muy poco
No creo que ahora mismo para las "maquinas" que tenemos se pueda pedir más de lo que ya has hecho....
Y aun así, sigues con la "idea" de dejarlo perfecto (vale,..... casi perfecto)

Realmente impresionante
 

[Valen]

Hoooombre Wells, ya estás de vuelta por el foro! me alegro!
Intento acabar la placa..... que no es poco..... 

[Valen]

Política Informativa de la placa, hacia el usuario.
La placa, mediante una pantalla OLED opcional, nos puede mostrar muchos datos e información sobre la máquina de estados que controla en todo momento el funcionamiento del hardware.

Los textos mostrados en la pantalla están en inglés, pero en realidad es una opción: Lo normal será verlo en Español, claro....

He tratado de que la información sea lo más útil posible, además de la satisfacción de conocer en todo momento qué es lo que está pasando en la placa.

Hay también un montón de errores que se controlan, y que de producirse, harían que se mostrara una ventana de error.

Un vídeo demostrativo.....

Politica Informativa.m4v