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

[Valen]

Sí, efectivamente kreutz, tienes razón: En la industria todo sigue el esquema de presentar primero un "warning" y si persiste el problema, pasar a un "Error", más adelante....
El problema siempre es decidir a qué temperatua actuar (es necesario un valor concreto). Teniendo en cuenta que cada motor y su carcasa, es un mundo...

[kreutz]

Hola;

Un poco mas de información sobre los limites de temperatura según la clase de aislamiento y el tipo de motor en el siguiente enlace: http://www.motorsanddrives.com/cowern/motorterms4.html

Esos son los limites de temperatura del aislamiento y no se debe permitir que el motor trabaje a esas temperaturas puesto que su vida útil será muy breve. Ahora bien, lo que nos preocupa es que el motor no falle por aislamiento ( o por desmagnetizacion de los imanes permanentes al alcanzar la temperatura de Curie, lo que ya ha sido tenido en cuenta por el fabricante al especificar la temp. máxima) por eso se hace uso de la observación empírica de que la vida util del aislamiento se dobla por cada 10 grados C por debajo del valor limite especificado para ese motor por el fabricante, es decir que, por ejemplo, un motor con aislamiento tipo F, completamente cerrado, puede estar especificado para una temperatura máxima de 115 grados C (incluyendo los puntos mas calientes dentro del enrollado) y si limitamos la temperatura máxima a 85 grados C su expectativa de vida aumentara en 4 veces. En realidad la especificación del fabricante es generalmente el máximo aumento de temperatura respecto a temperatura ambiente pero también debe especificar la temperatura ambiente máxima.

Yo pienso que la temperatura máxima puede ser un parámetro prefijado por el usuario dependiendo de su motor especifico, entonces pude usarse un porcentaje (80% ?) de ese valor como temperatura de alarma para avisar al operador de un inminente sobre-calentamiento y/o para activar un ventilador adicional. Ha de tenerse en cuenta de que el punto donde se mida la temperatura puede tener un diferencial de temperatura grande con respecto al punto mas caliente dentro del motor, por eso el aumento de temperatura se deberia medir (con mayor precision) midiendo la resistencia del enrollado ((valor actual -valor a temperatura ambiente) / coeficiente temperatura (ohmios/grado C) del hilo del enrollado = diferencia de temperatura) y eso conllevaría a complicar un poco mas tu diseño.

Al recibir la alarma de temperatura el operador puede también optar por reducir la carga al motor y dejar que este se enfríe naturalmente mientras continua trabajando con carga reducida.

Saludos,

kreutz

[saleroso]

buenos días
utilizando un comparador de voltaje como  el lm358 que tiene dos puertas creo conseguiremos junto con dos PTC el tener dos medidas una como la de máxima de trabajo  y otra la de parada de emergencia

[Valen]

Como digo, lo importante siempre es definir las condicones de contorno, sin posibilidad de duda: El sensor ha de colocarse en tal posición, sujeto de tal forma, etc, tal y como se indicarán luego en el "manual de instalación, configuración y puesta en marcha".
Y a continuación definir los grados centígrados que hacen actuar al sistema de control.

La circuitería, en realidad, es lo de menos, porque una vez seleccionado el sensor a utilizar, la hoja de datos de cada fabricante te muestra el circuito recomendado, a emplear.

[saleroso]

hola de nuevo

motores de corriente continua , imanes permanentes e inducido

el modo de sujetar las resistencias NTC de entre 8 y10 megaonmios al motor es sencillo
una abrazadera o brida, colocada en el contorno del motor , mejor hacia la parte trasera del mismo con las resistencias hacia adelante sujetando una pequeña placa de circuito impreso en la cual se sueldan por un lado los cables (dos por resistencia) y el otro lado dos resistencias NTC dejando espacio para que pase la abrazadera y aislando la parte inferior de la placa de circuito impreso con cinta doble cara adhesiva paras las vibraciones del motor.
apretamos la abrazadera y pegamos las resistencias lo mas cerca posible a la carcaza del motor colocando otra brida sobre las resistencias sin apretar demasiado

otro montaje seria mas laborioso de hacer

1- desmontar el motor

2-  hacer dos taladros al motor centrados y en el espacio que hay entre los imanes, con cuidado de que las virutas de los mismos no entre en contacto con los imanes

4- soldar a las resistencias los cables colocando un trocito de tubo termorretráctil en cada una de las patillas de las mismas, cortar los cables soldados con el largo adecuado desde el motor a la placa de control

5- pegar un tubo de plástico en los taladros justo al ras de la carcaza por los dos lados

6- introducir en dichos tubos las resistencias que sobresalgan máximo lo que los imanes inclinandolas un poco hacia los lados, colocar cinta de carrocero sobre las resistencias  y sellarlas por el exterior con resina de epoxi   

7- sujetar los cables con una brida de plástico al motor y pasarlos hacia la  placa de  control

[Valen]

Gracias, pensaré en ello....

[Valen]

Reducción del nivel de ruido eléctrico en el circuito de mando.
Garantizar las condiciones de funcionamiento.

Uno de los puntos en los que he estado trabajando es mejorar el nivel de ruido que el circuito de potencia acaba introduciendo en el de mando.
Este ruido se debe principalmente a la conmutación en el conjuto delgas-colector del motor de continua, que genera muchas chispas, así como a la conmutación del semiconductor IGBT, que se realiza a una grandísima velocidad.

Esto es inevitable, incluso separando físicamente ambos circuitos, ya que el circuito de potencia ensucia la red eléctrica, y de ahí pasa a la fuente conmutada Traco que alimenta la placa...

Para visualizar eso, veamos por ejemplo, qué ocurre con los pulsos del sensor hall usado como tacómetro:

En condiciones más desfavorables, los pulsos que genera el sensor hall que se usa en el tacómetro integrado para medir la velocidad, presenta una forma de onda como la mostrada en la imagen. (idealmente deberían de ser perfectamente rectangulares, con líneas claras, rectas y limpias...)



Como vemos, los pulsos están bastante polucionados, y hay picos de ruido importantes, que llegan a confundir a la entrada digital que cuenta los pulsos. El resultado es una medida de velocidad errónea, que se traduce en que a veces pueden aparecer unos valores de velocidad erráticos en la pantalla.


Filtrado ideal:
El filtrado ideal es el mostrado en la imagen. Obviamente esto no es viable en un sistema de control de un pequeño motor, ya que sería muy caro. (el ejemplo es para un sistema trifásico, pero la idea es la misma).




Para mitigar el problema, hay algunas formas intermedias:


Utilizar una alimentación del circuito de mando totalmente independiente del circuito de potencia.
A ser posible que vaya conectada a la toma de red, antes del filtro EMC de la máquina.
Esta es muy buena solución, pero obliga a introducir una conexón más. En la prueba de la imagen siguiente se emplearon dos conexiones diferentes, a cierta distancia una de otra, pero sin ningún filtro EMC. Vemos como la parte superior de los pulsos es completamente plana.




Una solución más cómoda (mantenemos un solo conector de alimentación) es:

 
Mejorar el filtrado de la salida de la fuente conmutada, e introducir un pequeño condensador en la entrada digital que recibe los pulsos del sensor.
Se puede añadir algún condensador adicional a la salida de la fuente conmutada, para mejorar el filtrado.
Tal y como recomienda el fabricante del sensor hall, para "condiciones severas", un condensador cerámico  (2,2 nF) mejora enormemente el comportamiento.



Vemos una notable mejora ente la primera forma de onda, y esta..... Suficiente para nuestras necesidades.

En la siguiente imagen podemos ver también que el nivel de ruido en la salida de la fuente (es decir, los +5v de alimentación para el circuito de mando) se mantiene en unos niveles bastante aceptables:




(las medidas las he tenido que hacer con las masas de mando y potencia unidas con un cable, por lo que en realidad los resultados han de ser mejores)

[kreutz]

Hola;

La belleza del procesamiento digital se basa en la mejor inmunidad al ruido, la forma de onda es realmente irrelevante mientras que haya dos niveles totalmente discernibles y por ello los niveles lógicos se expresan como rangos de voltaje con una banda de separación cuyos valores dependen de la familia lógica con que se trabaja.

Si bien es cierto que se debe controlar el ruido a la entrada para mantener una relación señal-ruido aceptable, la sencillez de lograr este propósito es lo que ha permitido que en los últimos 60 anos la electrónica digital haya avanzado tanto que en estos momentos es muy difícil encontrar un ingeniero especializado en electrónica analógica. Un simple filtro pasabajos RC y una compuerta "schmitt-trigger" a la salida es suficiente en la mayoría de los casos.

En cuanto al filtraje de una señal que representa 1 pulso por cada revolución del eje en una maquina herramienta es relativamente sencillo lograrlo en el software porque, debido a la inercia del mecanismo, esta es una señal que no puede variar mucho instantáneamente. Pulsos por debajo de cierta duración pueden ser ignorados sobre todo si el sensor da un pulso de ancho conocido o si se ha condicionado usando un circuito "monostable" a su salida. Pulsos separados muy poco tiempo también pueden ser ignorados puesto que físicamente ha de existir un numero de rpm máximo para el eje en cuestión y el software ha de conocer cual es ese limite de antemano (o puede ser pre-programado por el usuario).

La separación de las fuentes de alimentación es importante, el blindaje de los cables de señal también ( y/o el uso de senales diferenciales y cable trenzado (con o sin blindaje) para filtrar ruido de modo común). La unión de las masas de potencia y de control en un solo punto físico (en el PCB) ayuda mucho también. Vas por buen camino, te felicito.

Saludos,

kreutz

[Valen]

Hola, he invertido cierto tiempo en esto, es porque me afectaba a la entrada digital, que lanza una interrupción automáticamente.... y alguna vez se lanzaba más veces de lo que debía.....
En realidad, con configurar el sensor para "condiciones Severas", destinadas al sector del automóvil, etc. pudiera haber bastado, pero me quedo más tranquilo dedicando un tiempo dejar las cosas de la mejor forma posible: Un problema menos en el que pensar.

Hace no demasiado, pidieron a la cátedra de electrónica de Ing. Industrial, un sistema de regulacíon y control para una determinada parte del caza Eurofighter. Después de mucho darle vueltas, lo implementaron completamente por hardware (sin partes programadas en micros), ya que el hardware discreto no es tan sensible al ruido en la alimentación. Los micros se cuelgan con cierta facilidad, si el cero de referencia no es totalmente estable, etc.

Por ese motivo voy a incluir una conexión opcional, para quien quiera unir el cero de referencia del circuito de mando (manteniendo separados los dos circuitos, mando y potencia), a tierra. Esto garantiza un valor de referencia totalmente estable, en aquellos sistemas con mucho ruido. Se hace muy a menudo.... Lo que no sé es si cumple la norma de baja tensión. Supongo que sí.

[kreutz]

No debe haber problemas con la norma de baja tension si en el diseno del PCB se respetan las distancias minimas no solo entre trazos sobre la misma cara sino tambien entre trazos pertenecientes a ambos circuitos (control y potencia) en distintas capas (o planos) del PCB dependiendo del dielectrico utilizado. Cuidado con acoplamiento de ruido por efecto capacitivo entre ambas tierras.

kreutz

[Valen]

Conexión Bluetooth.
Ajuste de los reguladores PI, cuando empleamos el Tacómetro, en vez del Estimador matemático.

El objetivo de esta placa es acercar las tecnologías más avanzadas, a los usuarios más convencionales. Por ello intento que la sencillez de uso/configuración sean siempre uno de los parámetros de referencia.

En el caso de querer emplear la placa para que regule la marcha del motor mediante la información de velocidad que le aporta el tacómetro (en vez del estimador), esto se complica, ya que los reguladores PI han sido concebidos para trabajar en tiempo real, de forma que en cada ciclo de ejecución del programa, los PI actúen sobre la tensión de alimentación del motor, y en el ciclo siguiente puedan ver la lectura de velocidad, para comprobar cómo ha repercutido su acción, sobre dicha velocidad.

Esto se hace muchas veces por segundo. Contra más, mejor. La contrapartida es que hay que ser capaz de actualizar la velocidad de motor en cada ciclo de programa. Y si el programa tarda 3 miliSegundos en ejecutarse, entonces cada segundo se necesitarán 333 medidas de velocidad actualizadas.
Sin embargo el tacómetro es un dispositivo lento, sobre todo cuando la velocidad de giro de la máquina es lenta, y se generan pocos pulsos por segundo. El problema se agrava si además nuestro sistema solo dispone de, digamos, 4 imanes para generar 4 pulsos por cada vuelta.

Una solución sencilla es utilizar una rueda dentada de acero, con bastantes dientes, un imán potente, y el sensor de efecto hall. Entonces cada pocos grados de giro del eje de la máquina, se generará un nuevo pulso, y obtendremos una ingente cantidad de medidas de velocidad, en una sola vuelta del eje de la máquina.

Pero si queremos mantener la sencillez de uso, entonces tenemos un problema, ya que no todo el mundo dispone de los medios necesarios para fabricarse la dichosa rueda dentada........ Y en eso estamos: En mantener la sencillez al máximo, hasta donde se pueda llegar. Con cuatro imanes no es razonable querer regular por debajo de unas 250-350rpm. Esto es suficiente para muchos casos, pero no siempre.

En este vídeo muestro cómo he empezado el arduo camino de ajustar el sistema con el mínimo numero de imanes posible.... que creo que van a ser bastantes más de  los cuatro actuales.

ConectandoBluetooth

En el vídeo vemos como en módulo Bluetooth nos facilita la vida. Hay muchos en el mercado, que van desde los 8 euros, hasta los 50/60Euros del mostrado en las imágenes. También los hay por 5 Euritos, pero vienen preparados para trabajar a 3,3v, lo que nos obliga a preparar un peqeño regulador de tensión, que baje de los 5v de la placa en desarrollo, a los 3,3v necesarios.

En el futuro espero darle muchos servicios a este módulo, de forma que nos permita monitorizar a distancia el funcionamiento de la máquina, modificar parámetros de funcionamiento en tiempo real, etc.

[jstony2000]

increible como crece el proyecto,

[Valen]

Bueno, ya he preparado una rueda para 12 imanes de neodimio, a ver qué tal se dejan regular los PI....

La fresadora CNC es una maravila... pero la verdad es que esta pieza casi se puede hacer con un cutter. El material empleado es Estireno, de 3.2mm de espesor, de la marca "Evergreen", que venden en tiendas de modelismo.

Al mecanizarlo, lo fui refrigerando con alcohol, como me dijo Gil, y en ningún momento se fundió. El cabezal de fresado ha de girar relativamente lento, y los movimientos (X,Y) relativamente rápidos.

Los imanes son de neodimio, de 3mm de diámetro, y 2mm de espesor. Hay que tener mucho cuidado en que todos los imanes se coloque con la misma orientación (lo comprobaremos con un imán externo, acercándolo y viendo si todos ellos lo repelen al acercarlo por la misma cara).

[Valen]

Y, sí, efectivamente, con solo aumentar el número de pulsos (imanes), la gráfica que muestra la velocidad de giro del plato de garras, se ha suavizado mucho:

En verde se ve cómo acciono el potenciómetro de mando, marcando la velocidad de Consigna (primero subo la velocidad, y luego la bajo), y en azul se ve cómo es la velocidad de giro del plato de garras, controlada por los reguladores PI, que hacen que converja suavemente hacie el valor en verde.
Lo más importante es que la gráfica azul no sobrepase a la verde cuando esta última sube de valor. (igual razonamiento al bajar de valor).
También hay que controlar el diente de sierra que se produce alrededor del valor constante, que hace que la velocidad de la máquina oscile suavemente.....

Pero si esto ya estuviera ajustado, entonces habríamos terminado ¿no...?

[Valen]

El largo proceso de ajustar dos PI, uno dentro de otro.....
Aunque pueda no parecerlo a primera vista, hemos mejorado.
Para atender a la ingente cantidad de pulsos que se generan en el sensor hall cuando la velocidad es elevada (debido a que ahora hay 12 imanes, en lugar de uno, como hacíamos en los tacómetros), he tenido que incluir todo el código fuente del tacómetro que diseñamos en otro hilo de este foro.
Ahora, para cada tramo de velocidad, el regulador PI recibe una información más precisa, y por tanto es más fácil realizar la regulación.



Vemos que ya no hay sobreosclación, y que el diente de sierra en torno al valor de consigna se ha reducido mucho. (no hay que hacer mucho caso a los escalones de subida y de bajada, son algo gráfico).

A los sistemas regulados hay que tratarlos "con cariño". Esto quiere decir que si bajamos o subimos la velocidad muy bruscamente, sin el más mínimo cuidado, y el sistema está ajustado al límite, haremos que el ajuste de velocidad sobreoscile unos instantes. Se puede evitar haciendo el sistema más perezoso, pero claro esto también es un inconveniente.

(El sistema PI con tacómetro todavía me hace algún "extraño" de vez en cuando, así que no he terminado...).


Comparando dos PI + Estimador vs. dos PI + Tacómetro.
Aunque todo sistema tiene sus ventajas e inconvenientes, a mi me gusta más el sistema basado en el uso de un Estimador matemático de la velocidad. Veamos los puntos fuertes de cada sistema.

Dos PI y Estimador.

Ventajas.
El ajuste es extremadamente rápido. Esto es debido a que, por rápido que sea nuestro micro-controlador, está asegurado que en cada ciclo de programa se obtiene una nueva medida de la velocidad (Estimada, claro...). Esto permite que la velocidad regulada siga inmediatamente a la de Consigna, marcada por el potenciómetro.
Además, evita tener instalar una infraestructura compleja, como el la rueda con los imanes, y el tacómetro.

Inconvenientes.
El estimador incluido en el software se determina para cada motor en particular, por lo que si lo empleamos con otros motores, resultará menos efectivo (aunque funcionará).
Una solución es permitir actualizar los parámetros del Estimador del motor, a través del puerto serie/conexión Bluetooth. De esta forma, el mismo software serviría para cualquier motor.
Es menos preciso que un tacómetro.

Dos PI y Tacómetro.

Ventajas.
El ajuste es independiente del motor empleado. Es decir, el sistema es igual de efectivo a la hora de ajustar la velocidad de diferentes motores.
Es más preciso. Si le marcas una velocidad de consigna de por ejemplo, 500rpm, convergerá a ese valor, sin importar qué motor estemos utilizando. Sin embargo, hay que aclarar que es casi imposible que se mantenga a esas 500rpm de forma constante, y lo que en realidad hará es mantener el motor en un margen de rpm controlado, alrededor de esa velocidad. Con la regulación actual basada en 12 imanes, creo que ese margen es todavía del 5% más o menos, aunque creo que será posible mejorarla.

Inconvenientes.
El principal inconveniente es la complejidad técnica en montarlo correctamente.
Otro inconveniente es que nunca será tan rápido como un Estimador.