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Asociación Argentina de Control AutomáticoPrimera Jornada AADECA sobre:

" CONTROL DE MOVIMIENTOS " 8 de junio de 2010

DISERTANTE: Ing. Diego Bernhardt EMPRESA: Bosch Rexroth SAIC

TECNICA DE REGULACIONTECNICA DE REGULACION

COMPONENTES PARA LA TECNICA

DE REGULACION : ELECTRONICA Y

VALVULAS PROPORCIONALES.

TECNICA DE REGULACION

Un cliente nos pide el siguiente proyecto, con los siguientes objetivos:

1. Mover una masa de la posición A hacia la posición B.2. Con la mayor velocidad posible.3. Con cierta precisión en el posicionamiento de la carga.4. Sin golpes en la maquina.

Para ello pensamos en una central hidráulica :

Bomba Acumulador Cilindro Tanque, filtros, etc...

Lazo abierto con rampa

S2/3 Gö/Li Vorzugsprogramm Ventiltechnik Teil 3

Válvula proporcional con rampa

Qué es el lazo cerrado ?

Lazo abierto, y cerrado

Feedback signal

Setpoint signal

Lazo cerrado de control :

Lazo cerrado : WAB

Lazo cerrado :

Frecuencia natural del sistema

• Frecuencia > 30 Hz : ideal!• Frecuencia > 15 Hz : aceptable• Frecuencia = 10 Hz : limite admisible• Frecuencia < 5 Hz : peligroso!!!

• Frecuencia natural de la máquina ideal :

frec. maq. ideal > 10 x frec. cilindro

Movimientos del cilindro:

• Lentos = la carga acompaña al movimiento• Rápidos = la carga se desfasa• Muy rápidos = resonancia

Movimientos del cilindro:

• Lentos = la carga acompaña al movimiento• Rápidos = la carga se desfasa• Muy rápidos = resonanciaPresión >>> Fuerza / área:• Inercia = masa x aceleración• Fricción• Compresión del resorte natural (aceite)

Movimientos del cilindro:• Lentos = la carga acompaña al movimiento• Rapidos = la carga se desfasa• Muy rapidos = resonanciaPresión >>> Fuerza / área:• Inercia = masa x aceleración• Fricción• Compresión del resorte natural (aceite)Aceleraciones:• Lentos = bajas aceleraciones

fza. inercia << fza. del resorte: no oscila........• Rápidos = mayores fzas., se comprime el resorte:

Oscilaciones al iniciar el movimiento!!!• Muy rápidos = resonancia / desfasaje

• frecuencia = w / 2 x π• periodo T = 1 / w (segundos)• tiempo mínimo de aceleración

t = 3 a 5 x T (segundos)

Frecuencia del cilindro: según el cálculo.Frecuencia de la válvula: según catálogo.

Ancho de banda disponible : es 1/10 de la menor de las 2 frecuencias anteriores disponibles

Proporcional sin feedback, acción directa y pilotadas.

Robustas, TN 6 con menos de 19 V se desconecta la electrónica. Las válvulas se “centran” por resortes a la pos. media en caso de perdida de tensión de alimentación.Utilización en lazo abierto. Muy amortiguadas.Grado de limpieza exigido NAS 9.

WRAWRZ

Proporcional con feedback, acción directa y pilotadas.

Debido al sensado de la posición de embolo, se mejora notablemente los datos estáticos y dinámicos de la válvula. Utilización en lazo cerrado de baja frecuencia.Grado de limpieza exigido NAS 9.

WREEWRKEWREH

WRAWRZ

WREEWRKEWREH

Válvulas de alta respuesta, también llamadas reguladoras y/o HRV.

Solenoides con bajo rozamiento, cantos de control ajustados, evtl. con casquillo. Buena linealidad en la zona del cero de la válvula, opciones de “fail to save”.

WRSEWRTEWRPEWRLEWRREWRVE

WRAWRZ

WREEWRKEWREH

Válvulas de alta respuesta, también llamadas reguladorasHRV.

Solenoides con bajo rozamiento, cantos de control ajustados, evtl. con casquillo. Buena linealidad en la zona del cero de la válvula, opciones de “fail to save”.

WRSEWRTEWRREEtc.....

Servoválvulas, acción directa TN 6 + 10, mas pilotadas.SERVO

Retroseñal mecánica o eléctrica, torquemotor con frec. max. 1200 Hz mejora la respuesta de la válvula. Torquemotor como unidad funcional completa, toberas en la carcaza evitan distorsiones por temperatura, carcaza de fundición gris esfercia evita extrusión de los orings del casquillo, acceso simple al filtro, retroseñal con esfera de Zafiro evita desgaste y juego. Aplicaciones de alta dinámica y/o precisión. Grado de limpieza NAS 7.

WS2EMWSE3E

COMPARACION VALVULAS PROP + HRV

BOSCH $ REXROTH $ BOSCH $ REXROTH $

A Prop. WRAE 1 WRZE 3,5

B Prop.c/FB WRPE 2 WREE 2,5 WRKE 4,2

C Valv. REG. WRPEHWRPEH

2,2 WRSE 3,1WRLEWRLE

3,9 WRTE 5,5

C HRV. WRREHWRREH

3,5 ---------WRVEWRVE

5,2 WRDE 6,6

ACCION DIRECTA : PILOTADAS :

Criterion Proportional valve Servo solenoidvalve

Yes X XSpool position controlNo X

High XTolerances of meteringnotches Low X

Yes XSpool sleeveNo X (x)

High XFrequency response

Dynamic performance

Low XResponse time

Zero XOverlap in central positionPositiv X (X)Linear (X) X

Progressiv X (X)Flow curve

Dual gain XClosed loop (x) XApplicationOpen loop X

(X) possible but not typical

Válvulas proporcional y HRV - servosolenoide:

Características de las HRV:

The most important characteristics of servo solenoid valvesin closed loop applications are:

- quality of zero overlap in central position- dynamic performance- nominal flow- flow characteristic curve (linear, non linear)

Sistema émbolo y casquillo:

A-KanalApplied in case of single stage valves NG 6 und NG10in order to realise a precise and durable zero overlap in central position

sleeve

Valve type

NG f0 (Hz)

direct operated servo solenoid valve

110 85

pilot operated servo solenoid valves

10 16 25 32

58 46 38 20

direct opersted HRV 6 210 Pilot operated HRV 10

80 68 50

Frequency limit rated at 5% signal amplitude und a phase shift of –90°

Límites de frecuencia:

Sollwert [V]

Modifizierter Sollwert [V]

-10 10

0,35...0,50

-0,5...-0,35ca.2

ca.- 2

Compensación del solapamiento:

To minimize the deadband , butmaintaining a safe locked central position

integrated in OBE

Sollwert [V]

Modifizierter Sollwert [V]

-10 10

Anfang der hydraulischen Kennlinie

To eliminate the deadband to be used in closed loop applications

To be realized in axis controller

Continuous operating valves with positiv overlap in central position

Linearization is provided by additional electronics (daughter card),by the HLA-module or in case of OBE-D2 it is integrated in the valve.

Linealidad de la respuesta en Q:

Valve curve

linearized

electroniccompensation

MAS DE VALVULAS PROPORCIONALES Y SERVOSOLENOIDES.

1 Wieso Ventile mit Flächenanpassung?

1 Wieso Ventile mit Flächenanpassung?Ausfahren mit Schieber ohne Flächenanpassung

1 Wieso Ventile mit Flächenanpassung?Ausfahren (Schieber-Flächenanpassung+mod.SW)

Gegenüberstellung der Bewegungen mit Flächenanpassungdes Ventils mit und ohne modifiziertem Sollwert

Gegenüberstellung der Bewegungen mit und ohne Flächenanpassungdes Ventils bei modifiziertem Sollwert

Por qué usar un servocilindro? Problems and solutions

Problems and Solutionsreducing the seal friction

Problems and SolutionsThe function of a hydrostatic pocket bearing (unloaded)

Problems and SolutionsActuator stiffness (axial)

Opciones de cilindros:

High Performance Industriezylinder (CGH4)

Nenndruck 280 barStatischer Prüfdruck 420 barDruckflüssigkeit Mineralöle DIN 51524 (HL, HLP)

Phosphorsäure-Ester (HFD-R, bei Dichtungsausführung -20°c bis +50°cDruckflüssigkeit-Temperaturbereich -20°c bis +80°cViskositätsbereich 2.8 bis 380 mm 2̂/sVerschmutzungsgrad max. zulässiger Verschmutzungsgrad der Druckflüssigkeit nach NAS 1638 Klasse 7

Dichtungskonzept

nur Intern

Low-cost Servozylinder ( Übergangslösung

Druckverlauf

Low cost!

Sensor ultrasónico

Sensor potenciométrico

Regla óptica (incremental)

Trasductores de presión:

Controller Cards Control Systems

Valve Amplifiers Accessories

Electronic Components and Systems

Componentes electrónicos:

Electronic Components and Systems

Valve Amplifiers Controller Cards AccessoriesControl Systems

Controller Cards

Controladores :

Hydraulic Controls

Position

Force / Pressure

Velocity / Flow

Analog & Digital ControllersOpen- & Closed-Loop

Programa controladores :

Technical properties

4Power supply: 24 V DC nominal

4Ambient temperature: 0...+70 degrees C

4Plug connection: Connector 13-pole

(screw terminal)

Fields of application

4Position and velocity controller

Product line characteristics

42 variants available (voltage, current)

Functionality (excerpt)

4Switchable from position to velocity control

4Position control (PT1)

4Velocity control (PI)

4Deadband compensation on/off

Benefits

4Compact design

4DIN mounting rail

4Low-cost control unit

Módulo analógico AVPC

- Setpoint signal analog V= 0...+/-10 V or I= 4...20 mA (2 versions)

- Feedback signal analog V= 0...+/-10 V or I= 4...20 mA (2 versions)

VT-SWKA-1-1X VT-PVAR2-1XVT-PVNR-1-1XVT-PVPQ1-1X

Command Value Card:Especially for valves with

integrated electronics4 internal command call-ups2 external command inputs

(±10V or 4..20mA)Ramp generator (max. 50ms)with quadrant recognition

Controller Cards:for position control (PVAR2)

speed control (PVNR-1)pressure control (PVPQ1)

P(I)D adjustable via rotary switch

Refer to RD/RE 30255

Refer to RD/RE 30135/37/38

SWKA + PVAR analógico:

PKS 6809DAX2DAX5

HNC100 -1X

SYB2000

19951992

1987 1982

1998HNC100 -

HNC200

Historial de los controladores digitales

HACD – familia de controladores

Gleiche Hardwarebasis, gleiches Bedientool

VT-HACD-1 VT-HACD-2 HACD-DPQ VT-VPCD VT-xxx

Sollwert-/ Reglerkarte mit einem Regelkreis

Reglerkartemit zwei

Regelkreisen(ablösende Regelung)

Reglerkartefür

Einspritz-prozess-regelung

Wegab-hängiges

Abbremsen

Reglerkartefür Axial-kolben/-pumpeA4VS...

Weitere Applika-tionen, auch

kunden-spezifisch

VT-HACDB

VT-HACD - Digital Reglerkarte mit Sollwertgenerierung

Sensorschnittstellenanalog (U/I), SSI

Achsregler: PIDT1-Regler angepasst an Besonderheiten hydraulischer Antriebe

Sollwertgenerierung analog, Feldbus oderintern mittels 32 Blöcken

Frontdisplay Anzeige und Veränderung von Parameterwerten

Feldbusse DeviceNet, Profibus DP und CANopen

VT- HACD-1 – Reguladora con un lazo cerrado

Sollwertgeneratorgesteuertes VerfahrenPositionsregelungGeschwindigkeitsregelungDruck-/Kraftregelung

Einsetzbar für:

Ein Regelkreis realisierbar

Feedback digital (SSI) oderanalog (Spannung/ Strom)

Bestellbezeichung: VT-HACD-1-1X/V0/1-0-0

Die 32 Blöcke können über die binäre Kombination der digitalen Eingänge DI1…DI5 + DI6 als „Binär Freigabe“ abgerufen werden.Für die HACD-1 ist dieser Mode kompatibel zur VT-SWKD.

HACD modo 1

Es ist ein Sollwertprofil hinterlegt, welches die typische Applikation einer Positionsregelung abbildet.

HACD modo 2

Der Struktureditor ist freigeschaltet. Eigene Bewegungsabläufe können erstellt werden. Hierfür stehen 32 Blöcke zur Verfügung.Jeder Block enthält: Sollwert, Rampenzeiten (Geschwindigkeit+, Geschwindigkeit-, S-Anteil) und Reglerparameter.Blöcke werden durch Setzen von Triggerbedingungen aktiviert:Setzen digitaler Eingänge, Vergleich von Signalen mit frei definierbaren Schwellen oder Ablauf von Wartezeiten.

HACD modo 3

Sollwertgeneratorgesteuertes VerfahrenPositionsregelungGeschwindigkeitsregelungDruck-/KraftregelungAblösende Regelung (Position ↔ Druck/Kraft)

Einsetzbar für:

Feedback 1 x digital (SSI) oderanalog (Spannung/Strom)

Zwei Regelkreise realisierbarnur 1 digitales Feedbackgemeinsame Blockabrufe

Bestellbezeichnung: VT-HACD-2-1X/V0/1-0-0

HACD 2 ejes

Version der HACD mit der Funktionalität „Wegabhängiges Abbremsen“

Wegmesssystem digital (SSI) oder analog (Spannung/Strom)

Bremsfunktion linear und WurzelfunktionRestgeschwindigkeitslogikgetrennte Parameter für Vorwärts/ Rückwärts

Eigenschaften

HACDB frenado en función de la distancia

Schwenk-winkel

Leistung

Offener (A4VSO...) und geschlossener(A4VSG...) Kreislauf

Schwenkwinkel-, Druckregelung undLeistungsbegrenzung

Einsetzbar als Pumpenregler zur DFE-Regelung der A4VS... mitHS4-Verstellung

Vorsteuerventil 4WRE...-2XNeuer Wegaufnehmer für Schwenkwinkel

HACD VPCD control de bombas

Features :

NC programmable,Closed-Loop Control

(optimized for hydraulic drives),Field-Bus compatible

(Profibus, Interbus, CAN, Sercos),Interface for incremental and SSI sensors

Local CAN Bus for synchronizationwith other HNC´s,

2-Axes version (option),WINPED 5.0

Control numérico HNC 100

HNC 100 - interfases

VT-HNC 100-1-2X VT-HNC 100-2-2X

HNC 100 1 y 2 ejes - Serie 2X

HNC 100 : posibilidades

;Waiting until input is set. ;Definition of switching positions/TRIG A A1.7=1 XR200 B-R206 B+R206 <>/TRIG A A1.8=1 XR201 B-R206 B+R206 <>;------------------------------------------------------------------------; C O M M A N D S E C T I O N;L00IF E1.4=1 JMP L10 ;jump: input 4 is setIF E1.5=1 JMP L20 ;jump: input 5 is setJMP L00;L10;Traversing to rapid speed positionG01 XR205 IR210 JR250 FR210 R211;Traversing to end positionG01 XR201 I100 J150 FR211 0L11IF E1.4=1 JMP L11 ;Waiting until the input

;is reset againJMP L00;L20G01 XR200 I200 J200 FR212 0 ;Returning to the initial positionL21IF E1.5=1 JMP L21 ;Waiting until the input is reset againJmp

L00M02 ;End of Program

Programación HNC 100 :

Controller card - Sinumerik 840 D HLA module

Refer to BEY 17/26

Development and sales cooperation with Siemens AG

Fields of application

4Machine tools, e. g. rotary transfer machine, machining centre

Product line characteristics

4Full compatibility with Siemens Sinumerik 840 D

Functionality

4Position -, speed- and force control

4Alternating position and force control

4Interpolation of multiple drives

4Synchronous operation

4Safety functionality integrated

Digital HLA o MX4

Electrónica para ensayos

HCE entradas & salidas

COMPARACION DE DIVERSOS REGULADORES :

INPUT ANALOGICO : INPUT DIGITAL : OUTPUT ANALOGICO : SCAN &RANGO RESOLUCION RANGO RESOLUCION RANGO RESOLUCION FREC :

10 mVmodulo : +/- 10 V carrera / 1000 +/- 10 V

ANALOGICOS AVPC 0 - 10 V Por ej. : carrera de ---- ---- 0 - 10 V ----(1) 4 - 20 mA 1000 mm, la mejor 4 - 20 mA

PVAR exactitud = 1 mm

ANALOGICOS VT 3015 0 - 10 V ---- ----(2,1)

HACD-2 2 ms(1,6) 20 Hz

+/- 10 V 2,5 mV SSI 0,01 mm +/- 10 VDIGITAL 0 - 10 V 0 - 10 V 1,25 mV

HNC 100 4 - 20 mA 5 mV SSI / INK. 0,001 mm 4 - 20 mA 1 msMC68376 (4,6) 40 Hz16/32 bit 2 ejes

HCE-2X 0,5 ms(7) 100 Hz

ruido :aprox. 10 mV

Comparación eléctrica + hidráulica

Electric – and Hydraulic actuator design

Comparación hardware hidráulico

Comparación hardware eléctrico

Potencia media hidráulica

Potencia media eléctrica

Comparación hidráulica y eléctrica

Diseño hid + eléctrico

Performance hid + eléctrica

Paralelismo

Regulación del espesor

CONTROL DE PARALELISMO

PARALELISMO 2 CILINDROS

PLC, NC, ... Hydraulic drive‘s

CONTROLADORCommand SW + Actual IW

Parameters Status information

Analogpressure sensor

Analogeposition LOGICA SUPERIORsensor

Estructura del control:

Aplicaciones hechas por BR-Arg.

o Regulación de presión en FATE

o Seguidor de bordes en SIDERAR

o Frenado y reg. presión en SIDERAR

o Traslación de molde en Máq.. sopladora

Servocilindro c / HACD :

HACD seguidor de bordes :

HACD construcción del tablero:

HACD tablero de comando:

Mov. traslación cañón de barro:

Inyección cañón de barro:

Mvc-021f.jpg

Controlador HNC 100 - 2 ejes:

Válvulas proporcionales HNC:

Product Info

Customer Specification Sheet

EHL especificaciones:

HYVOS 6.0 enables the user to simulate valve controlled cylinder drives in both open loop and closed loop systems.

Hundreds of parameters facilitate the modeling of complex structures and the replication of virtually any sequence of motions and loading conditions.

The Software is not only suitable for practical applications in project engineering and development, but also constitutes a valuable aid for training in hydraulic drive and control technology.

Simulación con soft HYVOS:

Actuator step responses with different valve dynamics.

Frequency response of a position control loop.

High speed / creep speed cycle with external force.

Simulación: ejemplos

Defining static and dynamic parameterslike flow rate, frequency, spooltype, etc.

A library of Rexroth valves is implemented

Simulación: parametrización válvulas

Library of Rexroth controlers with graphicaluser interface.

User defined controlers.

Simulación: controladores

Técnica de regulación: Contactos

PUEDEN INVITAR A VUESTROSPOTENCIALES CLIENTES A NUESTROLABORATORIO DE ELECTRONICAPARA REALIZAR DEMOSTRACIONES.

Consultas y Aplicacciones :

Diego Bernhardt Tel.: 011-4756 0140Fax.: 011-4756 0136Mail diego.bernhardt@boschrexroth.com.ar

© Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns.März 02,BRI/VAS2/3 Gö/Li Vorzugsprogramm Ventiltechnik Teil 3

Gracias por su atención !

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