AOP contrôle électrovanne

[gdes]

Bonjour,

Je suis nouveau sur ce forum et j'ai très peu de connaissances en électronique. Je rétrofite actuellement un vieux tour à commande numérique et le pilotage de la broche me pose problème. Il s'agit d'un moteur asynchrone couplé à un variateur mécanique à poulies coniques (idem scooter), ce dernier étant commandé hydrauliquement via une électrovanne proportionnelle 24vdc. Ensuite il y a une boite mécanique à 2 rapports commandés manuellement via un levier et un capteur de vitesse Heidenhain rod426 directement au cul de la broche (signal TTL). Le boitier qui me sert de liaison entre le PC et la machine me sort un signal analogique 0/10V qui sert de consigne proportionnellement à la vitesse que je demande.

Je dois créer un asservissement pour piloter l’électrovanne en sachant que : quand je lui envois du 12vdc, ça maintient la vitesse de la broche (donc point neutre), plus je descend en dessous de 12v plus la broche décélère et plus j’augmente la tension au dessus de 12v, plus la broche accélère.

On m'a conseillé de passer par un PLC pour réaliser une PID, mais je n'ai aucune connaissance dans ce domaine et je n'ai pu trouver de l'aide sur divers forum. Je me tourne donc vers vous, certains pensent qu'avec un AOP ça pourrait fonctionner, qu'en pensez vous? Je pense qu'on peut simplifier l’acquisition de la vitesse de broche en plaçant un capteur 0/10v directement sur la poulie secondaire afin de se passer de la boite manuel. De ce fait, avec un AOP soustracteur ou autre, on compare la tension de la consigne avec la vitesse réel, en sortie la différence des deux serait amplifiée pour piloter l'électrovanne. J'ai une carte de pilotage de l'électrovanne 0/10v en entrée 0/24v en sortie qui pourrai peut-être convenir.
Je ne sais pas si j'ai été très clair...

Qu'en pensez vous? c'est jouable ou pas, en sachant que je n'ai que très peu de connaissance en électronique, il faudrait me donner une solution clé en main...

Merci pour votre aide
-----

[jiherve]

bonsoir,
la solution clef en main il ne faut pas en rêver, un asservissement PID est loin d’être simple surtout lorsque l'on ne connait aucun des paramètres de la machine.
Là il faut se trouver d'un aidant sachant proche car il faudra mettre les mains dans le cambouis.
JR

[gdes]

Bonsoir,
Ok mais personne dans mon entourage ne s'y connait en électronique. Et une mise au point à distance ça n'est pas jouable non plus?
Pour ce qui est des paramètres de la machine, j'en connais tout de même 95%, j'ai déja réalisé le pilotage des servomoteurs controlant les axes, les électrovannes contrôlant le changeurs d'outils, les fins de course etc... Bref il ne me reste plus que la broche, j'ai réalisé pas mal d'essais avec un potar en consigne et une carte d'amplification d'électrovanne. j'arrive à accélérer la broche en injectant plus de 12vdc, ralentir en baissant la tension en dessous de 12v ainsi que maintenir la vitesse avec 12v.
On pourrait certainement simplifier le pilotage de la broche :
Pour la partie boite mécanique, pas de souci le logiciel (mach3) gère cela sans problème. Pour le capteur de vitesse heindenhain, je pense qu'il serait difficile de l'exploiter. Il existe en effet des tachymètres intelligents avec sortie analogique 0-10v, on peut ainsi configurer la vitesse max correspondant à 10v. De ce fait il est sans doute possible d'utiliser un AOP soustracteur, Vconsigne-Vréelle nous donnerait un signal +/-10v. Il faut ensuite transformer ce signal en 0/10v qui servirait de consigne pour ma carte d'amplification 0/24v qui pilote l'électrovanne. Cette carte dispose de potar pour regler la rampe, temps de réaction et limite min max.
Évidement je suis bien conscient que ça n'est pas une vrai PID, mais on resterait ainsi sur un montage simple que vous pouvez sans doute me schématiser à distance. ça a aussi l'avantage d'être peu coûteux. Il est vrai que ça risque d'être un peu instable mais bon ça vaut peut-être le coût de tenter non? Je ne demande pas une précision à 10tr/min ni un temps de réaction ultra rapide...

[bobflux]

Ton capteur de vitesse, il sort quoi ? Des impulsions à une fréquence proportionnelle à la vitesse ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[jiherve]

bonjour
oui (j'ai un peu farfouillé) 2 sortie en quadrature + top de zero, il faut un µc pour faire tout ça mais comme le demandeur demande du clef en main je m'abstiens.
JR

[bobflux]

Ah oui si c'est de la quadrature... bon y aura peut-être un convertisseur de ça vers du 0-10V, mais un micro serait mieux... parce que comme la fréquence dépend des rpm, et la réponse du moteur aussi probablement, il faudra probablement adapter les paramètres du PID à la vitesse...

[gdes]

Oui c'est bien ça et effectivement vu mon niveau je pense qu'il faut lâcher cette piste. Il existe effectivement un convertisseur TTL vers 0-10v mais d'une part c'est cher et d'autre part ça pose problème vu que ce capteur est directement installé sur la broche. Si on souhaite l'utiliser en l'état, il ne faut pas oublier qu'il y a la boite de vitesse entre le variateur et la broche donc l'électronique devra en tenir compte et ça va vite devenir trop complexe (enfin peut-etre pas pour vous mais pour moi...)
Comme je le disais plus haut je pense qu'il faut partir sur un capteur 0/10v à installer en sortie de variateur (donc avant la boite). Le logiciel envoie du 0/10v en consigne que ce soit en gamme 1 ou 2, il sait gérer cela en fonction de la vitesse que je lui demande. Il va me demander de changer le rapport si nécessaire (c'est une boite manuelle).
Je vois 2 options :
-un tachymètre intelligent comme évoqué plus haut, ça a l'avantage de configurer très facilement Vmax à 10v mais c'est tout de même 80 à 100€
-un potard linéaire installer sur le flasque mobile du variateur. Ainsi on aura Vmin à 0 et Vmax à 10v pour une quelques euros. l’inconvénient c'est que ça va me demander pas mal de temps pour installer ça.
Avec une consigne en 0/10v et une vitesse réelle ayant le même type de signal, tout cela sans se préoccuper du rapport de boite, c'est tout de suite plus réalisable.
Il est vrais que je souhaite une solution clé en main, je peux tout de même réaliser des mesures et des essais de mon coté si c'est nécessaire. Je sais utiliser un multimètre, beaucoup moins un oscillo mais j'en possède un quelque part sur une étagère...
Je dois conserver tout de même le capteur heidenhain sur la broche car ce tour est capable de faire des filetages, il faut impérativement synchroniser la vitesse d'avance de l'outil par rapport à la vitesse réelle de la broche. Pas d'inquiétude de ce coté, le boitier et le logiciel savent réaliser cela.

[Qristoff]

Bonsoir,
Comme un petit croquis vaut mieux que 100 lignes d'explications, peux tu nous faire une représentation de ton système en indiquant à chaque nœud le signal attendu.

[bobflux]

Sinon y'a moyen d'utiliser la sortie quadrature comme une fréquence, et de mettre un convertisseur fréquence tension...

[bobflux]

Mais bon, ce serait quand même plus simple de traiter le signal quadrature avec un micro...

Quelle est la fréquence maximum et minimum des impulsions délivrée par le capteur ? (rpm * impulsions par tour)

Sur quelle plage de rpm tu veux réguler ?

[gdes]

Bonjour,

Voici les schémas, pas sûr que ça vous aide beaucoup... La version 1 serait la solution idéal pour moi mais c'est plus complexe et je suis incapable de détailler plus que ça. La version 2 est la plus simple mais moins idéal car elle ne mesure pas la vitesse réelle en sortie de broche et je serais obligé d'ajouter un capteur analogique.

Pour les impulsions du capteur Heidenhain, il est noté 1250 L/Umdr, ça signifie 1250 impulsions/tour?
En gamme 1 la broche tourne de 50 à 375tr/min et en gamme 2 400 à 3000tr/min
pid v1.png
pid v2.png

[bobflux]

> ça signifie 1250 impulsions/tour?

Probable, donc avec 50-375 rpm ça donne 1kHz à 7.8kHz, et l'autre vitesse 3000rpm donne 62kHz

Si solution avec micro, il en faut un dont le timer gère l'encodeur quadrature, 62kHz ça va trop vite pour un arduino sous interruption. Avec un STM32 ou autre ARM un peu rapide, pas de problème, en plus ils gèrent ça en hardware. Si tu sais programmer, c'est jouable.

Si solution analogique, avec un convertisseur fréquence/tension, peut-être un LM2907 par exemple, pour convertir ta fréquence en 0/10V.

Le problème c'est la régulation : dans toute boucle de régulation, si il y a trop de délai dans la boucle, ça devient instable. Imagine par exemple essayer de rouler droit si il y a un délai de 2 secondes entre l'action sur le volant et le mouvement des roues, ou peut-être un délai dans le cerveau à cause d'un apéro. Pour compenser le délai, on peut réduire le gain, mais alors elle sera moins performante. Pour reprendre l'exemple de la voiture, ça correspond à rouler à 3 km/h, donc si tu tournes le volant dans le mauvais sens elle ira bien moins vite vers le platane et tu pourras corriger, mais bon ça va moins vite bien sûr.

Donc, un convertisseur fréquence tension analogique va rajouter pas mal de délai, alors qu'avec un microcontrôleur on peut tricher en mesurant la période au lieu de la fréquence.

Pour savoir si c'est important, il faudrait savoir quelle est la vitesse de réaction de l'électrovanne et l'inertie du bouzin, si l'électrovanne contrôle la vitesse ou l'accélération (ce serait beaucoup plus simple si elle contrôle la vitesse), et quels sont tes désirs en matière de vitesse de régulation.

[gdes]

Bonjour,

Effectivement je comprends bien pour la régulation, j'ai déja eu l'occasion de faire des réglages sur des servomoteurs, avec des vrais paramètres PID. L'idéal dans le cas présent serait de pouvoir agir sur chaque paramètre P, I et D. Mais bon je ne sais pas si c'est 100% utile.

Pour ma part je me fiche un peu du temps que mettra la broche pour atteindre la vitesse de consigne, je peux mettre une tempo dans le logiciel pour ne pas bouger les axes tant que la broche ne soit prête. Mais ça pose tout de même problème lors d'une opération de dressage face, la broche se met à accélérer au fur et à mesure que le diamètre diminue.
L'electrovanne réagie quasi instantanément, en revanche c'est bien l'inertie du variateur qui pose problème. ça mettait quelques secondes pour atteindre la vitesse de consigne, je dirait dans les 2 ou 3s lors qu'on part de V0 à Vmax. J'ai bien peur de l'instabilité du système, même si les ingénieurs français y sont parvenus il y a +de quarante ans...

Je veux bien partir sur un microcontrôleur, mais encore une fois je débute dans ce domaine, je ne sais pas programmer.

[bobflux]

Ah ok ! Je comprends mieux le truc ! Bon si le variateur ajoute ce genre de délai, on va pas se prendre le chou sur la vitesse de réaction de l'électronique.

Si tu ne sais pas programmer, je te propose l'analogique : convertisseur fréquence-tension avec sortie 0-10V, et un PID analogique avec des potentiomètres, si tu sais déjà te servir de ça c'est bon.

Comme le LM2907 gère au maximum 10kHz, ça va pour la première vitesse à 375 rpm, mais pas pour la seconde vitesse. Tu pourrais mettre un diviseur de fréquence devant, commandé par un microswitch placé sur le changement de vitesse, pour qu'il divise la fréquence quand le levier de vitesses est sur la seconde. Comme ça, ça annulerait en quelque sorte l'effet de la boîte, et ça te donnerait la vitesse de rotation en sortie de variateur avant la boîte, mais sans avoir à installer un autre tachymètre à cet endroit.

Entre les deux rapports de boîte, quel est le rapport de division sur les tours ? Je vois 3000 et 375 donc la seconde va 8 fois plus vite que la première ?

[gdes]

Ok pour partir de l'analogique avec potards pour regler le PID ça me va très bien. Ok pour le diviseur de fréquence et le microswitch c'est une très bonne idée. Pour le rapport de division je ne sais pas mais j'ai fait la même déduction que toi, d'autant plus que si on divise les vitesses mini (400 et 50) on tombe sur le même résultat. Je pense que c'est bien 8.

En tout cas je te remercie pour ton aide c'est vraiment sympa

[bobflux]

En avant !

Comme y'aura au moins du 12V en alim pour faire une sortie 0-10V, et que le LM2907 marche en 12V aussi, je dirais qu'on a pas besoin de 5V du tout, on peut mettre du vieux CMOS 4000 de chez mémé qui tourne très bien en 12V.

CD4080 compteur 14 bits (on utilise que le 3è bit pour diviser par 8)

Ensuite il faut choisir entre le signal brut ou divisé avec le microswitch, on peut envoyer le signal dedans si c'est juste à côté ou bien commander un multiplexeur (par exemple un CD4019) avec le microswitch ce qui permet de rajouter un filtre antiparasite sur le fil en question.

LM2907 pour convertir la fréquence en tension.

Ampli-op "le classique industriel de tous les temps" style LM358 pour le PID.

Reste plus qu'à faire le schéma... la flemme lol

[jiherve]

bonsoir
1250 impulsion par tour j'ai des doutes , un petit lien sur la data sheet du capteur serait la bienvenue.
JR

[gdes]

Ok bon tous ça c'est du chinois pour moi mais vu que tu es très calé dans ce domaine tu as sans doute raison. Par contre je me suis rendu compte que je n'avais pas répondu à une question très importante, même si j'en ai parlé un peu en début de post:

>si l'électrovanne contrôle la vitesse ou l'accélération (ce serait beaucoup plus simple si elle contrôle la vitesse)

Malheureusement l'électrovanne contrôle l’accélération. à 12v elle maintient la vitesse (donc point neutre) à un peu plus de 12v elle accélère un peu, à 24v elle accélère très fort, un peu en dessous de 12v elle ralentit un peu, à 0v elle ralentit très fort. Par contre j'ignore si c'est linéaire ou exponentiel ou autre...

ça change la donne?

Je regarderai demain si je trouve de la doc sur le Rod426 mais je ne serai pas étonné de vérifier que c'est bien 1250 impulsion par tour. Les codeurs installés sur ce type de machine sont généralement très précis et de bonne qualité.

[bobflux]

En réponse à jhervé, j'ai trouvé une datasheet, mais ça dit que le nombre d'impulsions par tour est dans une plage assez large. Donc je suppose que ça dépend du modèle et qu'il faut voir l'étiquette qui est dessus.

Au pire, tu peux toujours le mesurer.

Si l'électrovanne contrôle l'accélération, alors elle fera le job de l'intégrateur dans le PID, donc je pense que tu peux virer le I du PID.

[Qristoff]

Si l'électrovanne contrôle l'accélération, alors elle fera le job de l'intégrateur dans le PID, donc je pense que tu peux virer le I du PID.

L'intégrateur de la boucle contrôle l'erreur statique, c'est plutôt la partie différentielle qui pourrait être virée.

[gdes]

Effectivement il y a bien plusieurs modèle, et c'est bien indiqué 1250L/Umdr sur mon capteur.

Dans le doute on peut laisser le I et le D non?

[Qristoff]

Dans le doute on peut laisser le I et le D non?

on est ici sur un système mécanique avec une inertie, il n'y a pas forcément besoin de la sur-correction apporté par la partie différentielle. Dans la plupart des boucles associées à un système mécanique, on oublie le D, ce qui simplifie la régulation.

[gdes]

Ok c'est vous les experts. Reste plus qu'à pondre un schéma qui va bien...

[bobflux]

Bon, déjà le diviseur...

Les puces :
https://www.reichelt.com/fr/fr/7-tap...t=pol_14&nbc=1
https://www.reichelt.com/fr/fr/multi...ct=pol_1&nbc=1
https://www.reichelt.com/fr/fr/conve...ch=LM2907&&r=1

J'ai mis des petites protections sur les entrées, on ne sait jamais.

Qui se dévoue pour la relecture ?

[Qristoff]

Qui se dévoue pour la relecture ?

je pense que le capteur de rotation est un capteur optique incrémental. L'interface d'entrée pourrait donc se limiter à un trigger de schmitt type 40106 qui intègre les diodes de protection d'entrée.

[bobflux]

Oui, il sort du 5V "TTL" mais je ne sais pas si c'est à collecteur ouvert ou pas. Vu la fréquence, probablement pas. Donc les pullups en haut à gauche peuvent sauter.

Comme le LM2907 ne marche pas en 5V, et qu'on parlait de 0/10V, je partais sur une alim 12V pour tout le monde, circuits CMOS, LM2907, ampli-ops du PID...

Mais en fait, j'avais pas vu qu'il fallait sortir du 0/24V pour l'électrovanne. Il faudra donc une alim 24V (ou 26V), qui convient très bien pour les ampli-ops et le LM2907, mais pas pour les circuits logiques, alors tant qu'à avoir une autre alim... autant les mettre en 5V... ce qui résoud le problème de la translation de niveau en entrée, du coup.

Bon, je vais le refaire avec du 74HCT à la place. En plus c'est plus facile à trouver, parce que les 4000 commencent à être obsolètes.

[bobflux]

Hop, voilà.

A rajouter : 7805 pour le 5V, condensateur de sortie (genre 100µF), un 100nF par puce (ou pas), les entrées inutilisées du HC14 à la masse, et les broches d'alim et de masse à raccorder vu que le logiciel ne les affiche pas.

[Qristoff]

Pour diviser par 8, un simple compteur 4520 fera très bien l'affaire et en jouant en entrée et sortie du compteur avec des 4093, tu peux faire les interfaces à trigger (en entrée) et la sélection d'horloge (1x ou 8x) en sortie

[bobflux]

Pas facile à trouver le 4520, j'ai pris le HC4024 parce qu'il est en stock

Mais sinon t'as raison, on peut économiser une puce à 30 centimes !

[gdes]

Et bien c'est un bon début ça! Petite précision pour l'électrovanne on a 2 possibilités :

Soit on sort du 0/24v comme ça je la branche en direct
Soit on sort du 0/10v et je conserve ma carte d'amplification 0/10v vers 0/24v

Au plus simple pour vous ...