Raccolta casi Working Model, visualNastran & SimWise - Laminazione intelligente con il visualNastran


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LAMINAZIONE INTELLIGENTE CON IL VISUALNASTRAN

ottimizzazione del controllo di laminazione a freddo per fogli di alluminio

Il team del prof. Alessandro De Carli del Dipartimento di Informatica e Sistemistica dell'Università di Roma "La Sapienza", ed in particolare il neoingegnere Fabio Plebani, ha sviluppato l'ottimizzazione del controllo di laminazione a freddo per fogli di alluminio in un impianto industriale.

Lo scopo del lavoro qui presentato è stato quello di introdurre alcune metodologie innovative per la realizzazione di una strumentazione virtuale in grado di effettuare sia la misura di grandezze fisiche non rilevate, sia di variabili a cui non corrisponde una grandezza fisica.

Alla stessa è stato affidato il compito di effettuare la valutazione di entità astratte facilmente collegabili alla qualità delle prestazioni e all'efficienza del sistema controllato, sia esso un apparato, un impianto o addirittura un sistema di produzione, e di come utilizzarli nel miglioramento delle prestazioni stesse.

La realizzazione di una strumentazione virtuale costituisce un'ulteriore innovazione nell'Automazione Industriale e fornisce un valido ausilio nel coordinamento e nella conduzione delle azioni di controllo.

La strumentazione di cui si parla è stata realizzata con l'ausilio del software visual Nastran e riguarda la movimentazione meccanica pluriasse di un laminatoio "foil" per la laminazione di fogli di alluminio di spessore dell'ordine del micron.

La movimentazione automatica in questione si trova presso lo stabilimento "VAW slim S.p.a." di Via R.S. Reynolds 18, 04012 Cisterna di Latina.





Una volta realizzato il modello CAD della macchina si è allocata sullo stesso tutta la sensoristica necessaria per poter effettuare una simulazione del ciclo produttivo.
Quindi, è stato realizzato un programma in Visual Basic che simula il controllo PLC della movimentazione.
Lo stesso è stato implementato attraverso l'interfaccia OLE Automation sul modello meccanico.





Il ciclo di funzionamento si può riassumere in:

1) Ciclo di carico rotolo da laminare

  • transito del carro di ingresso sui depositi
  • alzamento delle culle del carro di ingresso sotto il rotolo
  • abbassamento dei depositi di ingresso
  • apertura dei depositi di ingresso con deposito del rotolo da laminare sul carro di ingresso
  • transito del carro di ingresso con rotolo da laminare verso gli aspi
  • chiusura degli aspi di ingresso sul rotolo da laminare
  • abbassamento delle culle del carro di ingresso
  • transito del carro di ingresso verso la posizione di partenza
  • 2) Ciclo di laminazione:

  • fase di accelerazione dei motori nella gabbia di laminazione e sugli aspi devolgitori ed avvolgitori
  • fase di regime sugli stessi, con leggera accelerazione e decelerazione degli aspi devolgitori ed avvolgitori rispettivamente, per il mantenimento della velocità del nastro
  • fase di decelerazione dei tre motori
  • 3) Ciclo di scarico rotolo laminato:

  • transito del carro di uscita verso gli aspi
  • alzamento delle culle sul carro di uscita sotto il rotolo
  • apertura degli aspi di uscita con deposito del rotolo laminato sul carro
  • transito del carro di uscita con il rotolo laminato verso i depositi
  • chiusura dei depositi di uscita
  • alzamento dei depositi di uscita
  • abbassamento delle culle sul carro di uscita e deposito del rotolo laminato sui depositi
  • transito del carro di uscita verso la posizione di partenza
  • Successivamente, con i dati reperiti sui manuali dei motori in corrente continua, è stato costruito un modello linearizzato dei motori stessi e del carico meccanico in ambiente SIMULINK di MATLAB, per l'analisi delle grandezze elettriche e la validazione dei modelli nei due diversi ambienti.

    L'utilizzo di un modello in un ambiente come il visual Nastran è stato molto utile, oltre che assai vantaggioso, per il calcolo di tutte le caratteristiche dinamiche del sistema di natura non lineare, come:

  • momento di inerzia del carico meccanico complessivo
  • caratteristiche della struttura rigida come oscillazioni, vibrazioni, urti
  • caratteristiche degli attuatori e motori, tensioni, forze e coppie motrici, velocità ed accelerazioni
  • Avendo a disposizione un modello completo del laminatoio e di tutti i sui attuatori, che sia in grado di tener sotto controllo sia le grandezze meccaniche sia le grandezze elettriche, si hanno di conseguenza tutte le informazioni necessarie per poter gestire, analizzare ed eventualmente modificare le azioni di controllo implementate dal PLC o da chi per lui ne realizza tale fase.
    Inoltre, disponendo di due potenti ambienti software, come quelli già citati, è stato possibile confrontarne le caratteristiche ed osservare come i transitori siano diversamente rappresentati sul modello meccanico, in quanto capace di considerare i fenomeni di natura secondaria, non facilmente modellizzabili in SIMULINK.

    Potendo interfacciare i due ambienti ed essendo il MATLAB potentissimo nelle elaborazioni matematiche, vi si è realizzata l'azione di controllo in coppia e velocità, prelevando i riferimenti e le variabili controllate sul modello meccanico e restituendo sullo stesso i forzamenti elaborati su strutture in logica convenzionale.

    L'intero sistema è governato da leggi di controllo che hanno come riferimento i profili di velocità reali della movimentazione coordinata, imposti dagli SCR che comandano i motori in corrente continua.

    Disponendo inoltre della toolbox "FUZZY" di MATLAB, si è potuto realizzare un controllo implementato in logica sfumata fuzzy, per il confronto delle sue prestazioni nei riguardi di quello realizzato in logica convenzionale.

    Da quanto visto si è potuto affermare con estrema certezza che il visual Nastran combina le più avanzate tecnologie per la simulazione del movimento di carichi meccanici, attraverso sofisticati strumenti professionali per la simulazione ingegneristica, inoltre permette il controllo in tempo reale di tutte le movimentazioni tramite l'interfaccia con il SIMULINK di MATLAB.
    Il motore della simulazione dinamica trasferisce inoltre il mondo reale della meccanica Newtoniana sul desktop del computer, mentre la semplice ma potente interfaccia grafica costruisce gli scenari e le situazioni dell'esperimento.





    Volendo in conclusione dotare la macchina di un'intelligenza mirata, relativa ai guasti di natura incipiente, riguardanti in principal modo le cricche instauratesi sui cuscinetti dei cilindri della gabbia di laminazione, per altro soggetti a continue sollecitazioni di natura correttiva nei confronti dello spessore e della planarità del foglio di alluminio, l'obiettivo viene raggiunto attraverso una successione di passi:

  • Analisi del programma organizzativo attuale della macchina
  • Misure attuali delle grandezze interessate
  • Prestazioni attuali
  • Avvalendosi dell'esperienza acquisita e fissate le prospettive, si è passati alla parola INTELLIGENZA, intesa come flessibilità di programma e analisi dei guasti.

    Questa seconda parte è stata realizzata:

  • costruendo un albero guasti della macchina
  • implementando, in base all'esperienza, un supervisore capace di predire, con un accettabile grado di veridicità, la grandezza osservata
  • facendo una valutazione fuzzy di tutti i risultati ottenuti




  • Utilizzare una strumentazione virtuale per migliorare le prestazioni sfruttando una logica sfumata invece di una logica on/off, predicendo e valutando intelligentemente eventuali malfunzionamenti e/o guasti incipienti: questi i risultati conseguiti con il lavoro svolto.




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