TIA Positionierung mit einem Pneumatikzylinder und zwei Proportionalventile

[jok3r]

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Servus,
Wir haben aktuell eine Anwendung wo wir eine kleine Hubstation mit einem Pneumatikzylinder(30mm Hub,450N) grob positionieren wollen(+-0,5mm).
Hat damit schon mal wer Erfahrungen gemacht ?
Ich hab heute mal einen kleinen Test mit einem Proportionalventil gemacht und es hat sich nur mal rausgestellt das ich damit Positionen abfahren kann
( Zylinder ist Vertikal eingebaut eine Gewichtskraft von ca 15KG drückt ihn runter 6 bar sind von unten beaufschlagt und das PropVentil sitzt dann oben und drückt Variabel).

Hauptgrund wieso ich diesen Thread erstellt habe ist, wie ist eure Erfahrung mit so etwas. Der erste Test mit einem Prop-Ventil war eben sehr träge und in der unteren und oberen Endlage sehr ungenau. Ich denke aber das würde sich verbessern mit einem zweiten Prop-Ventil.
Gibt es bei der Regelung etwas zu beachten ?

Gruß

 

[PN/DP]

Hast Du auch eine Stellungsrückmeldung/Wegmeßsystem?
Ich glaube nicht, daß man mit Druckluft-Zylindern ohne Positions-Regelung mm-genau positionieren und Position halten kann.

Harald

 

[weißnix_]

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Ohne Wegmesssystem wird das wohl nur geschätzte Positionen geben

Sind die 15 kg konstant?
Für die Berechnung der notwendigen Drücke bei Zylindern mit einseitiger Kolbenstange auch die Differenz der wirksamen Kolbendurchmesser beachten.

 

[DOD666]

Wir positionieren einen Hydraulik Zylinder und haben da ein Wegmesssystem angebaut.
Ein proportional Ventil und 2 Drucksensoren für Kolben -und Stangenseite.

Gesendet von meinem Moto G (4) mit Tapatalk

 

[jok3r]

Ein Analogwertsensor IOLink ist natürlich vorhanden den hab ich oben vergessen zu erwähnen.
Ich stell mir zu dem Thema gerade die Regelung aufwendig vor, bei einem Ventil hab ich weil der Zylinder eine PT1 Strecke darstellt einen PI Regler benutzt. Vllt hätte dazu ja schon mal jemand Erfahrungen gesammelt.
Die Gewichtskraft ist nicht konstant maximal +-1kg.
Gruß

 

[DOD666]

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Macht nicht eine Lösung mit Motor und einer exzentrischen Scheibe bei 30 mm Hub nicht mehr Sinn?

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[weißnix_]

Ich stell mir zu dem Thema gerade die Regelung aufwendig vor,

Da hilft nur: Versuch macht klug. Im Zweifel hier melden mit Screens der Positionsregelung und der Regelparameter.
Speziell beim Druckluftzylinder würde ich von Anfang an auf PID setzen. Aber das ist mein pers. Gusto.

Mal ein Beispiel, wie das mit dem hier melden funktioniert.

 

[jok3r]

Macht nicht eine Lösung mit Motor und einer exzentrischen Scheibe bei 30 mm Hub nicht mehr Sinn?

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Keinen Platz.

 

[Larry Laffer]

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Hallo Joker,
das du da mit 2 Prop-Ventilen besser positionierst als mit einem kann ich mir par-tout nicht vorstellen ...
Ich kann mir aber (bei den gemachten Angaben) auch nicht vorstellen, dass du die gewünschte Genauigkeit auch nur ansatzweise erreichst - Begründung :
Deine zum Verfahren wirksame Kraft ergibt sich aus dem Unterschied der Drücke auf dem beiden Kolbenseiten. Gleichzeitig bewirkt ein großer Druckunterschied hier sowohl eine große Kraft als auch eine große Geschwindigkeit. Mal unabhängig von dem Regler, der zu Anwendung kommt - wenn du genau positionieren willst dann geht das nur langsam (zumindestens am Ende kurz vor dem Ziel), also wirst du langsam und hast damit dann gleichzeitig nicht mehr die Kraft für eine sinnvolle Bewegung. Steigerst du nun den Druckunterschied so wird sich erstmal gar nichts bewegen und irgendwann macht das System dann einen Sprung ... und schießt dann ggf. schon über den Zielpunkt hinaus.
Ich denke mal, dass das auch ungefähr dein aktueller Stand ist ...

Gruß
Larry

 

[weißnix_]

Zum Platz: Elektrische Spindelantriebe gibt es IMHO fast im Format eines pneu. Zyl.
Aber die Antwort mit dem Platz hab ich fast erwartet

@Larry
Das mit dem Losbrechmoment beim DL-Zyl wollte ich schon zweimal erwähnen weiter oben, hab es aber jedesmal wieder gelöscht.
Die Genauigkeit halte ich aber ebenfalls für sehr sportlich.

 

[Larry Laffer]

@Larry
Das mit dem Losbrechmoment beim DL-Zyl wollte ich schon zweimal erwähnen weiter oben, hab es aber jedesmal wieder gelöscht.
Die Genauigkeit halte ich aber ebenfalls für sehr sportlich.

Schade ... hättest du es mal gemacht ... ich halte das für u.U. den springenden Punkt - im wahrsten Sinne des Wortes ...

Gruß
Larry

 

[Larry Laffer]

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Zum Platz: Elektrische Spindelantriebe gibt es IMHO fast im Format eines pneu. Zyl.
Aber die Antwort mit dem Platz hab ich fast erwartet

Das ist m.E. aber genau der Punkt - ein Servoantrieb hat auch im Stillstand die volle Kraft ... und ich muss dazu sagen : das mit dem Platz ist nach meiner Erfahrung immer eine vorgeschobene Einschränkung. Wenn ich das Ergebnis haben will dann finde ich dafür auch eine Lösung.
Allerdings ist der Servoantrieb sehr wahrscheinlich um einiges teurer als der Zylinder - ich denke das ist eher der Punkt ...

Gruß
Larry

 

[Heinileini]

... Steigerst du nun den Druckunterschied so wird sich erstmal gar nichts bewegen und irgendwann macht das System dann einen Sprung ... und schießt dann ggf. schon über den Zielpunkt hinaus. ...

Das wird leider immer wieder unterschätzt. Wie wär's mit Hydraulik statt Pneumatik? Aber hydraulische Lösungen sind auch nicht frei von diesem Effekt - und wenn "nur" die Elastizität z.B. der Schläuche Probleme bereitet.
Gruss, Heinileini

 

[weißnix_]

Hydraulik wird aber noch teurer als el. Servo
Der ESBF von Festo ist doch platzmäßig ganz schnuckelig?!

 

[Ralle]

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Wir hatten früher diese Teile https://www.festo.com/cat/de_de/products_SPC11_1 in Gebrauch, nutzen aber inzwischen wenn es schnell ud genau gehen soll fast nur noch Servoantriebe.
Da steckt schon ein wenig Grips drin, wenn man das selbst nachbaut ist es sicherlich teurer. Ob man das mit jedem beliebigen "Fremd"-zylinder verwenden kann, weiß ich allerdings gerade auch nciht.

 

[jok3r]

Es gibt wirklich keinen zusätzlichen Bauraum.... Wieso ein Zylinder sowieso besser geeignet ist das ganze soll ein wenig schwimmend gelagert sein, ich wollte hier jetzt keine Grundsatzdiskusion auslösen es hätte mich nur interessiert ob das schon mal jemand so versucht hatte.
Interessiert hätte mich vorallem die Vewendeten Regler....

Griß

 

[Boxy]

Wir setzen für ein ähnliche Anwendung (Spannsystem) von Festo den CMAX mit Zylinder (integ. Messsystem) ein, da kannst auf Position oder Kraft dann regeln. Die Box selbst ist nicht einmal so groß (so wie ca. 2 ET200Pro Module).

Busknoten CPX-FB13
Achscontroller CPX-CMAX-C1-1
WEGEVENTIL VPWP-6
SENSORINTERFACE


Alternative wäre aber auch ein Profibus Linearachse von z.B. Wittenstein ternary ...

 

[Larry Laffer]

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@Joker:
Das ist bis hierhin (aus meiner Sicht) keine Grundsatzdiskussion.
Was mich anbelangt wollte ich nur verdeutlichen warum du möglicherweise die "Ungereimtheiten" hast, die du da im Moment hast und das dir sehr wahrscheinlich ein komplett anderer Ansatz der Regelung aufgrund des Verhaltens der Hardware nicht weiterhelfen wird ...

Gruß
Larry

 

[maxder2te]

Es gibt wirklich keinen zusätzlichen Bauraum.... Wieso ein Zylinder sowieso besser geeignet ist das ganze soll ein wenig schwimmend gelagert sein, ich wollte hier jetzt keine Grundsatzdiskusion auslösen es hätte mich nur interessiert ob das schon mal jemand so versucht hatte.
Interessiert hätte mich vorallem die Vewendeten Regler....

Am Beginn eine Frage: was stellt bzw. regelt dein Prop-Ventil? Ist das ein Druckregelventil dessen Druck du vorgibst? Oder ein Schieberventil, dessen Öffnung du +/- vorgeben kannst?

Ich versuchs dann mal mit ein bisschen Theorie und Analogie:

Theorie:

1. Die Kraft des Zylinders ist abhängig von der Druckdifferenz
2. Das größte Problem dabei ist bei Positionieranwendungen die Haftreibung (vulgo Losbrechmoment)
3. Der Zylinder kommt zum Stillstand, wenn die Summe aller Kräfte 0 beträgt

Punkt 1 ist nur wirklich relevant, wenn man die Last einigermaßen Steif halten will - dann wäre aber ein Drucksensor an der zu regelnden Kammer notwendig.
Punkt 2 beeinflusst die Reglerstruktur. Der I-Anteil des PI-Reglers integriert ständig den Soll-Ist-Unterschied auf und führt damit zum Stick-Slip-Effekt, also einem Pendeln der Last um die Sollposition - PI ist also ungeeignet.

Analogie:
Bei Servo-Antrieben oder einfachen Robotern verwendet man deshalb PD-Regler in verschiedenen Ausprägungen (mit/ohne Vorsteuerung). Allerdings setzt dieser voraus, dass man eine Art "Bahnplanung" macht. Die Stellgröße dieses PD-Reglers ist normalerweise das Motormoment.

Unterschied zum Pneumatikzylinder:
Bei dir ist entweder das Motormoment (also der Druck) die Stellgröße, oder die Ventilöffnung. Je nach Aufbau kannst du vernünftig zum Ziel kommen, indem du das "Moment", also den Druck regelst:

Der Drucksollwert kommt aus einem PD-Regler, dessen Regelgröße die Position ist, und dessen Stellgröße der Eingang des Druckreglers ist.
1. Regelt dein Proportionalventil den Druck selber, bist du fast fertig. Du vermisst nun jenen Druck, bei dem dein Zylinder in Gleichgewichtslage ist. Den Ausgang des PD-Reglers addierst du zu diesem Druck, und gibst ihn deinem Druck-Prop vor.
2. Kannst du nur die Ventilöffnung vorgeben, dann baust du an der zu regelndem Kammer einen Drucksensor auf, und programmierst einen P-Regler, der dir den Druck regelt - auch hier schaltest du den Druck für die Gleichgewichtslage dem Solldruck auf. Die Stellgröße dieses P-Reglers ist die Ventilöffnung.

Bei beiden Varianten benötigst du eine Art "Bahnplanung" - der Eingang des Positionsreglers darf sich nicht schlagartig ändern, sondern muss verrampt werden.

lg

 

[jok3r]

maxder2te@:
Deine Erklärung ist erst mal einleuchtend, der Prop Ventil bekommt nur den Druck vorgegeben. Ein überschwingen hatte ich mit dem PI Regler eigentlich nicht vorallem nach dem ich die Gewichtung des P Anteiles verringert hatte.
Zum Thema Bahnplanung wie wird sowas angegangen ?