Sistema di comando/controllo ed acquisizione per vibrodina

Elettro-meccaniche

 

INDAPRO ha sviluppato il sistema VIBROTEST, per il controllo automatico di vibrodine a masse contro-rotanti e per l’acquisizione dati.

 

Unità Mod. CDU-100 – Control and Data Acquisition Unit

 

 

Descrizione generale

Il sistema VIBROTEST è stato espressamente progettato e realizzato per condurre in modo automatico prove dinamiche di eccitazione forzata tramite vibrodine elettro-meccaniche a masse contro-rotanti, nonché per acquisire segnali di misura provenienti da catene di trasduttori di misura pre-condizionati.

Il sistema è basilarmente costituito da una unità di comando e di acquisizione Mod. CDU-100, disponibile in varie configurazioni e dal programma applicativo VIBROTEST disponibile in differenti opzioni.

Il sistema è in grado di pilotare vibrodine dotate di motori asincroni o brush-less da gruppi di azionamento motori asserviti da microprocessori (PLC) comandabili tramite interfaccia seriale (quali, ad esempio, i modelli “Unidrive” di Control Tecniques dotati di interfaccia seriale RS485 / RS-232C).

Il sistema richiede, in aggiunta all’encoder digitale montato sull’asse di rotazione del motore per il controllo della velocità del motore da parte del gruppo di azionamento, che la vibrodina sia dotata di uno specifico encoder di tipo analogico, avente un segnale di uscita in forma sinusoidale, montato direttamente sull’asse di rotazione di una massa rotante. L’acquisizione e l’elaborazione di tale segnale da parte del sistema VIBROTEST, permette di ottenere un più accurato controllo della frequenza di rotazione della vibrodina, nonché consente di determinare/ricostruire i valori di ampiezza e fase della forza sinusoidale eccitante.

L’unità mod. CDU-100 è basata su una tecnologia totalmente digitale tramite schede dotate di circuiti di conversione segnali A/D e D/A, ad elevata risoluzione e velocità e di porte per l’ingresso e uscita di segnali digitali.

Per svolgere le funzioni connesse all’acquisizione dei segnali di misura dei trasduttori montati sulla vibrodina e/o sulla struttura in prova, l’unità CDU-100 si collega ad un Personal Computer tramite una porta seriale standard tipo USB 2.0, mentre per il controllo accurato della frequenza di rotazione delle masse della vibrodina, il PC si interconnette al Gruppo di Azionamento Motore tramite una porta seriale standard tipo RS-232C.

Oltre ai canali di ingresso per l’acquisizione dei segnali analogici, l’unità mod. CDU-100 mette a disposizione due canali di uscita segnali analogici, quattro canali di ingresso/uscita digitali, un canale di “trigger” e di “sample-rate”, che consentono di avere a disposizione, in unione a specifici software applicativi opzionali, un efficiente e funzionale sottosistema di acquisizione dati e/o generatore di funzioni orientato alla esecuzione e alla gestione di prove statiche, semistatiche e cicliche su strutture e/o componenti.

Sul PC opera il software applicativo denominato VIBROTESTSW sviluppato appositamente da INDAPRO in ambiente Labview© della National Instruments. Il software VIBROTESTSW comunica in modo intuitivo ed interativo con l’operatore attraverso maschere che consentono di operare – in modo semplice – nel corso delle varie fasi di prova.

L’impiego di un sistema costituito dall’unità mod. CDU-100, dal PC (in versione desktop o notebook) e dal programma applicativo VIBROTESTSW, rappresenta una concreta innovazione tecnologica e funzionale rispetto ai tradizionali sistemi di controllo di tipo analogici e permette di condurre prove e misure in modo programmato e di ottenere notevoli benefici in termini di semplicità operative, velocità di esecuzione delle prove e sicurezza per gli operatori e per le attrezzature.

Il sistema VIBROTEST è proposto in varie configurazioni, sia hardware che software, atte a soddisfare i requisiti primari richiesti ad un moderno sistema di comando e controllo di vibrodine elettro-meccaniche a masse contro-rotanti dedicati all’esecuzione di prove strutturali. Grazie al suo elevato grado di flessibilità, il sistema può anche essere modificato nella sua configurazione base e in alcuni suoi componenti per soddisfare specifiche esigenze richieste dal Committente.

 

Funzioni operative

Le principali operazioni e funzioni che il sistema VIBROTEST, nelle sue varie configurazioni, è in grado di svolgere, sono:

§                     Comando e controllo del Gruppo Azionamento Motore che pilota il motore montato sulla vibrodina.

§                     Gestione, dei segnali di stato, di funzionamento e di allarme forniti dal Gruppo di Azionamento e dal relativo motore, e loro visualizzazione, in una specifica barra orizzontale presente in ogni schermata del programma.

§                     Gestione dei dispositivi di sicurezza ed emergenza disposti sulla vibrodina (ad esempio il dispositivo di sicurezza connesso alla variazione dell’angolo di sfasamento delle masse rotanti) ed, eventualmente, su altre barriere di sicurezza predisposte sulla struttura in prova.

§                     Acquisizione del segnale analogico sinusoidale generato dall’encoder, montato sull’asse di una delle due masse contro-rotanti della vibrodina, rappresentativo del valore di sfasamento fra l’angolo di posizionamento delle masse e la direzione della forza eccitante.

§                     Elaborazione del segnale dell’encoder analogico per l’attuazione del controllo accurato della frequenza di rotazione della vibrodina, la determinazione dell’ampiezza e della fase della forza eccitante.

§                     Disposizione sul PC di efficienti e sintetiche interfacce utente, in forma di schede e pannelli, per rendere semplice, sicuro e veloce l’inserimento dei parametri di comando, di controllo e di misura e per la visualizzazione di dati e stati di funzionamento del sistema, in particolare:

-          Pannello per l’inserimento dei dati anagrafici relativi alla prova.

-          Pannello per la selezione del modello di vibrodina in uso.

-          Pannello per l’inserimento dei parametri e delle modalità di esecuzione della prova, dotato di specifico grafico che calcola e visualizza vari profili di prova in funzione dell’angolo di posizionamento delle masse della vibrodina, del campo di frequenza della scansione e della forza eccitante generata, entro i limiti di funzionamento della vibrodina stessa. La tipologie di prove previste con vibrodina sono:

-          prova a frequenza fissa definita dall’operatore, con impostazione e conteggio del numero cicli (da utilizzare per prove a fatica)

-          prova a frequenza variabile a gradi con passo lineare con valori estremi e passo impostati dall’operatore (crescente, oppure decrescente, oppure crescente e decrescente)

-          prova a frequenza variabile a gradi con passo logaritmico con valori estremi e passo impostati dall’operatore (crescente, oppure decrescente, oppure crescente e decrescente)

-          Pannello per l’impostazione, canale per canale, dei parametri delle catene di misura dei trasduttori (modello e numero di serie del sensore, costante di taratura, campo di misura, azzeramento o impostazione del valore di tara, ecc.).

-          Pannello con funzione di “monitor”, per la visualizzazione, in forma grafica e in tempo reale, di due canali di misura selezionabili dall’operatore (particolarmente utile sia in fase di messa a punto della strumentazione di misura che nel corso delle prove).

-          Pannello per l’impostazione delle modalità e dei parametri di acquisizione, con scelta della modalità di “trigger”, della frequenza di campionamento, della banda del filtro. ecc., e per la visualizzazione, in forma grafica e in tempo reale, dell’andamento nel tempo dei segnali di due canali di misura selezionabili dall’operatore.

-          Pannello per l’avvio delle serie di prove e di acquisizioni, e visualizzazione, in tempo reale, del diagramma temporale (“time history”) di due canali di misura fra quelli in acquisizione e del diagramma delle curva spettrali di risposta o della funzione di trasferimento, in modulo e fase, oppure in parte reale e parte immaginaria.

-          Pannello per la visualizzazione, dei diagrammi dei segnali di misura precedentemente acquisiti e archiviati nella memoria di massa del PC, sia in forma di “time history” o di diagramma della curva spettrale di risposta e funzione di trasferimento fra due canali (o fra un canale di misura e il canale rappresentativo della forza eccitante), in modulo e fase, oppure in parte reale e parte immaginaria.

-          Pannello per la presentazione del giornale delle prove, che elenca tutte le prove e le acquisizioni svolte nell’ambito di una determinata attività, definita nel pannello anagrafica.

-          Pannello per la predisposizione automatica di un report dei dati sperimentali acquisiti, in formato MS-WordÓ; in questo modo sono possibili successive eventuali personalizzazioni dell’operatore.

Il sistema VIBROTEST, può inoltre essere dotato di una opzione in grado di generare in uscita segnali analogici con diverse forme predefinite, quali: rampe continue o a gradini, funzioni di onde quadra, rettangolari o sinusoidali nonché forme d’onda arbitrarie e “time-history” digitali, preventivamente predisposte in forma di file e importate nel programma. Tale opzione estende il campo di applicazione del sistema VIBROTEST al pilotaggio di attrezzature di carico ed acquisizione dati per l’esecuzione di prove statiche, semi-statiche e a fatica e o cicliche (quali, ad esempio centraline idrauliche per le macchine per prova materiali, per prove in campo).

 

Caratteristiche tecniche dell’unità di controllo e di acquisizione dati

Le principali caratteristiche tecniche dell’unità base Mod. CDU-100A sono:

Canali di Ingresso Analogici

-  Canali d’ingresso.................................................................. N. 16, single-ended (connettori tipo BNC)

-  Canale per alimentazione/uscita “encoder” analogico............... Can. N. 1 (connettore a 4 poli, tipo MIL)

-  Filtro P/B sul canale d’ingresso ”encoder” analogico................. 40 Hz, 120 Hz, 360 Hz, 5 kHz (24 dB/ott.)

-  Risoluzione del convertitore A/D............................................ 16 bit (1 su 65.536)

-  Campo di misura canali d’ingresso......................................... ±10V, ±5V, ±0,5V, ±0,05V

-  Massima frequenza di campionamento................................... 200.000 camp./sec

Canali di Uscita

-  Canali di uscita..................................................................... N. 2, single-ended  (connettori tipo BNC)

-  Risoluzione del convertitore D/A............................................ 16 bit (1 su 65.536)

-  Massima tensione in uscita.................................................... ±10V  (±5 mA max)

-  Massima frequenza di aggiornamento..................................... 300 camp./sec

Porte di Ingresso/Uscita Digitali e Ausiliarie

-  Canali ingresso/uscita digitale................................................ N. 4, singolarmente configurabili per ingresso o uscita (connettori tipo BNC)

-  Compatibilità segnali In/Out digitali........................................ 5V TTL/CMOS

-  Ingresso/uscita segnale di “trigger”........................................ 5V TTL/CMOS (Connettori tipo BNC)

-  Ingresso/uscita segnale di “sample-rate”................................ 5V TTL/CMOS (Connettori multipolare)

-  Uscita alimentazione a tensione fissa (con fusibile).................. + 5Vcc / 1 A max.

-  Porta per servizi ausiliari....................................................... Connettore multipolare tipo MIL

-  Porta di comunicazione con il PC............................................ USB 2.0


Caratteristiche tecniche del filtri anti-aliasing programmabili (opzionale)

L’unità di controllo e acquisizione dati mod. CDU-100 può essere dotata, opzionalmente, di un banco di filtri anti-aliasing programmabili, costituito da 16 moduli di filtri analogici passa-basso di tipo Butterworth, pendenza di taglio di 24 dB/ottava e selezionabili digitalmente, tramite il software VIBROTESTSW, su quattro valori della frequenza di taglio : 40 Hz, 120 Hz, 360 Hz  e 5 KHz.

Questa opzione è caldamente consigliata qualora le catene di misura non siano già attrezzate di appositi filtri anti-aliasing.

 

Caratteristiche tecniche generali del unità di controllo e acquisizione dati

Caratteristiche generali del unità CDU-100:

§         Alimentazione elettrica....................................................... 220 V / 50 Hz (max 300 VA)

§         Dimensioni e peso indicativi

-          altezza........................................................................ 180 mm

-          larghezza.................................................................... 530 mm

-          lunghezza................................................................... 430 mm

-          massa........................................................................ 8 kg

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Requisiti minimi richieste al sistema PC

Per il corretto funzionamento del sistema VIBROTEST, il Personal Computer (PC) deve avere le seguenti caratteristiche tecniche minimali:

-          Processore........................................................................ Intel Pentium© – 1,4 Ghz

-          Capacità di memoria RAM................................................... 512 MB

-          Capacità Hard Disk............................................................ 60 GB

-          Risoluzione del Monitor....................................................... 1024 × 768 pixel (min. 14”)

-          Porte di comunicazione....................................................... n°. 1 USB-2.0
n°. 1 RS-232C

-          Sistema operativo.............................................................. MS Windows XP Professional©

-          Software........................................................................... MS Office© Base (per versioni opzionali)

 

 

Unità Mod. CDU-100 – Control and Data Acquisition Unit – Pannello posteriore connettori

 

 


Esempio di visualizzazione a video del sistema VIBROTEST per il comando/controllo di vibrodine elettro-meccaniche

 

 

Schema funzionale del sistema VIBROTEST per il comando/controllo di vibrodine elettro-meccaniche