Automazione di pressa per test di laboratorio
Automazione di una pressa servocontrollata per test di laboratorio con classe di precisione 1
Asper srl ha progettato e realizzato l’automazione di una pressa servocontrollata per test di laboratorio con classe di precisione 1. La pressa è in grado di effettuare tre tipologie di test:
- prove di resistenza a trazione mediante flessione in accordo alle norma UNI EN 12372, ASTM C 99 e ASTM C 880;
- prove di resistenza a strappo degli ancoraggi;
- prove di affaticamento ciclico con provini strumentati con estensimetri elettrici.
Per tale pressa Asper ha sviluppato un sistema di controllo real-time, basato su un piattaforma compactRIO, in grado sia di rispondere in tempi certi e brevi sia di gestire le differenti tipologie di test.
Asper ha posto particolare attenzione nello sviluppo dell’algoritmo di controllo. Ad esempio, la soluzione implementa una procedura automatico di arresto del pistone in caso di rottura del provino.
La macchina è operante a Carrara presso la Marmotest S.a.s., laboratorio in corso di accreditamento ISO/IEC 17025.
La pressa
Nell’ambito dell’ampliamento del proprio laboratorio prove, MarmoTest ha costruito una pressa servocontrollata con cilindro idraulico a doppio effetto, dimensionata nella meccanica e nel controllo hardware e software per poter effettuare differenti tipologie di test su materiali lapidei (rocce).
Nella realizzazione di questo sistema MarmoTest si è avvalsa della collaborazione di Asper Srl per la progettazione e realizzazione del sistema di controllo dell’intero strumento.
Il criterio a cui ci si è ispirati per definire le grandezze di feedback per chiudere l’anello di controllo, per la scelta dei trasduttori utilizzati, dell’hardware e per la progettazione del software è stato quello di realizzare una pressa con classe di precisione 1 (anche al di sotto del 10% del carico) con la quale fosse facilitata la conduzione della prova conformemente alla norma UNI CEI EN ISO/IEC 17025:2005 che tratta dei requisiti generali per la competenza dei laboratori di prova.
La macchina è operante a Carrara presso la MarmoTest, laboratorio in corso di accreditamento ISO/IEC 17025, che si occupa di effettuare prove su materiali lapidei obbligatorie per la direttiva prodotti da costruzione e quindi seguendo norme armonizzate UNI, ed inoltre effettua test secondo specifiche ASTM e prove sperimentali di bowing (piegamento) su lastre con lo standard NT 499.
La pressa è in grado di effettuare tre tipologie di test: prove di resistenza a trazione mediante flessione in accordo alle norma UNI EN 12372, ASTM C 99 e ASTM C 880, prove di resistenza a strappo degli ancoraggi, prove di affaticamento ciclico con provini strumentati con estensimetri elettrici.
Le prove di resistenza a trazione sono realizzate impostando il gradiente di sollecitazione, possono essere fatte a 1 o 2 coltelli di carico a seconda della norma utilizzata. Il carico applicato viene letto mediante apposita cella di carico di tipo estensimetrico, la freccia viene misurata tramite 2 trasduttori di posizione di tipo potenziometrico o LVDT installati sulle estremità del supporto del coltello di carico (o dei coltelli in caso di prove a momento costante).
Le prove a resistenza a strappo degli ancoraggi, in conformità alla norma UNI EN 13364, sono realizzate impostando il valore di gradiente di carico. In questa prova la direzione del moto dello stelo è contrario rispetto alla precedente. Con questo accorgimento è stato possibile, utilizzando un cilindro con stelo di diametro maggiorato, avere una macchina con 2 fondi scala nettamente differenti (le prove a strappo richiedono livelli di forza nettamente inferiori rispetto alle flessioni).
Le prove a sollecitazione ciclica sono realizzate impostando il livello di sollecitazione, la frequenza della sollecitazione ciclica sino ad un massimo di 10 Hz, che ha forma sinusoidale, ed il numero di cicli.
Figura 1: AS_Pressa: unità di controllo cRIO, cella di carico estensimetrica e trasduttore di posizione potenziometrico.
Il sistema di controllo
La grande flessibilità di cui la macchina è capace in quanto a tipologia di prove ha richiesto un sistema di controllo performante e allo stesso tempo estremamente personalizzabile. Per questo compito Asper ha progettato e sviluppato AS_Pressa, una soluzione basata su un’architettura CompactRIO di National Instruments®.
L’architettura hardware prevede un’unità CompactRIO dotata di moduli di condizionamento per la regolazione degli attuatori, valvola proporzionale e accensione delle pompe idrauliche, e per lettura dei segnali di campo, cella di carico e sensori di spostamento.
L’architettura software è composta da due unità: un’unità di controllo real-time installata sull’unità CompactRIO, e un’unità di supervisione, installata su opportuno PC.
L’unità di supervisione fornisce all’operatore un’interfaccia grafica, semplice ed intuitiva, per mezzo della quale è possibile gestire in modalità sia automatica sia manuale la movimentazione della pressa. L’unità di supervisione si interfaccia tramite bus ethernet all’unità hardware CompactRIO.
L’unità software di controllo real-time, installata sull’unità hardware CompactRIO, riceve i comandi dall’unità di supervisione e gestisce le procedure di controllo della pressa, tramite i moduli di condizionamento segnali disponibili sull’unità.
Asper ha posto particolare attenzione nello sviluppo dell’algoritmo di controllo. Ad esempio, la soluzione implementa una procedura automatico di arresto del pistone in caso di rottura del provino. La rottura del provino è caratterizzata da una brusca variazione del carico applicato, sia in trazione sia in compressione. L’unita di controllo arresta la prova in corso nel caso il valore della cella di carico tra una lettura e la successiva subisca una variazione superiore ad una soglia prefissata.
L’interfaccia grafica è studiata in modo da rendere immediatamente accessibili all’utilizzatore tutte le informazioni essenziali per il controllo della pressa e sullo stato della prove automatiche. I dati relativi all’andamento della prova sono visualizzati graficamente e gli stessi possano essere archiviati su file per il successivo riutilizzo all’interno di report.
Tramite l’interfaccia grafica, l’utente può gestire le procedure di taratura a zero sia della cella di carico sia dei trasduttori di spostamento.
L’utente può configurare il sistema per ogni sessione di prova in modo da adeguarlo alle esigenze dei campioni sotto analisi, in particolare può configurare il tipo di prova e i relativi parametri di controllo.
Per una efficace gestione delle prove secondo procedure affidabili e armonizzate, la configurazione della prova può essere salvata e riletta da file.