supervisión automática de procesos

PRÁCTICA DE CHATTER
SUPERVISIÓN AUTOMÁTICA DE PROCESOS
• Desarrollar un sistema capaz de supervisar un proceso y en
caso necesario, intervenir para corregirlo si su evolución
no es aceptable.
• Es necesario dotar a la máquina de:
– Sensores
– Capacidad de reacción
• Funciones de una máquina sensorizada:
– MONITORIZADO: seguimiento de parámetros de proceso
– DIAGNÓSTICO: detectar y reconocer anomalías
– CONTROL: controlar y eliminar anomalías
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SUPERVISIÓN AUTOMÁTICA DE PROCESOS
• Anomalías a detectar en proceso de mecanizado:
– Colisiones
– Desgaste de herramienta
– Rotura de herramienta
– Chatter
SUPERVISIÓN AUTOMÁTICA DE PROCESOS
• Esquema de un sistema para la supervisión automática
SENSORIZACIÓN
EXTRACCIÓN DE RASGOS
• SENSORES
• Momentos estadísticos
• ACONDICIONAMIENTO
• FFT
DE SEÑAL
• Series temporales
CLASIFICACIÓN
Y
ACCIÓN
CORRECTORA
• A/D
- Fase 1: Adquisición y acondicionamiento de señales que
contengan información del proceso a supervisar
- Fase 2: Extracción de rasgos característicos
- Fase 3: Detección de anomalías, clasificación y acción de
control. Desarrollo de estrategias a partir de los rasgos
característicos obtenidos en la fase 2
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SENSORIZACIÓN
•
CADENA DE MEDIDA:
– Sensor
– Acondicionamiento de señal: amplificación y filtrado
– Adquisición de datos
•
SENSOR: Instrumento que convierte un fenómeno físico que se quiere medir en
una señal eléctrica (voltaje).
Sensibilidad: Relación entre la respuesta eléctrica y la excitación mecánica. Se
mide voltios por unidad del parámetro físico a medir. Acelerómetro: V/(m/s 2)
Rango de frecuencias: frecuencias en las que la sensibilidad del transductor
coincide, dentro de una tolerancia especificada, con la nominal.
Linealidad: Un sensor se dice lineal cuando existe proporcionalidad entre el
parámetro medido y la señal eléctrica dada por el sensor. Los sensores se
comportan linealmente (dentro de un error admisible) en un rango de amplitudes
del parámetro a medir.
SENSORES EN EL MONITORIZADO DE PROCESOS:
•
Fuerza : medida de la fuerza de corte por medio de una plataforma
dinamométrica compuesta de sensores piezoeléctricos.
•
Aceleró metros: medida de vibraciones en cabezal, pieza, etc.
•
Emisión acústica: ondas de presión generadas al disiparse energía
almacenada internamente en el material. Esta disipación de energía
puede ser debida a diferentes fenómenos como movimiento de
dislocaciones, fricción, fracturas, crecimiento de grietas, ..., fenó menos
que tienen lugar durante el corte.
•
Corriente de motores de avance de los carros y de cabezal
•
Termopares
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ACONDICIONAMIENTO DE SEÑAL
• Suele estar compuesta de dos etapas:
– Amplificación
La señal obtenida de los sensores suele ser débil. El
amplificador incrementa esta tensión de salida del sensor
hasta un nivel suficiente para poder realizar la adquisición de
datos de manera adecuada por medio de la tarjeta
– Filtrado
Eliminar señales de alta frecuencia que se encuentran
superpuestas y no interesan. Para ello, se emplean filtros
pasa bajo analógicos.
ADQUISICIÓN DE DATOS POR MEDIO DE TARJETA
• Las tarjetas de adquisición de datos permiten la
adquisición de señales analógicas provenientes de sensores
en tiempo real.
• Para el muestreo de señales analógicas, es necesaria la
conversión analógico-digital (A/D) de las señales.
• La conversión A/D supone el paso de una señal analógica
en una señal digital, es decir, discreta tanto en el tiempo
como en amplitud.
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Frecuencia de muestreo
• Discretización de señal analógica en intervalos de tiempo
uniformes: ∆t
• Fs: frecuencia de muestreo (Hz): nº de muestras/seg
1
fs =
2
1
∆t
10
3
9
8
4
7
5
6
Muestreo de señales
f Nyquist =
fS
2
• Teorema de Shannon: con un intervalo de discretización
∆t, no es posible muestrear correctamente señales con
frecuencias superiores a la frecuencia de Nyquist
• ALIASING
• Para una señal con un contenido limitado a fmáx:
fS ≥ 2 ⋅ f máx
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Muestreo de señales
fS= 50 Hz
1
fS= 20 Hz
11
1
5
9
13
17
21
2 10
3 9 1
2
4
6
8 10 12 14 16 18 20
8
4
5
7
6
3
7
fS= 10 Hz
1
3
5
7
15
11
fS= 6 Hz
9
11
1
7
2
6
3
2
4
6
8
19
10
5
4
fespúrea = 1 Hz
RANGO de VOLTAJE
•
Puede ser:
– Unipolar: para voltajes positivos (0-10 V)
– bipolar: para voltajes positivos y negativos (± 10V)
•
El rango de voltaje es configurable.
•
Rangos de voltaje:
0-1.25, 2.5, 5, 10 V
±1.25, 2.5, 5, 10V
6
Resolución
• Determina el número de niveles L para representar una señal
• La resolución B se da en bits. Se cumple que L = 2 B
Para 3 bits, L=8 niveles. Suponiendo rango de 10 V, cada nivel
corresponde a 1.25V.
Para 12 bits, L=4096 niveles (2.44·10-3 V)
Resolución
• Un aumento en el número de bits da lugar a un aumento de
la resolución
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Resolución
• Influencia del rango de entrada (señal unipolar o bipolar)
Resolución
• Rango de voltaje controlable
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Extracción de rasgos característicos
• Objeto: obtener rasgos más sensibles del fenómeno a
monitorizar
• Métodos basados en:
– Dominio del tiempo
• Valores medios, eficaces, ratios, factores de cresta
• Rasgos descriptores de la función de distribución de un proceso
aleatorio: media, varianza, desviación, skewness, kurtosis
• Coeficientes de series temporales (AR, MA, ARMA)
– Dominio de la frecuencia: FFT
– Dominio tiempo-frecuencia: Wavelets
DETECCIÓN DE ANOMALÍAS Y ACCIÓN CORRECTORA
• Generación de estrategias que a partir de los rasgos
caracterícticos, detecten las anomalías y en caso necesrio
realicen la acción correctora para corregirla:
– Parada de proceso
– Cambio de herramienta
– Modificación de las condiciones de corte
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