IT202100016181A1 - Dispositivo di controllo per un attuatore di un macchinario - Google Patents
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Description
TITOLO: ?Dispositivo di controllo per un attuatore di un macchinario?
DESCRIZIONE
Settore tecnico
La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo di controllo per controllare lo stato di funzionamento di un attuatore di un macchinario, in particolare motori di macchinari industriali.
Sfondo tecnologico
? noto nel settore dei macchinari industriali applicare al motore del macchinario uno o pi? sensori che possono rilevare alcuni parametri di funzionamento. Il rilevamento ? utile per valutare il corretto funzionamento del motore e per eventualmente intervenire arrestandolo.
Tuttavia una tale tipologia di sistemi soffre di alcuni inconvenienti.
Un inconveniente ? dato dal fatto che i sensori sono montati fissi al motore ed ? difficile implementare un motore gi? noto che non ha sensori. La mancanza di sensori pu? causare una rottura che porta al fermo della linea produttiva per alcuni giorni, fino a quando non si sostituisce il motore.
Un ulteriore inconveniente ? dovuto al fatto che i sensori collegati al motore non sono in grado di comunicare con il sistema di controllo, ad esempio un PLC, che comanda l?azionamento del motore; i dati rilevati sono ad esempio salvati in un server remoto, quale un Cloud. Quindi, ? l?utente che deve andare a osservare i dati per poi decidere come agire sul motore; tale gestione ? scomoda, e crea il rischio di rotture al motore a causa di un monitoraggio non costante da parte dell?utente.
Sintesi dell?invenzione
Uno scopo della presente invenzione ? quello di realizzare un dispositivo in grado di risolvere questo ed altri inconvenienti della tecnica nota, e che nel contempo possa essere eseguito in modo semplice ed economico.
Secondo la presente invenzione, questo ed altri scopi vengono raggiunti mediante un dispositivo realizzato secondo l?annessa rivendicazione indipendente.
In particolare si desidera realizzare un dispositivo in grado di essere montato ad un attuatore (o motore) di un macchinario per ricevere dati da sensori associati all?attuatore, al fine di consentire un facile e rapido intervento in caso di anomalie dell?attuatore.
E? da intendersi che le annesse rivendicazioni costituiscono parte integrante degli insegnamenti tecnici qui forniti nella descrizione dettagliata che segue in merito alla presente invenzione. In particolare, nelle annesse rivendicazioni dipendenti sono definite alcune forme di realizzazione preferite della presente invenzione che includono caratteristiche tecniche opzionali.
Breve descrizione dei disegni
Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno chiari dalla descrizione dettagliata che segue, data a puro titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, in cui: - la figura 1 ? uno schema a blocchi di un dispositivo secondo una forma di realizzazione esemplificativa della presente invenzione;
- la figura 2 ? una fotografia di un dispositivo secondo una particolare forma di realizzazione della presente invenzione.
Descrizione dettagliata dell?invenzione
Con riferimento alle figure annesse, ? descritto un dispositivo 1 di controllo per un attuatore di un macchinario, comprendente:
- un involucro 9 configurato per essere fissato in modo removibile all?attuatore del macchinario,
- una prima interfaccia configurata per ricevere segnali da almeno un sensore 2, 4, 6 configurato per rilevare un parametro di funzionamento dell?attuatore,
- una seconda interfaccia configurata per inviare segnali ad un sistema di controllo 8 configurato per comandare il funzionamento dell?attuatore,
- un?unit? di calcolo 10 configurata per, almeno, inviare i segnali alla seconda interfaccia in funzione dei segnali in ingresso nella prima interfaccia.
Come apparir? pi? chiaro nella descrizione, l?unit? di calcolo 10 pu? trasmettere alla seconda interfaccia i segnali in ingresso nella prima interfaccia (ad esempio, amplificandoli, se necessario), e/o elaborare i segnali in uscita verso la seconda interfaccia in funzione dei segnali in ingresso nella prima interfaccia.
Preferibilmente, la seconda interfaccia ? configurata per inviare segnali direttamente al sistema di controllo 8. I segnali sono appunto quelli provenienti dall?unit? di calcolo 10. Quindi, i segnali passano dal dispositivo 1 al sistema di controllo 8 senza passare attraverso ulteriori sistemi di elaborazione.
In particolare, ma non in modo limitativo, l?attuatore ? un motore, ad esempio un motore elettrico. Convenientemente il macchinario ? un macchinario industriale, ad esempio appartenente ad una linea di produzione. Ad esempio, il sistema di controllo 8 a cui la seconda interfaccia si connette ? un PLC.
L?involucro 9 comprende mezzi di fissaggio per montare in modo amovibile il dispositivo 1 all?attuatore. I mezzi di fissaggio possono essere di per s? noti, quali fori 7 per un accogliere viti o bulloni per montare il dispositivo 1 all?attuatore.
In particolare, l?involucro 9 comprende una porzione metallica, ad esempio una piastra, destinata ad appoggiarsi all?attuatore. La porzione metallica serve per trasmettere la temperatura dell?attuatore e rilevarla tramite il relativo sensore di temperatura. Convenientemente, l?involucro 9 ? tutto o almeno in parte in materiale polimerico. Ad esempio l?involucro 9 ? polimerico ma ha la porzione metallica. In una forma di realizzazione alternativa, detto involucro 9 pu? essere metallico al fine di creare uno schermo contro i disturbi elettromagnetici che potrebbero inficiare il funzionamento dell?unit? di calcolo 10.
Il sensore 2, 4, 6 atto a rilevare un parametro dell?attuatore pu? essere fissato al dispositivo 1 dell?invenzione, o fissato all?attuatore. In caso di pi? sensori 2, 4, 6, questi possono essere fissati solo al dispositivo dell?invenzione, solo fissati all?attuatore, od in parte fissati al dispositivo ed in parte fissati all?attuatore. La prima interfaccia ? configurata per ricevere segnali da tale sensore o sensori 2, 4, 6. Quindi, la prima interfaccia ? configurata per connettersi operativamente all?almeno un sensore 2, 4, 6. In altri termini, i sensori 2, 4, 6 possono essere gi? presenti sull?attuatore (cio? prima che il dispositivo sia montato a tale attuatore), o possono essere presenti sul dispositivo dell?invenzione. Come gi? detto, ? anche possibile che il dispositivo comprenda un sensore 2 (es. sensore di temperatura), e che sia montato ad un attuatore avente gi? un suo sensore 4, 6, eventualmente di diverso tipo (es. sensore di vibrazione). Quindi, secondo una possibile forma realizzativa, il dispositivo comprende almeno un sensore 2, 4, 6.
L?almeno un sensore 2, 4, 6 ? atto a rilevare i parametri dell?attuatore, o di parti o componenti ad esso accoppiate. Ad esempio, l?attuatore ? un motore, ed il sensore 2, 4, 6 pu? rilevare anche parametri di un motoriduttore accoppiato al motore.
Ad esempio, l?almeno un sensore 2, 4, 6 ? scelto nel seguente gruppo: un sensore di temperatura, un sensore di vibrazioni (ad esempio, del tipo piezoelettrico), un accelerometro (ad esempio, triassiale). Inoltre, pu? esservi un sensore per rilevare il livello dei liquidi nell?attuatore, ed in particolare nel motore, quale un sensore per il lubrificante (ad esempio, l?olio del motore); tale sensore ? convenientemente gi? fissato all?attuatore prima che a tale attuatore sia montato il dispositivo dell?invenzione.
Opzionalmente, possono esservi sensori ambientali (almeno uno) per rilevare condizioni ambientali, ad esempio un sensore di temperatura, di umidit?, o per misurare la ventilazione. Tale almeno un sensore ambientale ? convenientemente fissato al dispositivo dell?invenzione. In alternativa o in aggiunta, almeno un sensore ambientale ? convenientemente fissato all?attuatore. La prima interfaccia ? configurata per ricevere segnali provenienti dai sensori ambientali. L?unit? di calcolo 10 ? configurata per elaborare i segnali in uscita in funzione dei segnali provenienti da tale almeno un sensore ambientale, o per trasmettere in uscita i dati provenienti da tale almeno un sensore ambientale.
I sensori 2, 4, 6 che trasmettono i segnali alla prima interfaccia possono essere di per s? noti, e possono essere analogici o digitali. I sensori 2, 4, 6 possono essere operativamente connessi con la prima interfaccia preferibilmente tramite connessione cablata, o tramite connessione senza fili. In fig. 2 sono mostrati cavi 14 appartenenti al dispositivo 1.
Opzionalmente, l?unit? di calcolo 10 ? configurata per emettere segnali di avvertimento, ad esempio segnali di allarme, ed inviarli alla seconda interfaccia, in cui tali segnali di avvertimento sono generati in funzione dei segnali provenienti dall?almeno un sensore 2, 4, 6, e/o dai sensori ambientali. I segnali di avvertimento possono anche essere di diversi tipi, a seconda dei rilevamenti effettuati dai sensori vari 2, 4, 6. Ad esempio, vi possono essere segnali di diversa gravit?. Tramite la seconda interfaccia, i segnali di avvertimento sono inviati al sistema di controllo 8 del macchinario, che generalmente ? un PLC. In base ai segnali di avvertimento, il sistema di controllo 8 pu? decidere come agire, ad esempio pu? decidere se ignorare tali segnali, o che operazioni eseguire. Ad esempio, il sistema di controllo 8 pu? decidere di spegnere l?attuatore, che pu? essere un motore, al fine di evitare rotture. Infatti, una rottura di un motore di un macchinario industriale pu? causare un?interruzione della produzione di alcuni giorni, fino a quando il motore non sar? sostituito o riparato.
Ad esempio, l?unit? di calcolo 10 ? configurata per confrontare i segnali provenienti dall?almeno un sensore 2, 4, 6 con uno o pi? valori di soglia, e, in base a tale confronto, emettere il segnale di avvertimento, ad esempio in caso di superamento di tale valore di soglia. La soglia pu? essere un valore massimo o minimo. Il valore di soglia ? prestabilito dall?utente, e pu? opzionalmente essere modificato dall?utente. Ad esempio, l?unit? di calcolo 10 valuta se la temperatura rilevata sull?attuatore supera una temperatura prestabilita; in tal caso, emette il segnale di avvertimento.
Preferibilmente detta unit? di calcolo 10 ? un microcontrollore oppure un microprocessore, opportunamente connesso ad un?unit? di memoria, ad esempio una memoria non volabile, in cui sono opportunamente salvate le istruzioni per il corretto funzionamento dell?unit? di calcolo 10.
Convenientemente, l?unit? di calcolo 10 ? programmata con algoritmi machine learning, in particolare per emettere i segnali di avvertimento. L?unit? di calcolo 10, tramite gli algoritmi di tipo machine learning, ? capace di aggiornare autonomamente l?almeno un valore di soglia, il quale ? confrontato con il corrispondente valore rilevato sull?attuatore tramite i relativi sensori 2, 4, 6, e/o tramite i sensori ambientali. Cos?, il dispositivo dell?invenzione ? capace di adattarsi all?attuatore su cui ? montato ed all?evoluzione delle condizioni operative, in modo da limitare l?invio di segnali di avvertimento ai casi di reale necessit?.
Preferibilmente, la seconda interfaccia comprende almeno un connettore elettrico ed ? configurata per inviare segnali al sistema di controllo 8 tramite una connessione cablata.
Secondo una variante dell?invenzione, la seconda interfaccia ? configurata per inviare segnali al sistema di controllo 8 tramite una connessione senza fili.
Preferibilmente, la seconda interfaccia ? configurata per comunicare col sistema di controllo 8 tramite un modulo di comunicazione Ethernet 16, e/o tramite un protocollo, convenientemente protocollo Modbus o RS485 18. Opzionalmente, si possono usare in combinazione i protocolli Modbus ed RS485 18. Pi? in generale, detta seconda interfaccia ? atta ad implementare uno o pi? protocolli di comunicazione in funzione delle esigenze, in particolare il protocollo di comunicazione utilizzato dal sistema di controllo 8.
Opzionalmente, la seconda interfaccia ? anche configurata per inviare segnali ad un?unit? di memoria remota 12, ad esempio un?unit? ?cloud?. La seconda interfaccia ? in grado di comunicare con l?unit? di memoria remota 12 tramite connessione senza fili, o connessione cablata. In una possibile forma di realizzazione i dati generati dall?unit? di calcolo 10 possono essere inviati a detta unit? di memoria remota o cloud 12 tramite una connessione ethernet, attraverso detta seconda interfaccia. L?unit? remota 12, es. il cloud, pu? vantaggiosamente memorizzare i dati rilevati dai sensori 2, 4, 6 del dispositivo 1 e/o i dati elaborati da detta unit? di calcolo 10. In questo modo, l?utente pu? visionarli anche in un secondo momento e valutare il funzionamento dell?attuatore. Inoltre, l?unit? di memoria remota 12 pu? essere associata ad un sistema di visualizzazione che permette all?utente di visualizzare in tempo reale i dati elaborati da detta unit? di calcolo 10 e/o rilevati dai sensori 2, 4, 6, ad esempio mostrandoli su uno schermo, o inviando segnali ad un dispositivo elettronico (ad esempio, un dispositivo portatile, come un tablet od uno smartphone) per mostrare tali dati.
Convenientemente, l?unit? di calcolo 10 ? configurata per elaborare i segnali in uscita verso la seconda interfaccia in funzione dei segnali in ingresso dalla prima interfaccia. Questa funzione pu? essere in aggiunta od in alternativa rispetto alla sola trasmissione dati dalla prima alla seconda interfaccia. Questo ? utile per fornire dati in uscita dalla seconda interfaccia che siano pi? affinati o completi, e che quindi possano essere pi? facili da analizzare dal sistema di controllo 8 del macchinario industriale, ad esempio dal PLC. Ad esempio, in funzione dei dati rilevati dal sensore di vibrazioni o di accelerazioni, l?unit? di calcolo 10 ? in grado di determinare i giri del motore o la sua frequenza di funzionamento. In tal caso, l?attuatore ? un motore, e i sensori 2, 4, 6 rilevano il funzionamento di tale motore. Secondo possibili forme di realizzazione, l?unit? di calcolo 10 ? programmata per trasformare i dati in arrivo dai sensori 2, 4, 6 in un formato prestabilito, o in un?unit? di misura prestabilita.
Convenientemente, la seconda interfaccia ? anche configurata per inviare segnali in uscita verso un?ulteriore unit? 20 (diversa dal sistema di controllo 8 del macchinario), preferibilmente in formato digitale.
Convenientemente, il dispositivo 1, ed in particolare l?unit? di calcolo 10, ? alimentato da una sorgente di energia elettrica 22, quale una batteria elettrica o tramite al collegamento ad una rete elettrica.
Secondo una possibile forma di realizzazione, l?unit? di calcolo 10 ? configurata per ricevere segnali di input in formato digitale e/o analogico. In fig. 1, ? mostrato un segnale di input digitale 24 ed uno analogico 26. Tali segnali in ingresso possono ad esempio essere forniti da un utente che desidera variare alcuni parametri di funzionamento dell?unit? di calcolo 10. Ad esempio, l?utente pu? operativamente connettere un dispositivo elettronico (es. un computer, un tablet, uno smartphone) all?unit? di calcolo 10. In alternativa detto segnale di input digitale 24 ed analogico 26 possono provenire da un ulteriore sensore che pu? essere connesso opportunamente all?unit? di calcolo 10 tramite detta prima interfaccia.
La frequenza temporale con cui i vari sensori 2, 4, 6, ed eventualmente i sensori ambientali, eseguono i rilevamenti pu? essere differente tra tali sensori, a seconda delle necessit?. L?unit? di calcolo 10 pu? convenientemente stabilire tali frequenze di rilevamento. Inoltre, la frequenza di rilevamento pu? opzionalmente essere impostata dall?utente, ad esempio comunicando con l?unit? di calcolo 10.
Grazie alla presente invenzione ? possibile modificare attuatori, in particolare motori, preesistenti di un macchinario, al fine di migliorare la analisi di funzionamento per evitare guasti improvvisi. Questo consente di ridurre i costi, in quanto non ? necessario acquistare nuovi attuatori od un nuovo macchinario.
Lo schema di fig. 1 ? un particolare esempio applicativo, ma non limitativo, dell?invenzione. ? possibile impiegare un numero o tipo diverso di sensori, o connettere in modo differente l?unit? di calcolo 10 al sistema di controllo 8, ad esempio usando diversi protocolli o sistemi di comunicazione.
Secondo possibili forme realizzative, vi ? un sistema comprendente una pluralit? di dispositivi 1, ciascuno accoppiato ad un relativo attuatore (es. un motore), e tali dispositivi 1 sono operativamente connessi al sistema di controllo 8 del macchinario. Quindi, ? possibile sovraintendere al funzionamento di pi? attuatori del macchinario. In particolare, i dispositivi 1 sono unit? ?client?, ed il sistema di controllo 8 ? un?unit? ?master?. Secondo una particolare forma realizzativa, i dispositivi 1 non sono configurati per comunicare tra loro, ma comunicano con il sistema di controllo 8.
La presente invenzione concerne anche un metodo per implementare un attuatore di un macchinario, comprendente i seguenti passi:
- montare l?involucro 9 del dispositivo 1 dell?invenzione all?attuatore, in modo da fissare il dispositivo 1 all?attuatore,
- connettere operativamente la prima interfaccia all?almeno un sensore 2, 4, 6 configurato per rilevare un parametro di funzionamento dell?attuatore, se tale almeno un sensore 2, 4, 6 ? gi? presente nell?attuatore; o installare tale almeno un sensore 2, 4, 6 sull?attuatore, se tale almeno un sensore 2, 4, 6 ? gi? presente nel dispositivo 1.
Quindi, in fase di montaggio, l?utente collega i sensori 2, 4, 6, gi? presenti nell?attuatore, alla prima interfaccia del dispositivo 1. In aggiunta o alternativa, l?utente monta i sensori 2, 4, 6, gi? integrati nel dispositivo 1, all?attuatore.
La presente invenzione concerne anche un metodo per controllare un attuatore di un macchinario, dopo aver installato il dispositivo 1 sull?attuatore del macchinario. Il metodo comprende i seguenti passi:
- tramite l?almeno un sensore 2, 4, 6, rilevare almeno un parametro di funzionamento dell?attuatore,
- tramite l?unit? di calcolo 10, ricevere segnali dall?almeno un sensore 2, 4, 6, ed inviare tali segnali direttamente al sistema di controllo 8 del macchinario,
- tramite il sistema di controllo 8, comandare il funzionamento dell?attuatore.
Il sistema di controllo 8 comanda il funzionamento dell?attuatore in base anche ai segnali in arrivo dal dispositivo 1, ed in particolare dall?unita di calcolo 10, in base a logiche predefinite o impostabili da un utente. Il sistema di controllo 8 pu? comandare il funzionamento dell?attuatore anche in funzione di altri parametri o di altri dati provenienti da altre sorgenti di dati a cui il sistema di controllo 8 ? operativamente connesso.
Come detto precedentemente, i segnali dall?almeno un sensore 2, 4, 6 raggiungono l?unit? di calcolo 10 passando attraverso la prima interfaccia. I segnali in uscita dall?unit? di calcolo 10 raggiungono il sistema di controllo 8 passando attraverso la seconda interfaccia.
Convenientemente, l?unit? di calcolo 10 esegue i passi di emettere segnali di avvertimento ed inviarli direttamente al sistema di controllo 8, in cui tali segnali di avvertimento sono generati in funzione dei segnali provenienti dall?almeno un sensore 2, 4, 6.
Convenientemente, l?unit? di calcolo 10 esegue anche i passi di elaborare segnali in uscita in funzione dei segnali provenienti dall?almeno un sensore 2, 4, 6, ed inviarli direttamente al sistema di controllo 8. Ad esempio, l?unit? di calcolo 10 sulla base dei rilevamenti dei sensori 2, 4, 6 crea nuovi parametri o modifica i dati rilevati dai sensori, per inviarli al sistema di controllo 8 del macchinario.
Come detto precedentemente, il dispositivo 1 pu? comprendere sensori ambientali, e l?unit? di calcolo 10 pu? elaborare segnali in uscita, o emettere segnali di allarme, anche in funzione dei dati rilevati da tali sensori ambientali. Tali segnali sono inviati al sistema di controllo 8.
La presente invenzione concerne anche un attuatore a cui ? installato il dispositivo 1 descritto, ed un macchinario comprendente tale attuatore.
Naturalmente, fermo restando il principio dell?invenzione, le forme di attuazione ed i particolari di realizzazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto descritto ed illustrato a puro titolo di esempio non limitativo, senza per questo uscire dall?ambito dell?invenzione come definito nelle annesse rivendicazioni.
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