IT202300028362A1 - Sistema e metodo di gestione di dispositivi elettromeccanici ad azionamento mediante bobina elettromagnetica - Google Patents

Description

[0001] "SISTEMA E METODO DI GESTIONE DI DISPOSITIVI ELETTROMECCANICI AD AZIONAMENTO MEDIANTE BOBINA ELETTROMAGNETICA"

[0003] CAMPO TECNICO

[0004] La presente soluzione ? relativa ad un sistema e ad un metodo di gestione di dispositivi elettromeccanici ad azionamento in commutazione mediante bobina elettromagnetica, quali ad esempio rel?, contattori, elettrovalvole o in generale qualsiasi dispositivo attuatore a bobina (con alimentazione elettrica in tensione continua o alternata).

[0005] In modo noto, rel? e contattori sono dispositivi elettrici comunemente utilizzati in commutazione (apertura/chiusura) per l'accensione e lo spegnimento di associati circuiti, elettronici, elettrici o idraulici (ad esempio motori, elettrovalvole, carichi resistivi).

[0006] In particolare, un rel? ? un dispositivo di commutazione azionato elettricamente che utilizza una bobina elettromagnetica per effettuare una movimentazione meccanica di una parte azionata, che pu? essere un contatto elettrico, una valvola o altro. I contattori sono una categoria di rel? progettati principalmente per l'uso in applicazioni in cui sia richiesto di commutare una grande quantit? di corrente.

[0007] Come mostrato schematicamente in Figura 1, un rel? (o contattore), indicato in generale con 1, comprende un elettromagnete 2, ovvero una bobina elettromagnetica di filo conduttore elettrico, generalmente di rame, avvolto intorno ad un nucleo di materiale ferromagnetico; l'elettromagnete 2 ? atto da essere azionato elettricamente in modo da eseguire un'azione specifica su contatti 3, aprendo o chiudendo un percorso tra rispettivi terminali di uscita 4, per il trasporto di energia attraverso il circuito che viene commutato. In particolare, uno di tali contatti 3 ? mobile e accoppiato solidalmente ad un'ancora. Il rel? 1 comprende inoltre un corpo 5, che definisce un alloggiamento che circonda l'elettromagnete 2 ed i contatti 3 e contribuisce a definire l'isolamento.

[0008] Quando la bobina elettromagnetica viene alimentata e dunque attraversata da una corrente, si crea un campo magnetico che determina il movimento dell'ancora all'interno del rel? 1 ed un opportuno movimento relativo tra i contatti 3 (determinando la chiusura o l'apertura del rel? 1).

[0009] In particolare, se il rel? ? progettato come normalmente aperto (NA), l'eccitazione della bobina spinge insieme i contatti 3, chiude il circuito e consente all'energia di fluire tra i terminali 4. Quando la bobina ? diseccitata, i contatti sono aperti e il circuito ? spento. Un rel? normalmente chiuso (NC) funziona nel modo opposto. Il circuito ? completo (contatti 3 chiusi) quando la bobina viene diseccitata ed interrotto (contatti 3 aperti) ogni volta che viene fornita corrente all'elettromagnete 2.

[0010] Le elettrovalvole hanno un funzionamento analogo, ovvero quando una corrente elettrica viene fatta passare attraverso una rispettiva bobina o solenoide, viene generato un campo magnetico che provoca il movimento di un'asta (o simile elemento) metallica, ad esempio ferrosa, che blocca o apre il passaggio di un liquido o gas attraverso un associato circuito fluidico.

[0011] A livello elettrico, la bobina del rel? 1 viene sottoposta ad una tensione e di conseguenza ? soggetta al passaggio di corrente. Quando la bobina viene percorsa da corrente, il suo nucleo si magnetizza ed il campo magnetico generato attira i contatti 3 in chiusura o apertura, determinando l'azionamento, "scatto" o commutazione, dello stesso rel? 1.

[0012] In generale, ? noto che i suddetti dispositivi elettromeccanici ad azionamento mediante bobina elettromagnetica possono essere soggetti ad usura durante la loro vita operativa, con conseguenti modifiche alle relative caratteristiche elettriche e possibili problemi e malfunzionamenti nei circuiti in cui gli stessi dispositivi sono utilizzati.

[0013] Ad esempio, l'usura di tali dispositivi elettromeccanici pu? comportare un differente valore di scatto o commutazione, sia in termini di tensioni o correnti richieste, sia in termini temporali.

[0014] SCOPO DELL'INVENZIONE

[0015] Scopo della presente soluzione ? in generale quello di fornire un sistema che consenta di migliorare l'efficienza operativa di dispositivi elettromeccanici ad azionamento mediante bobina elettromagnetica.

[0016] In accordo con l'obiettivo sopra indicato, secondo la presente soluzione vengono forniti un sistema ed un metodo, come definiti nelle rivendicazioni allegate.

[0017] BREVE DESCRIZIONE DELLE FIGURE

[0018] La presente invenzione verr? ora descritta con riferimento ai disegni allegati, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui:

[0019] - la Figura 1 mostra un diagramma schematico di un dispositivo elettromeccanico ad azionamento mediante bobina elettromagnetica;

[0020] le Figure 2 e 3 mostrano grafici di grandezze elettriche associate al funzionamento del dispositivo di Figura 1;

[0021] - la Figura 4 mostra uno schema circuitale di un sistema di gestione di un dispositivo elettromeccanico ad azionamento mediante bobina elettromagnetica;

[0022] - le Figure 5A e 5B mostrano diagrammi di flusso relativi ad un algoritmo di gestione implementabile dal sistema di Figura 4;

[0023] le Figure 6-8 e 10 mostrano grafici di grandezze elettriche associate al funzionamento del sistema di Figura 4; e

[0024] - le Figure 9A e 9B mostrano diagrammi di flusso relativi ad un ulteriore algoritmo di gestione implementabile dal sistema di Figura 4.

[0026] DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELLE FORME DI ATTUAZIONE

[0027] Come sar? descritto in dettaglio in seguito, un aspetto della presente soluzione prevede di monitorare, attraverso parametri elettrici associati al funzionamento di un dispositivo elettromeccanico ad azionamento mediante bobina elettromagnetica, quali una tensione ed un assorbimento di corrente di una relativa bobina di azionamento, il comportamento del dispositivo elettromeccanico, con le seguenti finalit?:

[0028] - verifica che l'attuazione di accensione (azionamento) e/o spegnimento (rilascio) sia effettivamente compiuta e sia opportunamente correlata all'andamento di una tensione sinusoidale di alimentazione;

[0029] - monitoraggio, anche di tipo predittivo, di fenomeni di invecchiamento, deterioramento, danneggiamento;

[0030] gestione ottimizzata, per garantire un risparmio energetico e una vita pi? lunga.

[0031] In Figura 2 viene mostrato un grafico dell'andamento della corrente (indicata con Ibob) che circola in una bobina di azionamento di un dispositivo elettromeccanico, ad esempio di un rel? 1 come mostrato nella suddetta Figura 1.

[0032] Alimentando la bobina all'istante to (che corrisponde dunque all'istante di attivazione), la corrente cresce rapidamente fino ad un valore nominale, fino a che il campo magnetico non determina l'azionamento o scatto (o commutazione) dei relativi contatti 3 in apertura o chiusura; in particolare, al momento dello scatto (in corrispondenza dell'istante di commutazione tl) si verifica una caduta di corrente Id. La corrente di bobina Ibob si assesta poi ad un valore di mantenimento Ib.

[0033] Tale fenomeno ? ad esempio descritto nel documento tecnico: "TI Designs Current Controlled Driver for AC Solenoids - TIDU584A - November 2014 - Revised February 2017" della

[0034] Un aspetto della presente soluzione prevede, mediante una misura di corrente, di monitorare la caduta di corrente Id al fine di determinare se sia effettivamente avvenuto l'azionamento (o commutazione) in seguito all'attivazione del dispositivo ed inoltre l'istante temporale (istante di commutazione t1) associato a tale caduta, ovvero alla commutazione del dispositivo. Si noti che tale istante temporale pu? in generale essere variabile, in base al deterioramento e/o ad altre condizioni operative.

[0035] La presente Richiedente ha constatato che tale caduta di corrente Id non solo ? indice del corretto funzionamento, ma anche dello stato di invecchiamento del dispositivo elettromeccanico .

[0036] Monitorando in maniera continuativa nel tempo la curva della corrente, ? possibile inoltre effettuare una regolazione opportuna della stessa corrente per allungare la vita del dispositivo ed ottenere inoltre un risparmio energetico. In particolare, ? possibile diminuire gradualmente questa corrente, fintanto che non si alteri il comportamento del rel? (ad esempio, in termini delle caratteristiche elettriche e temporali di commutazione).

[0037] A questo riguardo, in Figura 3 viene mostrato come la corrente di mantenimento possa essere diminuita dal valore Ib a valori minori quali Ib1, Ib2, Ib3, senza alterare sostanzialmente il comportamento di scatto (o di azionamento) del rel? 1.

[0038] Un aspetto della presente soluzione prevede dunque di monitorare costantemente il comportamento del dispositivo elettromeccanico, ad esempio del suddetto rel? 1, al fine ad esempio di ottimizzarne l'eccitazione, ad esempio stabilendo la corrente minima di mantenimento affinch? rimanga inalterato il funzionamento magnetico della relativa bobina; vantaggiosamente, avere una corrente minore per la bobina consente di ridurre lo stress a cui ? soggetta la stessa bobina dal punto di vista elettrico (aumentandone la vita operativa) ed inoltre di ridurre la dissipazione del circuito.

[0039] Con riferimento alla Figura 4 viene ora descritta una possibile implementazione di un sistema di gestione, indicato in generale con 10, di un dispositivo elettromeccanico ad azionamento mediante bobina elettromagnetica, nell'esempio costituito dal rel? 1 descritto con riferimento alla Figura 1 (qui non descritto nuovamente in dettaglio), alimentato da una tensione di alimentazione Val, che pu? essere in tensione continua (DC) o, tipicamente, in alternata.

[0040] Uno stadio alimentatore 12 ? configurato in modo da fornire la tensione di alimentazione Val al rel? 1, comprendente, come indicato in precedenza, l'elettromagnete 2 (e relativa bobina, in parallelo alla quale sono qui collegati diodi 17 per limitare la tensione ai capi della bobina nel momento dello spegnimento), i contatti 3 ed i rispettivi terminali di uscita 4, tra cui ? collegato qui un carico generico 15. In particolare, la suddetta tensione di alimentazione Val ? fornita ad un primo terminale della bobina.

[0041] Il sistema di gestione 10 comprende uno stadio di rilevamento 16, accoppiato al rel? 1 e configurato in modo da rilevare relativi valori di tensione Vbob (in particolare la tensione ai capi della bobina del relativo elettromagnete 2, indicata nel seguito come tensione di bobina) e di corrente Ibob (in particolare la corrente circolante nello stesso elettromagnete 2, indicata nel seguito come corrente di bobina).

[0042] Il sistema di gestione 10 comprende inoltre uno stadio di controllo 18, comprendente un microcontrollore, un microprocessore o una generica unit? di controllo digitale, dotata di una rispettiva memoria 19, interna (come nell'esempio raffigurato) o esterna.

[0043] Lo stadio di controllo 18 ? operativamente accoppiato al suddetto stadio di rilevamento 16 al fine di ricevere i valori rilevati della tensione di alimentazione Val ed inoltre di una tensione Vrd e di una tensione Virs (tali tensioni essendo descritte nel seguito) ed ? inoltre configurato in modo da generare, in funzione di tali valori rilevati, un segnale di controllo Se.

[0044] In particolare, tale segnale di controllo Se ? atto a controllare il valore della tensione media di alimentazione della bobina, Vbob, attraverso un metodo noto, in modulazione di ampiezza di impulso, PWM (Pulse Width Modulation), secondo un algoritmo di gestione e di ottimizzazione del funzionamento che sar? descritto in dettaglio in seguito (tale algoritmo di gestione potendo essere implementato in funzione di opportune istruzioni software memorizzate nella suddetta memoria 19).

[0045] Nella realizzazione circuitale mostrata in tale Figura 4, un elemento interruttore 20, di tipo MOSFET ? accoppiato al rel? 1 e controllato dal suddetto stadio di controllo 18 tramite il segnale di controllo Se (che ne regola opportunamente la tensione tra gate e source VGS), al fine di consentire o meno il passaggio di corrente e consentire dunque l'alimentazione della bobina del rel? 1 (ovvero, l'attivazione dello stesso rel? 1) con un opportuno duty cycle di attivazione.

[0046] Un primo resistore 21, avente resistenza Rd, ? collegato tra il terminale di drain del suddetto MOSFET ed un secondo terminale della suddetta bobina (la suddetta tensione Vrd ? la tensione sul primo resistore 21, in corrispondenza di tale secondo terminale); in questa forma di realizzazione, la tensione di bobina Vbob viene ricavata dallo stadio di controllo 18 attraverso i valori di Val e Vrd, nello specifico con la formula Vbob = Val-Vrd.

[0047] Inoltre, un secondo resistore 22, avente resistenza Rs ? collegato tra il terminale di source del MOSFET ed un terminale di riferimento (o di massa, GND); in questa forma di realizzazione, la corrente che attraversa il secondo resistore 22 corrisponde alla corrente che attraversa la bobina Ibob che viene ricavata dallo stadio di controllo 18 attraverso la formula Virs/Rs (Virs essendo la tensione su tale secondo resistore 22).

[0048] Come indicato in precedenza, mediante tali letture di tensione e corrente di bobina, Vbob e Ibob, lo stadio di controllo 18 pu? agire sull'elemento interruttore 20 mediante l'apposito segnale di controllo Se, regolando la tensione media di alimentazione della bobina (Vbob).

[0049] Una possibile variante del circuito di Figura 4 prevede che la resistenza Rs sia uguale a zero. In questo caso, la corrente di bobina Ibob viene ricavata dalla stessa Vrd ai capi del primo resistore 21 Rd mediante la formula Ibob = (Vrd-Vmos)/Rd, con Vmos che corrisponde alla caduta di tensione sull'elemento interruttore 20 ed ? nota dalle caratteristiche dello stesso elemento interruttore 20.

[0050] Con riferimento dapprima alla Figura 5A viene ora descritto un possibile algoritmo di gestione implementato dal suddetto sistema di gestione 10, al fine di verificare l'azionamento del dispositivo elettromeccanico (ad esempio del suddetto rel? 1, a titolo di esempio considerato con contatti normalmente aperti) ed effettuare una gestione ottimizzata del suo funzionamento, ad esempio per garantire un risparmio energetico e una vita pi? lunga dello stesso dispositivo elettromeccanico.

[0051] L'algoritmo pu? essere eseguito in maniera iterativa e continuativa nel tempo.

[0052] In dettaglio, in seguito ad un comando di accensione o attivazione del dispositivo elettromeccanico, fase 29, con il segnale di controllo Se che viene portato al valore "alto" ('1') per la chiusura del suddetto elemento interruttore 20, lo stadio di controllo 18 avvia l'algoritmo facendo partire un timer di sistema t dall'istante di attivazione t0 (ad esempio inizialmente pari a 0), fase 30. Tale istante di attivazione t0 corrisponde dunque all'istante in cui viene fornito il suddetto comando di attivazione ed all'inizio dell'andamento crescente della corrente di bobina Ibob (come mostrato ad esempio nella suddetta Figura 2).

[0053] Come indicato nella fase 31, la corrente di bobina Ibob, che viene di volta in volta rilevata mediante lo stadio di rilevamento 16 (come discusso in precedenza), viene copiata in una variabile Iold (dove Iold rappresenta dunque il valore di corrente precedente).

[0054] Il valore di corrente letto Ibob viene confrontato con quello precedente Iold, fase 32; se Ibob ? maggiore di Iold, siamo ancora nella fase crescente dell'andamento della corrente di bobina in seguito all'attivazione (si veda ad esempio nuovamente la Figura 2) e si va ad aggiornare Iold con il nuovo valore (suddetta fase 31).

[0055] Se, sempre nella fase 32, si verifica che Ibob ? minore di Iold, siamo all'inizio della caduta ("drop") nell'andamento della corrente di bobina.

[0056] Nella fase 33 viene dunque verificato se Ibob ? minore di un valore pari a Iold-Id (dove Id rappresenta un valore prefissato di caduta di corrente), ossia che si raggiunga il punto di minimo della caduta di corrente, per discriminare l'avvenuto azionamento.

[0057] Se la condizione avviene, si passa alla fase 34 nella quale si identifica l'istante di commutazione (o azionamento) tl come la differenza tra il tempo corrente t (dato dal suddetto timer di sistema) ed il tempo iniziale di attivazione t0 (t1=t-t0).

[0058] Se la condizione nella suddetta fase 33 ancora non viene verificata, si passa alla fase 35 dove si verifica che t non abbia raggiunto un tempo limite o intervallo di timeout.

[0059] Nel caso in cui il tempo trascorso dall'attivazione superi tale intervallo di timeout, viene generato un allarme, fase 36, indicativo del mancato funzionamento (o del funzionamento non corretto) del rel? 1.

[0060] Se il tempo di azionamento misurato nella fase 34 risulta corretto, un aspetto della presente soluzione prevede inoltre che lo stadio di controllo 18 possa ottimizzare il funzionamento del rel? 1.

[0061] In particolare, lo stadio di controllo 18 pu? comandare l'elemento interruttore 20 in modo che venga diminuito il duty cicle di attivazione, di conseguenza determinando un minore assorbimento della bobina, quindi una minore dissipazione ed un minore consumo (ad esempio, ottenendo un minore valore della suddetta corrente di mantenimento Ib). L'algoritmo descritto fornisce dunque due informazioni rilevanti:

[0062] - la corrente in corrispondenza della quale ? iniziato l'azionamento (ultimo valore della variabile Iold, prima del drop di corrente);

[0063] il tempo effettivamente impiegato ad effettuare l'azionamento (dato dall'istante di commutazione t1).

[0064] L'analisi di questi valori assoluti e del loro andamento nel tempo permette vantaggiosamente di riconoscere l'azionamento e di identificare fenomeni di invecchiamento ed usura che possano influire su questi valori, consentendo anche di implementare strategie di controllo e manutenzione predittiva per il rel? 1.

[0065] Il circuito descritto in Figura 4 e l'algoritmo descritto in Figura 5A possono essere applicati con rel? 1 con bobina ad alimentazione in corrente alternata Vac. In tal caso, nello schema di Figura 4 al posto del MOSFET pu? ad esempio essere utilizzato un elemento interruttore 20 del tipo OptoTriac.

[0066] Un aspetto rilevante della presente soluzione, nel caso di utilizzo di rel? con bobina alimentata con tensione di alimentazione Val in alternata, ad esempio a partire dalla tensione di rete a 230 Vac 50Hz o 110 Vac 60Hz, prevede di determinare una correlazione tra l'azionamento del rel? 1 (in particolare, l'istante di commutazione tl) e l'andamento della sinusoide della tensione di alimentazione o di rete (in particolare, con un relativo attraversamento dello zero, cosiddetto "zero Crossing").

[0067] A questo riguardo, come mostrato in Figura 6A, l'istante di commutazione tl pu? avvenire nel punto in cui la sinusoide di rete ? al valore nullo; questo ? il punto ideale di azionamento, in quanto la corrente di rete varia gradualmente .

[0068] Come mostrato in Figura 6B, la commutazione potrebbe invece avvenire nel punto in cui la sinusoide di rete ? al valore massimo; questo ? il punto peggiore perch? la corrente di rete ? istantaneamente elevata.

[0069] Come illustrato schematicamente in Figura 7, un ulteriore aspetto della presente soluzione pu? prevedere dunque che lo stadio di controllo 18 sia configurato in modo da determinare il suddetto punto in cui la sinusoide di rete ? al valore nullo (il cosiddetto istante di "zero Crossing", Tcross) ed in modo da regolare opportunamente l'istante di commutazione tl (ad esempio applicando un opportuno anticipo o ritardo temporale, qui indicato con ???, all'attivazione del dispositivo), in modo che l'azionamento dell'attuatore sia "centrato" il pi? possibile rispetto al punto di zero Crossing (ovvero in modo che la commutazione avvenga in maniera sostanzialmente contemporanea all'attraversamento dello zero da parte dell'andamento sinusoidale della tensione di alimentazione Val in alternata).

[0070] Con riferimento alla Figura 5B, viene descritto questo ulteriore aspetto dell'algoritmo, che prevede ulteriori fasi 38, 39 e 40 per la gestione dello "Zero Crossing".

[0071] In una fase indipendente ed asincrona, il sistema rileva (in maniera di per s? nota, qui non descritta in dettaglio) il momento in cui la sinusoide di rete passa per lo zero, individuando l'ultimo istante di zero Crossing (tZC). Inoltre, viene rilevato il periodo tAC della stessa sinusoide di rete, che viene misurato ad ogni zero Crossing (tale periodo tAC potrebbe essere anche costante in funzione della frequenza di lavoro).

[0072] Nell'algoritmo mostrato in tale Figura 5B, in seguito al comando di accensione o attivazione del dispositivo elettromeccanico, prima di portare il segnale di controllo Se al valore "alto" 1 per la chiusura del suddetto elemento interruttore 20, lo stadio di controllo 18 attende un opportuno tempo di attesa Tdelay.

[0073] In particolare, nella fase 38, viene aggiornato di volta in volta tale tempo di attesa Tdelay in funzione dell'ultimo istante di zero Crossing (tZC) e di un ritardo di azionamento, indicato con dON (il cui valore pu? essere impostato ad un valore prefissato, determinato ad esempio in maniera sperimentale, al "power on" del sistema e successivamente di volta in volta aggiornato). In dettaglio, il tempo di attesa Tdelay viene posto uguale a tZC+dON. Nella fase 39, viene verificato che il tempo corrente t superi il tempo di attesa Tdelay.

[0074] Quando ci? avviene (T > Tdelay), l'algoritmo si sviluppa con le stesse fasi descritte in figura 5A, fino a che non viene rilevato l'azionamento del rel? 1 nelle fasi 33 e 34.

[0075] In questo caso, nella nuova fase 40, successiva alla fase 33, si verifica inoltre la correlazione tra l'individuato azionamento del rel? 1 e l'andamento della sinusoide di rete.

[0076] In particolare, si verifica che l'istante di commutazione tl coincida con l'istante di zero Crossing successivo a quello rilevato (tZC). Se cos? fosse, la differenza tra il tempo corrente t (coincidente con l'istante di commutazione tl) e la somma (tZC+tAC) risulterebbe uguale a zero. Nel caso in cui non si verifichi la suddetta coincidenza, l'algoritmo prevede che venga modificato ed aggiornato opportunamente il ritardo di azionamento dON, in funzione della suddetta differenza t-(tZC+tAC) (in modo tale che il prossimo istante di commutazione tl possa coincidere con l'istante di zero Crossing).

[0077] Analogamente al sistema descritto per la verifica dell'attuazione mediante monitoraggio della corrente, un ulteriore aspetto della presente soluzione pu? prevedere il monitoraggio dell'andamento della tensione applicata ai capi della bobina, per determinare se e quando sia avvenuto il corretto rilascio del dispositivo (in seguito allo spegnimento dello stesso dispositivo).

[0078] A questo riguardo, la Figura 8A mostra un caso di funzionamento normale del dispositivo elettromeccanico. A partire dall'istante di attivazione to, corrispondente in questo caso all'istante in cui viene tolta tensione alla bobina per attivarne il rilascio, il valore della tensione di bobina V decade gradualmente fino al rilascio vero e proprio dell'attuatore al tempo di commutazione tl, in corrispondenza del quale si crea una "gobba", ovvero un incremento temporaneo Vd della tensione di bobina Vbob.

[0079] Al contrario, la Figura 8B mostra un comportamento anomalo di un attuatore per cos? dire "incollato". In questo caso, quando viene disalimentata la bobina, la tensione decade gradualmente a zero senza nessun segnale di controversione (ovvero, senza che si verifichi il suddetto incremento Vd della tensione); in sostanza, non avviene in questo caso il distacco fisico dell'attuatore.

[0080] Con riferimento alla Figura 9A, si descrive dunque un ulteriore algoritmo di gestione implementabile dallo stadio di controllo 18 del sistema di gestione 10, che prevede di verificare il corretto funzionamento del dispositivo, mediante la misura della tensione ai capi della bobina (ovvero della suddetta tensione di bobina Vbob).

[0081] Anche in tal caso, come sar? discusso con riferimento alla Figura 9B, si pu? inoltre monitorare l'istante di commutazione tl, per fare in modo che lo sgancio avvenga in corrispondenza di un punto di zero Crossing della tensione di rete (consentendo di spegnere l'attuatore nel punto ottimale, quando la corrente ? pi? bassa).

[0082] In dettaglio, in seguito ad un comando di attivazione del dispositivo elettromeccanico, fase 49, con il segnale di controllo Se che viene portato in questo caso al valore "basso" 0 per l'apertura del suddetto elemento interruttore 20 e spegnimento dello stesso dispositivo, lo stadio di controllo 18 avvia l'algoritmo facendo partire il timer di sistema t dall'istante di attivazione t0, fase 50. Tale istante di attivazione t0 corrisponde dunque all'istante in cui viene fornito il suddetto comando di attivazione ed all'inizio dell'andamento decrescente della tensione di bobina Vbob (come mostrato ad esempio nella Figura 8A).

[0083] Come indicato nella fase 51, la tensione di bobina Vbob che viene di volta in volta letta viene copiata in una variabile Vold.

[0084] Il valore letto Vbob viene dunque confrontato con quello precedente Vold, fase 52; se Vbob ? minore di Vold, siamo ancora nella fase decrescente dell'andamento della tensione (si veda ad esempio nuovamente la Figura 8A) e si va ad aggiornare Vold con il nuovo valore (suddetta fase 51). Se, sempre nella fase 52, Vbob risulta maggiore di Vold, siamo all'inizio della "gobba".

[0085] Nella fase 53 viene dunque verificato se Vbob ? maggiore o uguale di Vold+Vd, ossia che si raggiunga il punto massimo della "gobba" per discriminare il rilascio del rel? 1.

[0086] Se la condizione avviene, si passa alla fase 54 nella quale si individua l'istante di commutazione t1, in particolare come la differenza tra l'istante corrente t e l'istante di attivazione t0.

[0087] Se la condizione nella fase 33 ancora non viene verificata, si passa alla fase 55 dove si verifica che l'istante corrente t non abbia raggiunto l'intervallo di timeout; nel caso in cui tale intervallo di timeout venga raggiunto, viene generato un allarme, fase 56.

[0088] L'algoritmo fornisce dunque anche in questo caso due informazioni rilevanti:

[0089] - la tensione in corrispondenza della quale ? iniziato il rilascio (ultimo valore assunto dalla variabile Vold);

[0090] - il tempo impiegato ad effettuare il rilascio (come indicato dall'istante di commutazione t1).

[0091] L'analisi di questi valori assoluti e del loro andamento nel tempo permette di riconoscere l'effettivo rilascio e di identificare fenomeni di invecchiamento ed usura che possano influire su questi valori, consentendo dunque il monitoraggio del funzionamento del dispositivo elettromeccanico ed eventualmente l'implementazione di strategie di manutenzione predittiva.

[0092] Come indicato in precedenza, in una versione pi? completa dell'algoritmo, mostrato nella Figura 9B, l'istante di commutazione T1 pu? essere messo in relazione con l'istante di zero Crossing Tcross.

[0093] In particolare, vengono inserite le fasi aggiuntive 58, 59 e 60 per la gestione dello Zero Crossing (essendo anche in questo caso prevista la fase indipendente ed asincrona per la rilevazione dell'ultimo istante di zero Crossing tZC).

[0094] In dettaglio, in seguito al comando di rilascio del dispositivo elettromeccanico, fase 49, prima di portare il segnale di controllo Se al valore "basso" 0 per l'apertura del suddetto elemento interruttore 20, lo stadio di controllo 18 attende il tempo di attesa Tdelay.

[0095] In particolare, nella fase 58, viene aggiornato di volta in volta tale tempo di attesa Tdelay in funzione dell'ultimo istante di zero Crossing (tZC) e di un ritardo di rilascio, indicato con dOFF (il cui valore pu? essere impostato ad un valore prefissato, determinato ad esempio in maniera sperimentale, al "power on" del sistema ed in seguito di volta in volta aggiornato). In dettaglio, il tempo di attesa Tdelay viene posto uguale a tZC+dOFF.

[0096] Nella fase 59, viene verificato che l'istante corrente t superi il tempo di attesa Tdelay.

[0097] Quando ci? avviene, l'algoritmo si sviluppa nelle stesse fasi descritte in figura 9A fino a che non viene rilevato il rilascio (fasi 53, 54).

[0098] Nella nuova fase 60, successiva alla fase 53, si verifica inoltre la correlazione tra il rilascio del rel? 1 e l'andamento della sinusoide di rete.

[0099] In particolare, si verifica che l'istante di commutazione t1 coincida con l'istante di zero Crossing successivo a quello rilevato (tZC). Se cos? fosse, la differenza tra il tempo corrente t (coincidente con l'istante di commutazione t1) e la somma (tZC+tAC) risulterebbe uguale a zero. Nel caso in cui non si verifichi la suddetta correlazione, viene modificato ed aggiornato opportunamente il ritardo di rilascio dOFF, in funzione della suddetta differenza t-(tZC+tAC) (in modo tale che il prossimo istante di commutazione tl possa coincidere con l'istante di zero Crossing).

[0100] Da quanto discusso emergono in maniera evidente i vantaggi che la presente soluzione consente di ottenere.

[0101] In particolare, si evidenzia nuovamente come tale soluzione consenta, mediante la verifica che l'azionamento ed il rilascio del dispositivo elettromeccanico siano effettivamente compiuti ed avvengano al tempo corretto, il monitoraggio anche di tipo predittivo di fenomeni di invecchiamento, deterioramento, danneggiamento, con una conseguente gestione ottimizzata dello stesso dispositivo elettromeccanico .

[0102] Tale gestione pu? essere particolarmente ottimizzata grazie alla gestione della correlazione con l'istante di zero Crossing, per garantire un risparmio energetico e una vita pi? lunga del dispositivo elettromeccanico.

[0103] La presente soluzione consente inoltre di evitare possibili problemi e malfunzionamenti dei suddetti dispositivi elettromeccanici e dei circuiti elettronici in cui gli stessi dispositivi sono utilizzati.

[0104] Risulta infine chiaro che a quanto descritto possono essere apportate modifiche e varianti senza per questo uscire dall'ambito della presente invenzione, come definito dalle rivendicazioni allegate.

[0105] Si evidenzia in particolare che la soluzione descritta pu? trovare vantaggiosa applicazione per un qualunque dispositivo elettromeccanico ad azionamento mediante bobina elettromagnetica, anche differente dal rel?, a cui si ? fatto precedentemente riferimento, ad esempio per contattori o elettrovalvole .

Claims (15)

1. R I V E N D I C A Z I O N I

1. Sistema di gestione di un dispositivo elettromeccanico (1) ad azionamento in commutazione mediante bobina elettromagnetica (2), comprendente:

uno stadio di rilevamento (16), atto ad essere accoppiato al dispositivo elettromeccanico (1) e configurato in modo da rilevare almeno una grandezza elettrica (Vbob, Ibob) associata a detta bobina elettromagnetica (2); ed

uno stadio di controllo (18), operativamente accoppiato a detto stadio di rilevamento (16) al fine di ricevere i valori rilevati di detta almeno una grandezza elettrica (Vbob, Ibob),

in cui detto stadio di controllo (18) ? configurato in modo da individuare un istante di commutazione (t1) di detto dispositivo elettromeccanico (1) in funzione dei valori rilevati di detta almeno una grandezza elettrica (Vbob, Ibob) ed in modo da gestire e monitorare il funzionamento di detto dispositivo elettromeccanico (1) in funzione di detto istante di commutazione (t1) e/o di una correlazione tra detto istante di commutazione (t1) ed un andamento di una grandezza di alimentazione (Val) di detta bobina elettromagnetica (2).

2. Sistema secondo la rivendicazione 1, in cui detto stadio di rilevamento (16) ? configurato in modo da rilevare una tensione di bobina (Vbob) ai capi della bobina

elettromagnetica (2) e/o una corrente di bobina (Ibob) circolante in detta bobina elettromagnetica (2) ed in modo da controllare, in funzione dei valori rilevati di tensione di bobina (Vbob) e/o di corrente di bobina (Ibob), il funzionamento di detto dispositivo elettromeccanico (1).

3. Sistema secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detto stadio di controllo (18) ? configurato in modo da variare una temporizzazione di un comando di attivazione fornito a detto dispositivo elettromeccanico (1), in funzione di un confronto tra detto istante di commutazione (t1) ed un istante di attraversamento dello zero (Tcross) di detta grandezza di alimentazione (Val) fornita a detta bobina elettromagnetica (2), al fine di sincronizzare l'azionamento di detto dispositivo elettromeccanico (1) ad istanti di attraversamento dello zero di detta grandezza di alimentazione .

4. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre uno stadio alimentatore (12), configurato in modo da fornire una tensione di alimentazione (Val) a detto dispositivo elettromeccanico (1) ed un elemento interruttore (20) accoppiato a detta bobina elettromagnetica (2) e controllato da detto stadio di controllo (18) mediante un segnale di controllo (Sc); in cui detto stadio di controllo (18) ? configurato in modo da generare detto segnale di controllo (Se) in funzione di detti

valori rilevati di detta almeno una grandezza elettrica (Vbob, Ibob) per determinare, in base ad un algoritmo di gestione del funzionamento di detto dispositivo elettromeccanico (1), un valore di mantenimento (Ib) della corrente di bobina (Ibob) e/o una temporizzazione di attivazione di detto dispositivo elettromeccanico (1).

5. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto stadio di rilevamento (16) ? configurato in modo da: rilevare, a partire da un comando di attivazione di detto dispositivo elettromeccanico (1), in corrispondenza di un istante di attivazione (t0), una variazione di detta almeno una grandezza elettrica (Vbob, Ibob); determinare, in funzione di detta variazione, 1'occorrenza di un effettivo azionamento di detto dispositivo elettromeccanico (1) e l'associato istante di commutazione (t1); e determinare un'anomalia di funzionamento, nel caso in cui non venga determinato detto azionamento o detto istante di commutazione (t1) disti da detto istante di attivazione (t0) pi? di un ritardo temporale atteso (timeout).

6. Sistema secondo la rivendicazione 5, in cui detta variazione corrisponde ad una differenza del valore di detta almeno una grandezza elettrica (Vbob, Ibob) rispetto ad un valore di minimo o di massimo nell'andamento di detta grandezza elettrica a partire da detto istante di attivazione

(10); ed in cui detto stadio di controllo (18) ? configurato in modo da eseguire un confronto tra detta variazione ed un valore atteso (Vd, Id), al fine di determinare l'occorrenza di detto azionamento ed individuare detto istante di commutazione (tl).

7. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto stadio di rilevamento (16) ? configurato in modo da rilevare, a partire da un comando di attivazione di accensione di detto dispositivo elettromeccanico (1), in corrispondenza di un istante di attivazione (t0), un valore di detta corrente di bobina (Ibob) circolante in detta bobina elettromagnetica (2); ed in cui detto stadio di controllo (18) ? configurato in modo da: determinare una caduta di corrente, rispetto ad un precedente valore di massimo ed in corrispondenza dell'istante di commutazione (t1) di detto dispositivo elettromeccanico (1); eseguire un confronto tra detta caduta di corrente ed un valore di caduta atteso (Id); e controllare il funzionamento di detto dispositivo elettromeccanico (1) in funzione di detto confronto.

8. Sistema secondo la rivendicazione 7, in cui detto stadio di controllo (18) ? configurato in modo da regolare il valore di una corrente di mantenimento (Ib) fornita a detta bobina elettromagnetica (2) in funzione di detto confronto, al fine di ottimizzare il funzionamento di detto

dispositivo elettromeccanico (1).

9. Sistema secondo la rivendicazione 7 o 8, in cui detto stadio di controllo (18) ? configurato in modo da regolare il valore di una corrente di mantenimento (Ib) fornita a detta bobina elettromagnetica (2) nel caso in cui detta caduta di corrente risulti maggiore o uguale a detto valore atteso (Id) e detto istante di commutazione (tl) non disti da detto istante di attivazione (t0) pi? di un intervallo temporale prefissato (timeout).

10. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto dispositivo elettromeccanico (1) ? un dispositivo di commutazione, in particolare del tipo a rel?.

11. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto stadio di rilevamento (16) ? configurato in modo da rilevare, a partire da un comando di attivazione di spegnimento di detto dispositivo elettromeccanico (1), in corrispondenza di un istante di attivazione (t0), un valore di tensione di bobina (Vbob) su detta bobina elettromagnetica (2); ed in cui detto stadio di controllo (18) ? configurato in modo da: determinare un innalzamento di tensione, rispetto ad un precedente valore di minimo ed in corrispondenza dell'istante di commutazione (tl) di detto dispositivo elettromeccanico (1); eseguire un confronto tra detto innalzamento di tensione ed un valore di

innalzamento atteso (Vd); e controllare il funzionamento di detto dispositivo elettromeccanico (1) in funzione di detto confronto.

12. Metodo di gestione di un dispositivo elettromeccanico (1) ad azionamento in commutazione mediante bobina elettromagnetica (2), comprendente:

rilevare almeno una grandezza elettrica (Vbob, Ibob) associata a detta bobina elettromagnetica (2);

individuare un istante di commutazione (t1) di detto dispositivo elettromeccanico (1) in funzione di valori rilevati di detta almeno una grandezza elettrica (Vbob, Ibob);

gestire e monitorare il funzionamento di detto dispositivo elettromeccanico (1) in funzione di detto istante di commutazione (t1) e/o di una correlazione tra detto istante di commutazione (t1) ed un andamento di una grandezza di alimentazione (Val) di detta bobina elettromagnetica (2).

13. Metodo secondo la rivendicazione 12, comprendente rilevare una tensione di bobina (Vbob) ai capi della bobina elettromagnetica (2) e/o una corrente di bobina (Ibob) circolante in detta bobina elettromagnetica (2); e controllare, in funzione dei valori rilevati di tensione di bobina (Vbob) e/o di corrente di bobina (Ibob), il funzionamento di detto dispositivo elettromeccanico (1).

14. Metodo secondo la rivendicazione 12 o 13, comprendente variare una temporizzazione di un comando di attivazione fornito a detto dispositivo elettromeccanico (1), in funzione di un confronto tra detto istante di commutazione (t1) ed un istante di attraversamento dello zero (Tcross) di detta grandezza di alimentazione (Val) fornita a detta bobina elettromagnetica (2), al fine di sincronizzare l'azionamento di detto dispositivo elettromeccanico (1) ad istanti di attraversamento dello zero di detta grandezza di alimentazione.

15. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 12-14, comprendente: monitorare, a partire da un comando di attivazione di detto dispositivo elettromeccanico (1), in corrispondenza di un istante di attivazione (t0), una variazione di detta almeno una grandezza elettrica (Vbob, Ibob); determinare, in funzione di detta variazione, l'occorrenza di un effettivo azionamento di detto dispositivo elettromeccanico (1) e l'associato istante di commutazione (t1); e determinare un'anomalia di funzionamento, nel caso in cui non venga determinato detto azionamento o detto istante di commutazione (t1) disti da detto istante di attivazione (t0) pi? di un ritardo temporale atteso (timeout).