ITBO20010108A1 - Macchina per il riempimento di contenitori - Google Patents

Description

D E S C R I Z I O N E

dell'invenzione industriale dal titolo: "Macchina per il riempimento di contenitori."

La presente invenzione è relativa ad una macchina per il riempimento di contenitori con un materiale liquido o particolato. Per il riempimento di contenitori con materiale liquido o particolato è noto utilizzare delle macchine riempitrici del tipo comprendente una giostra girevole con moto continuo attorno ad un asse; una pluralità di dispositivi di alimentazione del materiale di riempimento portati dalla giostra, distribuiti attorno all’asse di rotazione della giostra e disposti in corrispondenza di rispettive stazioni di carico; ed una unità di supporto e pesatura portata dalla giostra per supportare una pluralità di contenitori da riempire disposti, ciascuno, in corrispondenza di una rispettiva stazione di carico per ricevere il relativo materiale di riempimento da un rispettivo dispositivo di alimentazione.

Le operazioni di riempimento dei contenitori sono gestite da un dispositivo di controllo esterno alla giostra e presentante una architetura circuitale di tipo “Master-Multislave”, cioè una architettura circuitale comprendente un’unità di controllo principale (“master”) ed una pluralità di unità di controllo asservite (“slave”), in cui le unità di controllo asservite sono collegate all ‘unità di supporto e pesatura attraverso contati striscianti e svolgono la sola funzione di acquisizione di segnali di pesatura di tipo eletrico generati dall’unità di supporto e pesatura stessa ed indicativi del peso dei contenitori sotoposti a riempimento, e sono controllate dall’unità di controllo principale, la quale è tipicamente costituita da un personal computer e svolge le funzioni di acquisizione dei segnali di pesatura, di elaborazione di tali segnali di pesatura, e di pilotaggio dei dispositivi di alimentazione per interrompere l’immissione del prodoto nei contenitori quando il peso di questi raggiunge un valore di soglia preimpostato corrispondente alla quantità di prodoto da immetere nei contenitori stessi.

Sebbene largamente utilizzata, un’architettura di controllo di tipo “Master-Multislave” presenta, per questo tipo di applicazioni, alcuni inconvenienti che non ne consentono un adeguato sfrutamento di tuti i pregi.

In particolare, accentrando in sé tute le operazioni di elaborazione dei segnali di pesatura e di pilotaggio dei dispositivi di alimentazione, l’unità di controllo principale costituisce di fatto, da un lato, un “collo di bottiglia” nel flusso delle operazioni effetuate per il controllo del riempimento dei contenitori, e, dall’altro, un ostacolo all’aumento dei volumi produtivi della macchina riempitrice in quanto questo accentramento di funzioni limita inevitabilmente sia il massimo numero di dispositivi di alimentazione che possono essere previsti sulla macchina riempitrice stessa, sia la massima velocità di riempimento dei contenitori e la massima velocità di rotazione della giostra.

Infatti, una eventuale espansione dei volumi produttivi della macchina riempitrice richiederebbe necessariamente, oltre che la predisposizione di ulteriori stazioni di carico e di rispettivi dispositivi di alimentazione e/o l’aumento della velocità di rotazione della giostra e di riempimento dei contenitori, anche la sostituzione dell’unità di controllo principale con un’altra avente capacità di elaborazione molto maggiore, e la programmazione della nuova unità di controllo principale.

Scopo della presente invenzione è realizzare una macchina per il riempimento di contenitori, la quale sia esente dagli inconvenienti dell’arte nota sopra descritti.

Secondo la presente invenzione viene realizzata una macchina per il riempimento di contenitori con un materiale liquido o particolato, la macchina comprendendo una giostra girevole con moto continuo attorno ad un asse; una pluralità di dispositivi di alimentazione del detto materiale portati dalla detta giostra, distribuiti attorno al detto asse e disposti in corrispondenza di rispettive stazioni di carico; mezzi di supporto e pesatura portati dalla detta giostra per supportare e pesare una pluralità di detti contenitori disposti, ciascuno, in corrispondenza di una rispettiva detta stazione di carico per ricevere il deto materiale da un rispetivo deto dispositivo di alimentazione; e mezzi di controllo elettronici collegati ai deti mezzi di supporto e pesatura e ai deti dispositivi di alimentazione per controllare il riempimento dei deti contenitori; ed essendo caratterizzata dal fato che i deti mezzi di controllo eletronici presentano una architetura circuitale di tipo “Multi-Master”.

La presente invenzione verrà ora descrita con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di atuazione non limitativo, in cui:

- la figura 1 è una vista in elevazione laterale e parzialmente in sezione di una preferita forma di attuazione della macchina della presente invenzione; e

- la figura 2 illustra uno schema a blocchi di un dispositivo di controllo facente parte della macchina di figura 1.

Con riferimento alle figure allegate, con 1 è indicata nel suo complesso una macchina per il riempimento di contenitori, i quali sono costituiti, nell’esempio illustrato, da botiglie 2 generalmente cilindriche disposte con un loro asse 3 in posizione sostanzialmente verticale e comprendenti superiormente un collo 4 provvisto, alla propria estremità superiore, di un’apertura 5 di ingresso/uscita per un materiale 6, che può essere particolato oppure, come nell’esempio illustrato, liquido.

La macchina 1 comprende un basamento 7 fisso, una cui porzione centrale è definita da un piantone 8 cilindrico presentante un asse 9 sostanzialmente verticale e supportante girevole, tramite l’interposizione di cuscinetti 10, un piede 11 tubolare di base di una giostra 12 montata sul basamento 7 per ruotare in modo continuo attorno all’asse 9 sotto la spinta di un motore di azionamento noto e non illustrato.

La giostra 12 comprende un corpo cilindrico 13 di base coassiale all’asse 9 ed inferiormente limitato da una parete 14 di fondo solidalmente collegata ad una estremità superiore del piede 1 1 , ed un serbatoio 15 cilindrico anch’esso coassiale all’asse 9, disposto al disopra del corpo cilindrico 13 e supportato dal corpo cilindrico 13 stesso. Il serbatoio 15 presenta un diametro superiore a quello del corpo cilindrico 13 ed è inferiormente limitato da una parete 16 di fondo sostanzialmente perpendicolare all’asse 9 e comprendente una porzione periferica 17, la quale sporge a sbalzo all’estemo di una parete 18 cilindrica esterna del corpo cilindrico 13.

La giostra 12 comprende inoltre una pluralità di stazioni 19 di carico uniformemente distribuite attorno all’asse 9 e definite da rispettivi dispositivi di alimentazione 20 noti per il materiale 6 estendentisi verso il basso, lungo rispettivi assi 21 paralleli all’asse 9, dalla porzione periferica 17 della parete 16 del serbatoio 15 e controllati, in modo noto, da rispettivi dispositivi valvolari 22 e da rispettivi sensori 23 di flusso di tipo noto ed illustrati schematicamente, ed una unità 24 di supporto atta a ricevere le bottiglie 2 ed a supportare ciascuna di esse in corrispondenza di una rispettiva stazione 19 di carico, all’esterno della parete 18, al disotto della porzione periferica 17 della parete 16 e con il relativo asse 3 in posizione coassiale all’asse 21 del relativo dispositivo di alimentazione 20.

L’unità 24 di supporto comprende, per ogni stazione 19 di carico, una rispettiva testa 25 di supporto e pesatura collegata in modo asportabile al corpo cilindrico 13 tramite l’interposizione di un dispositivo o staffa 26 di attacco/distacco rapido strutturale e funzionale solidale al corpo cilindrico 13 stesso.

Ciascuna testa 25 di supporto e pesatura comprende una bilancia 27 provvista di un piattello 28 avente un asse 29 sostanzialmente parallelo all’asse 9, ed al quale è solidalmente collegato un gruppo 30 di presa atto a trattenere in posizione eretta una relativa bottiglia 2 disposta sopra al piattello 28 stesso con il proprio asse 3 disposto coassiale all’asse 29, e comprendente un montante 31 estendentesi verso l’alto dal piattello 28 e lateralmente al piattello 28 stesso e portante due forcelle, rispettivamente superiore ed inferiore 32, 33, atte ad impegnare il collo 4 e, rispettivamente, il corpo della relativa bottiglia 2.

Con riferimento anche alla figura 2, la macchina 1 comprende inoltre un dispositivo di controllo 34 del riempimento delle bottiglie 2, il quale presenta una architettura circuitale di tipo “Multi-Master”, cioè una architettura circuitale di tipo distribuito in cui un supervisore 35, dedicato alla supervisione dell’operatività generale della macchina 1 e delle operazioni di riempimento delle bottiglie 2, è collegato e comunica con una pluralità di unità 36 di controllo, ciascuna delle quali controlla in modo autonomo un numero prefissato, ad esempio otto o dodici, di dispositivi di alimentazione 20.

In particolare, le unità 36 di controllo sono portate dalla giostra 12, e sono alloggiate in un apposito vano 37 della giostra 12 stessa, mentre il supervisore 35 è stazionario ed è posizionato esternamente alla giostra 12, e comunica con le unità 36 di controllo attraverso una linea bus 38 dedicata e contatti striscianti 39.

Ciascuna unità 36 di controllo è essenzialmente costituita da una scheda 40 di pesatura e pilotaggio del tipo a circuito stampato, la quale presenta una pluralità di ingressi 41, uno per ciascun dispositivo di alimentazione 20 controllato dalla scheda 40 di pesatura e pilotaggio, ed una pluralità di uscite 42, una per ciascun dispositivo di alimentazione 20 controllato dalla scheda 40 di pesatura e pilotaggio. In particolare, ciascun ingresso 41 della scheda 40 di pesatura e pilotaggio è collegato ad una rispettiva bilancia 27, dalla quale riceve un segnale di pesatura di tipo elettrico indicativo del peso della bottiglia 2 da questa supportata, mentre ciascuna uscita 42 della scheda 40 di pesatura e pilotaggio è collegata al dispositivo valvolare 22 di un rispettivo dispositivo di alimentazione 20 e fornisce a quest’ultimo un segnale di pilotaggio di tipo elettrico per la regolazione della quantità di prodotto erogata dal dispositivo di alimentazione 20 stesso.

Ciascuna scheda 40 di pesatura e pilotaggio comprende essenzialmente un microprocessore 43, il quale è collegato ai microprocessori 43 delle altre schede 40 di pesatura e pilotaggio ed al supervisore 35 attraverso la linea bus 38, è provvisto di una propria memoria 44 (mostrata separata per motivi illustrativi), nella quale è memorizzato un “firmware” per il controllo del riempimento delle bottiglie 2, il quale viene effettuato nel modo descritto più in dettaglio in seguito.

In particolare, il collegamento fra le varie unità 36 di controllo ed il supervisore 35 può essere convenientemente realizzato secondo lo standard IEC 61131, ossia utilizzando una linea CANbus operante con un protocollo CANopen, e porte di ingresso/uscita del tipo RS-422 bilanciate, indicate schematicamente in figura 2 con 45. Per quanto riguarda invece i contatti striscianti 39, questi possono convenientemente essere del tipo a cuscinetti in bagno di mercurio. Il supervisore 35 comprende essenzialmente un personal computer 46 provvisto di un’unità 47 di visualizzazione, di una tastiera 48, di un mouse 49, e di un’unità 50 di elaborazione, la quale è collegata a tutti i microprocessori 43 delle schede 40 di pesatura e pilotaggio mediante la linea bus 38 attraverso una propria porta di ingresso/uscita non illustrata.

In uso, prima dell’inizio di un nuovo processo di riempimento delle bottiglie 2, un operatore addetto alla macchina 1 inserisce nel supervisore 35, attraverso la tastiera 48 e/o il mouse 49, dati di settaggio relativi al processo di riempimento stesso, quali, ad esempio, il tipo di bottiglie da riempire, la quantità di prodotto da immettere in ciascun bottiglia, il tipo di prodotto (liquido, particolato) da immettere nelle bottiglie, la velocità di riempimento delle bottiglie, ecc.

Terminato l’inserimento dei dati di settaggio relativi al processo di riempimento da effettuare, il supervisore 35 fornisce tali dati di settaggio ai microprocessori 43 delle schede 40 di pesatura e pilotaggio, che li memorizzano nelle loro memorie 44, e comanda quindi l’inizio del processo di riempimento, in cui la giostra 12 viene fatta ruotare in modo continuo attorno all’asse 9 e durante ogni giro ciascuna stazione 19 di carico riceve una relativa bottiglia 2, che viene scaricata una volta riempita.

Prendendo ora in considerazione una singola stazione 19 di carico, una volta alimentata una bottiglia 2 vuota sul piattello 28 della relativa testa 25 in impegno con il relativo gruppo 30 di presa, la bilancia 27 fornisce un segnale elettrico indicativo del peso della bottiglia 2 stessa, il quale viene acquisito dal microprocessore 43 della scheda 40 di pesatura e pilotaggio che controlla le operazioni di riempimento effettuate in tale stazione 19 di carico.

Sulla base del segnale di pesatura generato dalla bilancia 27, il microprocessore 43 determina, in modo noto e quindi non descritto in dettaglio, il peso (tara) della bottiglia 2 vuota stessa. Una volta effettuata questa operazione, sulla base dei dati di settaggio fomiti al microprocessore 43 dal supervisore 35 all’ inizio del processo di riempitura delle bottiglie 2, il microprocessore 43 comanda l’apertura del dispositivo valvolare 22 del relativo dispositivo di alimentazione 20, determinando così il riempimento progressivo della bottiglia 2 ed il suo progressivo aumento di peso rilevato con continuità dalla relativa bilancia 27.

Il microprocessore 43 monitora costantemente il flusso di materiale 6 ed il peso della bottiglia 2 che viene riempita e comanda la chiusura del dispositivo valvolare 22 quando il peso rilevato, diminuito della tara precedentemente misurata, raggiunge la quantità di prodotto da immettere in ciascun bottiglia, informazione che, come detto, viene fornita al microprocessore 43 dal supervisore 35 all’inizio del processo di riempitura delle bottiglie 2.

Ovviamente, il riempimento della bottiglia 2 viene raggiunto prima che la bottiglia 2 stessa raggiunga una stazione (non illustrata), nella quale la bottiglia 2 viene scaricata, in modo noto, dal relativo piattello 28.

Nel caso invece in cui ad una presenza di un flusso di materiale 6, rilevato dal relativo sensore 23 di flusso, attraverso il relativo dispositivo di alimentazione 20, non corrisponda un aumento continuo del peso della bottiglia 2, il microprocessore 43 rileva una condizione di bottiglia rotta e comanda la chiusura immediata del dispositivo valvolare 22 ed invia al supervisore 35 un segnale di allarme indicativo di tale condizione di bottiglia rotta.

Il supervisore 35, quindi, comanda immediatamente la visualizzazione di un messaggio di avvertimento sull’unità 47 di visualizzazione e comanda lo scarto della bottiglia rotta.

Durante il processo di riempimento, inoltre, ciascun microprocessore 43 invia al supervisore 35 i dati relativi al riempimento delle bottiglie nelle stazioni 19 di carico da esso controllate ed il supervisore 35 visualizza, mediante una opportuna interfaccia grafica, tali dati sull’unità 47 di visualizzazione, in modo tale che l’operatore addetto alla macchina 1 possa in tempo reale avere indicazioni aggiornate sull’andamento del processo di riempimento delle bottiglie 2 in ciascuna stazione 19 di carico.

Inoltre, durante il processo di riempimento, ciascun microprocessore 43 comunica con i microprocessori 43 delle altre schede 40 di pesatura e pilotaggio e scambia con questi dati relativi alle variazioni dinamiche dei parametri del processo di riempimento, quali, ad esempio, la presenza e l’entità di eventuali derive termiche, derive dei parametri del liquido immesso nelle bottiglie 2 (densità), ecc., in modo tale che ciascun microprocessore 43 possa tenerne conto nel controllo del riempimento delle relative bottiglie 2.

Durante il processo di riempimento, inoltre, sia i microprocessori 43 che il supervisore 35 implementano, i primi sulla base dei segnali di pesatura, il secondo sulla base dei dati fomiti dai microprocessori 43, operazioni di diagnostica di per sé volte ad identificare eventuali anomalie nel processo di riempimento delle bottiglie 2 in modo da poter intervenire opportunamente e tempestivamente sull’operatività dei dispositivi di alimentazione 20 e della macchina 1 .

Per quanto riguarda la macchina 1 sopra descritta è opportuno porre in risalto il fatto che la suddivisione e la distribuzione del controllo del riempimento delle bottiglie 2 derivante dall’adozione di una architettura circuitale di tipo “Multi-Master”, permette di aumentare a piacere non solo il numero di stazioni 19 di carico ma anche la velocità di rotazione della giostra 12 e la velocità di riempimento delle bottiglie 2, aumentando così notevolmente la produttività della macchina 1.

Non solo, ma un controllo delle operazioni di riempimento delle bottiglie 2 di tipo distribuito rende modulare il dispositivo di controllo 34, in quanto, essendo le schede 40 di pesatura e pilotaggio tutte uguali fra loro, un aumento delle stazioni 19 di carico da controllare richiede semplicemente l’aggiunta delle relative schede 40 di pesatura e pilotaggio.

Inoltre, dovendo controllare le operazioni di riempimento in un numero ridotto di stazioni 19 di carico, ciascuna scheda 40 di pesatura e pilotaggio presenta una complessità circuitale ed un costo relativamente ridotti.

Oltre a ciò, il collegamento delle schede 40 di pesatura e pilotaggio al supervisore 35 richiede un cablaggio relativamente semplice e poco ingombrante, consentendo ad un operatore di intervenire in modo decisamente semplice per la riparazione di eventuali guasti, al contrario di ciò che avviene nelle macchine riempitrici attualmente in commercio, in cui le unità di controllo asservite sono tutte alloggiate in un cosiddetto “armadio elettrico” e sono inserite in rispettive morsettiere collegate all’unità di controllo principale, generalmente disposta nelle vicinanze dell’ armadio elettrico, e questo tipo di disposizione e di collegamento fa sì che il cablaggio presente all’ interno dell’armadio elettrico sia concentrato in uno spazio generalmente ridotto e che quindi l’intervento di un operatore sul cablaggio stesso non sia generalmente molto semplice.

Claims (10)

1. R I V E N D I C A Z I O N I 1) Macchina per il riempimento di contenitori con un materiale liquido o particolato, la macchina (1) comprendendo una giostra (12) girevole con moto continuo attorno ad un asse (9); una pluralità di dispositivi di alimentazione (20) del detto materiale (6) portati dalla detta giostra (12), distribuiti attorno al detto asse (9) e disposti in corrispondenza di rispettive stazioni (19) di carico; mezzi di supporto e pesatura (24) portati dalla detta giostra (12) per supportare e pesare una pluralità di detti contenitori (2) disposti, ciascuno, in corrispondenza di una rispettiva detta stazione (19) di carico per ricevere il detto materiale (6) da un rispettivo detto dispositivo di alimentazione (20); e mezzi di controllo elettronici (34) collegati ai detti mezzi di supporto e pesatura (24) e ai detti dispositivi di alimentazione (20) per controllare il riempimento dei detti contenitori (2); ed essendo caratterizzata dal fatto che i detti mezzi di controllo elettronici (34) presentano una architettura circuitale di tipo “Multi-Master”.
2. 2) Macchina secondo la rivendicazione 1 , caratterizzata dal fatto che i detti mezzi di controllo elettronici (34) comprendono un supervisore (35) per la supervisione delle operazioni di riempimento dei detti contenitori (2), ed una pluralità di unità di controllo (36) portate dalla detta giostra (12), collegate al detto supervisore (35), ai detti mezzi di supporto e pesatura (24) e ai detti dispositivi di alimentazione (20), ed atte a controllare in modo autonomo un numero prefissato di detti dispositivi di alimentazione (20).
3. 3) Macchina secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che i detti mezzi di supporto e pesatura (24) comprendono una pluralità di bilance (27) atte a supportare e a pesare, ciascuna, un rispettivo detto contenitore (2) in una rispettiva detta stazione (19) di carico e a generare un segnale di pesatura di tipo elettrico indicativo del peso del relativo detto contenitore (2); ciascuna delle dette unità di controllo (36) presentando una pluralità di ingressi (41) collegati, ciascuno, ad una rispettiva detta bilancia (27) per ricevere il relativo detto segnale di pesatura, ed una pluralità di uscite (42) collegate, ciascuna, ad un rispettivo detto dispositivo di alimentazione (20) per fornire un segnale di pilotaggio di tipo elettrico per la regolazione della quantità di prodotto erogata dal dispositivo di alimentazione (20) stesso.
4. 4) Macchina secondo la rivendicazione 2 o 3, caratterizzata dal fatto che ciascuna detta unità di controllo (36) comprende una scheda (40) di pesatura e pilotaggio del tipo a circuito stampato includente un microprocessore (43) collegato al detto supervisore (35) per lo scambio di dati di settaggio e dati inerenti il processo di riempimento dei relativi contenitori (2); il detto microprocessore (43) ricevendo inoltre i segnali di pesatura generati dalle relative bilance (27) e generando segnali di pilotaggio per i relativi dispositivi di alimentazione (20).
5. 5) Macchina secondo la rivendicazione 4, caratterizzata dal fatto che ciascun microprocessore (43) è collegato ai microprocessori (43) delle altre schede (40) di pesatura e pilotaggio per lo scambio di dati inerenti il processo di riempimento dei relativi contenitori (2).
6. 6) Macchina secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 2 a 5, caratterizzata dal fatto che le dette unità di controllo (36) sono collegate a detto supervisore (35) attraverso una linea bus (38).
7. 7) Macchina secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 2 a 6, caratterizzata dal fatto che le dette unità di controllo (36) sono inoltre collegate fra loro attraverso la detta linea bus (38).
8. 8) Macchina secondo la rivendicazione 6 o 7, caratterizzata dal fatto che la detta linea bus è una linea CANbus operante con protocollo CANopen.
9. 9) Macchina secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 6 a 8, caratterizzata dal fatto che le dette unità di controllo (36) sono collegate al detto supervisore (35) mediante Γ interposizione di contatti striscianti (39).
10. 10) Macchina secondo la rivendicazione 9, caratterizzata dal fatto che i detti contatti striscianti (39) sono del tipo a cuscinetti in bagno di mercurio.