ITMI20111099A1 - GUIDE CONTROL SYSTEM OF AIR CONVEYORS - Google Patents
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Description
Descrizione dell'invenzione industriale dal titolo: "SISTEMA DI CONTROLLO DI GUIDE DI TRASPORTATORI AD ARIA" Description of the industrial invention entitled: "AIR CONVEYOR GUIDE CONTROL SYSTEM"
TESTO DELLA DESCRIZIONE TEXT OF THE DESCRIPTION
La presente invenzione si riferisce in generale ad un sistema di controllo, più in particolare ad una sistema di controllo per attuatori o simili dispositivi adatti alla regolazione di guide di un trasportatore ad aria per bottiglie PET vuote. The present invention relates in general to a control system, more particularly to a control system for actuators or similar devices suitable for adjusting the guides of an air conveyor for empty PET bottles.
I trasportatori ad aria di bottiglie PET vuote attualmente noti sono generalmente costituiti da un insieme di linee sopraelevate in cui almeno una guida di collo di ed una guida laterale di bottiglia possono essere regolate in posizione in modo da adattarsi alla particolare forma della bottiglia da trasportare. Un guida di collo è tipicamente formata da un canale a C che riceve il collo di bottiglia tra le sue ali: su queste ali una coppia di piastre o organi simili sono scorrevolmente regolate da attuatori lineari in modo da adattarsi al diametro del collo. Le guide laterali della bottiglia sono invece costituite da binari orizzontali appesi al di sotto di detto canale a C tramite una pluralità di barre verticali: gli attuatori lineari sono poi agganciati a dette barre e supportano organi di connessione a detti binari. In questo modo ciascun binario può essere orizzontalmente spostato in modo da adattarsi alla superficie esterna delle bottiglie. Currently known air conveyors for empty PET bottles generally consist of a set of overhead lines in which at least one neck guide and one lateral bottle guide can be adjusted in position so as to adapt to the particular shape of the bottle to be transported. A neck guide is typically formed by a C-shaped channel which receives the bottle neck between its wings: on these wings a pair of plates or similar members are slidably adjusted by linear actuators so as to adapt to the diameter of the neck. The lateral guides of the bottle, on the other hand, are constituted by horizontal rails suspended below said C-shaped channel by means of a plurality of vertical bars: the linear actuators are then hooked to said bars and support connecting members to said rails. In this way, each rail can be moved horizontally in order to adapt to the external surface of the bottles.
La lunghezza tipica di un trasportatore di bottiglie può variare da alcune centinaia di metri a tre o più chilometri riflettendosi in questo modo in migliaia di attuatori lineari. Di conseguenza il costo unitario dell'attuatore lineare gioca un ruolo chiave nella determinazione del costo complessivo del sistema di trasporto sia in termini di costo di investimento sia in termini di costo di manutenzione. D'altra parte, questo gran numero di attuatori necessariamente richiede un elevato livello di automazione per una rapida reimpostazione del sistema quando una nuova forma di bottiglia deve essere trasportata attraverso di esso. Alla luce delle succitate necessità piccoli trasportatori ad aria possono adottare attuatori lineari azionati manualmente mentre in trasportatori ad aria più grandi si devono preferire attuatori lineari azionati pneumaticamente. The typical length of a bottle conveyor can vary from a few hundred meters to three or more kilometers, thus being reflected in thousands of linear actuators. Consequently, the unit cost of the linear actuator plays a key role in determining the overall cost of the conveyor system both in terms of investment cost and in terms of maintenance cost. On the other hand, this large number of actuators necessarily require a high level of automation for a quick reset of the system when a new bottle shape has to be transported through it. In light of the aforementioned needs, small air conveyors can adopt manually operated linear actuators while in larger air conveyors pneumatically operated linear actuators must be preferred.
Anche se gli attuatori pneumatici incrementano il livello di automazione del sistema pur mantenendo abbastanza basso il costo del sistema stesso, esistono ancora problemi di affidabilità collegati a questi attuatori ed anche inefficaci strumenti diagnostici che possono essere applicati a questi. Although pneumatic actuators increase the level of automation of the system while keeping the cost of the system fairly low, there are still reliability problems associated with these actuators and also ineffective diagnostic tools that can be applied to them.
Esiste pertanto un bisogno di attuatori elettromeccanici o simili dispositivi che possano superare i suddetti difetti della tecnica anteriore consentendo un migliorato controllo del sistema di trasporto ed efficaci strumenti diagnostici per tali dispositivi. D'altra parte, l'intero sistema di regolazione della guide del trasportatore, che comprende attuatori elettromeccanici ed una elettronica di controllo degli attuatori, deve essere progettato in modo da essere meno costoso degli attuali sistemi di regolazione (manuali o pneumatici) e quindi maggiormente vantaggioso rispetto ad essi. Si deve notare che anche un sistema elettromeccanico più costoso può essere considerato vantaggioso finché il costo in eccesso rispetto agli attuali sistema permette di avere un sistema con una migliore affidabilità e minori richieste di manutenzione. Inoltre la possibilità offerta da un sistema di regolazione elettromeccanico di identificare in tempo reale un guasto ed il dispositivo soggetto a tale guasto riduce di molto i tempi di fermo del sistema traducendosi così direttamente in un risparmio economico ed in una maggiore redditività del sistema di controllo elettromeccanico rispetto al tradizionale sistema di controllo manuale o pneumatico. There is therefore a need for electromechanical actuators or similar devices which can overcome the aforementioned defects of the prior art allowing for improved control of the transport system and effective diagnostic tools for such devices. On the other hand, the entire adjustment system of the conveyor guides, which includes electromechanical actuators and an electronic control of the actuators, must be designed to be less expensive than current adjustment systems (manual or pneumatic) and therefore more advantageous compared to them. It should be noted that even a more expensive electromechanical system can be considered advantageous as long as the excess cost compared to the current system allows for a system with better reliability and fewer maintenance requirements. Furthermore, the possibility offered by an electromechanical regulation system to identify a fault in real time and the device subject to this fault greatly reduces system downtime, thus translating directly into economic savings and greater profitability of the electromechanical control system. compared to the traditional manual or pneumatic control system.
Scopo principale della presente invenzione è pertanto quello di fornire un sistema di controllo di guide di trasportatori che possa adattarsi ad una pluralità di attuatori elettromeccanici o simili dispositivi, il sistema di controllo essendo specificatamente progettato in modo da portare a costi ridotti in termini di componenti coinvolte. The main object of the present invention is therefore to provide a conveyor guide control system that can be adapted to a plurality of electromechanical actuators or similar devices, the control system being specifically designed so as to lead to reduced costs in terms of components involved. .
Un altro scopo della presente invenzione è poi quello di fornire un sistema di controllo di guide di trasportatore in grado di controllare ciascun attuatore elettromeccanico o simile dispositivo in maniera indipendente tramite una interfaccia utente remota. Another object of the present invention is then to provide a conveyor guide control system capable of controlling each electromechanical actuator or similar device independently via a remote user interface.
Un ulteriore scopo della presente invenzione è poi quello di fornire un sistema di controllo di guide di trasportatore in gradi di effettuare una diagnostica degli attuatori elettromeccanici o simili dispositivi e di identificare sull'interfaccia utente remota il particolare dispositivo che presenta il guasto. A further object of the present invention is then to provide a conveyor guide control system capable of carrying out a diagnostics of the electromechanical actuators or similar devices and of identifying the particular device presenting the fault on the remote user interface.
Queste ed altre caratteristiche del sistema di controllo delle guide di trasportatore in conformità della presente invenzione saranno chiare da una descrizione dettagliata di una realizzazione preferita, che è esemplificativa e non limitativa dei principi dell'invenzione, da considerare in riferimento alle annesse tavole di disegni in cui: These and other characteristics of the conveyor guide control system in accordance with the present invention will become clear from a detailed description of a preferred embodiment, which is exemplary and not limiting of the principles of the invention, to be considered with reference to the attached drawing tables in which:
la fig. 1 mostra uno schema di una realizzazione preferita di un sistema di controllo in conformità della presente invenzione, la fig. 2 mostra un unità di controllo compresa nel sistema di controllo in fig. 1, e fig. 1 shows a diagram of a preferred embodiment of a control system in accordance with the present invention, FIG. 2 shows a control unit included in the control system in fig. 1, and
la fig. 3 mostra uno schema logico dell'unità di controllo in fig. 2. fig. 3 shows a logic diagram of the control unit in fig. 2.
Nella seguente descrizione si farà riferimento ad un dispositivo elettromeccanico per la regolazione della posizione di una guida di trasportatore ad aria che viene descritto in una domanda di brevetto nazionale con la stessa data di deposito della presente domanda e di proprietà della stessa Richiedente. Detto dispositivo elettromeccanico consiste in un attuatore lineare azionato da un motore elettrico a basso assorbimento dotato anche di un sensore ad effetto Hall posto in prossimità di una magnete polarizzato coassialmente fissato all'albero di uscita di detto motore elettrico, avendo in questo modo la funzione di encoder rotativo. A scopo di chiarezza si evidenzia il fatto che ogni altri attuatore elettrico adeguato può essere previsto al posto del suddetto dispositivo elettromeccanico, così come ogni altro encoder rotativo può essere adottato al posto del sensore ad effetto Hall. In the following description reference will be made to an electromechanical device for adjusting the position of an air conveyor guide which is described in a national patent application with the same filing date as the present application and owned by the same Applicant. Said electromechanical device consists of a linear actuator operated by a low absorption electric motor also equipped with a Hall effect sensor placed in proximity to a coaxially polarized magnet fixed to the output shaft of said electric motor, thus having the function of rotary encoder. For the sake of clarity, it is pointed out that any other suitable electric actuator can be provided in place of the aforementioned electromechanical device, just as any other rotary encoder can be adopted in place of the Hall effect sensor.
Con riferimento alla fig. 1, si mostra un sistema 100 di controllo per regolare guide di un trasportatore ad aria di bottiglie PET vuote. Il sistema 100 di controllo è configurato in modo da controllare la posizione dei dispositivi di regolazione, cioè gli attuatori lineari elettromeccanici, in maniera indipendente l'uno dall'altro. Gli attuatori sono connessi a dette guide e sono configurati per spostarle in verticale o orizzontale in funzione della disposizione del trasportatore. Ciascuna guida del trasportatore può essere connessa ad uno o più degli attuatori lineari summenzionati e pertanto il sistema 100 di controllo deve essere in grado di fornire sia un controllo indipendente si un controllo sincrono di più di un attuatore per volta. Allo scopo di realizzare entrambe le condizioni di controllo il sistema 100 di controllo è configurato con una pluralità di unità 30 di controllo, ciascuna di esse essendo configurata per permetter un controllo indipendente di ciascun attuatore in detto pluralità. La pluralità di unita 30 di controllo è poi anche distribuita omogeneamente in molteplici settori 50 di controllo, ciascun settore 50 di controllo fornendo mezzi 25 di connessione dati, una unità 20 ponte ed se necessario un dispositivo per fornire ulteriore potenza elettrica 60. I mezzi 50 di connessione dati connettono le unità 30 di controllo e l'unità 20 ponte dove sono connesse anche la sorgente di potenza principale 24 - 28 VDC, ulteriore potenza elettrica può essere fornita utilizzando il dispositivo 60. Aggiuntivi mezzi 15 di comunicazione dati vengono poi utilizzati per collegare le unità 20 ponte di ciascun settore 50 l'una all'altra e all'unità 10 principale, in parallelo. I mezzi 15 e 25 di connessione dati sono generalmente costituiti da una linea di cavi RS485. Detta unità 10 principale può essere scelta fra controllori logici programmabili (PLC) e computer (PC). Una ulteriore configurazione, particolarmente adatta a scopi di riadattamento, può comprendere la possibilità di collegare un PC o un PLC, equipaggiato con una scheda di interfaccia RS485, connesso l'uno all'altro. Un protocollo "PROPRIETARIO" di comunicazione dedicato viene preferibilmente utilizzato per la comunicazione fra una unità 30 di controllo e l'unità 20 ponte, mentre un protocollo "MODBUS" di comunicazione libero può essere utilizzato per la comunicazione fra ciascuna unità 20 ponte e l'unità 10 principale. A prescindere dalla specifica struttura o combinazione di strutture dell'unità principale adottate le unità 20 ponte sono adeguatamente progettate per la conversione del protocollo proprietario nel protocollo libero e vice versa. Pertanto l'operatore può inserire un comando per uno o più attuatori attraverso l'interfaccia utente (PC e/o PLC), detto comando venendo ricevuto dall'unità 20 ponte del settore 50 che include 1'attuatore (i) voluto (i) in modo da convertirlo nel protocollo proprietario ed inoltrarlo all'unità 30 di controllo connessa a detto (i) attuatore(i) voluto(i). Vantaggiosamente ciascuna unità 30 di controllo è dotata di un indirizzo macchina che consente un corretto inoltro dei comandi tramite l'unità 20 ponte. With reference to fig. 1, a control system 100 for adjusting guides of an empty PET bottle air conveyor is shown. The control system 100 is configured so as to control the position of the adjustment devices, i.e. the electromechanical linear actuators, independently of each other. The actuators are connected to said guides and are configured to move them vertically or horizontally according to the arrangement of the conveyor. Each conveyor guide can be connected to one or more of the aforementioned linear actuators and therefore the control system 100 must be capable of providing both independent and synchronous control of more than one actuator at a time. In order to achieve both control conditions, the control system 100 is configured with a plurality of control units 30, each of them being configured to allow independent control of each actuator in said plurality. The plurality of control units 30 is then also homogeneously distributed in multiple control sectors 50, each control sector 50 providing data connection means 25, a bridge unit 20 and, if necessary, a device for supplying further electrical power 60. The means 50 data connection units connect the control units 30 and the bridge unit 20 where the main power source 24 - 28 VDC are also connected, further electrical power can be supplied using the device 60. Additional data communication means 15 are then used for connect the bridge units 20 of each sector 50 to each other and to the main unit 10, in parallel. The data connection means 15 and 25 generally consist of an RS485 cable line. Said main unit 10 can be chosen between programmable logic controllers (PLC) and computers (PC). A further configuration, particularly suitable for readjustment purposes, may include the possibility of connecting a PC or a PLC, equipped with an RS485 interface card, connected to each other. A dedicated communication "OWNER" protocol is preferably used for communication between a control unit 30 and the bridge unit 20, while a free communication "MODBUS" protocol can be used for communication between each bridge unit 20 and the bridge unit 20. main unit 10. Regardless of the specific structure or combination of structures of the main unit adopted, the bridge units 20 are suitably designed for the conversion of the proprietary protocol into the free protocol and vice versa. Therefore the operator can enter a command for one or more actuators through the user interface (PC and / or PLC), said command being received by the bridge unit 20 of the sector 50 which includes the desired actuator (s) so as to convert it into the proprietary protocol and forward it to the control unit 30 connected to said desired actuator (s). Advantageously, each control unit 30 is equipped with a machine address which allows correct forwarding of the commands through the bridge unit 20.
I principali comandi gestiti dal sistema 100 di controllo includono: un comando di procedura di zero, un comando di procedura di posizionamento ed un comando di controllo di stato. Il comando di procedura di zero viene inviato ad una specifica unità 30 di controllo e definisce 1'attuatore(i) connessoti) alla specifica unità 30 di controllo che deve (devono) eseguire la procedura di zero. Il comando di procedura di posizionamento viene inviata ad una specifica unità 30 di controllo e definisce 1'attuatore (i) connesso (i) alla specifica unità 30 di controllo da spostare e la distanza lungo cui deve (devono) essere spostatoti), detta distanza essendo valutata rispetto ad una posizione di riferimento determinata da detta procedura di zero. Il comando di controllo di stato è anche inviato ad una specifica unità 30 di controllo che restituisce un insieme di dati comprendenti, ad esempio, la posizione degli attuatori, lo stato della procedura di zero, messaggi di allarme ed altri dati relativi al funzionamento di ciascun attuatore. The main commands managed by the control system 100 include: a zero procedure command, a positioning procedure command and a status control command. The zero procedure command is sent to a specific control unit 30 and defines the actuator (s) connected to the specific control unit 30 which must (must) perform the zero procedure. The positioning procedure command is sent to a specific control unit 30 and defines the actuator (s) connected (i) to the specific control unit 30 to be moved and the distance along which it must (must) be moved), said distance being evaluated with respect to a reference position determined by said zero procedure. The status control command is also sent to a specific control unit 30 which returns a set of data including, for example, the position of the actuators, the status of the zero procedure, alarm messages and other data relating to the operation of each actuator.
Le fig. 2 e 3 mostrano una realizzazione preferita dell'unità 30 di controllo ed un suo schema logico, rispettivamente. Ciascuna unità 30 di controllo prevede un connettore 25a di ingresso ed un connettore 25b di uscita per la connessione seriale con unità 30 di controllo a monte ed a valle attraverso la linea 25 del bus RS485 che trasporta segnali e di alimentazione elettrica dall'unità 20 ponte ed eventualmente ulteriore potenza elettrica da 60. I segnali sono veicolati verso un microcontrollore 35 interno, che è generalmente una unità di elaborazione a 16 bit, a sua volta connessa da un insieme di connettori 38 di dispositivo, generalmente in numero di otto, che forniscono al corrispondente dispositivo 40 di regolazione un segnale di dati elaborato da detto microcontrollore 35 e la potenza elettrica fornita all'unità 30 di controllo. I precedenti segnali comprendono almeno una coppia di segnali, cioè un segnale 31 di azionamento motori, che fa muovere il motore ed un segnale 32 di posizione proveniente da un dispositivo encoder dell 'attuatore 40 lineare, detto trasduttore essendo un sensore ad effetto Hall come descritto in precedenza. Ciascuna unità 30 di controllo viene poi dotata di un commutatore 34 di indirizzi nodale che permette l'assegnamento di un desiderato indirizzo per la linea seriale 30 generalmente in un intervallo compreso fra 0 e 49. Il commutatore 34 è connesso attraverso il microcontrollore 35 alla linea RS485 ed è pertanto in grado di comunicare l'assegnato indirizzo macchina alla stessa unità 30, permettendo in questo modo l'inoltro del segnale/comando fra ciascuna unità 30 di controllo ed il corrispondente ponte, ed infine l'unità 20 principale. Infine le unità 30 di controllo sono equipaggiate con un insieme di indicatori 36, 37 a led attivati dal microcontrollore 35 quando ad esempio si verifica un allarme su un dato dispositivo 40 di regolazione. Nella descritta unità 30 di controllo una procedura di zero, avviata da un comando di procedura di zero dall'unità 10 principale, può essere eseguita come segue: il microcontrollore 35 aziona il motore nell'attuatore 40 lineare, in particolare un segnale di movimento all'indietro che porta l'organo di regolazione del dispositivo 40 verso la sua posizione più interna, rilevamento della corrente assorbita dal dispositivo 40 di regolazione durante il movimento all'indietro. Non appena l'organo di regolazione va in battuta contro un organo di fermo, viene rilevata dal microcontrollore 35 una corrente di picco ed un valore zero viene associato all'attuale posizione. Una procedura di posizionamento per spostare l'organo di regolazione ad una distanza D, avviata da un comando di procedura di posizionamento dall'unità 10 principale, può essere eseguita come segue: il microcontrollore 35 invia un segnali di movimento in avanti, che la corrente elettrica fornita al motore del dispositivo, al dispositivo 40 di regolazione e conta gli impulsi del sensore ad effetto Hall calcolando anche la distanza attuale lungo la quale viene spostato l'organo di regolazione tramite il noto rapporto di trasmissione fra il motore e l'organo di regolazione. Non appena la distanza calcolata raggiunge la distanza D voluta il microcontrollore arresta il flusso di corrente verso il motore ed invia un segnale di posizione raggiunta all'unità 10 principale. In caso di errore di posizionamento corrispondente ad un inatteso segnale del sensore ad effetto Hall e/o segnale di corrente il microcontrollore 35 invia un segnale d'allarme all'unità 10 principale ed attiva il relativo indicatore 37. Si evidenzia il fatto che una procedura di zero può essere eseguita prima di ciascuna procedura di posizionamento . The figs. 2 and 3 show a preferred embodiment of the control unit 30 and a logic diagram thereof, respectively. Each control unit 30 has an input connector 25a and an output connector 25b for the serial connection with the control unit 30 upstream and downstream through the line 25 of the RS485 bus which carries signals and power supply from the bridge unit 20 and possibly further electrical power from 60. The signals are conveyed to an internal microcontroller 35, which is generally a 16-bit processing unit, in turn connected by a set of device connectors 38, generally eight in number, which provide to the corresponding adjustment device 40 a data signal processed by said microcontroller 35 and the electrical power supplied to the control unit 30. The preceding signals comprise at least one pair of signals, i.e. a motor drive signal 31, which causes the motor to move and a position signal 32 coming from an encoder device of the linear actuator 40, said transducer being a Hall effect sensor as described previously. Each control unit 30 is then provided with a node address switch 34 which allows the assignment of a desired address for the serial line 30 generally in a range between 0 and 49. The switch 34 is connected through the microcontroller 35 to the line RS485 and is therefore able to communicate the assigned machine address to the same unit 30, thus allowing the forwarding of the signal / command between each control unit 30 and the corresponding bridge, and finally the main unit 20. Finally, the control units 30 are equipped with a set of LED indicators 36, 37 activated by the microcontroller 35 when, for example, an alarm occurs on a given adjustment device 40. In the described control unit 30 a zero procedure, initiated by a zero procedure command from the main unit 10, can be performed as follows: the microcontroller 35 drives the motor in the linear actuator 40, in particular a movement signal to the which brings the regulating member of the device 40 towards its innermost position, sensing the current absorbed by the regulating device 40 during backward movement. As soon as the regulating member abuts against a stop member, a peak current is detected by the microcontroller 35 and a zero value is associated with the current position. A positioning procedure for moving the regulating member to a distance D, initiated by a positioning procedure command from the main unit 10, can be performed as follows: the microcontroller 35 sends a forward motion signals, which the current power supplied to the motor of the device, to the adjustment device 40 and counts the impulses of the Hall effect sensor, also calculating the actual distance along which the adjustment member is moved by means of the known transmission ratio between the motor and the control member. adjustment. As soon as the calculated distance reaches the desired distance D, the microcontroller stops the flow of current towards the motor and sends a signal of position reached to the main unit 10. In the event of a positioning error corresponding to an unexpected Hall effect sensor signal and / or current signal, the microcontroller 35 sends an alarm signal to the main unit 10 and activates the relative indicator 37. It is highlighted that a procedure zero can be performed before each positioning procedure.
Il sistema 100 di controllo in conformità della realizzazione preferita ora descritta generalmente comprende sedici settori 50 di controllo che a loro volta comprendono 50 unità 30 di controllo in grado di controllare almeno otto attuatori elettromeccanici, ed un cavo 6x1 alimentazione elettrica RS 485: ciascun a unità 30 di controllo può assorbire una corrente massima da 6 A a 7 A per pochi decimi di secondo dopo i quali si attiva la protezione dell'unità di controllo. Pertanto il sistema 100 di controllo può essere costruito, pur mantenendo vantaggiosi costi di sistema correlati ad esempio alla lunghezza dei cavi, al numero di unità 20 o all'assorbimento di potenza rispetto ad un sistema tradizionale, per controllare almeno seimilaquattrocento attuatori. Ne consegue ovviamente che ogni modifica e variazione dei precedenti parametri portano a un differente dimensionamento del sistema 100 di controllo che a fronte di più alti costi di sistema potrebbe gestire più dei precedenti seimilaquattrocento attuatori. The control system 100 according to the preferred embodiment just described generally comprises sixteen control sectors 50 which in turn comprise 50 control units 30 capable of controlling at least eight electromechanical actuators, and a cable 6x1 power supply RS 485: each unit 30 control can absorb a maximum current from 6 A to 7 A for a few tenths of a second after which the protection of the control unit is activated. Therefore, the control system 100 can be built, while maintaining advantageous system costs related for example to the length of the cables, the number of units 20 or the power consumption compared to a traditional system, to control at least six thousand four hundred actuators. It obviously follows that each modification and variation of the preceding parameters leads to a different dimensioning of the control system 100 which, in the face of higher system costs, could manage more than the previous six thousand four hundred actuators.
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