ITMI951709A1 - Macchina bobinatrice a controllo perfezionato - Google Patents

Abstract

Una macchina bobinatrice comprende almeno una stazione di avvolgimento nella quale una bobina (12) su cui si avvolge il filo (30) è mantenuta in rotazione da un motore elettrico (16) comandato da un primo inverter (17). Il filo giunge alla bobina dopo essere passato fra almeno un gruppo di rulli motorizzati (14, 15) comandato da un ulteriore inverter (120, 21). Il primo inverter (17) riceve segnale di comando da un sensore (23) di rilevazione di tiro del filo in avvolgimento per mantenere il tiro rilevato all'interno di un intervallo prestabilito. Almeno due inverter della stazione ricevono segnali per la reciproca sincronizzazione da una sorgente di segnali di sincronizzazione (25). Vantaggiosamente, la stazione comprende due gruppi di rulli (14, 15) disposti distanziati per agire agli estremi di un tratto del filo, ciascun gruppo essendo comandato da un proprio motore (18, 19) e da un proprio inverter (20, 21), l'inverter di un gruppo e l'inverter dell'altro gruppo ricevendo i segnali di reciproca sincronizzazione.

Description

"Macchina bobinatrice a controllo perfezionato"

La presente invenzione si riferisce ad una macchina per l'avvolgimento di filato su una bobina.

Nelle macchine bobinatrici è nota la necessità di dovere regolare la velocità di rotazione della bobina in avvolgimento così da mantenere sostanzialmente costante la velocità lineare del filo al variare del diametro sul quale viene avvolto ed evitare tiri eccessivi nel filo.

Sono stati ad esempio proposti dispositivi che misurano direttamente il diametro della bobina in avvolgimento e variano di conseguenza la velocità di rotazione per mantenere costante la velocità lineare del filo. Altri dispositivi, come, ad esempio, quelli descritti nel brevetto statunitense US 4.394.986 o nella domanda di brevetto europeo EP-A-0.610.144, comprendono un sensore che misura il tiro del filo prima che esso giunga alla bobina e comandano la velocità di rotazione della bobina così da mantenere tale tiro costante ed inferiore ad un valore limite prefissato. Il controllo della velocità è ottenuto per mezzo di un inverter che riceve segnale di comando dal sensore di tiro e che alimenta il motore di rotazione della bobina. In entrambi i documenti sopra citati, prima del sensore sono presenti rulli o godet di alimentazione del filo i quali sono messi in rotazione a velocità costante per il movimento lineare del filo. Ad esempio, in EP-A-0.610.144 è usato un secondo inverter che alimenta il motore di rotazione dei rulli di alimentazione. Tale secondo inverter è completamente indipendente dal primo e la velocità dì rotazione dell'associato motore è regolata una volta per tutte in fase di taratura della macchina per la particolare lavorazione. Lo stesso motore dei rulli di alimentazione comanda anche, attraverso una trasmissione meccanica avente rapporto prestabilito, rulli o godet di stiro disposti in una altra posizione lungo il filo. Il rapporto di trasmissione fra rulli di stiro e di alimentazione è calcolato per fornire un prestabilito tiro sul tratto di filo fra di essi così da realizzare la funzione di stiro del filo prima de], suo avvolgimento.

Le macchine note, quali quelle descritte nei due brevetti sopra citati, forniscono però una bassa flessibilità d'uso e un insoddisfacente controllo delle condizioni di avvolgimento. Ad esempio, nella macchina descritta in EP-A-0.610.144 per cambiare rapporto di stiro deve essere eseguito un intervento meccanico di sostituzione fisica di una o più pulegge della trasmissione meccanica fra rulli di alimentazione e di stiro, con conseguente perdita di tempo, necessità di personale specializzato e inopportuno ingombro di un magazzino di pulegge di differenti, diametri per i vari rapporti che possono essere richiesti. Inoltre, il passo di variazione del rapporto di stiro è inaccettabilmente ampio, la risoluzione de], sistema meccanico essendo necessariamente limitata. L'esistenza di trasmissioni meccaniche, ad esempio con cinghie e pulegge, provoca, specialmente considerando le elevate velocità in gioco (anche 2000 metri al minuto) un elevato consumo energetico, una elevata rumorosità e una elevata usura delle parti meccaniche, con conseguente necessità di frequente e costosa manutenzione, sia ordinaria che straordinaria.

Per ridurre i costi, nella tecnica nota è stato addirittura proposto di realizzare macchine secondo EP-A-0.610.144 nelle quali è impiegato un solo inverter di comando a velocità costante per tutti i rulli di alimentazione e stiro di tutte le postazioni di avvolgimento in macchine a stazioni multiple, rendendo impossibile sia una ottimale regolazione delle condizioni di lavorazione per ciascuna postazione, sia l'eseguire differenti lavorazioni con differenti tensioni di raccolta, tutte le postazioni lavorando con la stessa velocità di produzione. Per potere effettuare la partenza e la fermata dei rulli di alimentazione e stiro, è anche stato proposto di affiancare l'unico grosso inverter, atto a comandare tutti i motori a velocità costante, con un inverter a velocità variabile di minori dimensioni, in grado di comandare un solo motore alla volta, per realizzare le funzioni di partenza e fermata dei rulli di alimentazione e stiro (sempre meccanicamente connessi) commutando un motore alla volta fra i due inverter. Ε' però ovviamente possibile l'arresto o la partenza di una sola postazione alla volta. Inoltre, il guasto di un solo inverter provoca il blocco dell'intera macchina.

Un ulteriore problema delle macchine di tecnica nota sopra citate, è che il motore di rotazione della bobina, o motore di. raccolta, lavora sempre in "inseguimento" rispetto al moto dei rulli di alimentazione e stiro. Non è quindi, possibile effettuare partenze e fermate con tutti gli organi rotanti in movimento sincrono fra loro. A causa della mancanza di un qualsiasi sincronismo almeno nella prima parte del movimento di accelerazione e decelerazione, sono necessari tempi di accelerazione e decelerazione elevatissimi per evitare di sollecitare eccessivamente il filo. Nonostante si impieghino rampe di accelerazione e decelerazione assai lunghe si ha comunque una elevata probabilità di rottura del filo nelle fasi di partenza e fermata . Un ulteriore degrado delle velocità di accelerazione e decelerazione è dovuto al fatto che la potenza necessaria per vincere l'inerzia della bobina di raccolta, soprattutto con spole parzialmente avvolte, deve essere molto elevata. Non è inoltre possibile eseguire una partenza a velocità ridotta per potere infilare il filo in macchina, ad esempio tramite una pistola aspiratilo, in modo da ridurre la quantità di filato persa durante l'operazione di infilaggio .

Un altro problema delle macelline di tecnica nota è che il segnale del sensore di tiro è elaborato in maniera analogica ed è connesso direttamente all' inverter del motore di raccolta. E' così impossibile eseguire la compensazione della curva di risposta del sensore stesso o la modifica dinamica della larghezza di banda e della frequenza di taglio del sistema per adattarle a particolari condizioni di lavorazione. Inoltre, non è possibile gestire scompensi dovuti all ' invecchiamento dei componenti o a eventuali offset tipici del sensore praticamente utilizzato. Non è neppure possibile un controllo remoto del funzionamento della macchina.

Scopo generale della presente invenzione è ovviare agli inconvenienti sopra menzionati fornendo una macchina, anche pluristazione , di avvolgimento di filato su bobine la quale permetta una elevata flessibilità d'uso e un completo controllo delle condizioni operative, sia in fase di avvolgimento che durante l'avvio e l'arresto della macchina. In vista di tale scopo, si è pensato di realizzare, secondo l'invenzione, una macchina bobinatrice comprendente almeno una stazione di avvolgimento nella quale una bobina su cui si avvolge il filo è mantenuta in rotazione da un motore elettrico comandato da un primo inverter, il filo giungendo alla bobina dopo essere passato fra almeno un gruppo di rulli motorizzati comandato da un ulteriore inverter, un sensore di rilevazione dì tiro del filo in avvolgimento emettendo un segnale di comando per il primo inverter, nel senso di mantenere il tiro rilevato all'interno di un intervallo prestabilito, caratterizzata dal fatto che almeno due inverter della stazione ricevono segnali per la reciproca sincronizzazione da una sorgente di segnali di sincronizzazione.

Vantaggiosamente, la stazione comprende due gruppi di rulli disposti distanziati, per agire agli estremi, di un tratto del filo, ciascun gruppo essendo comandato da un proprio motore e da un proprio inverter, l' inverter di un gruppo e l' inverter dell'altro gruppo ricevendo i segnali di reciproca sincronizzazione .

Per rendere più chiara la spiegazione dei principi innovativi della presente invenzione ed i suoi vantaggi rispetto alla tecnica nota si descriverà di seguito, con l'aiuto dei disegni allegati, una possibile realizzazione esemplificativa applicante tali principi. Nei disegni:

-figura 1 rappresenta una vista in alzata laterale schematica di una macchina pluristazione realizzata secondo i principi innovativi della presente invenzione;

-figura 2 rappresenta uno schema a blocchi del sistema di controllo di una stazione di avvolgimento della macchina di figura 1;

-figura 3 rappresenta un grafico mostrante un esempio di andamento delle frequenze di alimentazione dei motori di una stazione di avvolgimento a seconda di varie modalità operative .

Con riferimento alle figure, in figura 1 è mostrata una macchina di avvolgimento, indicata genericamente con 10, comprendente una pluralità di postazioni 11, ciascuna di avvolgimento su di una bobina 12 di un filo srotolato da un rocchetto di alimentazione 13. Fra rocchetto di alimentazione e bobina in arrotolamento il filo passa rulli di alimentazione 14 e rulli di stiro 15. Fino a qui la macchina descritta è sostanzialmente una macchina di tipo noto, i qui elementi meccanici sono facilmente immaginabili dal tecnico e quindi qui non ulteriormente descritti. Ad esempio, la macchina comprenderà elementi di guida del filo, quali quelli di traslazione trasversale per la uniforme distribuzione del filo lungo la periferia della bobina in arrotolamento, mezzi di taglio del filo, ecc.

In figura 2 è mostrato un innovativo circuito di controllo per ciascuna delle stazioni esistenti nella macchina secondo l ' invenzione .

Come si vede in tale figura, la bobina in arrotolamento 12 è motorizzata per mezzo di un motore elettrico 16 il quale è alimentato da un proprio inverter 17. Ulteriori motori 18, 19 comandano ciascuno, rispettivamente, i rulli di alimentazione 14 e gli eventuali rulli di stiro 15. Anche i motori 18, 19 hanno propri separati inverter di comando, indicati rispettivamente con 20 e 21. Se richiesto per una particolare scelta del tipo di motori elettrici, possono essere impiegati dispositivi di retroazione 22, quali ad esempio dinamo tachimetriche , encoder , ecc . , per il controllo da parte di ciascun inverter del mantenimento delle velocità impostate. In alternativa, per un perfetto controllo della velocità possono ad esempio essere impiegati noti motori sincroni.

Gli inverter sono di tipo sostanzialmente noto e perciò qui non ulteriormente descritto.

Lungo il percorso del filo 30 fra rulli di alimentazione e stiro e bobina in avvolgimento è presente un noto sensore 23 di tiro del filo. Il sensore emette un segnale 24 corrispondente al tiro rilevato, che viene inviato ad una unità di elaborazione 25, la quale, per mezzo di una connessione 26, comanda di conseguenze l' inverter 17 di controllo del motore di avvolgimento 16. Quando il sensore rileva un tiro sopra una predefinita soglia, l' inverter viene comandato a rallentare il motore, quando il sensore rileva un tiro sotto una predeterminata soglia, l' inverter viene comandato ad accelerare il motore.

L'unità di elaborazione 25 emette anche segnali di controllo su una linea di sincronismo, o "frequency bus" 27, la quale è connessa a tutti e tre gli inverter della postazione di avvolgimento. La linea di sincronismo fornisce segnali di sincronizzazione per gli inverter che possono così usare una medesima tempori zzazione per il loro funzionamento.

Vantaggio samente , ciascun inverter e l'unità di elaborazione 25 sono connessi, per mezzo di linee di comunicazione 28, ad un elaboratore centrale, indicato con 29 in figura 1, che supervisiona il funzionamento dell ' intera macchina e che comprende un videoterminale per lo scambio di informazioni con un operatore. Le connessioni 28 possono ad esempio essere realizzate con linee di comunicazione seriale tipo RS435, cablate in rame o a fibre ottiche.

Vantaggiosamente, i tre inverter di ciascuna postazione sono inverter di tipo digitale e di conseguenza i segnali scambiati con l'esterno attraverso le linee 28, la linea 26 e il "frequency bus" sono segnali digitali . Inoltre, il sensore 23 può produrre segnale analogico che viene convertito in un segnale digitale dal circuito 25, così da permetterne una elaborazione digitale. L'unità di elaborazione 25 {ad esempio una nota unità a microprocessore, opportunamente programmata , facilmente immaginabile dal tecnico e perciò non ulteriormente mostrata nè descritta) genera segnali digitali di riferimento per i tre inverter digitali e li invia agli inverter attraverso il "frequency bus" 27. Inoltre, l'unità 25 genera altri segnali digitali per il controllo della velocità dell ' inverter 17 del motore di avvolgimento in risposta ai segnali di tiro ricevuti dal sensore.

Nell'uso, l'operatore imposta, anche indipendentemente per ogni postazione di avvolgimento, i dati di lavorazione, quali lo stiro richiesto, la tensione massima del filo, ecc. , per mezzo dell ' eleboratore di controllo 29 che invia gli opportuni comandi agli inverter e alle unità di. elaborazione di ogni postazione attraverso le linee 28.

Ad esempio, comandando la partenza di una postazione, l'elaboratore 29 comanda l'accelerazione dei corrispondenti motori 16, 18, 19 attraverso le linee 28 connesse ai rispettivi inverter. L'accelerazione si mantiene sincronizzata per tutti i motori grazie allo stabile riferimento temporale costituito dal "frequency bus" in camun fra gli inverter. Analogo funzionamento si ha per la fermata.

A regime, l' inverter 17 controlla la velocità del motore 16 in base ai segnali del sensore 23, così da mantenere entro una soglia preimpostata la tensione del filo in avvolgimento. Nel contempo, i due motori 18, 19 sono mantenuti con velocità aventi rapporto precisamente stabilito, impostato dall'unità 29 attraverso le linee 28, e sincronizzati per mezzo del "frequency bus", così che lo stiro del filo sia assolutamente costante al valore voluto.

La precisione e la flessibilità dei parametri impostabili sono molto elevate. Infatti, ad esempio è possibile definire per ogni stazione un rapporto di stiro differente con una risoluzione elevatissima, anche l'uno per mille, grazie al fatto che i rulli di alimentazione e di stiro non sono fra loro connessi attraverso una trasmissione meccanica. I segnali di sincorismo trasmessi sul "frequency bus" permettono di mantenere con elevata precisione qualsiasi voluto sfasamento di velocità fra i motori di alimentazione e di. tiro.

Inoltre, l’assoluta mancanza di trasmissioni meccaniche con pulegge o simili riduce considerevolmente le vibrazioni, il rumore e il consumo energetico della macchina. Scompaiono così tutte quelle operazioni di manutenzione ordinaria e straordinaria necessarie nelle macchine di tecnica nota. La regolazione dello stiro a differenti, valori può essere eseguita in pochi istanti, senza necessità di fermare la macchina e cambiare trasmissioni meccaniche.

Il "frequency bus" permette di eseguire partenze a spola di raccolta vuota con tutti i motori sincronizzati fra loro, riducendo in modo considerevole i tempi di avviamento. E' inoltre possibile eseguire una partenza a velocità sincrona ridotta per ogni postazione di lavorazione. Ciò permette di infilare il filo nella macchina con l’ausilio ad esempio di pistole aspirafilo, e comunque con limitatissimo spreco di filato e ridottissimo tempo di montaggio. Le postazioni possono inoltre essere fermate con il filo completamente infilato e in tensione senza nessun pericolo di danneggiare o spezzare il filo.

Per accelerazioni e decelerazioni è possibile introdurre nella prima parte del movimento del motore di raccolta 16 movimento con controllo sincrono, grazie sempre al "frequency bus", così da vincere eventuali inerzie del motore stesso causate dalla presenza di bobine parzialmente avvolte senza sollecitare eccessivamente il filo. La possibilità di eseguire partenze ed arresti in modo sincronizzato permette di fermare una. lavorazione completata, senza necessariamente la rottura del filo, evitando l'operazione di rinfilamento per la produzione successiva e permette di realizzare una macchina con dispositivi automatici di carico e scarico delle bobine in lavorazione .

In figura 3 è mostrata un esempio di andamento delle frequenze di alimentazione dei motori da parte degli inverter a seconda di varie modalità operatice comandate dall'unità di elaborazione e dall'elaboratore centrale. Nella parte superiore del grafico sono mostrati gli andamenti delle frequenze sul "Frequency bus" e per l'alimentazione dei tre motori nei casi di marcia lenta (ad esempio per l' infilamento) e veloce, con l'inseguimento da parte del motore di avvolgimento solo durante la marcia a regime (con gli altri due motori a velocità costante) o anche durante le fasi di accelerazione e decelerazione .

Nella parte inferiore del grafico sono mostrati vari segnali di comando che vengono scambiati fra l'unità di elaborazione e gli inverter taremite le linee 26, 27 per comandare il passaggio fra le varie condizioni.

E' facile notare come i motori possano essere comandati in perfetto sincrono fra loro.

A questo punto è chiaro come si siano ottenuti gli scopi prefissati, fornendo una macchina di bobinaggio ed eventuale stiratura di fili, la quale permette un elevato controllo su tutti i parametri di lavorazione, con bassi costi di esercizio, ridotti fermo macchina, consumo energetico limitato e basso rumore.

Con la macchina secondo l'invenzione si hanno anche altri grossi vantaggi. Ad esempio, in caso di guasto di una delle stazioni, le altre stazioni possono continuare la lavorazione. Anche l'intervento di riparazione può essere eseguito a macchina in produzione.

Inoltre, il cablaggio elettrico della macchina risulta semplice e pulito in quanto gli inverter possono essere ciascuno posizionato presso il proprio motore, riducendo il numero di cavi di sezione importante che corrono nella macchina . E' anche possibile effettuare partenze e fermate simultanee di un numero qualsiasi, di postazioni. E' possibile programmare differenti impostazioni di lavorazione e quindi differenti velocità dei motori per differenti postazioni o per differenti sezioni della macchina.

Ancora, la presenza di una unità di elaborazione locale per ogni stazione permette di ottenere ulteriori vantaggi. Ad esempio, dato che l'unità 25 controlla i segnali che pilotano gli inverter della postazione, è estremamente semplice eseguire variazioni di velocità e di qualsiasi altro parametro di impostazione acnche con la macchina in funzione. E' anche possibile eseguire una serie di elaborazioni locali. M esempio , è possibile realizzare eventuali compensazioni della curva di risposta del sensore, come anche la larghezza di banda e la frequenza di taglio, allo scopo di potere eseguire differenti regolazioni per differenti lavorazioni. Si può anche compensare l'invecchiamento dei componenti e gli scostamenti tipici del particolare sensore impiegato, così da avere una assoluta uniformità nelle misure del tiro nelle varie stazioni della macchina.

L'elaboratore centrale 29 può tenere tracci ai ogni regolazione o condizione operativa e memorizzare e stampare rapporti sul funzionamento della macchina.

Naturalmente, la descrizione sopra fatta di una realizzazione applicante i principi innovativi della presente invenzione è riportata a titolo esemplificativo di tali principi innovativi e non deve perciò essere presa a limitazione dell'ambito di privativa qui rivendicato.

Ad esempio, nel caso non sia prevista la necessità di fornire uno stiro al filo prima dell'avvolgimento, i rulli di stiro e gli associati dispositivi di controllo possono anche mancare.

Claims (3)

1. RIVENDICAZIONI 1. Macchina bobinatrice comprendente almeno una stazione di avvolgimento nella quale una bobina su cui si avvolge il filo è mantenuta in rotazione da un motore elettrico comandato da un primo inverter, il filo giungendo alla bobina dopo essere passato fra almeno un gruppo di rulli motorizzati, comandato da un ulteriore inverter, un sensore di rilevazione di tiro del filo in avvolgimento emettendo un segnale di comando per il primo inverter, nel senso di mantenere il tiro rilevato all’interno di un intervallo prestabilito, caratterizzata dal fatto che almeno due inverter della stazione ricevono segnali per la reciproca sincronizzazione da una sorgente di segna]! di sincronizzazione.
2. 2. Macchina secondo rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che la almeno una stazione comprende due gruppi di rulli disposti distanziati per agire agli estremi di un tratto del filo, ciascun gruppo essendo comandato da un proprio motore e da un proprio in verter, l' inverter di un gruppo e l' inverter dell'altro gruppo ricevendo i segnali di reciproca sincronizzazione . 3. Macchina secondo rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che i due gruppi sono azionati dai rispettivi inverter per mantenere una differente velocità di scorrimento del filo passante in essi, nel senso di produrre una forza di stiro nel tratto di filo fra di essi . 4. Macchina secondo rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che il segnale di sincronizzazione è inviato anche al detto primo inverter. 5. Macchina secondo rivendicazione 4, caratterizzata dal fatto che durante fasi di accelerazione o partenza delle operazioni di avvolgimento e/o decelerazione o fermata delle operazioni di avvolgimento, il primo inverter e gli inverter di ciascun gruppo di rulli sono mantenuti in reciproca sincronizzazione. 6. Macchina secondo rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che la stazione comprende una unità di elaborazione che riceve il segnale del sensore e comanda di conseguenza il primo inverter . 7. Macchina secondo rivendicazione 6, caratterizzata dal fatto che l 'unità di elaborazione elabora il segnale del sensore sotto forma di segnale digitale.
3. 3. Macchina secondo rivendicazione 6, caratterizzata da], fatto che l'unità di elaborazione costituisce anche detta sorgente dei detti segnali, di sincronizzazione per gli inverter. 9. Macchina secondo rivendicazione 6, caratterizzata dal fatto che l'unità di elaborazione e gli inverter sono interconnessi ad un elaboratore centrale di impostazione di loro parametri di funzionamento. 10. Macchina secondo rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che gli inverter sono di tipo digitale. 11. Macchina secondo rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto di comprendere una pluralità di stazioni di avvolgimento connesse ad un unico elaboratore centrale di impostazione di loro parametri di funzionamento.