ITTO20110977A1 - "metodo e dispositivo per l'apertura e successiva chiusura di un freno di trama in un alimentatore di filato" - Google Patents

Description

"Metodo e dispositivo per l'apertura e successiva chiusura di un freno di trama in un alimentatore di filato"

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce a un metodo per l'apertura e successiva richiusura di un freno elettronico di trama in un alimentatore di filato di una macchina tessile o macchina per maglieria, nonché a un alimentatore di filato atto ad eseguire il metodo.

Nel settore delle macchine tessili, e più specificamente degli alimentatori di filato, sono noti sistemi di frenatura in cui un elemento frenante tronco-conico à ̈ sostenuto elasticamente in posizione coassiale e frontale al tamburo dell'alimentatore per essere spinto con maggiore o minore pressione contro il tamburo da un motore e modulare così la frenatura in modo che la tensione media agente sul filato, misurata con opportuno sensore posto a valle, coincida con una preimpostata tensione desiderata. Un sistema di questo tipo à ̈ descritto per esempio nel documento anteriore EP 707102.

Nel suddetto sistema di regolazione non à ̈ indispensabile, ai fini del controllo, conoscere la posizione assoluta del motore (ossia del cursore che determina la posizione di frenatura) in quanto il sistema regola la posizione in modo relativo : se la tensione misurata à ̈ inferiore a quella stabilita si deve muovere il motore nel senso di frenatura (più frenatura), e viceversa quando la tensione misurata à ̈ maggiore della tensione voluta. In questo modo si evita di usare costosi sensori di posizione assoluta, e si ottiene così un sistema economico e affidabile. Per questo questo tipo di applicazioni à ̈ quindi molto adatto un motore passo-passo (detto anche stepper), perché si può muovere il motore con spostamenti relativi (step) abbastanza precisi, senza richiedere un'elettronica troppo sofisticata.

Come noto all'esperto nel ramo, occorre però talvolta aprire completamente il freno, ad esempio durante la fasi di infilaggio finale dell'alimentatore, oppure per manutenzione ordinaria (pulizia , etc.). Poiché nei suddetti sistemi, per semplicità di esecuzione, non esiste nessun sistema di apertura manuale del freno, l'apertura completa viene ottenuta in maniera elettronica, comandando al sistema di controllo (da pulsante manuale oppure dalla consolle di controllo della macchina tessile) di allontanare rapidamente il carrello del freno : in tal caso il sistema di controllo aziona il motore per fare in modo che il carrello compia, in tempi piuttosto brevi, l'intera corsa utile nel senso di sfrenatura per garantire la completa apertura del freno. Ovviamente, dato che la corsa impostata à ̈ sempre pari a quella massima, il carrello che porta l'elemento frenante a un certo punto andrà ad attestarsi contro il finecorsa meccanico e, per qualche istante, il motore rimarrà alimentato tentando di muovere invano il freno, cioà ̈ andrà in stallo.

Quando poi l’utente ha finito di operare con freno aperto, il carrello dovrà essere richiuso, affinché il freno torni a esercitare la sua funzione di frenatura regolabile ai fini della stabilità della tensione del filato alimentato, sempre tramite il sistema di regolazione. Non à ̈ però possibile al sistema di controllo riportare il carrello nella stessa posizione in cui si trovava prima dell'apertura, perché tale posizione non à ̈ conosciuta.

In assenza di detta informazione il sistema può attuare diverse strategie, di cui la più ovvia à ̈ riportare il carrello in una posizione iniziale standard predefinita, confidando che poi, successivamente, il sistema di controllo riporti il carrello nella posizione corretta. Tuttavia, in certe applicazioni à ̈ importante che il carrello venga riportato immediatamente nella posizione di frenatura da cui era partito al momento dell'apertura, per evitare che nell'intervallo di transizione prima che sia raggiunta la regolazione ottimale della tensione, ne derivino inconvenienti diversi, che possono andare dalla formazione di difetti nell'articolo fabbricato (tessuto, calze, ecc.) fino, in certi casi, addirittura alla fermata immediata della macchina tessile. Scopo principale della presente invenzione à ̈ quindi di superare i suddetti limiti dei sistemi di controllo noti, in modo da rendere possibili l'apertura e la successiva immediata richiusura del freno alla posizione originaria, pur lasciando invariati i requisiti di semplicità costruttiva e di elevata affidabilità del sistema di controllo. Più particolarmente, à ̈ uno scopo dell'invenzione realizzare un metodo e un dispositivo per l'apertura e richiusura del freno in un alimentatore di filato, che consenta l'immediato recupero della posizione originaria di frenatura, senza richiedere costosi e complessi sistemi di rilevazione di posizione del freno.

L'invenzione raggiunge i suddetti e altri scopi e vantaggi, quali risulteranno dal seguito della descrizione, con un metodo per l'apertura e successiva richiusura di un freno di trama in un alimentatore di filato di una macchina tessile, come definito nella rivendicazione 1.

L'invenzione concerne anche un alimentatore di filato incorporante le caratteristiche di detto metodo, come definito nella rivendicazione 4.

Altre caratteristiche vantaggiose dell'invenzione sono esposte nelle rivendicazioni subordinate.

Il principio dell'invenzione consiste in sostanza nel contare il numero di passi effettuati dal motore a partire dall'inizio della corsa di apertura, e monitorare la velocità di rotazione del motore, o altro parametro atto a rivelare quando il carrello ha raggiunto il termine della sua corsa d'apertura, attestandosi contro un arresto di finecorsa. Appena viene ravvisato il bloccaggio, si memorizza il conteggio raggiunto in una opportuna variabile o registro di memoria (step_to_open). Nella successiva fase di richiusura del freno si aziona il motore in senso opposto e per un numero di passi pari esattamente al conteggio memorizzato step_to_open. In questo modo il carrello, e quindi il freno, risulterà posizionato nella posizione originaria.

L'invenzione verrà ora descritta in una sua realizzazione preferita, e con riferimento ai disegni allegati, in cui:

la Fig. 1 à ̈ una vista in sezione longitudinale di un alimentatore di filato per una macchina tessile, su cui à ̈ applicabile il metodo dell'invenzione;

la Fig. 2 Ã ̈ uno schema circuitale di massima del sistema di controllo di un motore stepper facente parte dell'alimentatore di filato della Fig.1;

la Fig. 3 à ̈ uno schema a blocchi parziale che mostra la modalità di regolazione del motore da parte del sistema; e

la Fig. 4 Ã ̈ un insieme di grafici di segnali, utili per comprendere il funzionamento della realizzazione preferita dell'invenzione.

Con riferimento alla Fig. 1, un tamburo 10 di un alimentatore di trama, del tipo descritto nel succitato EP 707102, à ̈ portato da un supporto fisso 12, sul quale à ̈ pure montato un motore 14, di tipo stepper, che comanda, tramite un accoppiamento a vite e madrevite 16, 18, un carrello 20 montato scorrevolmente sul supporto fisso 12, per muoversi in direzione parallela all'asse del tamburo 10. Un arresto di finecorsa 22 limita la corsa del carrello in direzione di allontanamento dal tamburo.

Il carrello 20 presenta un anello 23 coassiale al tamburo 10, nel quale à ̈ montato elasticamente, tramite molle radiali 24, in posizione frontale e coassiale col tamburo 10, un elemento frenante tronco-conico 26, noto di per sé, atto a cooperare col tamburo venendo a contatto col suo bordo anteriore arrotondato, in modo da esercitare un'azione di frenatura su un filato 28 che si svolge dal tamburo e procede verso una macchina tessile (non rappresentata) passando lungo un sensore di tensione 30.

Un sistema di controllo del motore stepper (non rappresentato nella Fig. 1, e descritto nel seguito) controlla il motore 14, in base al segnale di tensione che gli perviene dal sensore 30, in modo da posizionare il carrello 20 e quindi l'elemento frenante 26 per esercitare sul tamburo una pressione di frenatura tale da mantenere la tensione media agente sul filato a un valore desiderato preimpostato. Le modalità con cui avviene questa regolazione sono descritte nei documenti anteriori EP 2031106 ed EP 1314806.

Facendo ora riferimento alla Fig.2, Ã ̈ indicato con Pha uno dei due avvolgimenti di fase di un motore stepper bipolare di comando del freno della Fig.1.

La fase Pha dello stepper à ̈ alimentata attraverso un ponte a H PDa, comprendente quattro MOSFET Q1, Q2, Q3, Q4 pilotati, in modo per sé noto, da rispettivi segnali G1, G2, G3, G4 forniti da un gate driver GDa, il quale a sua volta à ̈ pilotato da segnali di controllo Pwma1, Pwma2, Pwma3, Pwma4, generati, secondo modalità convenzionali e note nel ramo, da un microcontrollore MC. Il ponte a H PDa à ̈ collegato fra una tensione d'alimentazione Vbus e la terra, per eccitare, in modo per sé noto, l'avvolgimento di fase in modo da garantire la piena reversibilità della corrente nell'avvolgimento.

Naturalmente, come risulterà ovvio per l'esperto nel ramo, lo stepper possiede inoltre un secondo avvolgimento di fase Phb, che per semplicità non à ̈ rappresentato nella Fig. 2, e che à ̈ eccitato, in modo analogo a come descritto sopra, da un secondo ponte a H PDb (non rappresentato) pilotato in ultima analisi da un secondo set di segnali Pwmb1, Pwmb2, Pwmb3, Pwmb4 (pur essi non indicati in Fig. 2) generati dal microcontrollore MC.

Il microcontrollore MC Ã ̈ inoltre in grado di ricevere, tramite ingressi Open e Close attivati da pulsanti manuali o da consolle, rispettivi comandi d'apertura e richiusura rapida del freno.

Per il controllo del motore e la determinazione del suo arresto, secondo la realizzazione preferita, dai due ponti ad H PDa e PDb si ricavano, tramite rispettivi resistori quali Ra, rispettivi segnali Iameas e Ibmeas, i quali, insieme colla tensione di bus Vbus, sono immessi nel microcontroller MC previa conversione in segnali digitali fatta da un convertitore analogico-digitale interno del microcontrollore o da altro convertitore AD non rappresentato.

Con riferimento alla Fig. 3, si descriverà come i suddetti segnali Iameas e Ibmeas sono utilizzati per il controllo dello stepper. Limitandosi anche qui, per semplicità, a considerare solo la fase Pha del motore stepper, la corrente Iameas misurata sul ponte viene sottratta dal riferimento di corrente Iref per ricavare una corrente d'errore Ierr, la quale viene elaborata in un compensatore Ca, preferibilmente di tipo PI (proporzionale integrale), per dare un segnale di tensione Va, che à ̈ la tensione da applicare alla fase Pha del motore per azzerare detto errore. Il segnale Va viene poi applicato al blocco Diva dove viene diviso per la tensione Vbus di alimentazione del ponte ad H PDa, ottenendo così il duty cycle duty che determina la larghezza di impulso dei segnali PWM che pilotano il motore.

In modo analogo, e non ulteriormente descritto, viene generato un segnale Vb per la fase Phb del motore.

Come noto all'esperto, il segnale Iaref viene variato dal sistema di controllo in modo da imporre nelle fasi Pha e Phb del motore due correnti sinusoidali sfasate di 90° e di frequenza proporzionale allo step rate desiderato (secondo la cosiddetta modalità di pilotaggio del motore in microstepping). Quindi durante la movimentazione del motore 14 i due segnali di tensione Va e Vb saranno, a loro volta, due tensioni sinusoidali, sfasate di 90° e di ampiezze praticamente uguali, dato che i parametri elettrici (Resistenza, Induttanza e Costante di forza contro-elettromotrice) delle due fasi del motore sono costruttivamente identici. E' così possibile calcolare, in qualsiasi istante, l’ampiezza della tensione complessiva Vamp applicata al motore come somma quadratica delle tensioni di fase Va e Vb :

Vamp = √ (Va² Vb²) (1) Si comprenderà inoltre che, mentre il motore 14 sposta il carrello 20 del freno, questo valore di tensione sarà maggiore del valore di tensione applicato dal sistema di controllo quando il motore à ̈ in blocco perché giunto a fine corsa. Infatti, nel primo caso Va deve vincere, oltre alla caduta resistiva e induttiva, anche la forza contro-elettromotrice del motore, mentre, a motore bloccato, tale componente si annulla portando ad ottenere un valore inferiore.

Supponendo che all'istante t0 il sistema di controllo riceva il comando per l'apertura totale del freno, il motore 14 viene comandato e il carrello 20 inizia a muoversi nel senso di allontanamento dal tamburo 10, cioà ̈ di sfrenatura del freno. Contemporaneamente, il sistema computa istante per istante i seguenti segnali, i cui grafici rispetto al tempo sono riportati in Fig.4 :

- Step_to_open : numero di step che sono stati compiuti dal motore e memorizzati nel microcontrollore MC;

- Vamp : tensione equivalente applicata al motore, secondo la formula (1) indicata sopra;

- dVamp/dt : derivata di Vamp rispetto al tempo.

Per determinare che il motore si à ̈ fermato, ovvero à ̈ andato in stallo, si confronta la derivata di Vamp (dVamp/dt) con una soglia negativa prestabilita DerThr. Infatti, quando la derivata oltrepassa in valore negativo questa soglia, come risulta dal grafico all'istante t1, ciò indica che à ̈ venuta meno la forza controelettromotrice perché il motore à ̈ stato bloccato. A quel punto il microcontrollore ferma, all'istante t2, il pilotaggio del motore, e il sistema si pone in attesa del comando successivo di riposizionamento, che avverrà all'istante t3. A partire da tale istante t3 il motore verrà pilotato nel senso opposto (cioà ̈ di avvicinamento del freno al tamburo) di un numero di passi pari al valore memorizzato step_to_open. In altre parole, come illustrato in Fig. 4, la variabile step_to_open viene decrementata per ogni passo compiuto in senso opposto, fino a che detta variabile raggiunge il valore nullo, all'istante t4.

La programmazione effettiva del microcontrollore per attuare la tecnica sensorless di apertura e chiusura del freno che à ̈ stata descritta sopra non richiede particolari accorgimenti, e rientra nelle normali capacità del tecnico del ramo, sulla base delle indicazioni date sopra. L'esperto nel ramo apprezzerà inoltre che la suddetta tecnica sensorless, pur nella sua semplicità realizzativa, à ̈ in grado di fornire risultati efficaci e ripetibili. Apparirà inoltre evidente all'esperto nel ramo che la tecnica sopra descritta non à ̈ l'unica possibile, e che anzi si possono utiliz -zare in pratica tutte le tecniche sensorless di controllo dei motori stepper e, per analogia, dei motori a magneti permanenti (il modello del motore stepper à ̈ infatti identico a quello del motore brushless, per esempio). Seguendo dette tecniche, infatti, à ̈ sempre contemplato il rilevamento della velocità e/o posizione del rotore. Pertanto à ̈ possibile dedurre lo stallo del motore semplicemente ponendo la condizione per cui la velocità rilevata sia nulla, o inferiore a un predeterminato valore. La realizzazione preferita descritta sopra risulta però in generale più economica rispetto ad altre che in genere sono applicate per rilevare la posizione e/o velocità del motore nella maniera più precisa possibile e quindi fanno uso di algoritmi più raffinati e microcontrollori più potenti e costosi.

Claims (6)

1. Rivendicazioni 1. Metodo per l'apertura e successiva richiusura di un freno di trama in un alimentatore di filato di una macchina tessile, in cui il freno à ̈ comandato da un motore stepper, caratterizzato dal fatto che, su comando d'apertura del freno (t0), si pilota il motore stepper (14) in direzione di apertura del freno (20, 23, 24, 26), si contano i passi eseguiti dal motore fino all'arresto del freno per attestamento contro un finecorsa (22), e si memorizza il conteggio di passi raggiunto al momento dell'arresto (step_to_open); e dal fatto che, su successivo comando di richiusura (t3), si pilota il motore stepper in direzione di chiusura del freno per un numero di passi pari a detto conteggio memorizzato.
2. 2. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che si rileva l'arresto del freno (20, 23, 24, 26) rilevando l'azzeramento della velocità di rotazione del motore stepper (14).
3. 3. Metodo secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che per rilevare l'azzeramento della velocità di rotazione del motore stepper (14) si determina quando la derivata rispetto al tempo della tensione complessiva (Vamp), intesa come somma quadratica delle tensioni sinusoidali (Va, Vb) applicate ai rispettivi avvolgimenti di fase (Pha, Phb) del motore stepper (14), oltrepassa in senso negativo un valore di soglia prestabilito (DerThr).
4. 4. Sistema di frenatura di un alimentatore di trama di una macchina tessile, comprendente un tamburo (10) erogatore di filato e un freno (20, 23, 24, 26) azionato da un motore stepper (14) controllato da un microcontrollore (MC), per muoversi fra una posizione chiusa di contrasto sul tamburo e una posizione aperta di attestamento contro un arresto di finecorsa (22), caratterizzato dal fatto che il microcontrollore (MC) à ̈ programmato per : a) su ricevimento di un comando d'apertura del freno (Open) : - pilotare il motore (14) indefinitamente in direzione di apertura del freno; - rilevare quando il motore si blocca per attestamento del freno contro l'arresto di finecorsa (22); - contare il numero di passi compiuti dal motore e memorizzare il conteggio raggiunto (step_to_open) quando si rileva che il motore si à ̈ bloccato; b) su successivo ricevimento di un comando di chiusura del freno (Close) : - pilotare il motore in direzione di chiusura del freno per un numero di passi pari a detto conteggio memorizzato.
5. 5. Sistema di frenatura secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che per rilevare quando il motore (14) si blocca, il microcontrollore (MC) à ̈ programmato per : - calcolare istante per istante l’ampiezza della tensione complessiva (Vamp) applicata al motore colla formula Vamp = √ (Va² Vb²), dove Va e Vb sono le rispettive tensioni sinusoidali applicate ai rispettivi avvolgimenti di fase (Pha, Phb) del motore stepper ; - calcolare istante per istante la derivata rispetto al tempo di detta ampiezza di tensione complessiva (dVamp/dt); - determinare che il motore si à ̈ bloccato quando detta derivata oltrepassa, in senso negativo, un valore di soglia prestabilito (DerThr).
6. 6. Sistema di frenatura secondo la rivendicazione 4 o 5, caratterizzato dal fatto che il microcontrollore (MC) à ̈ inoltre programmato per interrompere il pilotaggio del motore (14) dopo aver rilevato che questo à ̈ bloccato.