ITTO940184A1 - Sistema di supervisione di un circuito idraulico di una macchina per dialisi. - Google Patents

Abstract

Il sistema di supervisione (10) utilizza il modello (15) di una pompa (2) per stimare la portata della pompa stessa. Il valore stimato viene confrontato con quello di riferimento (REF), utilizzato nel circuito di regolazione (3) della pompa, per evidenziare eventuali malfunzionamenti del circuito idraulico (condotto 1, pompa 2, e circuito di regolazione 3). Per la stima, nel caso di una pompa ad ingranaggi, vengono determinate la differenza di pressione a monte e a valle della pompa e la velocità di rotazione della pompa. Il sistema di supervisione (10) è in grado inoltre di effettuare una calibrazione periodica, in modo da aggiornare i coefficienti presenti nel modello della pompa, e di seguire il degrado della pompa nel tempo. Esso inoltre consente di evidenziare quando la pompa è in condizioni di usura eccessiva e deve essere sostituita.Figura 2.

Description

D E S C R I Z I O N E

del brevetto per invenzione

La presente invenzione ha per oggetto un sistema di supervisione di un circuito idraulico di una macchina per dialisi, intendendo qui con circuito idraulico una porzione di condotto in cui è prevista una pompa, la pompa stessa ed un circuito di regolazione che controlla la pompa in modo da ottenere una portata prefissata.

Come è noto, nelle macchine per dialisi sono previste delle pompe la cui portata viene regolata con precisione tramite un apposito circuito. Uno schema tipico di un circuito di regolazione di tal tipo è mostrato in figura 1. In questa figura, con 1 è indicato un condotto lungo il quale è disposta una pompa 2 di cui si vuole controllare il funzionamento; il circuito di regolazione, indicato con 3, comprende un misuratore di flusso o flussimetro 4, posto sul condotto 1 a valle della pompa 2, ed un elemento di controllo 5.L'elemento di controllo 5 riceve un valore di flusso desiderato REF e il valore di flusso F misurato dal flussimetro 4 e, in base all'errore esistente, secondo algoritmi di controllo prefissati, genera corrispondenti segnali di comando per la pompa, in modo da mantenere la portata desiderata.

Nelle macchine per dialisi esiste inoltre l'esigenza di disporre di un sistema di protezione o supervisione che verifica la funzionalità del circuito idraulico e genera opportune segnalazioni in caso di guasto e/o addirittura interrompe il funzionamento della pompa qualora la condizione di guasto evidenziata comporta una situazione potenzialmente pericolosa per il paziente.

Tale sistema di supervisione non richiede grande precisione, ma deve presentare elevata affidabilità, per poter rilevare con sicurezza qualunque tipo di guasto degli elementi del circuito idraulico. In particolare, per potere evidenziare anche possibili guasti nel flussimetro, esso deve poter disporre di informazioni relative al flusso o alla portata della pompa in modo indipendente dal flussimetro del sistema di regolazione. Una soluzione semplice consiste nel prevedere un secondo flussimetro sul condotto, in modo da ottenere due misure di flusso indipendenti; il confronto fra le due misure consente quindi di evidenziare differenze tra i due valori misurati, oltre che valori di flusso non corretti.

Tale soluzione comporta un costo elevato, a causa del costo del secondo flussimetro, che non è indifferente.

Scopo della presente invenzione consiste nel realizzare un sistema di protezione che sia in grado di verificare la funzionalità del circuito idraulico, senza comportare costi elevati dovuti ad elementi dedicati costosi.

Secondo la presente invenzione viene realizzato un sistema di supervisione di un circuito idraulico di una macchina per dialisi comprendente una pompa, caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi di memorizzazione di un modello della pompa e mezzi di calcolo di un valore di portata stimato di detta pompa in base a detto modello.

L'invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui:

la figura 1 è uno schema a blocchi di un circuito di regolazione noto;

la figura 2 presenta uno schema a blocchi del sistema di supervisione secondo l'invenzione, applicato al circuito di regolazione noto; e

la figura 3 presenta uno schema a blocchi delle funzioni eseguibili dal presente sistema.

In figura 2, gli elementi comuni alla figura 1 sono stati indicati con lo stesso numero di riferimento. In questa figura sono quindi mostrati il condotto 1, la pompa 2, e il circuito di regolazione 3 comprendente il flussometro 4 e l'elemento di controllo 5.

Secondo l'invenzione, il sistema di supervisione, indicato nel suo complesso con 10, determina la portata della pompa indipendentemente dal flussimetro 4, utilizzando un modello della pompa stessa. A tale scopo, il sistema di supervisione acquisisce le grandezze necessarie in base al modello, utilizzando elementi di misura già previsti all'interno della macchina per dialisi o comunque di costo ridotto.

Il modello della pompa è descritto in base ad una funzione di due variabili (velocità di rotazione ω della pompa e differenza della pressione Δρ esistente a monte e a valle della pompa stessa) che può essere di differente tipo.

Nel caso più generale, la funzione che modellizza la pompa e fornisce la portata Q può essere descritta da una relazione generica del tipo:

(1)

oppure può essere una funzione di variabili separabili, descrivibile secondo la relazione:

(2) in tal caso, almeno una delle due funzioni, ad esempio la g(oj), può essere una funzione lineare, secondo la relazione:

(3) o tutte e due le funzioni possono essere lineari, secondo la relazione:

(4) In particolare, in seguito viene considerato il caso di una pompa ad ingranaggi , il cui modello è descritto dalla relazione, a variabili separate, entrambe descritte da funzioni lineari:

(5)

sono coefficienti calcolati in precedenza in un punto di lavoro

Tali valori possono essere acquisiti una volta per tutte effettuando un'apposita calibrazione dopo che è stata montata la pompa, oppure utilizzando valori medi determinati sullo stesso tipo di pompa. In uso, la determinazione della portata della pompa richiede quindi solo la misura della differenza di pressione Δρ e della velocità di rotazione ω della pompa.

Nel caso mostrato in figura 2, quindi, il sistema di supervisione 10 comprende due sensori di pressione 11 e 12, posti rispettivamente a monte e a valle della pompa 2, un encoder 13, collegato all'albero della pompa 2, ed un'unità di elaborazione 14 che determina la portata Q in base al modello, qui schematizzato attraverso un blocco 15. Il modello può essere memorizzato nel modo più conveniente a seconda dei casi, ad esempio esso può essere memorizzato come equazione matematica -equazione (5)-, oppure come matrice memorizzante il valore della portata nei differenti punti di lavoro possibili oppure in qualunque modo intermedio.

L'unità di elaborazione 14 determina quindi la portata Q leggendola dalla matrice o calcolandola in base al modello previsto; essa riceve inoltre il valore di flusso desiderato REF e lo confronta con la portata appena determinata, per evidenziare le condizioni di funzionamento del circuito idraulico. L'unità di elaborazione 14 può essere inoltre collegata anche con il flussimetro 4 (come indicato in figura dalla linea 20) per consentire la calibratura, come sotto spiegato. In figura è rappresentata inoltre un'unità di ingresso/uscita 16, per il colloquio con l'utente e la segnalazione di condizioni di funzionamento non corrette.

Il sistema di supervisione 10 determina inizialmente i coefficienti R e S, in base al valore di flusso misurato attraverso il flussimetro 4, o memorizza i valori medi impostati dall'operatore attraverso l'unità I/O 16. Tali coefficienti, come già indicato,vengono quindi utilizzati durante il funzionamento della macchina per dialisi, per ottenere un valore stimato della portata della pompa, da confrontare con il valore desiderato REF, per evidenziare condizioni di guasto (guasto della pompa, trafilamenti eccessivi nella pompa stessa, rottura del flussometro o perdite sul condotto).

Oltre alla sua funzione primaria di supervisione, il sistema 10 è in grado di effettuare ulteriori verifiche e diagnosi sul circuito idraulico considerato, come esemplificato dai blocchi di figura 3 (nella quale il blocco 24 è relativo alla funzione di supervisione sopra descritta) . In particolare, misurando i coefficienti propri della pompa considerata e confrontandoli con quelli tipici per lo stesso tipo di pompa, è possibile caratterizzare la qualità della pompa stessa, valutata in base allo scostamento dai valori medi o in base all'appartenenza ad uno o più intervalli di valori (blocco 25) .

Inoltre, il sistema di supervisione può effettuare periodicamente delle verifiche di funzionalità utilizzando i valori di portata misurati direttamente (attraverso il flussimetro 4 o altri elementi di misura sicuramente efficienti) e determinando i coefficienti del modello validi in quel momento. A tale scopo, vengono effettuati due gruppi di prove; un primo gruppo prevede la misura della portata Q e della velocità di rotazione ω a differenza di pressione prefissata (Δρ=Δρ0); un secondo gruppo prevede la misura della portata Q e della differenza di pressione Δρ a velocità ω costante prefissata (ω = ω0).

Tale verifica periodica consente di evidenziare l'evoluzione ed in particolare l'invecchiamento della pompa (solitamente causa di trafilamenti crescenti), e quindi di calibrare il modello stesso, adattandone i coefficienti R, S alle condizioni effettive della pompa (cosicché la portata calcolata attraverso il modello non si discosti mai eccessivamente dalla portata effettiva). Tale funzione è esemplificata in fig. 3 dal blocco 26.

La verifica periodica consente inoltre di evidenziare la necessità di revisione o addirittura di sostituzione della pompa, quando lo scostamento fra il valore appena stimato dei coefficienti del modello e il valore teorico medio o il valore iniziale (soprattutto per quanto riguarda R) supera una soglia di accettabilità prefissata. Tale funzione è esemplificata in fig. 3 dal blocco 27.

Con il sistema di supervisione descritto, è quindi possibile controllare il funzionamento del sistema idraulico con costi ridotti rispetto ad una soluzione che preveda l'installazione di un flussimetro aggiuntivo. Infatti, generalmente, il sistema proposto richiede l'istallazione apposita del solo encoder, che prei costo molto inferiore ad un flussimetro. Per quanto riguarda le informazioni di pressione,generalmente queste possono essere ottenute a costo zero, sfruttando sensori già presenti nella macchina o comunque organi di regolazione della pressione già previsti. Inoltre, spesso almeno una delle pressioni è già nota (ad esempio la pressione a monte della pompa è pari alla pressione atmosferica) . E' inoltre da segnalare che le attuali macchine per dialisi comprendono già un'unità centrale in grado di effettuare le elaborazioni richieste, una memoria per il modello o per i valori puntuali di portata ed un'unità di I/O per il colloquio, per cui la presenza di tali elementi non comporta costi per dispositivi appositi.

La stima della portata così ottenuta presenta un grado di precisione minore rispetto a quella garantita dal flussimetro 4; del resto un sistema di supervisione non richiede elevata precisione, dovendo rilevare solo la presenza di guasti, che comportano variazioni significative della porta e comunque il grado di precisione può essere scelto, entro certi limiti, adottando tecniche di calibrazione specifiche per la pompa ed eseguendo la calibrazione periodica della stessa. In ogni caso, la parziale riduzione di precisione è abbondantemente compensata dalla possibilità di ottenere informazioni aggiuntive sul degrado della pompa e sull'eventuale necessità di sostituzione.

Risulta infine chiaro che al sistema di supervisione qui descritto ed illustrato possono essere apportate modifiche e varianti senza per questo uscire dall'ambito protettivo della presente innovazione. In particolare, si sottolinea il fatto che lo stesso principio può essere utilizzato anche per pompe diverse da quella considerata (ad ingranaggi), determinando il rispettivo modello e misurando le grandezze presenti in tale modello, qualora gli elementi necessari per la stima della portata tramite modello comportino costi inferiori a quelli di un raddoppiamento dei sensori (flussimetri) già previsti.

Claims (14)

1. R I V E N D I C A Z I O N I 1. Sistema di supervisione (10) di un circuito idraulico di una macchina per dialisi comprendente una pompa (2), caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi di memorizzazione di un modello della pompa (15) e mezzi di calcolo (14) di un valore di portata stimato di detta pompa in base a detto modello.
2. 2. Sistema secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di memorizzazione di un modello della pompa (15) comprendono mezzi di memorizzazione di un'equazione matematica.
3. 3. Sistema secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di memorizzazione di un modello della pompa (15) comprendono mezzi di memorizzazione di valori della portata in una pluralità di punti di lavoro di detta pompa.
4. 4. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-3, caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi di rilevamento di guasto (14) e mezzi di segnalazione di allarme (16).
5. 5. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-4, caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi di caratterizzazione della qualità della pompa (25) in base a detto valore di portata stimato.
6. 6. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-5, caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi di calibrazione periodica del modello (26).
7. 7.Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-6, caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi di determinazione di usura (27) di detta pompa (2). 8.Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-6 , per una pompa ad ingranaggi, caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi di acquisizione (11, 12) di valori di pressione a monte e a valle di detta pompa, mezzi di acquisizione (13) della velocità di rotazione di detta pompa (2) e mezzi di determinazione (14) di detto valore di portata stimato in base all'equazione: con R,
8. S, Δρ0, ω0, Q0 costanti prefissate.
9. 9. Metodo di supervisione di un circuito idraulico di una macchina per dialisi comprendente una pompa (2), caratterizzato dal fatto di comprendere le fasi di memorizzare un modello della pompa e determinare un valore di portata stimato di detta pompa in base a detto modello.
10. 10. Metodo secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre le fasi di ricevere un valore di portata desiderato, confrontare detto valore di portata desiderato con detto valore di portata stimato e generare una segnalazione di errore in caso di scostamento fra detti valori di portata stimato e desiderato.
11. 11. Metodo secondo la rivendicazione 9 o 10, caratterizzato dal fatto di comprendere le fasi di misurare valori di flusso generato da detta pompa (2) attraverso un apposito sensore (4) in condizioni operative prefissate, determinare costanti di caratterizzazione di detto modello in base a detti valori di flusso, confrontare dette costanti di caratterizzazione con valori medi predeterminati e caratterizzare detta pompa in base allo scostamento fra dette costanti di caratterizzazione e detti valori medi.
12. 12. Metodo secondo una qualunque delle rivendicazioni 9-11, caratterizzato dal fatto di comprendere le fasi di misurare valori di flusso generato da detta pompa (2) attraverso un apposito sensore (4) in condizioni operative prefissate, determinare costanti di caratterizzazione attuali di detto modello in base a detti valori di flusso e memorizzare dette costanti di caratterizzazione attuali per la determinazione del modello.
13. 13. Metodo secondo una qualunque delle rivendicazioni 9-12, caratterizzato dal fatto di comprendere le fasi di misurare valori di flusso generato da detta pompa (2) attraverso un apposito sensore (4) in condizioni operative prefissate, determinare costanti di caratterizzazione attuali di detto modello in base a detti valori di flusso, confrontare dette costanti di caratterizzazione attuali con valori di riferimento, e generare una segnalazione di usura elevata in caso di elevato scostamento fra dette costanti di caratterizzazione e detti valori medi.
14. 14. Sistema e metodo di supervisione del funzionamento di una pompa di una macchina per dialisi, sostanzialmente come descritti con riferimento alle figure annesse.