ITTV20010015A1 - Metodo e dispositivo di controllo per assicurare la sicurezza meccanica di un cancello o porta avente almeno un'anta azionata elettricamente - Google Patents

Description

Descrizione dell'invenzione industriale "Metodo e dispositivo di controllo per assicurare la sicurezza meccanica di un cancello o porta avente almeno un'anta azionata elettricamente nei movimenti di apertura e chiusura ”

La presente invenzione riguarda un metodo e un dispositivo di controllo di un cancello o porta avente almeno un'anta azionata elettricamente per assicurare che i movimenti di apertura e chiusura avvengano in condizioni di sicurezza meccanica.

Si premette che solo per semplicità la presente descrizione fa riferimento a cancelli e a motoriduttori, in quanto l'invenzione si applica anche a porte e ad altri mezzi di azionamento elettrico delle ante.

Il corretto funzionamento di un cancello comporta la conformità a prescrizioni di norme tecniche, tra le quali è fondamentale quella relativa alla sicurezza meccanica per cui devono essere limitati gli effetti dell'impatto delle ante con un ostacolo che, contrastando il movimento, ne impedisce il corretto funzionamento.

I motoriduttori, costituiti da un motore elettrico, che può essere alimentato in corrente alternata direttamente dalla rete oppure in corrente continua, e da una serie di ingranaggi collegati a un idoneo meccanismo, sono i più comuni mezzi di azionamento elettrico delle ante, che possono essere solo una oppure due, anche diverse l'una dall'altra per dimensioni e/o per l'ampiezza angolare dei movimenti di apertura e chiusura.

Ciascun tipo di motore ha pregi e difetti in termini di facilità di utilizzo e di costo e, normalmente, un ostacolo che contrasta il movimento delle ante, pone il motoriduttore sotto sforzo e provoca, anche se in modi diversi, un aumento della corrente assorbita.

Sono noti sistemi per evitare situazioni di pericolo, uno dei quali consiste nel ridurre con un autotrasformatore la tensione di alimentazione del motoriduttore uscita a un valore sufficientemente basso perché il movimento delle ante sia lento, quindi non pericoloso in presenza di un imprevisto ostacolo. L'attuazione di questo sistema è laboriosa e necessariamente affidata a operatori competenti, che devono tenere conto delle effettive caratteristiche costruttive e di installazione del cancello,

È anche noto, per esempio dal brevetto US-A-5 956 249, corredare il cancello di un'unità a microprocessore. In una procedura di taratura nella memoria non volatile sono caricati una pluralità di parametri funzionali programmabili, fra i quali la corrente assorbita del motoriduttore, che durante il normale funzionamento sono messi a confronto coi dati rilevati in tempo reale per modificare il movimento dell'anta assicurando la dovuta sicurezza meccanica. L'hardware previsto è particolarmente complesso e con un alto costo di fabbricazione (dovuto anche all'uso di componenti sofisticati come un “encoder”) per monitorare la posizione istantanea dell’anta in modo da discriminare l'urto con un ostacolo imprevisto dall'urto contro i dispositivi di fine corsa. Sistemi di questo tipo sono troppo costosi per trovare un'applicazione su larga scala e, anche in questo caso, la procedura di taratura è delicata ed eseguibile soltanto da operatori particolarmente qualificati, generalmente durante l'installazione della porta.

Sarebbe desiderabile, e forma infatti lo scopo principale dell'invenzione, controllare il funzionamento di un cancello con una o più ante azionate da motoriduttori, per soddisfare le prescrizioni di sicurezza meccanica in modo semplice, affidabile e a basso costo, in particolare con l'impiego di un’unità di controllo la cui taratura può essere eseguita anche da operatori con una modesta preparazione tecnica.

Formano quindi oggetto dell’invenzione un metodo e un dispositivo di controllo per cancelli azionati elettricamente, aventi le caratteristiche rivendicate più sotto, che ottengono questo e altri scopi. Sono inoltre rivendicati cancelli e porte controllati secondo tale metodo.

A titolo di esempio non limitativo viene qui fornita la descrizione di una forma di esecuzione dell'invenzione, che consentirà di apprezzarne particolarità e vantaggi, in riferimento all'allegato disegno dove :

Figura 1 mostra in una vista in pianta schematizzata l'installazione di un cancello dove è possibile apprezzare diverse disposizioni angolari delle due ante disuguali;

Figura 2 mostra la configurazione elettrica essenziale di un'unità di controllo secondo l'invenzione per il cancello di Figura 1.

In Figura 1 è illustrato in forma schematizzata l'installazione di un cancello, indicato complessivamente col riferimento numerico 10, avente due ante 11 A, 11B che sono diverse <‘ >Cuna dall'altra sia per le dimensioni che per l'ampiezza angolare dei movimenti di apertura e chiusura. Le ante 11 A, 11B sono incardinate su pilastri 12A, 12B e azionate, mediante ben noti meccanismi (non mostrati), da rispettivi motoriduttori 13A, 13B. Nel sito di installazione del cancello 10 sono fissati un dispositivo di fermo 18 di entrambe le ante corrispondente alla disposizione angolare di completa chiusura, indicata con “c", e due dispositivi di fermo 19A, 19B, rispettivamente della prima anta 11A e della seconda anta 11B,

alle loro disposizioni di massima apertura che sono indicate con "a”.

Sia per semplicità sia perché possono essere del tutto tradizionali sia infine perché non direttamente associati all'invenzione, non sono qui descritti e illustrati i dispositivi ‘‘standard’ di sicurezza e ausiliari del cancello 10, quali fotocellule, luci lampeggianti di segnalazione del cancello in movimento, l’antenna ricevente dei dispositivi di telecomando e il selettore a chiave per il funzionamento manuale.

Per il controllo del cancello 10 l’invenzione prevede l'impiego di un'unità 20, racchiusa in una scatola che può essere aperta solo da una persona consapevole ed è posizionata nelle immediate vicinanze. Una linea elettrica 15 collega l'unità di controllo 20 coi motoriduttori 13A, 13B.

Nella sua configurazione più essenziale, mostrata in Figura 2, l’unità di controllo 20 (che è preferìbilmente racchiusa in una scatola apribile solo volontariamente per ragioni di sicurezza elettrica) comprende :

- due morsetti 21 e 22 di ingresso, collegabili alle fasi L e N della rete elettrica di alimentazione ( per esempio 230 VAC);

- due teme di morsetti 23A (comune), 24A (chiusura), 25A (apertura) per il primo motorìduttore 13A e 23B (comune), 24B (chiusura), 25B (apertura) per il secondo motorìduttore 13B all'uscita di un gruppo di relè che vengono globalmente indicati col riferimento 26. A questi morsetti fanno capo altrettanti cavi elettrici compresi nella suddetta linea 15;

- un primo interruttore elettrico 27 normalmente aperto, preferibilmente a pulsante, (opportunamente racchiuso dentro la sopra menzionata scatola) che viene azionato solo nella procedura di taratura dell'unità 20, come spiegato più sotto;

- un secondo interruttore elettrico (per semplicità non mostrato) che, in situazioni di emergenza, blocca il funzionamento dei motorìduttorì 13 A, 13B;

- un circuito 40 atto a rilevare istante per istante l'intensità I della corrente assorbita dai motorìduttorì 13A, 13B attraverso i suddetti morsetti;

- un microprocessore 30, collegato sia col gruppo di relè 26 che col circuito 40, nella cui memoria è caricato un differenziale positivo AI della corrente assorbita da ciascuno dei motorìduttorì 13A, 13B. A seconda dei modi di realizzazione dell'invenzione, il microprocessore 30 può avere in memoria un unico valore oppure un numero discreto di valori, naturalmente tali da non pregiudicare l'efficienza dei motorìduttorì né la sicurezza . meccanica del cancello;

- luci spia e altri componenti del tutto convenzionali e non direttamente attinenti all’invenzione (che per semplicità non sono qui illustrati e descrìtti).

Procedura di taratura dell'unità di controllo 20

La procedura di taratura (che, come si potrà constatare, è così semplice da poter essere affidata anche a un operatore privo di competenze tecniche particolarmente profonde) viene obbligatoriamente eseguita al momento dell’installazione di un cancello, ma può anche essere ripetuta successivamente, per esempio dopo una riparazione dei motorìduttorì.

Prima di eseguire la procedura di taratura l'operatore può selezionare un diverso valore del differenziale positivo di corrente ΔΙ (nel caso che la forma di esecuzione dell'invenzione preveda questa possibilità) fra quelli caricati nella memoria del microprocessore 30 dell’unità di controllo 20, per tenere conto di particolari esigenze, naturalmente senza pregiudizio per l'efficienza dei motorìduttorì e per la sicurezza del cancello.

Dopo che le ante 11A e 11 B sono state manualmente posizionate a circa metà della loro traiettoria di apertura e chiusura (cioè nelle posizioni angolari contrassegnate con la lettera “p" in Figura 1), hanno luogo in sequenza queste fasi :

A - Consenso all'alimentazione dalla rete dell’unità 20 attraverso i ingresso 21, 22.

B - Consenso all'effettuazione della taratura dell'unità di controllo 20 m avvertimento luminoso e/o acustico.

C - Esecuzione della taratura propriamente detta mediante l'attivazione per una sola volta del sopra menzionato pulsante 27 per ottenere automaticamente in sequenza :

(i) l'attivazione per un tempo molto breve di quei relè facenti parte del gruppo 26 che mettono sotto tensione entrambi i motorìduttorì 13A, 13B attraverso i morsetti 23A, 25A e 23B, 25B per ottenere una ulteriore piccola apertura delle ante 11 A, 11 B, che si portano dalla disposizione “p” nella disposizione “o” di Figura 1 ; (ii) l'attivazione del solo relè che mette sotto tensione il motoriduttore 13B attraverso i morsetti 23B, 24B per ruotare l'anta 11B in senso opposto al precedente, fino a quando urta contro il dispositivo di fermo in chiusura 18 (disposizione "c" in Figura 1). L'unità di controllo 20 riconosce l'urto dall'improvviso aumento della corrente assorbita dal motoriduttore 13B e conseguentemente disattiva il detto relè;

(iii) nel caso che il cancello 10 abbia una sola anta, questa fase non ha luogo.L'unità di controllo 20 riconosce la eventuale presenza anche dell'altro motoriduttore 13A e attiva il relè che lo mette sotto tensione attraverso i morsetti 23A, 24A per ruotare la corrispondente anta 11A fino a quando urta contro lo stesso dispositivo di fermo in chiusura 18 nella disposizione “c”. Il riconoscimento di questa disposizione e la conseguente disattivazione del relè avvengono come già detto al precedente punto (ii);

(iv) l’attivazione di entrambi i motoriduttori 13A, 13B (con un eventuale piccolo sfasamento temporale per evitare un'interferenza meccanica fra le due ante del cancello) rispettivamente attraverso i morsetti 23A, 25A e 23B, 25B per il tempo di lavoro TL che è necessario per aprire completamente ciascuna delle ante 11A e 11B, ossia per portarle dalla disposizione “c" nella disposizione “a” di Figura 1 contro i rispettivi dispositivi di fermo in apertura 19B, 19A. Anche in questo caso l'unità di controllo 20 riconosce gli urti dagli 'improvvisi aumenti della corrente assorbita dai motoriduttori 13A, 13B. È importante notare che il valore del tempo TL non è fittizio o arbitrario ma, per il modo stesso con cui viene rilevato, tiene conto delle effettive condizioni di installazione del cancello (come per esempio la coppia dei motoriduttori, l'inerzia delle ante, l’attrito dei cardini). Per semplicità questa descrizione assume che esso sia uguale per entrambe le ante ma fa lo stesso se le dimensioni e/o le ampiezze angolari dei movimenti di apertura e chiusura delle ante sono diverse, nel qual caso il tempo di lavoro dell'anta 11A è indicato con Tu e quello dell'anta 11B con TL2. Si assume inoltre uguale la durata dei movimenti per la completa chiusura delle due ante, cioè per passare dalla disposizione angolare “ a " alla disposizione “c" e per la completa apertura, cioè per passare dalla disposizione angolare “c" alla disposizione "a”. In tutti i casi, il detto valore TL, dopo essere stato misurato, viene caricato nella memoria del microprocessore 30;

(v) da parte del microprocessore 30, calcolo e caricamento in memoria di tempi Ti, T2 (dell'ordine di pochi secondi) come piccole percentuali del tempo di lavoro TL. I detti tempi Ti, T2 sono praticamente ‘tolleranze" che tengono conto di possibili rallentamenti dei movimenti delle ante dovuti a fattori accidentali, come le condizioni climatiche e ambientali (per esempio colpi di vento, brusche escursioni termiche) e che tengono anche conto dei transitori di avviamento dei motoriduttori. È quindi nell’intervallo di tempo TL - (T1 T2), in pratica durante quasi gli interi movimenti di apertura e chiusura delle ante 11A e 11B, che l'invenzione assicura al cancello 10 la dovuta sicurezza meccanica come spiegata più sotto. Va anche tenuto presente che il microprocessore 30 è anche in grado di memorizzare lente e complessivamente piccole variazioni del tempo di lavoro TL che sono dovute a usura delle parti meccaniche e/o elettriche del cancello durante gli anni di funzionamento e/o anche variazioni climatiche dovute al variare delle stagioni;

(vi) azionamento in senso contrario dei motoriduttori 13A, 13B (alimentati ora attraverso i morsetti 23A, 24A e 23B, 24B) per la chiusura completa di entrambe le ante 11 A, 11B determinata dal loro urto contro il dispositivo di fermo 18, sempre rilevata come già detto più sopra.

Funzionamento del cancello

Per quanto spiegato qui sopra, durante il normale funzionamento del cancello 10, l'invenzione assume come potenzialmente pericolosa per la sicurezza meccanica la presenza di un ostacolo quando le ante 11 A, 11B sono in movimento per tutta la durata dell'intervallo di tempo TL - (Ti T2). Conseguentemente, ad ogni movimento delle ante 11 A, 11 B (non importa se in apertura 0 in chiusura) dovuto ai motoriduttori 13A, 13B si svolgono le seguenti fasi :

D -all'istante iniziale dell'intervallo di tempo TL 7 (T1 T2), il circuito 40 dell’unità di controllo 20 rileva il valore di regime Io della corrente assorbita da ciascun motorìduttore. Conseguentemente, il microprocessore 30 calcola e carica in memoria il valore Io ΔΙ come limite massimo ammissibile della corrente istantanea assorbita dai motoriduttori;

E - successivamente, sino alla fine dell'intervallo dì tempo TL — (T1 T2), il microprocessore 30 dell'unità di controllo 20 confronta il valore della corrente I effettivamente assorbita istante per istante (e rilevata dal circuito 40) da ciascun motoriduttore 13A, 13B col valore limite caricato in memoria Io ΔΙ;

F - se per almeno un motorìduttore, in un qualsiasi istante del suddetto intervallo di tempo TL - (T1 T2), viene rilevata una corrente I3⁄4 Io ΔΙ, significa che la corrispondente anta ha incontrato un imprevisto ostacolo, e quindi che sussiste un potenziale rischio per la sicurezza meccanica del cancello 10. Secondo una fondamentale caratteristica dell'invenzione, l'unità di controllo 20 attiva l'istantanea commutazione dell'alimentazione elettrica per invertire il senso di funzionamento dei motoriduttori (uno solo 0 entrambi, a seconda che l'ostacolo ostacoli il movimento di una sola 0 di entrambe le ante del cancello) per i quali è stato rilevato il superamento del limite prestabilito Io ΔΙ da parte della corrente istantanea I. Il movimento della corrispondente anta (0 di entrambe le ante) in direzione contraria alla precedente prosegue fino all'impatto coi relativi dispositivi di fermo 18 (se l’ostacolo è stato incontrato durante un movimento di apertura del cancello 10) oppure 19A, 19B (durante un movimento di chiusura), che vengono sempre rilevati come spiegato più sopra;

G - all'interno delle “tolleranze" Ti, T2 il rilevamento da parte del circuito 40 dell'unità di controllo 20 di un aumento della corrente istantanea attraverso almeno un motorìduttore oltre il limite Io ΔΙ porta all'arresto dei motoriduttori 13A, 13B in quanto la circostanza viene attribuita all'urto della corrispondente anta contro il dispositivo di fermo 18 oppure 19A, 19B.

Dalla precedente descrizione emergono i seguenti vantaggi offerti dall'invenzione : - il controllo dei movimenti delle ante è realistico, nel senso che tiene conto delle effettive condizioni di installazione e di funzionamento del cancello;

- i motoriduttori (o gli eventuali altri mezzi di azionamento elettrico delle ante) possono anche usare motori asincroni monofase, che notoriamente sono molto affidabili e di basso costo;

- non è necessario fare uso di componenti sofisticati e costosi come gli “encoder” per cui il dispositivo di controllo ha una costruzione semplice e un costo ridotto;

- la procedura di taratura dell'unità di controllo 20, con un’unica attivazione del solo interruttore 27, è estremamente semplice, quindi eseguibile anche da parte di operatori con una competenza tecnica limitata;

- durante la taratura l'unità di controllo rileva automaticamente la presenza di uno o due motoriduttori, cioè il fatto che il cancello abbia una o due ante;

- nel caso di un cancello a due ante il controllo è indipendente, pertanto le dimensioni e/o l'ampiezza angolare dei movimenti delle ante possono essere anche molto diversi fra loro;

- il metodo di controllo si adatta alle effettive condizioni in cui il cancello funziona, per cui non risente né di fenomeni di usura né di variazioni climatiche o atmosferiche.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo per garantire un funzionamento sicuro di un cancello o una porta (10) avente almeno un’anta (11 A, 11 B) azionate elettricamente da un associato mezzo operativo, in particolare un motoriduttore (13A, 13B), che comprende una procedura di taratura in cui dati funzionali di riferimento vengono rilevati e caricati in memoria da parte di un'unità di controllo (20), e una fase di rilevamento e di confronto dei corrispondenti dati istantanei durante i movimenti di apertura e chiusura delle ante (11 A, 11B) nel normale funzionamento per attuare un immediato intervento su almeno un motoriduttore (13A, 13B) se dal confronto risulta superato almeno un valore limite di riferimento, caratterizzato dal fatto che : - durante la procedura di taratura : • viene caricato in memoria da parte dell’unità di controllo (20) un prestabilito differenziale positivo di corrente ΔΙ assorbita da ciascun motoriduttore (13A, 13B), • vengono rilevati e caricati in memoria i tempi di lavoro necessari (Tu, Ti_2) per la completa apertura o chiusura di ciascuna anta (11 A, 11 B), • vengono calcolate piccole percentuali (Ti, T2) dei detti tempi di lavoro (Tu, Tu) che corrispondono a tolleranze, comprensive dei transitori di avviamento dei motoriduttori (13A, 13B), e vengono caricati in memoria gli intervalli di tempo (Tu -(Ti, T2), TL2 - (T1, T2)) entro i quali viene assicurato un funzionamento sicuro del cancello (10), - in ogni funzionamento del cancello (10), non importa se in chiusura 0 in apertura : • all'inizio dei detti intervalli di tempo (Tu - (Ti, T2), TLÌ - (Ti, T2)), viene rilevato il valore di regime (I„) della corrente assorbita da ciascun motoriduttore (13A, 13B) e caricato in memoria insieme al detto differenziale positivo (AI); • per l'intera durata dei detti intervalli di tempo (Tu - (Ti, T2), TL2 - (Ti, T2)) viene rilevato istante per istante il valore (I) della corrente effettivamente assorbita da ciascun motoriduttore (13A, 13B) e confrontato col corrispondente valore limite (Ιο+ΔΙ): • nel caso che il valore istantaneo (I) della corrente effettivamente assorbita da almeno un motoriduttore (13A, 13B) risulti superiore al corrispondente valore limite (Io,. AI), l'alimentazione del motoriduttore viene commutata per realizzare un'inversione del movimento della corrispondente anta fino al suo arresto a fine corsa.
2. 2. Metodo secondo la rivendicazione 1 0 2, caratterizzato dal fatto che la procedura di taratura dell'unità di controllo (20) consiste nelle seguente fasi, eseguite dopo che l'almeno un'anta (11 A, 11B) è stata manualmente disposta in una prima disposizione angolare (p) posta all'incirca a metà del movimento dì apertura e chiusura e dopo l’effettuazione dei collegamenti elettrici : • breve attivazione dei motoriduttori (Ì3A, 13B) per ottenere un piccolo movimento di apertura delle ante (11 A, 11B) fino a una seconda disposizione angolare (0); • attivazione di un motoriduttore (13B) fino alla completa chiusura, corrispondente a una terza disposizione angolare (c), della corrispondente anta (11B); · attivazione dell'eventuale altro motoriduttore (13A) fino alla completa chiusura, corrispondente a una terza disposizione angolare (c), della corrispondente anta (11 A); • attivazione di entrambi i motoriduttori (13A, 13B), con un eventuale sfasamento temporale, per ottenere la completa apertura delle due ante (11 A, 11B) fino a una quarta disposizione angolare (a) e per rilevare i rispettivi tempi di lavoro (TLI, TL2) e calcolare i detti intervalli di tempo (Tu - (Ti. T2), TL2 - (T1, T2)) .
3. 3. Metodo secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che, prima di cominciare la procedura di taratura, viene scelto fra un numero discreto di valori prestabiliti e caricati nella memoria dell'unità di controllo (20), il valore del detto differenziale positivo (ΔΙ) della corrente da combinare col valore di regime (IJ della corrente assorbita.
4. 4. Metodo secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che i tempi di lavoro necessari (Tu, Tu) per la completa apertura 0 chiusura di ciascuna anta (11 A, 11B), che vengono rilevati e caricati in memoria nell'unità di controllo (20), tengono conto di fenomeni realmente presenti durante il funzionamento del cancello (10), quali l’usura di parti meccaniche e/o elettriche, brusche variazioni meteorologiche e variazioni climatiche stagionali.
5. 5. Dispositivo per la realizzazione del metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 4, caratterizzato dal fatto di consistere sostanzialmente in un'unità di controllo (20) che comprende : - almeno un circuito elettrico (40) di rilevamento della corrente assorbita da ciascuno dei motoriduttori (13A, 13B), - un microprocessore (30) atto a rilevare, memorizzare e confrontare valori di tempo e di corrente rilevata dal detto circuito (40) - mezzi a relè (26) per l'alimentazione dei motoriduttori - un interruttore elettrico (27), preferibilmente del tipo a pulsante, associato al microprocessore (30), che, attivato per una sola volta, ottiene in sequenza tutte le dette fasi della procedura di taratura.
6. 6. Dispositivo secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che il detto interruttore elettrico (27) è accessibile solo dall'interno di una scatola apribile solo volontariamente che racchiude l’unità di controllo (20).
7. 7. Cancello avente almeno un’anta (11B) azionata elettricamente, caratterizzato dal fatto di essere controllato secondo il metodo di una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 4 e/o corredato di un dispositivo di controllo secondo la rivendicazione 5 o 6.
8. 8. Cancello secondo la rivendicazione 6 caratterizzato dal fatto che il mezzo di azionamento dell’almeno un’anta è un motoriduttore (13B) utilizza un motore asincrono monofase.
9. 9. Cancello secondo la rivendicazione 7 o 8, caratterizzato dal fatto di comprendere due ante (11 A, 11 B) aventi dimensioni e/o ampiezze angolari dei movimenti di apertura e chiusura che sono diversi fra loro.