ITUB20155386A1 - Sistema e metodo di controllo di trasportatori comprendenti rulli - Google Patents

Description

Descrizione di un brevetto d’invenzione avente per titolo: “Sistema e metodo di controllo di trasportatori comprendenti rulli. “

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un sistema e ad un metodo di controllo di trasportatori comprendenti rulli, in particolare per trasportatori a nastro.

Vi sono trasportatori a nastro, anche molto lunghi, il cui nastro è sostenuto da rulli. I rulli sono fissati su traverse di sostegno (in numero da uno a tre o più per ogni traversa) poste normalmente equidistanziate tra loro, in modo che i rulli sostengono il nastro.

Tipicamente vi sono due rulli esterni, uno per lato inclinati verso il basso e verso il centro del trasportatore ed almeno un rullo centrale orizzontale posto tra i due rulli inclinati. Di conseguenza formano un supporto arcuato concavo per il nastro, atto in questo modo a contenere e confinare verso il centro del nastro il materiale sfuso da trasportare.

I trasportatori di questo tipo possono essere molto lunghi (anche qualche kilometro) e quindi necessitano di molti rulli per sostenere il nastro.

I rulli ruotano attorno al loro asse centrale per mezzo di cuscinetti posti al loro interno.

Una delle cause più frequenti di danneggiamento del rullo in opera è la rottura o il malfunzionamento del cuscinetto, con il conseguente bloccaggio parziale/totale del rullo. Questo evento può provocare danni anche ingenti al nastro trasportatore.

Al fine di prevenire tale fenomeno, il personale addetto alla manutenzione del sistema di trasporto svolge attività di sorveglianza diretta lungo il nastro. Attività che risulta alquanto costosa, oltre che potenzialmente pericolosa per l’operatore. Inoltre, non vi è garanzia sulla precisione ed accuratezza del rilievo di un eventuale malfunzionamento o danno di un rullo da parte dell’operatore.

Sorge quindi il bisogno di equipaggiare il rullo con un dispositivo che, monitora una o più variabili direttamente collegate all'evento di rottura o malfunzionamento del cuscinetto (quali incremento della temperatura locale, variazioni della velocità attesa di rotazione del rullo, incremento delle vibrazioni, aumento della rumorosità, ecc.), e sia in grado, mediante un sistema di comunicazione, di far pervenire l'informazione ad un centro di controllo e manutenzione che può procedere all'intervento in loco per la rimozione del rullo danneggiato, il tutto con costi e affidabilità nettamente migliorativi rispetto alla situazione tradizionale.

Sono note soluzioni come sopra descritte, ad esempio nel documento US201 11 37587.

Sorge anche il problema di identificare correttamente il rullo malfunzionante all’interno del trasportatore, lungo anche chilometri, per poterlo trovare e sostituirlo.

Scopo della presente invenzione è quello di provvedere ad un sistema e ad un metodo di controllo di trasportatori comprendenti rulli che sia in grado di ovviare agli inconvenienti dell’arte nota.

Altro scopo è quello di provvedere ad un sistema e ad un metodo di controllo che sia in grado di identificare con precisione quale sia il rullo difettoso all’interno del trasportatore.

Un altro scopo è quello di provvedere ad un sistema e ad un metodo di controllo che sia di semplice realizzazione.

Ulteriori e distinti scopi sono quelli di provvedere ad un sistema e ad un metodo di controllo che abbia sistemi di alimentazione dei circuiti elettrici semplici, e a basso consumo.

In accordo con la presente invenzione, tali scopi ed altri ancora vengono raggiunti da un sistema di controllo di un trasportatore comprendente rulli; ognuno di detti rulli comprende: almeno un sensore che fornisce un segnale indicativo di almeno un parametro fisico di detto rullo; e un trasmettitore in grado di trasmettere detto segnale; caratterizzato dal fatto che un numero identificativo è associato ad ognuno di detti rulli; detto trasmettitore essendo in grado di trasmettere detto numero identificativo; detto sistema di controllo comprende un interrogatore atto ad alimentare detto trasmettitore di un rullo di detta pluralità di rulli; detto trasmettitore di un rullo di detta pluralità di rulli, alimentato da detto interrogatore, invia a detto interrogatore detto segnale e detto numero identificativo.

Tali scopi vengono inoltre raggiunti da un metodo di controllo di un trasportatore comprendente una pluralità rulli comprendente le fasi di: associare ad ognuno di detti rulli un numero identificativo; associare ad ognuno di detti rulli almeno un sensore atto a fornire un segnale misurato; dotare ognuno di detti rulli di un trasmettitore atto a trasmettere detto numero identificativo e detto segnale misurato; alimentare induttivamente detto trasmettitore in modo che possa trasmettere detto numero identificativo e detto segnale misurato ad un ricevitore.

Ulteriori caratteristiche dell’invenzione sono descritte nelle rivendicazioni dipendenti.

Le caratteristiche ed i vantaggi della presente invenzione risulteranno evidenti dalla seguente descrizione dettagliata di una sua forma di realizzazione pratica, illustrata a titolo di esempio non limitativo negli uniti disegni, nei quali:

la figura 1 mostra schematicamente un sistema di controllo di trasportatori comprendenti rulli, in accordo alla presente invenzione;

la figura 2 mostra schematicamente una porzione limitata di un trasportatore in accordo alla presente invenzione;

la figura 3 mostra schematicamente la tenuta del rullo comprendente anche il dispositivo in grado di espletare tutte le funzionalità sopra ed in seguito descritte, in accordo alla presente invenzione;

la figura 4 mostra schematicamente un dispositivo elettronico posto nella tenuta del rullo, in accordo alla presente invenzione;

la figura 5 mostra schematicamente un interrogatore in grado di interagire con il rullo nelle modalità sopra e di seguito descritte, in accordo alla presente invenzione. Riferendosi alle figure allegate, un sistema di controllo di trasportatori comprendenti rulli, in accordo alla presente invenzione, comprende una pluralità di rulli 11 di sostengo di un nastro 12 trasportatore.

I rulli 11 sono divisi in gruppi 13 di tre, ed ogni gruppo 13 è supportato da un sistema di sostegno 14 denominato traversa.

A seconda delle necessità, i rulli all’interno di un gruppo 13 di rulli possono essere in numero diverso da tre. Riferendosi all’esempio di configurazione riportato in figura, i tre rulli 11 appartenenti ad un gruppo 13 comprendono due rulli esterni 15, uno per lato inclinati verso il basso e verso il centro del trasportatore ed almeno un rullo centrale 16 orizzontale posto tra I due rulli esterni 15 inclinati.

La traversa 14 normalmente comprende una barra 20 orizzontale metallica fissata su un basamento predisposto o altra opportuna struttura di appoggio.

Sempre riferendosi all’esempio di configurazione riportato in figura, lateralmente alla barra 20 si innalzano verticalmente due supporti 21 che alla estremità superiore si inclinano verso l'interno per sostenere, ognuno, una delle due estremità dei rulli esterni 15, imponendogli una inclinazione verso il basso variabile a seconda dell’applicazione e del materiale trasportato.

Infine, sempre riferendosi all’esempio di configurazione riportato in figura, sulla barra 20, tra i due supporti 21 , si innalzano verticalmente altri due supporti 22 di altezza inferiore ai supporti 21 atti a sostenere, ciascuno, da un lato l’altra estremità del rullo laterale e dall’altro una delle due estremità del rullo centrale Ognuno dei supporti 22, sono costituiti da due barre (una interna verticale ed una esterna inclinata superiormente), e sostengono, con le loro barre interne il rullo centrale 16 orizzontale, e con le barre esterne, inclinate superiormente con la stessa angolazione della estremità superiore dei due supporti 21 , l’altra estremità dei rulli esterni 15.

Ogni rullo 11 comprende uno o più sensori che, monitora una o più variabili direttamente collegate all'evento di rottura/malfunzionamento dei cuscinetti, posti all'interno del rullo, come vedremo successivamente.

Ogni rullo 11 comunica con un concentratore 30. I concentratori 30 sono disposti spaziati tra loro di una distanza prefissata dipendente dalla portata dei trasmettitori posti nei rulli 11.

Ogni concentratore 30 comunica a sua volta ad un centro di controllo 31 .

Il centro di controllo 31 oltre ai sistemi di ricezione 32 dei concentratori 30 comprende un sistema computerizzato 33, che include mezzi per memorizzare le informazioni ricevute dai concentratori, per elaborare tali informazioni, per fornire e/o visualizzare le informazioni ricevute o elaborate e per diagnosticare malfunzionamenti dei rulli 1 1.

I concentratori 30 sono posti in prossimità dei rulli 11 per via della scarsa portata dei trasmettitori dei rulli 1 1 dovuta alla scarsa disponibilità di energia di alimentazione disponibile ai rulli 11 , come vedremo in seguito. Al contrario dei concentratori 30, che essendo in numero minore possono essere alimentati dalla energia di rete e quindi possono disporre di una maggiore portata di trasmissione.

La trasmissione tra rulli, concentratore e centro di controllo è preferibilmente realizzata wireless, per la facilità di installazione e realizzazione dell'impianto, ma possono essere utilizzati anche altri tipi di connessione, come ad esempio via cavo.

Vista la casistica dei malfunzionamenti dei rulli non è necessario una trasmissione delle informazioni dai rulli al concentratore continua ma è sufficiente una trasmissione periodica.

Occorre però che non vi siano sovrapposizioni di trasmissioni tra i rulli che porterebbero alla perdita dell’informazione e quindi occorre definire un protocollo di trasmissione che eviti tali inconvenienti.

Sono disponibili molti tipi di protocolli più o meno efficaci e più o meno costosi.

Si è scelto di utilizzare un protocollo di trasmissione casuale con rilevamento della portante, del tipo CSMA (Carrier Sense Multiple Access) in modo che prima di trasmettere si controlla che non stia trasmettendo qualche altro rullo.

All'interno di ogni rullo 11 viene allocato un sistema di tenuta 40 che comprende un dispositivo elettronico 41 (PCB).

Il sistema di tenuta 40 viene montato all'interno del rullo 11 in sostituzione di tutto il blocco di tenuta esterno standard del rullo, del quale deve replicarne replicandone funzionalità e performance, oltre a svolgere la propria funzione elettrica sopra descritta.

Il dispositivo elettronico 41 comprende uno o più sensori in grado di rilevare parametri collegati alla funzionalità del rullo (temperatura, variazioni velocità, vibrazioni, rumorosità, ecc.). Nell’esempio rappresentato comprende un sensore di temperatura 42, localizzato in una zona molto prossima al cuscinetto 49, in grado di rilevare la temperatura della zona limitrofa al cuscinetto stesso.

Un circuito di trasmissione 43 comprensivo di antenna, in grado di trasmettere il segnale all'esterno del rullo secondo uno specifico protocollo di trasmissione verso il concentratore posizionato esternamente al rullo.

L'antenna di trasmissione deve essere localizzata in prossimità della parte esterna (verso l'apertura) del rullo 1 1 .

Un dispositivo di energy harvesting che è in grado di produrre mediante il moto relativo di un rotore 44 (induttore interno al dispositivo 41 ) ed uno statore 45, realizzato nell’esempio di figura mediante una serie di magneti fissati all’albero interno del rullo e sfruttando la rotazione relativa tra rotore e statore derivante dalla rotazione del rullo stesso. L’energia elettrica prodotta è sufficiente per lo svolgimento di tutte le funzioni di controllo e trasmissione dati da parte del dispositivo elettronico 41.

Il sistema di generazione di energia (energy harvester) deve prevedere il moto rotatorio relativo tra rotore e statore. L’esempio implementativo rappresentato in figura mostra il caso di statore 45 calettato sull’asse del rullo e quindi in posizione fissa e rotore 44 montato su supporto calettato sulla testata del rullo e quindi in rotazione insieme al rullo, ma è comunque possibile la configurazione invertita.

Un microprocessore 46 in grado di svolgere le funzioni di gestione del dispositivo elettronico 41.

La velocità del rullo viene misurata mediante l’analisi della tensione fornita dal dispositivo di energy harvesting 44, 45.

Il dispositivo 41 incorpora quindi tutti gli elementi atti a svolgere le diverse funzioni richieste come produzione, immagazzinamento e distribuzione energia elettrica, misura mediante sensore/i in grado di rilevare parametri collegati alla funzionalità del rullo (temperatura, variazioni velocità, vibrazioni, rumorosità, ecc.), controllo, elaborazione, trasmissione wireless dell’informazione mediante antenna.

Durante funzionamento del trasportatore i rulli ruotano e il dispositivo generatore fornisce l’energia necessaria alimentare il dispositivo elettronico 41.

Un fattore molto importante del sistema di controllo di trasportatori, in accordo alla presente invenzione, è l’identificazione di ogni rullo 11 presente nel trasportatore.

Per quanto riguarda l’identificazione, ad ogni rullo viene assegnato un unico numero di serie. Ad esempio, il numero di serie può essere scritto nel microprocessore che vantaggiosamente corrisponde al numero identificativo del circuito integrato del microprocessore a bordo del rullo. L’unicità del numero di serie viene vantaggiosamente ottenuta utilizzando il numero di serie del microprocessore a bordo del dispositivo 41.

Infatti ogni microprocessore ha un numero seriale unico che gli viene assegnato in fase di produzione, leggibile mediante specifiche funzionalità firmware del dispositivo, per una seguente trasmissione del numero stesso all’esterno mediante antenna. Si tratta di un numero identificativo a 64 bit che non è modificabile ed è permanente.

Un altro fattore molto importante per il sistema di controllo di trasportatori, in accordo alla presente invenzione, è la localizzazione di un rullo, avente un particolare numero identificativo, all’interno di trasportatore, lungo anche qualche chilometro, per il quale il centro di controllo 31 ha notato un malfunzionamento ed occorre sostituirlo.

Durante l’installazione del trasportatore, ogni rullo viene controllato mediante un interrogatore 50. Esso consiste in una sorgente di alimentazione remota, senza fili, e un lettore.

La sorgente di alimentazione remota, dell’interrogatore 50, fornirà una energia induttiva mediante una bobina di eccitazione 51 posta in prossimità della testa del rullo 1 1. Nel dispositivo elettronico 41 è presente una corrispondente bobina 47 per ricevere l’energia fornita dalla bobina 51 e un apposito circuito per fornire una tensione di alimentazione all’elettronica a bordo del rullo 1 1 .

Per entrare nella modalità di controllo del rullo 11 si è stabilito che occorre fornire una energia superiore a quella normalmente fornita dal generatore 46 di corrente.

Infatti, durante la fase di installazione, l’energia richiesta per la trasmissione di dati verso l’esterno non è disponibile, in quanto il rullo non è ancora stato posto in rotazione.

L’interrogatore 50 comprenderà inoltre un microprocessore accoppiato con un ricevitore che può leggere i messaggi trasmessi dal rullo e decodificare le informazioni inviate, in particolare il codice di identificazione del rullo e dati rilevati dai sensori (in questo caso solo al fine di controllo del corretto funzionamento del dispositivo), e verificare quindi il completo funzionamento del rullo e dell’elettronica ad esso associata. Si noti che la trasmissione dei dati, da parte del rullo, avverrà mediante il circuito di trasmissione 45, in questo modo viene controllato anche il funzionamento dello stesso.

Alla ricezione di informazioni dal rullo 11 , l'interrogatore 50 può indicare lo stato di funzionamento del rullo con un LED o altra visualizzazione sul display.

In particolare, l’interrogatore 50 userà le informazioni ricevute dal rullo, comprensive del numero identificativo, come un test funzionale del rullo.

Le informazioni ricevute vengono memorizzate in un database temporaneo sull’interrogatore 50 e associate al numero identificativo.

Al numero identificativo del rullo viene inoltre associato un codice alfanumerico indicativo della ubicazione di installazione del rullo (coordinate geografiche) definito come codice posizionale, che può essere coadiuvato anche alle coordinate geografiche raccolte mediante dispositivo GPS.

Il codice posizionale è un numero progressivo associato per esempio alla traversa su cui è montato il rullo che si sta identificando.

L’operatore, quando ha verificato il corretto funzionamento del rullo in esame assocerà la posizione del rullo al numero identificativo del rullo. In particolare, la posizione occupata dal rullo in esame nel trasportatore sarà identificata dal numero progressivo associato alla traversa su cui è installato il rullo e una indicazione se è il rullo centrale o il rullo di sinistra o di destra. Ad esempio il rullo centrale della quindicesima traversa 14, avrà un codice posizionale indicativo della sua ubicazione ad esempio del tipo 15C. Infine, il suddetto codice posizionale verrà inserito nell’interrogatore 50, che dispone di una tastiera e di un display, e l’interrogatore 50 memorizzerà il codice posizionale stesso associandolo al numero identificativo a 64 bit precedentemente descritto.

Altre indicazioni potranno essere aggiunte al codice, ad esempio un codice per indicare il trasportatore, in presenza di più trasportatori posti nelle vicinanze.

Quindi ad ogni rullo identificato dal suo codice identificativo è associato un codice posizionale che indica il luogo da esso occupato all’interno del trasportatore in modo da poterlo ritrovare in caso di malfunzionamenti.

Al termine della installazione dei rulli, o periodicamente durante l’installazione, la tabella memorizzata nell’interrogatore 50 contenente l’elenco di associazione, per ogni rullo, tra codice posizionale e numero identificativo verrà scaricata in una banca dati accessibile al computer del centro di controllo 31.

I rulli 11 devono essere almeno identificati ed eventualmente verificati funzionalmente al momento dell'installazione e della eventuale sostituzione, anche per verificarne il corretto funzionamento. Quindi l'interrogatore 50 verrà utilizzato anche in questo frangente.

L’alimentazione remota da esso fornita, alimenta i circuiti all’interno del rullo e il rullo trasmette il suo codice identificativo e le altre informazioni provenienti dai sensori all’interrogatore 50 al solo scopo di verificare il funzionamento del rullo. Poi consente all'utente di inserire il codice posizionale del rullo in esame da associare al codice identificativo. Le informazioni sono memorizzate sull’interrogatore 50 e disponibili per il download. Può essere anche possibile inviare direttamente le informazioni ricevute dall’interrogatore 50 al concentratore 30 e a sua volta al centro di controllo 31.

II centro di controllo 31 gestisce una banca dati con tutte le informazioni ricevute sia durante la fase di installazione che durante il normale esercizio (dati provenienti periodicamente dai dispositivi di cui i rulli sono equipaggiati) inizialmente dall’interrogatore 50 e successivamente dai concentratori 30. Il centro di controllo analizza tutti i dati di ogni rullo e complessivi mediante appositi modelli matematici, al fine di identificare eventuali guasti o predire possibili anomalie incipienti. I modelli matematici possono identificare guasti sulla base delle informazioni provenienti dal singolo rullo (istantanee oppure mediante confronto con dati storici del rullo specifico) oppure avvalersi dell’informazione complessiva (ovvero di un sottoinsieme o della totalità dei rulli del trasportatore), per esempio confrontando parametri equivalenti (temperatura, velocità, vibrazione, rumorosità, ecc.) di rulli adiacenti. E’ così possibile mediante algoritmi e modelli stabilire se uno specifico rullo presenta un guasto o anche se si è innescato un processo che porterà al guasto.

In caso di sostituzione di un rullo, mediante il codice posizionale, sarà facile per l’operatore identificare il rullo malfunzionante e recarsi velocemente sul posto.

Il rullo malfunzionante potrà essere, per conferma, interrogato dall’interrogatore 50 per verificare il numero identificativo.

Quando un rullo è sostituito per un malfunzionamento, si effettuano le stesse operazioni come in fase di installazione del nuovo rullo. Allo stesso codice posizionale memorizzato vi sarà ora un numero identificativo diverso dal precedente, corrispondente, secondo quanto descritto sopra; viceversa, il codice posizionale rimarrà il medesimo.

L’interrogatore 50 può essere utilizzato anche in sede di produzione o in magazzino e comunque prima dell’installazione per controllare se il rullo in esame sia funzionante, infatti il rullo riceve l’alimentazione tramite l’interrogatore 50.

In accordo alla presente invenzione è possibile tenere sotto controllo l’insorgere di malfunzionamenti di ogni rullo, chiaramente identificato dal numero identificativo e quindi di prevenire qualsiasi danno e ridurre al minimo il tempo necessario per la sostituzione del rullo malfunzionante e di conseguenza il fermo del nastro trasportatore.

Grazie al codice posizionale risulta poi facile, per l’operatore, individuare correttamente il rullo da sostituire.

Il sistema così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell’ambito del concetto inventivo; inoltre tutti i dettagli sono sostituibili da elementi tecnicamente equivalenti.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema di controllo di un trasportatore comprendente rulli; ognuno di detti rulli comprende: almeno un sensore che fornisce un segnale indicativo di almeno un parametro fisico di detto rullo; e un trasmettitore in grado di trasmettere detto segnale; caratterizzato dal fatto che un numero identificativo è associato ad ognuno di detti rulli; detto trasmettitore essendo in grado di trasmettere detto numero identificativo; detto sistema di controllo comprende un interrogatore atto ad alimentare detto trasmettitore di un rullo di detta pluralità di rulli; detto trasmettitore di un rullo di detta pluralità di rulli, alimentato da detto interrogatore, invia a detto interrogatore detto segnale e detto numero identificativo.
2. 2. Sistema in accordo alla rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto di associare a detto numero identificativo un codice posizionale indicante il luogo in cui il rullo è stato posto all’interno del trasportatore.
3. 3. Sistema in accordo alla rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detto codice posizionale ed il corrispondente numero identificativo sono memorizzati in detto interrogatore.
4. 4. Sistema in accordo alla rivendicazione 3 caratterizzato dal fatto che detto codice posizionale ed il corrispondente numero identificativo sono memorizzati in una banca dati.
5. 5. Sistema in accordo ad una delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che detto interrogatore alimenta detto trasmettitore mediante induzione.
6. 6. Sistema in accordo alla rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detto almeno un sensore comprende un sensore di temperatura.
7. 7. Sistema in accordo alla rivendicazione 6 caratterizzato dal fatto che detto almeno un sensore comprende un generatore di corrente, dalla cui tensione è possibile ricavare la velocità di rotazione del rullo.
8. 8. Sistema in accordo alla rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detto rullo comprende un generatore di corrente messo in rotazione dalla rotazione del rullo stesso per alimentare detto trasmettitore.
9. 9. Sistema in accordo ad una delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che detto trasmettitore è in grado di trasmettere detto segnale e detto numero identificativo ad un centro di controllo.
10. 10. Metodo per il controllo di un nastro trasportatore comprendente una pluralità rulli comprendente le fasi di: associare ad ognuno di detti rulli un numero identificativo; associare ad ognuno di detti rulli almeno un sensore atto a fornire un segnale misurato; dotare ognuno di detti rulli di un trasmettitore atto a trasmettere detto numero identificativo e detto segnale misurato; alimentare induttivamente detto trasmettitore in modo che possa trasmettere detto numero identificativo e detto segnale misurato ad un ricevitore.