ITUD20010010A1 - Procedimento di dosaggio di sostanze e relativo dispositivo dosatore - Google Patents

Description

Descrizione del trovato avente per titolo:

"PROCEDIMENTO DI DOSAGGIO DI SOSTANZE RELATIVO DISPOSITIVO DOSATORE

CAMPO DI APPLICAZIONE

Forma oggetto del presente trovato un procedimento di dosaggio di sostanze, ad esempio di materie prime, semi-lavorati, ingredienti di una miscela od altro, nonché il dispositivo dosatore idoneo a concretizzare tale procedimento.

Il trovato è applicabile sostanzialmente in ogni settore in cui sia necessario eseguire un caricamento dosato per unità di tempo di precise quantità di sostanze od ingredienti da alimentare ad un determinato trattamento, ad esempio una miscelazione con altre sostanze in una macchina di impasto o di estrusione.

Esso trova comunque una particolare e vantaggiosa applicazione nel settore della produzione della pasta od altro prodotto alimentare similare quale ad esempio snacks, prodotti alimentari per bambini, potato chips o simili.

STATO DELLA TECNICA

In svariati settori industriali è nota l'esigenza di alimentare ad una macchina od impianto di trattamento una determinata e precisa quantità di una o più sostanze o prodotti nel tempo od in quantità definite, al fine di eseguire miscelazioni, impasti, estrusioni, trafilature od altre lavorazioni richieste.

Per alimentare in quantità opportunamente dosate determinati materiali è noto l'utilizzo di dispositivi dosatori, i quali, in funzione del sistema di dosatura adottato, si dividono in due principali categorie: dosatori gravimetrici e dosatori volumetrici.

Alla prima categoria appartengono quel tipo di dispositivi in cui l'alimentazione del materiale da dosare viene regolata tramite segnali di controllo forniti da elementi di pesatura, i quali sono atti a rilevare, ad intervalli predeterminati, la perdita di peso del contenitore da cui il prodotto viene scaricato. Tali segnali vengono utilizzati per regolare la velocità di estrazione del prodotto dal contenitore al fine di stabilire un flusso il più possibile regolare e costante.

Esistono in commercio vari tipi di dosatori gravimetrici, i quali sono sostanzialmente composti da una parte meccanica e da un quadro elettrico di comando . La parte meccanica comprende normalmente una tramoggia eventualmente associata ad un organo agitatore, la quale inferiormente coopera con una coclea di estrazione. L'intera struttura è supportata tramite un sistema comprendente mezzi di pesatura, normalmente del tipo a celle di carico, collegati al quadro elettrico per l'invio dei segnali relativi alla perdita di peso della tramoggia che alimenta il prodotto.

Il quadro elettrico comprende una parte di potenza per il comando dei motori a giri variabili ed una parte di controllo programmabile e personalizzabile per la gestione del peso e quindi del dosaggio del prodotto.

Un primo problema dei dosatori gravimetrici noti deriva dal fatto che il quadro elettrico è spesso molto complesso e costoso, può essere installato soltanto da specialisti, il relativo software di gestione è modificabile soltanto dai produttori e non dagli utilizzatori, l'assistenza ed i ricambi devono essere gestiti solamente dai produttori.

Pertanto, ogni piccolo guasto o problema di altro tipo comporta lunghi fermi macchina con rilevanti perdite di produttività.

Un altro inconveniente dei dosatori gravimetrici noti è l'incidenza dei disturbi sui segnali di peso causati dalle vibrazioni introdotte dai vari dispositivi dell'impianto, disturbi che alterano la correttezza del dosaggio e dell'alimentazione delle sostanze.

La Richiedente, per ovviare a tali inconvenienti ed ottenere altri vantaggi nel seguito evidenziati, ha ideato e realizzato il presente trovato.

ESPOSIZIONE DEL TROVATO

Il presente trovato è espresso e caratterizzato nelle rispettive rivendicazioni principali. Le rivendicazioni secondarie espongono altre caratteristiche aggiuntive del trovato.

Scopo principale del presente trovato è quello di realizzare un dispositivo dosatore di tipo gravimetrico in cui la parte elettrica di potenza e di controllo possa essere realizzata interamente con componenti di commercio, allo scopo di permettere eventuali interventi di assistenza, sostituzione e manutenzione anche da parte degli utilizzatori finali.

Altro scopo è quello di adottare un procedimento di controllo e gestione del dosaggio in cui i segnali di peso rilevati dai mezzi pesatori associati al contenitore di prodotti possano essere elaborati in modo tale da eliminare ogni possibile disturbo o segnale spurio, ottimizzando così la regolarità e la precisione di alimentazione.

In accordo con tali scopi, un dispositivo dosatore gravimetrico secondo il trovato comprende una parte meccanica sostanzialmente convenzionale, costituita da almeno una tramoggia di alimentazione del materiale, eventualmente associata ad almeno un organo agitatore, mezzi di estrazione, normalmente a coclea od a nastro, inferiormente associati all'uscita di detta tramoggia e mezzi di rilevazione del peso associati almeno a detta tramoggia ed atti a rilevare le perdite di peso determinate dall'uscita del materiale.

Secondo una caratteristica del trovato, detti mezzi di rilevazione del peso sono collegati ad un'entrata di un'unità di elaborazione e controllo tipo PLC tramite almeno un gruppo di conversione di segnale ed almeno un gruppo di interfaccia di comunicazione, ed un'uscita di detta unità di elaborazione e controllo a PLC è collegata ad un motore di detti mezzi di estrazione tramite almeno un gruppo di interfaccia di comunicazione ed un dispositivo di regolazione della velocità di detto motore .

Secondo una variante, un'uscita di detta unità di elaborazione e controllo è collegata al motore di detto organo agitatore tramite almeno un gruppo di interfaccia di comunicazione ed un dispositivo di regolazione della velocità.

In un'altra variante, il motore dell'organo agitatore lavora a velocità fissa.

Detta unità di elaborazione a PLC è predisposta per ricevere i valori di peso come ottenuti dai segnali elettrici trasmessi dalle celle di carico, elaborarli mediante un opportuno algoritmo di calcolo e fornire in uscita un segnale di comando per regolare la velocità del motore dei mezzi di estrazione e/o dell'organo agitatore al fine di mantenere ad un valore voluto la quantità di materiale alimentato dal dosatore.

Secondo il trovato, l'elaborazione eseguita mediante tale algoritmo di calcolo prevede:

almeno una fase di filtraggio dei segnali provenienti dai mezzi di rilevazione del peso;

- l'ottenimento, da tali segnali di peso, della quantità di materiale scaricato dal dosatore in termini di flusso di materiale (unità di peso per unità di tempo, ad esempio kg/h), ed il filtraggio del segnale di flusso così ottenuto;

- l'invio di tale segnale di flusso filtrato, insieme ad un segnale filtrato relativo al valore di set point di dosaggio impostato dall'operatore, ad un gruppo di regolazione della velocità del motore dei mezzi di estrazione;

- il confronto, da parte di detto gruppo di regolazione, fra il valore relativo al segnale di flusso ed il valore di set point, per inviare in uscita in retroazione un segnale di eventuale correzione della velocità del motore dei mezzi di estrazione nel caso in cui detti valori siano fra loro differenti.

In una soluzione del trovato, detta unità di elaborazione e controllo è collegata in rete, tramite un'interfaccia di comunicazione quale un modem o simile, ad un sistema centralizzato di gestione e controllo, mediante il quale è possibile eseguire procedure di diagnostica, controllo ed eventuali interventi di modifica.

In una realizzazione del trovato, l'unità di elaborazione e controllo a PLC è predisposta per attivare cicli periodici di riempimento della tramoggia, disattivando il controllo gravimetrico, quando il materiale residuo all'interno della tramoggia stessa ha raggiunto un predeterminato livello minimo e fino a che lo stesso non ha raggiunto di nuovo un predeterminato livello massimo.

ILLUSTRAZIONE DEI DISEGNI

Queste ed altre caratteristiche del presente trovato saranno chiare dalla lettura della descrizione della realizzazione preferenziale, fatta con riferimento alla tavole allegate nelle quali abbiamo che:

- la fig. 1 illustra uno schema di principio del dispositivo di dosaggio gravimetrico secondo il trovato;

- la fig. 2 illustra uno schema di flusso del procedimento di controllo dosaggio secondo il trovato;

- la fig. 3 illustra più specificatamente lo schema di flusso dell'algoritmo di controllo del procedimento secondo il trovato.

DESCRIZIONE DELLA REALIZZAZIONE PREFERENZIALE

Con riferimento alla fig. 1, un dispositivo di dosaggio gravimetrico 10 per sostanze e prodotti comprende un contenitore a tramoggia 11 ad asse sostanzialmente verticale all'interno del quale viene caricato il materiale che deve essere alimentato in quantità precisamente dosate.

All'interno della tramoggia 11 è presente un organo agitatore 12 a pale, associato ad un proprio motore 13, il quale ha la funzione di regolare la discesa del materiale verso la bocca di uscita inferiore 14 della tramoggia 11, evitando la formazione di ponti ed ammassamenti.

Tale bocca di uscita 14 è associata ad una coclea 15 ad asse sostanzialmente orizzontale che ha la funzione di estrarre una voluta quantità di materiale dalla tramoggia 11 ed alimentarla verso un'ulteriore dispositivo od impianto di trattamento disposto a valle, qui non illustrato.

La coclea 15 è associata ad un proprio motore 16 la cui velocità di rotazione, con un voluto rapporto di riduzione, determina la velocità di rotazione della coclea 15 e quindi la quantità di materiale scaricato dalla tramoggia 11 nell'unità di tempo. In cooperazione con la struttura che sostiene la tramoggia 11 e la coclea 15 è presente un sistema di pesatura 18 comprendente una pluralità di celle di carico 19, normalmente da due a quattro (tre nel caso illustrato) associate ad un gruppo di conversione 20 idoneo a calcolare un valore di peso dai segnali elettrici inviati dalle celle di carico 19.

Il dispositivo 10 comprende inoltre un'unità di elaborazione e controllo a PLC 21 atta a controllare e gestire la procedura di dosaggio gravimetrico.

In particolare, l'unità 21 è predisposta per ricevere in ingresso i segnali di settaggio per la calibrazione ed il controllo del sistema attraverso un'interfaccia operatore 22, ed a intervenire in retroazione sul sistema di estrazione nel caso in cui la quantità di materiale scaricato, come rilevata dal sistema di pesatura 18, non corrisponda al valore di settaggio impostato dall'operatore.

Un'entrata dell'unità 21 è collegata, tramite un'interfaccia di comunicazione 23, al gruppo 20 che calcola il valore del peso, o più correttamente delle perdite di peso, del sistema tramoggia 11/coclea 15 a partire dai segnali elettrici emessi dalle celle di carico 19. Tale valore relativo al peso viene inviato all'unità 21 in modo periodico in base ad un predefinito intervallo di campionamento.

Nel caso in cui i valori di perdita di peso, e quindi di quantità di materiale scaricato dalla tramoggia 11 nell'unità di tempo, non siano coerenti con il valore di settaggio pre-impostato, l'unità 21 interviene in retroazione andando ad agire, tramite un'interfaccia di comunicazione 24, su un gruppo di regolazione 25 della velocità del motore 16 della coclea 15.

Pertanto, in base a tale confronto ed a tale regolazione, eseguiti con frequenza pari alla frequenza di campionamento con cui viene eseguita la rilevazione del peso, l'unità 21 è in grado di mantenere costantemente un voluto andamento dello scaricamento del materiale dalla tramoggia 11, mantenendo un flusso di uscita costante e corrispondente alla corretta quantità che si deve alimentare al dispositivo od impianto collocato a valle.

Un'interfaccia di comunicazione 24 ed un gruppo di regolazione 25 sono anche collegati, nel caso di specie, con l'unità 21 per il controllo della velocità del motore 13 dell'agitatore 12.

Tali componenti associati al motore 13 potrebbero comunque non essere presenti, e l'agitatore 12 funzionerebbe in questo caso a velocità fissa.

Nella soluzione preferenziale, detti gruppi di regolazione 25 sono degli inverter.

Secondo una variante, i motori 13 e 16 sono motori in corrente contìnua ed i gruppi di regolazione 25 sono atti a regolare l'alimentazione di corrente ai relativi motori per condizionarne la velocità.

Il principio con cui l'unità a PLC 21 esegue tali confronto e regolazione è schematicamente illustrato nei diagrammi di flusso delle figg. 2 e 3.

Come si vede in fig. 2, il procedimento di controllo secondo il trovato prevede una procedura principale, identificata in generale dal blocco 29a ed eseguita ciclicamente, la quale comprende una pluralità di sottoprocedure per la gestione dei vari componenti del dispositivo 10 e per l'interfacciamento con l'esterno.

In particolare, tali sottoprocedure comprendono: un blocco 26a di gestione dei dati scambiati con i dispositivi esterni, un blocco 26b in cui vengono gestiti tutti i tipi di allarmi che si possono verificare durante il funzionamento, un blocco 26c relativo alla gestione delle interfacce, un blocco 26d predisposto per il calcolo dei parametri ed il controllo della velocità del motore 16 della coclea 15, un blocco 26e che gestisce il funzionamento dei motori 16 e 13, ed un blocco 26f che gestisce le fasi di riempimento della tramoggia 11 durante le quali il controllo gravimetrico viene escluso.

Il procedimento di controllo prevede inoltre una procedura di calcolo, indicata in generale dal blocco 29b, la quale viene attivata con la frequenza di rilevazione del peso definita dall'intervallo di campionamento, ad esempio dell'ordine di 50 ms, come stabilito dal blocco di sincronizzazione 27a.

Tale procedura di calcolo prevede due operazioni eseguite simultaneamente ad ogni periodo di campionamento: un'operazione, indicata dal blocco 28a, di acquisizione del valore del peso come ricavato dai segnale elettrici trasmessi dalle celle di carico 19 e convertiti dal blocco 20, ed un'operazione, indicata dal blocco 28b, di controllo del flusso del materiale, confronto con il valore di settaggio, ed eventuale comando in retroazione per intervenire sul motore 16 della coclea 15.

Tale operazione 28b può essere esplicitata nel diagramma di flusso della fig. 3.

Essa comprende una fase 30a di acquisizione del peso tramite i segnali delle celle di carico 19, una fase 30b di filtraggio di tale segnale di peso, ed una fase 3Oc di filtraggio del segnale relativo al flusso di materiale ricavato da tale segnale di peso .

Parallelamente, il valore di settaggio, impostato dall'operatore in una fase 30a viene sottoposto a filtraggio in una fase 30e.

Quindi, il segnale filtrato relativo al flusso di materiale rilevato con la frequenza di campionamento e quello relativo al valore di settaggio vengono inviati insieme ad un blocco 31 atto ad eseguire il confronto fra tali valori; tale blocco 31 è atto a calcolare di quanto deve essere modificato il regime di velocità del motore 16 della coclea 15 affinché il segnale relativo al flusso di materiale coincida con il segnale di settaggio.

Il risultato di tale calcolo viene quindi inviato all 'inverter 25 predisposto per intervenire sul motore 15 della coclea 16, e quindi sull'intero sistema di alimentazione e dosaggio, per ripristinare il corretto funzionamento.

Tale procedura di controllo e regolazione, come detto viene ripetuta alla frequenza di campionamento ad ogni rilevazione successiva della quantità di materiale, in peso, scaricato dalla tramoggia 11.

E' ovvio che al procedimento di dosaggio ed al relativo dispositivo fin qui descritti possono essere apportate modifiche e varianti che rientrano tutte nell'ambito di protezione del presente trovato.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1 - Procedimento di dosaggio per sostanze, ad esempio materie prime, semi-lavorati o ingredienti di una miscela, applicato ad un dispositivo dosatore comprendente almeno un contenitore di alimentazione (11) del materiale, mezzi di estrazione normalmente a coclea (15) associati inferiormente all'uscita di detto contenitore (11) e mezzi (19) di rilevazione del peso associati almeno a detto contenitore (11) ed atti a rilevare le perdite di peso determinate dall'uscita del materiale, caratterizzato dal fatto che comprende le seguenti fasi: - almeno una fase di filtraggio dei segnali provenienti da detti mezzi (19) di rilevazione del peso; - l'ottenimento, da tali segnali di peso, della quantità di materiale scaricato da detto contenitore (11) in termini di flusso di materiale (unità di peso per unità di tempo, ad esempio kg/h), ed il filtraggio del segnale di flusso così ottenuto; - l'invio di tale segnale di flusso filtrato, insieme ad un segnale filtrato relativo al valore di set point di dosaggio impostato dall'operatore, ad un gruppo di regolazione della velocità di rotazione di detti mezzi di estrazione a coclea (15); - il confronto, da parte di detto gruppo di regolazione, fra il valore relativo al segnale di flusso ed il valore di set point, per inviare in uscita in retroazione un segnale di eventuale correzione della velocità di rotazione di detti mezzi di estrazione a coclea (15) nel caso in cui detti valori siano fra loro differenti. 2 - Dispositivo dosatore per sostanze, ad esempio materie prime, semi-lavorati o ingredienti di una miscela, comprendente almeno un contenitore (11) di alimentazione del materiale, mezzi di estrazione (15) inferiormente associati all'uscita di detto contenitore (11) e mezzi di rilevazione del peso (19) associati almeno a detto contenitore (11) ed atti a rilevare le perdite di peso determinate dall'uscita del materiale, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di rilevazione del peso (19) sono collegati ad un'entrata di un'unità di elaborazione e controllo tipo PLC (21) tramite almeno un gruppo di conversione di segnale (20) ed almeno un gruppo di interfaccia di comunicazione (23), ed un'uscita di detta unità di elaborazione e controllo a PLC (21) è collegata ad un motore (16) di detti mezzi di estrazione (15) tramite almeno un gruppo di interfaccia di comunicazione (24) ed un dispositivo di regolazione della velocità (25) di detto motore (16). 3 - Dispositivo come alla rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di estrazione (15) sono di tipo a coclea. 4 - Dispositivo come alla rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di estrazione (15) sono di tipo a nastro. 5 - Dispositivo come alla rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo di regolazione della velocità è un inverter (25). 6 - Dispositivo come ad una o l'altra delle rivendicazioni precedenti da 2 in poi, caratterizzato dal fatto che detta unità di elaborazione a PLC (21) è predisposta per ricevere i valori di peso come ottenuti dai segnale elettrici trasmessi dalle dette celle di carico (19), elaborarli e fornire in uscita un segnale di comando per regolare tramite detto inverter (25) almeno la velocità di detto motore (16) della coclea (15). 7 - Dispositivo come alla rivendicazione 2, in cui detto contenitore (11) è associato ad un organo agitatore (12) provvisto di un proprio motore (13), caratterizzato dal fatto che un'uscita di detta unità di elaborazione e controllo a PLC (21) è collegata al motore (13) di detto organo agitatore (21) tramite almeno un gruppo di interfaccia di comunicazione (24) ed un dispositivo di regolazione della velocità (25). 8 - Dispositivo come ad una o l'altra delle rivendicazioni precedenti da 2 in poi, caratterizzato dal fatto che detta unità di elaborazione a PLC (21) è predisposta per attivare cicli periodici di riempimento di detto contenitore (11) , disattivando i mezzi di rilevazione del peso (19), quando il materiale residuo all'interno del contenitore (11) ha raggiunto un predeterminato livello minimo e fino a che lo stesso non ha raggiunto un predeterminato livello massimo. 9 - Procedimento di dosaggio di sostanze e relativo dispositivo, sostanzialmente come descritti ed illustrati negli annessi disegni.