ITPR20120042A1 - Apparecchio di comando e controllo delle funzioni di un attuatore - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

TITOLO: Apparecchio di comando e controllo delle funzioni di un attuatore

Il presente trovato si riferisce al settore dell'automazione industriale, e concerne in particolare un apparecchio di comando e controllo delle funzioni di un attuatore ad uso industriale.

Un attuatore à ̈ un meccanismo attraverso il quale qualcosa viene mezzo in azione automaticamente, ad esempio una valvola industriale.

Nel campo dell'automazione, Ã ̈ statisticamente provato che la maggior parte dei guasti si verifica nei trasduttori, negli attuatori e negli organi meccanici. Risulta quindi di particolare importanza predisporre delle appropriate funzioni diagnostiche al fine di ridurre i tempi di ricerca dei guasti.

Attualmente, il comando ed il controllo di un attuatore, ad esempio elettroidraulico, ma potrebbe essere di qualsiasi altro tipo, quale elettrico, pneumatico, ecc., vengono realizzati per via elettromeccanica, mediante un quadro elettrico installato sulla macchina di cui l'attuatore fa parte.

Il quadro elettrico viene predisposto in funzione delle caratteristiche dell'attuatore, nonché delle esigenze progettuali della macchina nel suo complesso. Generalmente, il quadro contiene una serie di morsettiere e relà ̈ e le azioni di comando sono demandate ad un sistema di livello superiore.

Il collegamento tra i vari attuatori ed il sistema di comando superiore viene realizzato mediante l'uso di bus industriali, adeguatamente predisposti. Nel quadro non sono previsti mezzi di autodiagnosi sullo stato funzionale del sistema.

Pertanto si ricorre ad attuare un controllo su altri parametri, quali la pressione o le perdite di carico, ad esempio nell'ambito di una procedura che à ̈ nota con il termine di line-break. Il linebreak si basa sul rilevamento del tempo di caduta della pressione in un sistema, ed in base al tempo rilevato un dispositivo à ̈ in grado di stabilire se vi sono rotture o perdite nelle tubazioni, provvedendo in via automatica alla chiusura della linea.

Per effettuare questa verifica, lungo la linea sulla quale si trova installato l'attuatore, à ̈ necessario installare separatamente uno o più strumenti a tal fine dedicati. Ciò vuol dire che per controllare più funzioni sono necessari altrettanti dispositivi.

Inoltre, nel caso in cui la configurazione progettuale lo richieda, o se lo impone invece il processo nel quale l'attuatore si trova ad operare, viene predisposto un ulteriore strumento indipendente, atto ad eseguire il cosiddetto PST (Partial Stroke Testing). Questo test consiste in una prova sull'attuatore, eseguita in condizioni operative del processo, nella quale, per verificare la corretta funzionalità dell'attuatore, viene ad esso imposto uno spostamento solo parziale, tale da non interferire con il processo, ma sufficiente a verificare il corretto funzionamento dell'attuatore.

Anche l'eventuale predisposizione della funzione P.I.D. (Proporzionale-Integrale-Derivativa, ossia un sistema in retroazione negativa ampiamente impiegato nei sistemi di controllo) richiede la presenza di strumentazione dedicata.

Quindi, in considerazione dell'elevato numero di mezzi tecnici impiegati, risulta evidente la complessità dell'apparato così realizzato, che à ̈ dispersivo ed ingombrante, ma soprattutto l'impossibilità di effettuare una verifica globale sul funzionamento degli strumenti usati per il rilevamento dei parametri controllati. In poche parole, non à ̈ possibile eseguire un'autodiagnosi, dato che ogni strumento agisce per conto proprio e risponde solamente al sistema di livello superiore.

Scopo della presente invenzione à ̈ quello di proporre un apparecchio di comando e controllo di un attuatore, che riunisca in un unico strumento tutti i dispositivi e gli strumenti necessari per eseguire il controllo dell'attuatore e di tutti i parametri che si ritengano necessari, quali pressione, perdite di carico, ecc.

Il vantaggio di un apparecchio di questo tipo à ̈ quello di eliminare la dispersione dovuta ad una molteplicità di strumenti e dispositivi dislocati in posizioni diverse e scollegati tra di loro, semplificando la configurazione complessiva del sistema e, soprattutto, consentendo di attuare un'autodiagnosi sui componenti dell'apparecchio stesso, garantendone quindi la funzionalità , l’affidabilità e la certezza nei risultati dei controlli.

Detto scopo e vantaggio sono tutti raggiunti dall'apparecchio di comando e controllo di un attuatore, oggetto del presente trovato, che si caratterizza per quanto previsto nelle sotto riportate rivendicazioni.

Questa ed altre caratteristiche risulteranno maggiormente evidenziate dalla descrizione seguente del trovato, illustrato a puro titolo esemplificativo e non limitativo nelle unite tavole di disegno.

- Figura 1: illustra una vista in generale del dispositivo;

- Figura 2: illustra un possibile schema a blocchi del dispositivo.

Con particolare riferimento alle figure, con 1 si à ̈ indicato in generale l'apparecchio di comando e controllo delle funzioni di un attuatore 5, realizzato in accordo con una preferita forma di realizzazione della presente invenzione.

L'attuatore nell'esempio illustrato à ̈ costituito da un attuatore di tipo idraulico a doppio effetto, alimentato mediante una doppia linea 6a, 6b proveniente da un idoneo dispositivo di alimentazione 7, comprendete una pompa ed un serbatoio di fluido idraulico. La raffigurazione prescelta non deve però essere intesa in senso limitativo, in quanto l'attuatore potrebbe essere di tipo pneumatico o anche elettrico, essendo la linea di alimentazione sostituita in questi casi con una linea pneumatica od elettrica, rispettivamente. Anche il dispositivo di alimentazione sarebbe in questi casi sostituito con una sorgente di aria compressa o con una sorgente di energia elettrica rispettivamente.

All'interno di un unico contenitore 14, l'apparecchio 1 comprende un dispositivo di azionamento e verifica 10, atto ad azionare l'attuatore 5 tramite una linea di collegamento 11 che fa capo ad un'elettrovalvola 12 disposta lungo la doppia linea 6a, 6b.

Nel caso di un attuatore pneumatico, il controllo potrebbe avvenire ugualmente mediante un'elettrovalvola mentre nel caso di un attuatore elettrico il controllo potrebbe avvenire tramite relà ̈ o teleruttori, di tipo elettromeccanico oppure a stato solido come triac o simili. Questi ultimi tipi di dispositivi non sono stati illustrati in figura in quanto ben noti al tecnico esperto del settore.

Il dispositivo di azionamento e verifica 10 ha anche il compito di verificare la funzionalità dell'attuatore, ad esempio tramite il test PST, descritto in premessa, con l'ausilio di organi di rilevamento e di valutazione 8, collegati, mediante una linea 13, ad un sensore 9 atto a rilevare valori di spostamento lineare, od angolare, dello stelo dell'attuatore 5.

L'apparecchio comprende inoltre una pluralità di ulteriori organi di rilevamento e di valutazione 15a, 15b, 15c, atti ad ottenere una pluralità di parametri indicatori della funzionalità dell'attuatore 5 e del relativo sistema di azionamento.

Come noto nel settore, i parametri da rilevare, nel caso dell'attuatore idraulico, come illustrato in figura 2, comprendono valori di pressione e/o perdita di carico e/o temperatura della linea sulla quale detto attuatore si trova inserito, o di qualunque altro punto in prossimità dell'attuatore che possa essere in qualche modo indicativo della correttezza del suo funzionamento.

Infatti, come avviene nei sistemi noti, l'ottenimento di tali parametri ha la funzione di verificarne il corretto funzionamento dell'attuatore 5 e dello stesso sistema di azionamento.

In dettaglio, gli organi di rilevamento e di valutazione 15a, 15b, 15c, sono collegati ad una serie di sonde e/o sensori 48a, 48b, 48c, atti a rilevare i suddetti parametri nei punti più appropriati.

Nel caso di un attuatore pneumatico i parametri da rilevare non sono evidentemente diversi, mentre nel caso di un attuatore elettrico gli organi di rilevamento e di valutazione 15a, 15b, 15c, sono collegati a delle sonde e/o sensori 48a, 48b, 48c atti a rilevare valori di:

- pressione e/o della perdita di carico della linea sulla quale detto attuatore si trova inserito,

- posizione e/o coppia e/o temperatura di detto attuatore.

Va da sé che i parametri che devono essere misurati cambiano con il tipo di attuatore impiegato e secondo le necessità che di volta in volta si presentano nei singoli casi. La presente descrizione contempla solamente alcuni possibili casi, in via esemplificativa, ma resta inteso che l'applicazione l'invenzione si estende a tutti quei casi in cui sia richiesta la valutazione di parametri diversi dal solo test PST. Affinché ciò sia possibile, saranno di volta in volta disposti sonde e sensori come necessario.

In accordo con l'invenzione, l'apparecchio comprende inoltre una centralina di comando e controllo 2 connessa al dispositivo di azionamento e verifica 10 nonché alla pluralità di organi di rilevamento e di valutazione 15a, 15b, 15c.

In dettaglio, ciascun organo di rilevamento e di valutazione 8, 15a, 15b, 15c, comprende una corrispondente interfaccia, non illustrata in figura, atta a consentirne il collegamento in modo idoneo con la centralina di controllo e comando 2.

Il fatto che sia prevista una centralina di controllo e comando 2, e che con essa il dispositivo di azionamento e verifica 10 e la pluralità di organi di rilevamento e di valutazione 8, 15a, 15b, 15c, siano tutti contenuti entro un unico contenitore 14, quindi non più dispersi in diversi punti del sistema che impiega l'attuatore, consente di coordinarne il funzionamento in modo ottimale e di eseguire ciclicamente una funzione di autodiagnosi.

Per completare l'apparecchio, sono previsti un dispositivo di visualizzazione 72 ed una tastiera 74, collegati alla centralina di controllo e comando 2, per la visualizzazione dello stato del dispositivo di azionamento e verifica 10, e di ognuno della pluralità di organi di rilevamento e di valutazione 8, 15a, 15b, 15c, nonché per l'immissione di comandi di azionamento e controllo dell'attuatore.

Il dispositivo di visualizzazione 72 à ̈ di tipo grafico e la navigazione all'interno dei menù à ̈ resa più semplice dalla presenza di icone appositamente create. La tastiera 74 à ̈ dotata di pulsanti capacitivi, con gli evidenti vantaggi che questo comporta.

In via opzionale, può essere previsto un dispositivo di comando a distanza 22, collegato all'apparecchio mediante una linea 23 oppure con collegamento wireless.

Infine, per l'alimentazione dell'apparecchio può essere previsto un pannello fotovoltaico.

L'apparecchio nella configurazione prevista per l'analisi linebreak, o a richiesta anche in altre configurazioni, può essere dotato di una batteria ricaricabile agli ioni di litio, in grado di garantire per un lungo periodo l'operatività delle funzioni di sicurezza, anche in assenza di energia elettrica. Al ripristino dell'energia elettrica di rete, un dispositivo provvederà automaticamente alla ricarica della batteria.

A tal riguardo, va detto che i componenti dedicati alla sicurezza sono ridondati, ovvero duplicati, in modo da raggiungere il parametro definito SIL3.

L'apparecchio testa con una cadenza configurabile nell'arco del tempo la continuità elettrica di tutte le bobine collegate, anche se non energizzante, in modo da garantire l'efficienza e la perfetta funzionalità.

Nel caso in cui una bobina fosse trovata interrotta, verrà emesso un segnale d'allarme.

L'apparecchio à ̈ anche in grado di espletare la funzione data-logger, ossia di memorizzare nella memoria incorporata le variazioni di una o più parametri (ad esempio pressione, livello, temperatura, posizione, eventi ed allarmi), mediante rilevazioni effettuate ad intervalli di tempo opportunamente stabiliti, permettendone poi una rappresentazione grafica.

I parametri, che sono configurabili, possono essere memorizzati per oltre sei mesi, campionando le variabili una volta al secondo. Questo permette all'utente di monitorare l'andamento delle variabili controllate e di impostare le opportune azioni. Tutti i dati possono essere scaricati su un PC ed analizzati.

In collegamento con il PC può essere realizzato mediante bluetooth o un bus di campo standard, oppure con un qualsiasi altro tipo idoneo di collegamento.

L'andamento della variabile memorizzata può essere richiamato mediante interfaccia locale e la tastiera 74, e visualizzato sul display grafico 72 impostando il periodo di tempo da visualizzare. Con la funzione zoom à ̈ possibile ingrandire una parte del tracciato ed apprezzarne le variazioni minime.

La possibilità di avere bus di campo comuni nel settore dell'automazione industriale, permette di installare l'apparecchio anche su impianti con reti estremamente complesse.

Come appare evidente al tecnico esperto del settore, l'apparecchio à ̈ in grado di operare in modalità stand-alone oppure di colloquiare con i più comuni sistemi di interfaccia.

Dotando l'apparecchio di un modulo GPRS, diviene possibile eseguirne il controllo di stato e quello di eventuali allarmi mediante un PC provvisto di un adeguato software applicativo, quindi senza essere presenti sul posto, con grande vantaggio per il servizio di assistenza.

In una tipica applicazione, l'apparecchio viene installato in posizione comodamente accessibile e collegato all'attuatore, che può essere installato in posizioni difficilmente raggiungibili, mediante cavi di opportuna lunghezza.

Ma la caratteristica più importante che caratterizza l'apparecchio della presente invenzione à ̈ l'elevata capacità di autodiagnosi e di memorizzazione degli eventi e degli eventuali allarmi, tutto ciò grazie alla compattezza ed all'unitarietà dei mezzi e dei dispositivi che lo compongono ed al controllo della centralina 2 su questi ultimi.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1. Apparecchio di comando e controllo delle funzioni di un attuatore (5), comprendente un dispositivo di azionamento e verifica (10), atto ad azionare detto attuatore (5) ed a verificarne la funzionalità, una pluralità di organi di rilevamento e di valutazione (8, 15a, 15b, 15c), atti ad ottenere una pluralità di parametri indicatori della funzionalità dell'attuatore (5) e del relativo sistema di azionamento al fine di verificarne il corretto funzionamento, caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre una centralina di comando e controllo (2) connessa a detto dispositivo di azionamento e verifica (10) nonché alla pluralità di organi di rilevamento e di valutazione (15a, 15b, 15c) per coordinarne il funzionamento ed eseguire ciclicamente una funzione di autodiagnosi.
2. 2. Apparecchio secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto attuatore (5) à ̈ di tipo idraulico o pneumatico e che detta pluralità di organi di rilevamento e di valutazione (15a, 15b, 15c) sono collegati ad una serie di sonde e/o sensori (48a, 48b, 48c) atti a rilevare valori di a. pressione e/o della perdita di carico della linea sulla quale detto attuatore si trova inserito, b. posizione e/o coppia e/o temperatura di detto attuatore.
3. 3. Apparecchio secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detto attuatore (5) à ̈ di tipo elettrico e che detta pluralità di organi di rilevamento e di valutazione (15a, 15b, 15c) sono collegati a sonde e/o sensori (48a, 48b, 48c) atti a rilevare valori di tensione e/o corrente e/o temperatura e/o coppia e/o posizione.
4. 4. Apparecchio secondo una o più delle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato dal fatto che organi di rilevamento e di valutazione (8) collegati a detto dispositivo di azionamento e verifica (10) sono collegati ad organi (9) atti a rilevare valori di spostamento lineare o angolare.
5. 5. Apparecchio secondo una o più delle rivendicazioni da 1 a 4, caratterizzato dal fatto che ciascun organo di rilevamento e di valutazione di detta pluralità di organi di rilevamento e di valutazione (8, 15a, 15b, 15c) comprende una corrispondente interfaccia atta a consentirne il collegamento con detta centralina di controllo e comando (2).
6. 6. Apparecchio secondo una o più delle rivendicazioni da 1 a 5, caratterizzato dal fatto che sono previsti un dispositivo di visualizzazione (72) ed una tastiera (74), collegati a detta centralina di controllo e comando (2), per la visualizzazione dello stato di ciascuno di detti dispositivo di azionamento e verifica (10), e pluralità di organi di rilevamento e di valutazione (8, 15a, 15b, 15c), nonché per l'immissione di comandi di azionamento e controllo.
7. 7. Apparecchio secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che à ̈ previsto un dispositivo di comando a distanza (22).
8. 8. Apparecchio secondo una o più delle rivendicazioni da 1 a 7, caratterizzato dal fatto che l'alimentazione viene ad esso fornita mediante un pannello fotovoltaico.
9. 9. Apparecchio secondo una o più delle rivendicazioni da 1 a 7, caratterizzato dal fatto che i componenti dedicati alla sicurezza sono ridondati nel sistema.