Controllo integrato di una confezionatrice verticale

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Il progetto non parte da zero ma suppone di utilizzare una meccanica di supporto e cinematica già esistente.

Dopo una descrizione della struttura meccanica della macchina e degli assi e un esame di un ciclo di funzionamento semplificato, vengono presentati lo sviluppo dell’elettronica di potenza (drive motori ed elettrotecnica), i sistemi di saldatura, l’organizzazione e l’architettura software del sistema di controllo.

Il termine Meccatronica (meccanica, elettronica, informatica) suona veramente male e (forse per questo motivo) non si è molto diffuso, ma ha il vantaggio di riassumere e descrivere in maniera compiuta il tipo di progetto trattato in questo lavoro.

Il progetto meccanico è stato e rimane il punto chiave della realizzazione di una macchina confezionatrice.

Sebbene sia possibile “correggere” in maniera elettronica alcuni “difetti” ed estendere i limiti operativi della meccanica, la capacità della struttura fisica, statica e dinamica, della macchina rappresentano limiti fisici imprescindibili per le prestazioni operative del sistema e, non ultima, la sua affidabilità.

Il progetto della struttura meccanica, generalmente, parte dalla descrizione funzionale delle operazioni da compiere.

Segue poi il dimensionamento delle varie parti.

Nel dimensionamento delle parti si devono soddisfare, prima di tutto, i vincoli delle sollecitazioni statiche e dinamiche.

In questo caso la struttura meccanica non è in discussione: la macchina verticale continua è oramai un prodotto consolidato.

Inoltre, per l’applicazione considerata, il cliente non ha espresso esigenze tali da mettere in discussione la struttura meccanica.

D’altra parte, per soddisfare alcune richieste del sistema di controllo, si sono dovute adottare alcune piccole modifiche alla meccanica, più che altro relative all’introduzione di ulteriori sensori di posizione (encoder).

Descrizione della macchina
La funzione della macchina confezionatrice è quella della creazione di buste contenti un prodotto.

Le buste sono ricavate da un film continuo proveniente da un rullo.

Il film passa poi attraverso un “ballerino”.

La funzione del ballerino è quella di mantenere costante la tensione del film: esso funge da “serbatoio” di film nelle fasi di accelerazione e frenatura.

La posizione del ballerino è rilevata da un potenziometro che fornisce un segnale di comando di velocità a un drive che, a sua volta, pilota un motore collegato con un riduttore all’asse che sostiene il rullo di film.

Quando il ballerino si sposta dalla sua posizione di riposo per un qualunque movimento del film, si genera un segnale che provoca lo svolgimento del film e il conseguente ristabilimento della tensione.

Il film percorre poi la parte superiore della machina attraverso una serie di rinvii.

Il nip-roller è un rullo gommato pilotato da un motore che ha il compito di “spingere” il film in modo da mantenerne costante la tensione, misurata dalle celle di carico prima di entrare nel tubo formatore.

Il tubo formatore ha il compito di “piegare” in maniera dolce e continua il film in modo da portarlo da una superficie piana a una cilindrica.

Il sistema di saldatura verticale è costituito da una barra calda su cui scorre un nastrino a acciaio.

Il sistema è in grado di realizzare una saldatura verticale per contatto diretto del nastrino sul film, steso sul tubo formatore in modo che i due lembi si sovrappongano.

Il film viene tirato e tenuto in posizione sul tubo formatore da una coppia di cinghie gommate che, messe in movimento da un motore, trainano il film.

Le ganasce orizzontali, montate su di un supporto mobile nella direzione verticale, realizzano le saldature che chiudono la busta.

Un coltello inserito tra gli elementi saldanti, separa le buste.

Assi della macchina
Anche se non si entrerà nei dettagli costruttivi è opportuno descrivere la funzione e il ciclo di lavoro degli assi principali della macchina.

• FilmPull • Il traino del film attraverso le cinghie gommate è l’asse più importante della macchina.

Viene designato come asse Master.

L’asse lavora a velocità costante, salvo le fasi di partenza e arresto ad accelerazione limitata.

• Up/Down • Il movimento su/giù del carrello che supporta le ganasce di saldatura orizzontale deve avere un moto sincrono al traino del film.

A questo scopo viene definito come Slave rispetto al FilmPull durante la fase di discesa.

Il moto è correlato con il Master attraverso una camma (elettronica).

La fase di risalita può avvenire in maniera indipendente oppure sempre in camma con il Master.

Il sistema integrato di controllo del moto raccorda automaticamente le traiettorie di inseguimento e ritorno.

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