Controllo integrato di una confezionatrice verticale..

Dalla rivista:
Automazione e Strumentazione

Pubblicato il 15 novembre 2001

Sistemi di saldatura

Il sistema di saldatura rappresenta uno degli elementi più critici per il corretto funzionamento della macchina.

La saldatura verticale e le due orizzontali rappresentano la chiusura fisica della busta: qualunque difetto che porti a una chiusura non perfetta (ermetica), oppure semplicemente a difetti di carattere estetico, viene considerato come malfunzionamento grave.

Normalmente le buste vengono chiuse in atmosfera normale (anche se esistono macchine che utilizzano atmosfera modificata o sotto vuoto): un controllo standard per verificare la qualità delle saldature consiste nell’immersione della busta in acqua con atmosfera “quasi sotto vuoto” (95% di vuoto).

I parametri operativi che influenzano la qualità della saldatura sono:
– temperatura
– tempo di contatto
– pressione
Questi parametri devono essere ottimizzati per il tipo di film in lavorazione.

Saldatura verticale

Siccome il film si muove in continuità non è possibile metterlo in contatto con una superficie fissa (pena il suo strappo!).

A questo scopo un motore (asse nastrino) mette in movimento un nastrino di acciaio armonico messo in contatto con un barra calda.

Un pistone pneumatico e un sistema di molle permettono la regolazione della pressione.

Il controllo della temperatura avviene ad anello chiuso attraverso un software che regola il duty cycle di alimentazione di una “candela” riscaldatrice in funzione della temperatura attuale e quella desiderata.

Normalmente le temperature operative sono nel campo 150-300 °C e sono tollerate oscillazioni dell’ordine di ±5-10 °C.

Recentemente alcune aziende hanno cominciato a utilizzare film particolarmente critici nei confronti della temperatura di saldatura che risultava di buona qualità solo in un campo di ±1-2 °C.

Per questo motivo si sono dovuti adottare numerosi accorgimenti di carattere costruttivo e nell’algoritmo di controllo della temperatura.

Saldatura orizzontale

Il sistema di saldatura orizzontale non ha invece bisogno di un nastrino perché l’asse UpDown “insegue” il film.

Il sistema di controllo della temperatura è analogo al verticale.

La difficoltà della saldatura orizzontale consiste nel mantenere costante la temperatura lungo un saldante relativamente esteso.

Sistema di controllo

Come sistema di controllo si è scelto, sulla base di precise indicazioni del cliente, il sistema Control Logix 5000 così composto:
• Cpu Logix 5550 con 1 MB Ram • Si è scelta una versione con ampia memoria a disposizione perché, oltre al programma, è necessario memorizzare una certa quantità di dati rappresentati dalle varie “ricette” compilate dall’operatore per varie lavorazioni.

Durante la seconda fase di sviluppo del programma si è passati ad un modello Logix 5555, più performante, specialmente per quanto riguarda la parte Motion Control.

• Modulo interfaccia Ethernet • Si è scelta Ethernet per il collegamento con il Pc portatile utilizzato per lo sviluppo del software e per un successivo collegamento con la rete aziendale dell’utilizzatore.

In questo modo sono possibili funzioni di supervisione/controllo remoto.

• Modulo interfaccia DH+/Rio • Si è scelto di utilizzare un modulo dedicato per l’interfaccia con il pannello operatore Pv 1000.

• Due moduli Axis Servo (motion control) per un totale di quattro assi • Nonostante gli assi coordinati strettamente siano solo due (FilmPull e UpDown) si è scelto si inserire su schede di controllo assi anche Jaws e NipRoller per l’elevata velocità di risposta della scheda assi, rispetto ad una soluzione con scheda Dac.

L’ingresso Registration del FilmPull viene utilizzato come ingresso per il segnale della fotocellula.

• Modulo Analog Output a sei uscite • Viene utilizzato per il comando dell’asse Nastrino e per generare il setpoint per sistemi alternativi di saldatura Ilatherm/Ropex.

• Modulo Analog Input a otto ingressi • Viene impiegato un singolo ingresso per leggere il valore di tensione (opportunamente amplificato) proveniente dalla cella di carico.

• Modulo Rtd Input a sei ingressi • Si utilizza per la misura della temperatura attraverso sensori Pt 100.

• Modulo cc Input (32 ingressi) • Normali ingressi statici con livelli 24 Vcc.

• Modulo cc Output (32 uscite) • Normali uscite statiche con livelli a 24 Vcc per il pilotaggio di relé, teleruttori, elettrovalvole ecc.

• Modulo relé Output • Per l’interfacciamento con apparecchi esterni e/o accessori interni alla macchina si preferisce utilizzare contatti puliti.

Organizzazione del softwarev

Lo sviluppo del software di controllo si presenta come la maggiore difficoltà in assoluto di tutto il progetto.

Anche se in Mvs c’è una pluriennale e consolidata esperienza nella programmazione dei Plc Ab, la piattaforma Control Logix si discosta in maniera significativa da un Plc tradizionale che, generalmente non integra funzioni avanzate di controllo del moto.

Oltre a una serie di difficoltà relative alla iniziale ignoranza delle particolarità del sistema (per l’applicazione considerata è necessario utilizzare le sue funzioni più avanzate) ci si è trovati davanti a una piattaforma di sviluppo software piuttosto “rigida” e in corso di maturazione.

Infatti, durante lo sviluppo del software di controllo, ci sono state diverse revisioni sia del software di sviluppo sia del firmware a bordo delle schede di controllo.

Il software che permette il funzionamento della macchina può essere così suddiviso:
– interfaccia operatore;
– logica di macchina;
– controllo del moto.

Interfaccia operatore

L’interfaccia operatore è stata realizzata con un Panel View 1000, riutilizzando in larga misura un progetto software preesistente.

Questa scelta è stata indotta dalla necessità di mantenere lo standard attuale per l’interfaccia operatore.

Per quanto possibile, nonostante la sostanziale differenza di funzionamento interno rispetto ad altre realizzazioni, si è cercato di mantenere gli stessi parametri di regolazione, introducendo opportuni algoritmi di conversione all’interno del programma.

L’ambiente di sviluppo Panel Builder 32 rappresenta uno strumento agile e di facile apprendimento.

Per fortuna le primitive grafiche messe a disposizione dal sistema sono ampiamente sufficienti per questa applicazione.

Anche il modello di Panel View e relativa interfaccia sono stati scelti in modo da mantenere una scelta coerente con il passato, in modo da agevolare eventuali operazioni di “retrofit” su macchine già operative dai clienti.