ES2187967T5 - Sistema de cinta transportadora modular con multiples elementos moviles bajo control independiente. - Google Patents
Sistema de cinta transportadora modular con multiples elementos moviles bajo control independiente.Info
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Abstract
Aparato para detectar la posición de un elemento móvil (22) relativo a un elemento estacionario (24, 26), dicho aparato comprendiendo: una pluralidad de lectores codificadores lineales (50) espaciados generalmente a lo largo de un elemento estacionario en posiciones relativamente fijas; un legible (45) legible por los lectores codificadores lineales, el dispositivo legible estando montado sobre el elemento móvil y teniendo una longitud [R] que es mayor que el espacio (E) entre cualquier par de lectores codificadores lineales; medios de guiado (54, 56 y 58) para alinear los dispositivos legible para interactuar con los lectores codificadores lineales; y medios de procesado (90), conectados a cada lector codificador lineal, para asociar el dispositivo legible con únicamente un lector codificador lineal en un estado de interacción con el dispositivo legible en cualquier momento a para determinar y proporcionar una lectura de la posición absoluta del elemento móvil basado en una posición fija del lector codificador lineal asociado y una posición relativa del dispositivo legible en relación con el lector codificador lineal asociado.
Description
Sistema de cinta transportadora modular con
múltiples elementos móviles bajo control independiente.
La invención en general se refiere a sistemas de
cinta transportadora, específicamente a cintas transportadoras en
el modo de motores lineales modulares que tienen múltiples elementos
móviles con control independiente.
Hay una variedad de limitaciones fundamentales
en cintras transportadoras convencionales, muy conocidas, que
emplean una cinta para transportar pallets entre estaciones de
proceso. En primer lugar, la velocidad de la cinta es normalmente
muy limitada. Esto es principalmente debido al hecho de que los
contenedores son normalmente detenidos, por ejemplo, para ser
procesados en una estación de proceso, por mecanismo de parada
mecánico. Por lo tanto, si la cinta transportadora opera a una
velocidad alta, el fuerte impacto en un pallet en la parada
mecánica, es probable que, cualesquiera sean los objetos
transportados, sean golpeados. En segundo lugar, no es generalmente
posible variar la aceleración ni los perfiles de velocidad para
pallets individuales. Por ejemplo, si un primer pallet está vacío y
un segundo está lleno con objetos delicados, no es generalmente
posible acelerar agresivamente el primer pallet a una velocidad alta
y a la vez controlar el segundo pallet usando unos perfiles de
velocidad y aceleración más suaves. Esta limitación afecta el tiempo
de residencia y posiblemente el ciclo de procesado de una línea de
producción. En tercer lugar, la cinta transportadora no es
normalmente bidireccional, lo que puede resultar en un diseño no
optimizado de la línea de producción. Cuarto, la cinta
transportadora, normalmente, proporciona poca flexibilidad o
capacidad de ser programada, como permitir cambiar muy rápidamente
la situación de las estaciones de procesado. Por último, la
posibilidad de adquisición de datos proporcionada por la cinta
transportadora está muy limitada. Por ejemplo, es normalmente
imposible saber dónde está colocados los pallets y sus cargas, a lo
largo de toda la cinta transportadora y en todo momento. Por tanto,
por ejemplo, puede ser difícil saber cuantos pallets están en cola
en una estación en particular. Por estas y otras razones, una la
cinta transportadora que tiene múltiples elementos móviles o
pallets, sustancialmente, control independiente, puede ser deseable
para varios tipos de aplicaciones.
Sistemas de cintas transportadoras que tienen
múltiples pallets bajo control sustancialmente independiente son
conocidos, pero sufren de varias limitaciones. Por ejemplo, US
4,841,869, concedida el 27 de junio de 1989 a Takeuchi et
al. Divulga un sistema de cinta transportadora que utiliza un
motor de inducción lineal, que comprende un carro transportador y
una rail guía para, móvil, para soportar el carro transportador. El
rail guía incluye bobinas primarias dispuestas en cada estación de
carga y descarga para detener y reanudar el carro transportador,
dos bobinas primarias adyacentes a extremos opuestos de la estación,
la bobina primaria para decelerar el carro transportador que debe
ser detenido por la bobina de la estación primaria y para acelerar
el carro transportador que ha comenzado desde la estación a una
velocidad determinada, y una variedad de bobinas primarias
aceleradoras intermedias dispuestas entre dos estaciones adyacentes
para acelerar el carro transportador para mantener a éste último a
la velocidad de circulación prefijada.
Una desventaja importante del sistema de
Takeuchi et al. es que los carros o pallet no pueden ser
posicionados para pararse en ningún punto a lo largo de la cinta
transportadora, excepto cuando los motores lineales han sido
dispuestos para tal fin. Esto provoca que el cambio de la
localización de la estación sea una tarea complicada. Además, el
sistema es incapaz de localizar un pallet en movimiento en un
momento dado. A la vista de estas limitaciones, el sistema de
Takeuchi et al. no consiste en un sistema verdaderamente
independiente y con control total de los múltiples elementos en
movimiento.
U.S. 5,023,495, concedida el 11 de junio de 1991
a Osaka et al., divulga un motor de corriente continua lineal
sin escobilla de tipo de magneto móvil, teniendo diversos elementos
móviles dispuestos para un movimiento a lo largo de una pista. La
pista incluye una armadura de estator sin núcleo teniendo una
pluralidad de bobinas contiguamente dispuestas. Cada elemento móvil
incluye un magneto que genera un campo impulsor del movimiento
teniendo polos magnéticos contiguos P de polaridad norte y sur
alternada (por ejemplo, imán multipolar) teniendo un lado encarado
a la armadura del estator. Cada elemento móvil puede incluir un
magneto multipolar detector de posición. La pista incluye una fila
de sensores de posición/conmutación, cada fila de sensores de
posición/conmutación estando provista para detectar los polos
magnéticos de sólo el localizador magnético de un elemento móvil
correspondiente. Los sensores de posición/conmutación son usados en
control de circuitos para generar una corriente eléctrica en la
armadura del estator para mover los elementos móviles en direcciones
predeterminadas, por separado e independientemente.
El sistema de Osaka et al. tiene también
varias desventajas, particularmente con respecto la modularidad de
las propiedades escalables del sistema. Primero, debido al hecho de
que una pista separada de sensores de posición/conmutación se
requiere para cada elemento móvil, el sistema puede acomodar sólo un
número relativamente pequeño de elementos móviles. Segundo, la
longitud del motor lineal está limitada por un mecanismo de
servocontrol, descrito como un microcomputador único, el cual sólo
puede procesar y acomodar un número limitado de sensores de
posición/conmutación así como de la corriente eléctrica asociada que
genera a los circuitos de control. Tercero, el uso de detectores de
posición magnéticos proporciona una resolución relativamente pobre a
la hora de medir la posición del elemento en movimiento. Cuarto, la
disposición de la armadura del estator es esencialmente la de un
motor paso a paso los cuales presentan una reluctancia magnética
desigual a lo largo de la armadura del estator, resultando en una
efecto relativamente apreciable del movimiento de las ruedas
dentadas y una producción de movimiento a golpes. Finalmente, el
diseño del núcleo de la armadura del estator también resulta en un
producción relativamente baja de movimiento a golpes que puede no
ser adecuada para aplicaciones usuales de sistemas de cinta
transportadora.
La invención busca el evitar muchas de las
limitaciones del estado de la técnica actual, para proporcionar un
aparato para detectar la posición de un elemento móvil, relativo a
un elemento estacionario. El aparato puede ser usado en un sistema
de cinta transportadora que tiene múltiples elementos móviles bajo
control independiente. El sistema transportador puede ser
construido a base de secciones de la cinta modulares y
autocontenidas, con la única pequeña restricción práctica relativa
a la longitud del sistema transportador o el número de pallet
controlados.
Los siguientes y otros aspectos de la invención
se discuten en mayor detalle debajo, con referencia a los dibujos,
proporcionados para una mejor descripción y de modo no limitante, en
donde:
la figura 1 es una vista isométrica de una
porción de un sistema modular transportador, utilizando el aparato
de acuerdo con la presente invención, en donde diversos pallets se
mueven encima de una pista (la cinta transportadora);
la figura 2 es una vista ampliada del sistema
mostrado en la figura 1;
la figura 3 es una vista en sección el sistema
modular transportador, a lo largo de III-III según
la figura 1;
la figura 4 es una vista superior de un símil
individual multifase del conjunto de bobinas empleado en el sistema
transportador;
la figura 5 representa un ciclo de conducción de
una bobina individual mostrada en la figura 4, en relación con el
movimiento correspondiente de una pallet que está allí encima.
la figura 6 es un diagrama de una arquitectura
de distribución de control, para controlar en sistema transportador
de la figura 1, y de cada sección correspondiente
la figura 7 es un diagrama de equipamiento
(hardware) de un circuito electrónico usado para controlar cada
sistema de transporte, cuya sección se muestra en la figura 6;
la figura 8 es un diagrama electrónico
esquemático que ilustra varias porciones del circuito electrónico
mostrado en la figura 7 con mayor detalle;
la figura 9 es un diagrama que muestra un
sistema servocontrol para el control de pallet en cada sección del
sistema transportador;
la figura 10 es un diagrama de flujo de un bucle
de control digital p.i.d de posición, empleado en el sistema de
servocontrol de la figura 9;
la figura 11 es un diagrama de flujo que hace
relación a un controlador de conmutación empleado en el sistema de
servocontrol de la figura 9;
la figura 12 es un diagrama de un esquema
empleado por el sistema de servocontrol de la figura 9 para
desmultiplexar codificadores lineales espaciados a lo largo de cada
sección del sistema transportador, con el objeto de encontrar la
posición de un pallet dado que se encuentra allí;
la figura 13 es un diagrama de estado de
transición, en relación con el esquema desmultiplexador de la figura
12;
la figura 14 es un diagrama de un esquema para
sincronizar los sistemas de servocontrol (cada uno de los mostrados
en la figura 9) de las secciones adyacentes del sistema
transportador con el objeto de controlar suavemente el movimiento
del pallet allí cruzado;
y
la figura 15 es un diagrama del estado de
transición en relación con el diagrama de sincronización de la
figura 14.
La figura 1 muestra una porción de un sistema de
transporte modular 20 utilizando el aparato de acuerdo con la
invención. El sistema 20 dispone de múltiples pallets o elementos en
movimiento 22 (sólo se ilustra uno) que están forzados a discurrir
o viajar a través de una pista estacionaria, continua, pista 24.
La descripción del sistema transportador 20 está
organizado como sigue: (i) una introducción a los principios de
operación; (ii) breve descripción de la estructura física del
sistema, que comprende varias secciones de pista o unidades 26;
(iii) descripción de una estructura electromagnética preferida del
sistema; (iv) introducción a una arquitectura de control
distribuida para el control del sistema; (v) descripción detallada
de un sistema de servocontrol para cada unidad de pista 26; (vi)
descripción detallada de un subsistema de servocontrol para
detectar la posición de cada pallet 22 a lo largo de la unidad de
pista 26; (vii) descripción detallada de un método para
sincronizarlos sistemas de servocontrol de las secciones adyacentes
de pista 26 cuando cualquier pallet cruza por en medio.
Refiriéndonos adicionalmente a las figuras 2 y
3, cada pallet 22, como será explicado con mayor detalle más abajo,
alberga una pluralidad de magnetos 28 dispuestos para proveer un
flujo magnético ilustrado por los vectores 30 y 31 orientados
perpendiculares a la pista 24. La pista 24, como se explica debajo
con mayor detalle, alberga a una armadura de estator 32
comprendiendo una pluralidad de bobinas insertadas firmemente 35 que
son excitadas individualmente de forma que un flujo magnético
inducido eléctricamente (ilustrado por los vectores 36 y 37) y
producido por la armadura del estator 32, está localizado solamente
por debajo de un pallet 22 determinado, para ser controlado, en una
dirección perpendicular a él sin afectar a los pallets adyacentes.
La fuerza motriz para el transporte de cada pallet 22 proviene de la
fuerza magnetomotriz (FMM) producida por cada pallet y la armadura
del estator, por ejemplo, por la tendencia para alinearse de los
flujos magnéticos generados por la estator y el pallet. Los medios
de servocontrol como se describe en mayor detalle debajo, permiten
separar e independientemente FMMs móviles que se produzcan a lo
largo de la longitud de la pista 24 para cada pallet, de manera de
cada pallet 22 puede ser controlado individualmente con un perfil de
trayectoria que es independiente de cualquier otro pallet. El
sistema transportador utiliza un aparato para detectar la posición
de un elemento en movimiento relativo a un elemento estacionario, de
acuerdo con la invención. En particular, los medios de servocontrol
emplean un subsistema de detección sin contacto del pallet, como es
descrito con más detalle debajo. Estructuralmente el transportador
20 puede por tanto estar clasificado de manera amplia como un motor
lineal sin escobilla del tipo magneto, teniendo múltiples elementos
móviles.
Mecánicamente, la pista 24 está compuesta de
diversas secciones de pista o unidades 26 que están mecánicamente
autocontenidas rápidamente y fácilmente separables unas de otras, de
naturaleza modular. Las unidades de pista 26 pueden ser montadas en
un sustrato (no mostrado) para simplemente alinearse entre ellas
tara formar la pista 24. Esta característica requiere que las
bobinas 35 de la armadura del estator no se sobrepongan o proyecten
encima de la armadura del estator de una unidad de pista adyacente,
como se explica con mayor detalle debajo. También, cada unidad de
pista 26 alberga todo el circuito electrónico 38, requerido para
controlar la unidad de pista.
Como se ve mejor en las figuras 2 y 3, cada
pallet 22 incluye una extensión 40 sobre la que es montada una tira
45 relativamente larga, graduada y ópticamente reflectante. La
extensión 40 se dispone de manera que la tira reflectante 45
interactúa con cabezas ópticas 50 lectoras codificadoras lineales,
sin contacto, montadas en una extensión 46 correspondiente,
dependiendo de un muro lateral 48 de la pista 24. Con la ayuda del
faldón 52, ésta estructura protege los componentes ópticos 45 y 50
del tráfico en la pista y ayuda en la protección de la luz
ambiental, por ejemplo, interferencia lumínica o de ruido, y así que
no se disparen equivocadamente las cabezas ópticas lectoras
codificadoras lineales 50. Los componentes ópticos 45 y 50 son
empleados en el subsistema de detección de la posición del pallet,
explicado con mayor detalle más abajo. En este punto, debe ser
apreciado que situando las cabezas lectoras 50 en la pista 24 y no
en los pallest 22, los 22 no tropiezan de ninguna forma y por tanto,
su movilidad no está restringida.
Cada pallet 22 dispone de ruedas cargadoras 54,
que circulan a lo largo de los raíles 56 de la pista 24. Cada
pallet también posee portadores de carga rápida 58 para restringir
al pallet la estancia en los raíles 56 y mantener el alineamiento
entro los componentes ópticos 45 y 50.
La estructura magnética de cada pallet 22
comprende al menos dos magnetos capaces de impulsar el movimiento,
dispuestos en una secuencia norte-sur alternada. El
material magneto permanente, que puede incluir
neodimio-hierro-boro, Alnico y
magnetos de base cerámica (ferrita), es seleccionado de acuerdo con
la densidad de huecos de aire requeridos y también de las
dimensiones físicas de la estructura metálica del pallet. En el modo
de realización preferido, cada pallet 22 lleva dos magnetos
permanentes 28 de
neodimio-hierro-boro, espaciados
entre ellos por el desplazamiento del polo P. Esto proporciona cada
pallet un par de polos 60 del magneto permanente que proporciona
los vectores 30 y 31 de flujo magnético, apuntando en direcciones
direcciones. Por razones explicadas un poco más abajo, y
refiriéndonos adicionalmente a la figura 5, el desplazamiento del
polo P, es, preferentemente, aproximadamente igual a 2 x D / 3, en
donde D es el ancho total del par de polos del magneto permanente, y
el ancho, W, de cada magneto 28 es preferiblemente aproximadamente
D/3. El par de polos del magneto permanente 60 es contiguo a un
disco dorsal magnético (figura 2) y estos componentes están
preferiblemente montados en una cavidad 64 del pallet 22 de forma
que los extremos 66 del cuerpo del pallet funcionan como polos
muertos, que aíslan magnéticamente el par de polos 60 del magneto
permanente, de cualquier par de polos permanente de cualquier
pallet
adyacente.
adyacente.
La estructura metálica de la armadura del
estator 32 comprende una yunta 68, construida de acero eléctrico,
que dispone de una pluralidad de puestos 70 substancialmente
equidistantes, situados relativamente muy cerca unos de otros. Un
espaciado representativo es de 3 mm y unas dimensiones de los
puestos 70 son 1.5 x 7 x 75 mm. Las vueltas de las bobinas 35 de la
armadura del estator están montadas en los puestos de la yunta.
Las vueltas de cada bobina están formadas
(figura 4) de dos patas 72 y 72' que están espacialmente
distribuidas a lo largo de un número específico de puestos 70 de
yunta 68. Las patas 72 y 72' proporcionan un flujo de campo
magnético eléctricamente inducido, y los pares de polos que producen
vectores de flujo 36 y 37, apuntan a direcciones opuestas. La
distribución espacial de las patas 72 o 72' de la bobina, reducen el
efecto de traqueteo causada por una reluctancia desigual y, en
comparación a una pata de bobina o polo eléctrico inducido no
distribuido espacialmente, permite un empuje más suave a lo largo de
la armadura 32 del estator.
El puesto del polo eléctrico (figura 5) de cada
bobina 35 es sustancialmente igual al de el puesto del polo
mecánico, P, de cada par de polos 60 de magneto permanente del
pallet. En el modo de realización preferido, la anchura de cada
pata de bobina 72 o 72' es aproximadamente igual a la anchura, W, de
cada magneto permanente de pallet 28, en donde la anchura total de
cada bobina 35 es aproximadamente igual a la anchura total, D, del
par de polos 60 de magneto permanente de pallet.
Las bobinas 35 están dispuestas como una
secuencia de espirales o conjuntos de bobinas de tipo multifase, en
donde las bobinas en cada conjunto están superpuestas de manera que
los centros de las bobinas están espaciados a una distancia P/p, en
donde p es el número de quasi-fases. El diseño
mostrado en la figura 2 y en la figura 4 (que es una vista superior
de un conjunto de bobinas tomadas aisladamente), contiene una
disposición similar a la disposición en dos fases, en donde cada
conjunto de bobinas del tipo multifase o espiral (de aquí en
adelante llamadas "par de bobinas 75") comprende dos bobinas
superpuestas 35 teniendo sus centros 76 y 77 espaciados a una
distancia P/2. Puesto que la distancia, W; de la pata 72 o 72' de
cada bobina 35 es D/3, y la anchura del espacio interior vacío de
la bobina de D/3, se verá, de las figuras 2 y 4, que una de las
paras 72 o 72' de cada bobina 35 en el par de bobinas 75 ocupa
sustancialmente el espacio vacío interior 78 de la bobina
correspondiente, de manera que no hay puestos 70 de yuntas sin
llenar, separadas por el par de bobinas. Además, los pares de
bobinas 75 son dispuestos para estar inmediatamente adyacentes unos
de otros de forma que no hay puestos 70 de yuntas sin llenar en la
región entre pares de bobinas. Esta disposición, en combinación con
la distribución espacial de las vueltas de cada pata de bobina,
permite a la armadura 32 del estator presentar una relativamente
uniforme para minimizar los efectos de traqueteo.
Otra ventaja proporcionada por los conjuntos de
bobinas o las espirales individuales de tipo multifase, recae en el
hecho de que la pista 24 puede ser construida modularmente in
secciones discretas como se describe arriba, de forma que ninguna
bobina de un sección de estator se superpone, proyecta o de otra
forma supera los límites de una sección de estator adyacente. Por
el contrario, una espiral de estator de corriente alterna
polifásica, tiene una bobina esencialmente sin fin superpuesta, de
modo que esta disposición no permite la separación mecánica.
En diseños alternativos, un conjunto de bobinas
puede comprender un pequeño segmento de una espiral polifásica de
corriente alterna preferentemente sucediendo que la longitud de cada
segmento sea aproximadamente igual a la longitud de la estructura
magnética del pallet. Por tanto, una armadura de estator, de acuerdo
con este diseño, comprende una serie de espirales polifásicas en
corriente alterna controladas individualmente.
El circuito magnético proporcionado por el
pallet y la armadura del estator es como sigue (figura 2): el flujo
magnético circula por el fondo 62 del pallet, a través de los
magnetos permanentes 28, a través de un hueco de aire y a través de
los polos de la armadura del estator (por ejemplo, bobinas 35), a
través de la yunta 68, de vuelta a través de los polos del
estator, y de vuelta a través de los magnetos permanentes 28,
volviendo al fondo 62 del pallet.
La figura 5(b) ilustra un ciclo de
conducción 80 para una bobina sencilla 35 de cualquier par de
bobinas 75. La figura 5(a) indica que el ciclo de conducción
80 comienza justo como un borde máximo 82 de un par de polos 60 de
magneto permanente de pallet (mostrados en línea continua) alcanza
la vuelta superior exterior de la bobina 35 y termina justo como
una borde trazador 84 del par de polos del pallet 60 (mostrado como
línea punteada) pasa por encima de una espiral exterior de la
bobina recesiva. Las distancias a lo largo de los ejes de posición
de la figura 5(b) correspondiente a la distancia relativa
entre el punto central 86 de la bobina 35, y el punto central 87
del par de polos 60 del pallet. El ciclo de conducción 80
corresponde a un ciclo eléctrico de 540 grados. También se debe
apuntar que el ciclo de conducción preferido ilustrado en la figura
5(b), asociado con el diseño de armadura de estator 32, como
se ha descrito mas arriba, resulta en un MMF relativamente
constante, teniendo un fondo de sólo un
5-10%.
5-10%.
La figura 6 es una abstracción a alto nivel de
una arquitectura de construcción empleada en el sistema
transportador 20. Arquitectónicamente, el sistema transportador 20
está particionado en una diversidad de zonas de control, cada una
de las cuales corresponde a una sección de pista 26, que está
situada bajo el control de un controlador de sección local 90. Los
controladores de sección 90 están conectados unos a otro en una red
de comunicaciones controladas
("peer-to-peer"), de forma que
cada controlador de sección 90 está conectado a un controlador de
sección precedente y a uno posterior, a través de enlaces de alta
velocidad 82.
Cada controlador de sección 90 está también
conectado a un controlador central 94, como un ordenador, a través
de una red supervisora, empleando un "multi-drop
bus" 96. El controlador central 94 y la red de supervisión
proporciona medios eficientes para la inicialización de los
controladores de sección. El controlador central muy también
comunicar datos de destino a los controladores de sección para los
pallets (que son preferiblemente direccionados de manera
individual) y recibe mensajes de recibo como respuesta cuando los
pallets han llegado a sus destinos. De esta forma, el controlador
central puede ser usado para el control de proceso (por ejemplo,
línea de producción). El controlador central también ejerce una
función un papel de diagnóstico de supervisión mediante el
monitoreo de los controladores de sección. (por ejemplo, enlazando
un proceso de "encuesta" continuo), para determinar si algún
controlador de sección ha fallado.
Cada controlador de sección 90 puede también
(pero no necesariamente) incluir un puerto celular 95 para
interconectar el controlador de sección 90 a una estación de
control como una controlador lógico externo programable (PLC) 100.
Los PLCs proporcionan instrucciones de procesado a la pista 24, como
dirigir el próximo destino de un pallet a lo largo de la pista, o
proporcionando instrucciones específicas de movimiento en la
estación, con respecto a un pallet dado, parado y adyacente a o en
una estación de proceso (no mostrado). Por ejemplo, a controlador
de estación de dos ejes o PLC opera proporcionando señales de pulso
para sincronizar el movimiento de un pallet a lo largo de la pista
con el movimiento de un efector o dispensador de fin de estación
moviéndose a lo largo de un eje transversal, en donde cada pulso
representa un comando incrementado de movimiento de un pallet. Se
apreciará que la provisión del controlador de estación o PLC reduce
la cantidad de ancho de banda que de otra forma sería necesario
para transferir esta información al controlador central 94, por lo
tanto, eliminando sustancialmente una limitación potencial de la
longitud y capacidades de proceso del sistema transportador.
Como se muestra en los dibujos, cada controlador
de sección 90 está conectado a las bobinas 35 de armadura de
estator al completo en la unidad de pista 26 correspondiente, y como
se describe en mayor detalle por debajo, es responsable de conmutar
las bobinas en la zona de control de acuerdo con una trayectoria
independiente o comando de movimiento para cada pallet, localizado
en ese lugar. Sin embargo, a diferencia de una espiral de armadura
de estator convolucionada tradicional, la conmutación es complicada
por el hecho de que una pallet dado (como el ilustrado pallet 22')
puede unir dos pares de bobinas 75, en donde los dos pares de
bobinas tienen que ser excitadas simultáneamente con el objeto de
producir un movimiento apropiado MMF a lo largo de la pista 24.
Cada controlador de sección 90 está también
conectado a todas las cabezas ópticas lectoras 50, situadas en su
zona de control. El controlador de sección es responsable de
determinar la posición absoluta de cada pallet 22 localizado en su
zona de control, como se describe en mayor detalle debajo.
La figura 7 es un diagrama de bloque de hardware
ilustrando los componentes principales de un controlador de sección
dado 90, el cual comprende físicamente un panel de control
("control board") 102 y dos paneles de energía ("power
board") 104. El panel de control 102 incluye un procesador
digital de señal 105 -(DSP) ADSP2181- comercialmente disponible de
"Advanced Micro Devices" de Norwood, MA, USA, y de memoria de
programa asociada 106. El DSP 105 incluye dos puertos en serie
"on-chip" 108, para proporcionar los enlaces de
comunicación ("interfaces") 92, a controladores de sección
precedentes y siguientes. Un microcontrolador separado 110
proporciona una intercomunicación a la red de supervisión 96 que
une el controlador de sección 90 al controlador central 94. Una
matriz de puerta de campo programable ("field programmable gate
array" (FPGA)) 112 es usada para interconectar el puerto celular
98 con el PLC local 100. El FPGA 112 es también usado para
interconectar las cabezas ópticas de lectura 50 con el DSP 105.
Los paneles de energía 104 comprenden varios
amplificadores de corriente 114, uno para cada bobina 35 controlada
por el controlador de sección (hay 18 bobinas ilustradas en el
diseño). Cada amplificador de corriente 114 comprende un inversor
como un bifásico o puente-H 116, controladores 118
para convertir la señal lógica a señal analógica, para poder
controlar los interruptores del puente-H, circuito
de sensibilidad de corriente 120 para medir la corriente de la
bobina. Cada panel de energía también incluye un FPGA 122 que es
usado para interconectar el DSP 105 con los amplificadores de
corriente 114. Más concretamente, como se muestra en la figura 8
que ilustra un amplificador de corriente dado y su circuito asociado
FPGA, el FPGA 122 proporciona el pestillo ("latch")
124(para cada bobina 35 controlada por un determinado panel
de energía), direccionable por el DSP 105, para guardar un valor de
ciclo de tarea, modulado por amplitud de pulso
("pulse-widht modulated" (PWN)), usado para
controlar el puente-H 116. El pestillo 124 está
conectado a un generador de frecuencia fija 126 PWN que opera
mediante la comparación de el valor guardado en el pestillo 124 con
un contador cíclico constante, y dando una señal de salida 130
acorde. La señal de salida 130 y una señal complementaria 132 están
conectadas a los controladores 118 para así controlar los inputs
base de energía ("base inputs of power") de los dispositivos
MOSFET 134 empleados como elementos de conmutación en el
puente-H 116.
El circuito sensor de corriente 120 comprende un
sensor de corriente 136 que es usado para medir la corriente que
fluye a través de una bobina 35 dada, para todas las fases de
conmutación del puente-H. Un adecuado sensor de
corriente es divulgado en la USSN 08/873,158, solicitada el 11 de
junio de 1997, por Derek C. Schuurman. Una variedad de dispositivos
de medidor de corriente pueden ser usados, como transformadores de
corriente o dispositivos de bucles may, abiertos o cerrados. La
señal emitida por el sensor de corriente 136 está conectada a un
filtro analógico 138 que está conectado a un multiplexador analógico
140 (no mostrado en l a figura 7). El multiplexador 140 multiplexa
las señales de corriente de múltiples sensores de corriente
asociados con los otros amplificadores de corriente 114,
localizados en el panel de energía 104, y proporciona estas señales
a un convertidos analógico digital (A/D, "C.A." en dibujos)
142, que está conectado al pestillo 144, direccionable por el DSP
105. El FPGA 122 proporciona medios de selección de canal 146 para
continuamente es muestreando las señales de corriente de cada
amplificador de corriente 114. El FPGA 122 también proporciona
circuitos 148 para generar las señales de control apropiadas para
el A/D 142. Se observará que (figura 7) puesto que cada controlador
de sección 90 comprende dos paneles de energía 104, cada uno
teniendo A/D 142, el DSP 105 puede operar en una manera
"conectada a modo de tubería", de manera que solo dos lecturas
de corriente de bobina pueden ocurrir simultáneamente
sustancialmente.
Cada panel de energía 104 también incluye un
sensor de temperatura 147 y un sensor de voltaje 149 que están
conectados a el A/D 142, e interconectado al DSP 105 por el FPGA
122. El controlador central 94 testa periódicamente cada
controlador de sección 90 para conseguir obtener datos de
diagnósticos proporcionados por estos sensores.
El DSP 105 de cada controlador de sección 90 se
usa para implementar un bucle cerrado del sistema de servocontrol
digital que se muestra de forma sistémica en la figura 9. El sistema
de servocontrol comprende un generador de trayectoria 150, conocido
en el campo técnico per se, para computar la posición de un
pallet, mediante el vector formado por un conjunto de puntos
S(S_{1}, S_{2},...,S_{k}), donde la componente o señal
representa el conjunto de puntos de posición para un pallet dado
localizado en la zona de control a un tiempo dado. El generador de
trayectoria 150 produce un conjunto de puntos para cada pallet de
acuerdo con la preespecificada aceleración y perfiles de velocidad
para los pallets que son bajados por el controlador central 94 al
controlador de sección 90 durante la inicialización del sistema.
Por ejemplo, el generador de trayectoria 150 puede emplear un
perfil de aceleración trapezoidal para decelerar suavemente el
pallet a su destino. En un modo de realización preferente, la
posición del pallet, definida por el conjunto de puntos del vector S
está computada a una frecuencia de, aproximadamente, 1 KHz.
Los puntos del vector del pallet son comparados
con los de las posiciones medidas X(X_{1}, X_{2},..,
X_{k}) de los pallets como han sido determinados por el
subsistema de retroalimentación de posición 152, que también
muestrea las posiciones de los pallets a una frecuencia de
aproximadamente 1 KHz. Esta comparación resulta en la computación
de un vector de error de posición \DeltaS(\DeltaS_{1},
\DeltaS_{2},..,\DeltaS_{k}). El vector de error de posición
DS es alimentado a un compensador de posición 154, que computa un
vector de fuerza F(F_{1}, F_{2},..., F_{k}),
especificando la fuerza requerida para ser aplicada a cada pallet
con el objeto de minimizar el error de posición del pallet. El
vector de fuerza F es también computado a una frecuencia de
alrededor de 1 KHz.
El compensador de posición 154 emplea una ley
bien conocida proporcional, integral y derivable (p.i.d), sin
embargo, métodos de control alternativos como el estado de la
técnica del espacio pueden ser empleados. La figura 10 muestra
pseudocódigo para implementar un ciclo de control digital p.i.d. con
respecto a una pallet. Se verá que para computar un término
derivado, D_term, de la ley de control p.d.i., el bucle de control
p.d.i. emplea un registro histórico o matriz E[1...q] para
registrar el conjunto {\DeltaS _{i[T]}, \DeltaS
_{i[T-1]}, \DeltaS
_{i[T-2]},...,\DeltaS
_{i[T-q]}} de errores de posición, en donde
T representa el error de posición último de la posición del pallet
y q corresponde a la dimensión de E. Además, el bucle de control
p.i.d. emplea un acumulador, I_term, para guardar el término
integral de la ley de control p.i.d. Estos datos adquieren especial
significado cuando un pallet se mueve entre zonas de control, como
se detalla mejor debajo.
El vector de fuerza F y el vector de posición X
del pallet son introducidos (figura 9) en un conmutador de control
155, que proporciona datos de corriente para las bobinas 35. La
figura 11 ilustra un algoritmo de control de conmutación ejecutado
por el controlador de conmutación 155. Los pasos de proceso 158 y
162 establecen bucles enlazados. El bucle interno es ejecutado N
veces, en donde N es el número de bobinas 35 controladas por el
controlador de sección 90. El bucle exterior ejecuta el bucle
exterior K veces, siendo K el número de pallet localizados en el
momento en la zona de control de corriente. En el paso de proceso
160 en el bucle exterior, el controlador de conmutación 155 computa
el punto central, CPP(i), del par de polos de magneto
permanente 60 para el pallet(i), 1<i<=K (ver
adicionalmente la figura 5). Esta computación está basada en (a)
parámetro input o señal X_{i}, la posición medida del pallet (i),
que, como se describe con mayor detalle debajo, está medido en un
punto de referencia distinto que el punto central 87 del par de
polos del pallet; y (b) una constante que depende de las
dimensiones físicas del pallet (i). En el paso el proceso 164 en el
bucle interior (figura 11) el controlador conmutador 155 compute la
distancia relativa, RD(j), entre el punto central
CPP(i) del pallet(i) y el punto central, CPC(j)
de una bobina dada, bobina (j), 1<j<=N. En el paso 166, se
hace una comprobación de -D<= RD(j) <= D. Esto, como se
describe arriba con referencia a la figura 5, indica si el par de
polos 60 de pallet (i) está situado por encima de la bobina (j). Si
el par de polos 60 del pallet (i) no está situado por encima de la
bobina (j), el flujo de control pasa a la siguiente iteración del
bucle interno. Si el par de polos 60 del pallet (i) está situado por
encima de la bobina (j), entonces (figura 11), en los pasos 168,
170 y 172, el controlador de conmutación lee respectivamente la
tabla 180 correspondiente al ciclo de conducción 80 (figura 5), para
extraer una corriente nominal establecida; escala la corriente
nominal a un determinado valor mediante el parámetro F (i), la
requerida fuerza para el pallet (i); y actualiza un punto
establecido de corriente 182. Este proceso se repite para cada
pallet en la zona de control para proporcionar un vector de
establecimiento de corriente \Gamma_{S}(I_{S 1}, I_{S
2},I_{S 3},...,I _{SN}). El vector de establecimiento de
corriente \Gamma_{S} se computa o actualiza a una frecuencia de
20 KHz.
El vector de establecimiento de corriente
\Gamma _{S} se compara (figura 9) con un vector de corriente
real o medido de bobina A, \Gamma_{A}(I_{A 1}, I_{A
2},I_{A 3},...,I _{AN}) generado por el circuito sensor de
corriente 120 para computar un vector de error de corriente
\Gamma(I_{1}, I_{2},I_{3},...,I_{N}) a una
frecuencia de 20KHz. El vector de error de corriente se introduce en
un compensador de corriente 184 que computa un valor de ciclo de
trabajo PWM para cada amplificador de corriente 114 de cada bobina
35 usando una proporcional, integral (p.i.) ley de control, bien
conocida en el campo. En lo sucesivo, el conmutador de control 155
aplica el ciclo de conducción 80 a las necesarias bobinas de
armadura de estator, para proporcionar un MMF de movimiento para un
pallet dado en la zona de control, incluso cuando el pallet alcanza
a dos pares de bobinas 75.
El subsistema de retroinformación de la posición
del pallet 152 que proporciona datos de medición de la posición del
pallet al generador de trayectoria 150, compensador de posición 154
y controlados de conmutación 155, se discute ahora en mayor
detalle. Refiriéndonos a las figuras 6, 7 y 12, cuando la banda
reflectante 45 de un pallet dado 22 se mueve sobre un cabezal de
lectura óptica 50, dos señales fuera de fase de 90º son producidas
el circuito 186 de cuadratura decodificador ocasiona a un contador o
registrador 188 asociado allí a sumar o restar de acuerdo con la
dirección del movimiento de la banda reflectante 45. Por ejemplo, si
una banda reflectante graduada en 400 líneas por pulgada, se mueve
una pulgada a través de una cabeza óptica lectora 50, este
movimiento causara al contador asociado 188 un cambio de +/- 400,
dependiendo el signo de la dirección. El cabezal de lectura óptica
50 y el circuito de decodificación 186 y 188 (de aquí en adelante
"decodificador") así como la banda reflectante 45 asociada
están disponibles comercialmente, por ejemplo, de Hewlett Packard
Company de Santa Clara, California, EEUU.
Como se muestra en la figura 6, cada zona de
control contiene una pluralidad, M, de cabezas ópticas lectoras 50
que son sustancialmente equidistantes a una distancia, E, a lo largo
de cada unidad de pista 26. La longitud, R, de la banda reflectante
45 es tal que R es mayor que E en una cantidad predeterminada, XR.
Por lo tanto, la banda reflectante asociada con el pallet adyacente
no interfiere con el pallet dado. EN otras palabras, la longitud L
está elegida para asegurar que no pueden hacer saltar al mismo
codificador, al mismo tiempo, dos bandas reflectantes.
Como se muestra en la figura 7, la FPGA 112, de
cada controlador de se sección 90 interconexiona los codificadores
lineales con la DSP 105. La DSP proporciona un medios para un
procesado en paralelo para muestrear los codificadores y determinar
la posición de cada pallet localizado en la unidad de pista asociada
a una frecuencia de aproximadamente 1 KHz. Hablando de un modo
general, de acuerdo con la invención, los medios de procesado
asocian las bandas reflectivas 45 de cualquier pallet con solo un
codificador (o más específicamente su cabeza lectora 50) y una
posición relativa de la banda reflectante en relación con el
codificador asociado.
Además, cuando la banda reflexiva se asocia
simultáneamente con dos codificadores, en algún punto, como se
describe en mayor detalle debajo, los medios de procesado transfiere
o se "desentiende" de la asociación o "posesión" del
pallet del codificador actual al adyacente. De esta forma, la
posición de un determinado pallet puede ser continuamente seguida a
lo largo de la zona de control. Cuando un pallet cruza zonas de
control, un proceso similar ocurre, con el hecho adicional de que
el controlador de la sección adyacente crea una estructura de datos
para trazar la posición de un pallet dado, y en algún punto, como se
describe en mayor detalle debajo, una vez que la cesión se ha
completado, es borrada la estructura de datos para el pallet en la
(ahora) previa zona de control.
Las figuras 12 y 13 muestran un método de
acuerdo con un modo de realización preferente de la invención, para
conseguir la cesión o transferencia de la "titularidad" de un
determinado pallet entre codificadores adyacentes. Más
concretamente, la figura 12 muestra como un determinado codificador
puede asumir varios estados de control, y la figura 13 es un
diagrama de una tabla del estado de transición asociado. En el modo
de realización ilustrado, las bandas reflectantes 45 tienen 3300
gradaciones, por ejemplo, 3300 cuentas desde el principio al final,
y una zona de control tiene siete codificadores, direccionados desde
enc=0 a enc=6.
Un estado de "zona 2" 200 representa una
condición de estado estable en donde la banda reflectante de un
pallet dado i enlaza con un codificador (n) dado, y no está aun
cerca codificador (n-1) o codificador (n+1).
Considerando la situación donde el dado pallet se mueve hacia la
derecha en la figura 12, en algún punto (por ejemplo, cuando el
número de cuentas es= 3060), el extremo más posicionado a la derecha
de la banda reflectante asociada se mueve a la derecha a un estado
"reprogramado [``reseteo''] a la derecha" 202, donde el
codificador adyacente de la derecha (n+1) está continuamente
reprogramado a cero para la preparación de la transferencia. La
banda reflectante entra en un estado de "zona 3" (en la cuenta=
3120). En algún momento en este est5ado, el borde máximo de la
banda reflectante alcanza el decodificador (n+1) que comienza a
contar, reflejando que la distancia del borde máximo de la banda
reflectante ha pasado por allí. Sin embargo, el codificador (n) aún
posee el pallet dado. La posesión continua hasta que el borde máximo
de la banda reflectante alcanza un estado 206 de "cesión a la
derecha" (en la cuenta= 3240). En algún momento de este estado,
dependiendo de la frecuencia con la que muestrea el DSP 105, la
posesión de un pallet dado es cedida al codificador (n+1). La
transferencia de posesión se muestra en el estado de transición de
la tabla 220 (figura 12) antes y después de la cesión (donde i
representa un palet dado).
Un proceso similar ocurre cuando el pallet se
mueve hacia la izquierda. Los estados 208, 210 y 212 "reseteo a
la izquierda", "zona 1" y "cesión a la izquierda", con
los correspondientes estados complementarios de los estados 202,
204 y 206 ("reprogramado a la derecha", "zona 3" y
"cesión a la derecha").
El método preferido proporciona un efecto de
histéresis, cuando el pallet determinado se vuelve para detrás
inmediatamente después de la cesión. La distancia extra XR por la
cual la longitud R que excede cada banda del espaciado E de los
codificadores, permite el control de las pautas de estado 215 y 215'
(figura 12) asociadas con cada codificador para superponer y ser
temporalmente parcialmente simultáneas, como se muestra. Las
longitudes relativas y posiciones de los estados de control o zonas
se seleccionan de modo que cuando sucede la cesión, el codificador
(n+1) está ebn la "zona 1" del estado de control 210. Si
durante este estado el pallet dado se hace para detrás, debe
atravesar al menos un mínimo de distancia de histéresis H, hacia
atrás, antes de que la posesión del pallet dado sea cedida otra vez
(hacia atrás) al codificador (n). El efecto de histéresis
proporciona un sistema de retroinformación más estable para el
pallet, previniendo la oscilación sucesiva de cesiones cuando un
pallet alcanza dos codificadores y es dirigido a moverse distancias
relativamente pequeñas "de y hacia". Esta condición podría
ocurrir, por ejemplo, cuando el pallet está localizado en una
estación de procesado y el movimiento del pallet a lo largo del eje
de la pista 24 está coordinada por el PLC 100, con el movimiento de
una estación y efector o dispensador moviéndose a lo largo de un eje
transversal.
El método preferido se lleva a cabo por cada
controlador de sección 90, para cada pallet localizado en la
correspondiente zona de control.
Aquellos expertos en la materia apreciarán que
los dispositivos distintos al lector óptico codificador lineal 50 y
la banda reflectante 45 puede ser empleada en modos de la invención
alternativos. Por ejemplo, el dispositivo de lectura pasiva puede
ser una cinta magnética y los lectores codificadores lineales pueden
ser detectores magnéticos correspondientes. Un modo de realización
tal, alternativo, podría proporcionar una resolución muy fina, por
ejemplo, gradaciones de un micrómetro, sin embargo, el coste de esos
codificadores lineales es generalmente muy alto y puede no ser
necesario para muchas de las aplicaciones, dada la buena resolución
proporcionada por las bandas reflectivas, normalmente una milésima
de pulgada.
La longitud de la pista 24 que un controlador de
sección 90 puede controlar está limitada por varias consideraciones
prácticas, por lo tanto, complicando la producción de MSF móviles
para los pallets, que tienen que cruzar zonas de control. Así pues,
se proporcionan medios para sincronizar los sistemas de servocontrol
de secciones adyacentes, y para control de paso de un pallet que
cruza por en medio.
Las figuras 14 y 15 ilustran un método y
protocolo para sincronizar los sistemas de servocontrol de
controladores de secciones adyacentes y para el control de paso de
un determinado pallet i que cruza zonas de control. La figura 14
muestra varios estados de control asumidos por el controlador de
sección (n) de la sección de pista o zona de control N y
controlador de sección (n+1) o zona de control N+1, cuando un pallet
dado cruza de la zona N a la zona N+1, y viceversa. La figura 15
ilustra una tabla de un estado de transición asociado, seguido por
cada controlador (n) y controlador (n+1).
Un estado de "Solo Pallet" 250 representa
una condición de estado estable cuando el determinado pallet esta
completamente controlado por un controlador de una sección.
Cuando el determinado pallet se mueve a la
derecha en la figura 14, de la zona N a la zona N+1, el extremo
máximo de la derecha de la banda reflectiva asociado alcanza un
punto t_{1}, que es considerado como cercano a la zona N+1.
Cuando ocurre esto, un mensaje (llamado PM_CREATE) es transmitido
por el controlador (n) al controlador (n+1), sobre la unión de
comunicación vigilada 92, usando un determinado protocolo de
reconocimiento (para asegurar una comunicación eficaz), y el
controlador (n) entra en un estado "Pallet Struc"252.
Correspondientemente, el controlador (n+1) recibe el mensaje
PM_CREATE y entra en un estado "pallet Ready" 260. Durante el
periodo de tiempo t_{1} - t_{2} representado por los estados
substancialmente simultáneos de los controladores de sección,
ocurren los siguientes sucesos: (1) el controlador (n+1) crea o
inicializa una estructura de datos para un determinado pallet; y
(2) el controlador (n) pasa varios datos estáticos de su estructura
de datos representando el pallet determinado al controlador (n+1),
mediante la unión de comunicación vigilada 92, de acuerdo con un
determinado protocolo de reconocimiento. Estos datos incluyen
información como el punto de destino del pallet, la velocidad
actual y aceleración, velocidad y aceleración máxima permisible,
longitud, número de magnetos y datos fuera de rango, y espacio de
reserva para evitar colisiones.
En el punto t_{2}, el borde máximo del par de
polos de magneto permanente 60 del pallet, alcanza el borde máximo
de una frontera de un par de bobinas, localizadas en la zona N+1
(mirar por ejemplo la figura 5(a). En caso de recurrencia de
este mensaje, llamado "PM_COILSTART" se transmite del
controlador (n) al controlador (n+1), y el controlador (n)
introduce un estado "Enviar Control de Bobina" 256.
Correspondientemente, el controlador (n+1) recibe el mensaje
PM_COILSTART e introduce el estado "Recibo Control de Bobina"
258. Durante el periodo de tiempo t_{2} - t_{3} representado
por los estados simultáneos de los controladores de sección, el
controlador (n) es aún responsable por ejecutar el bucle de control
de posición para el determinado pallet, que incluye el cómputo del
componente de fuerza Fi para el pallet determinado, y medir la
posición Xi del mismo. El controlador (n) usa estos datos como se
describe anteriormente para regular el par de bobinas de frontera 75
en la zona N. La componente de fuerza Fi y Xi son también
comunicados al controlador (n+1) a una frecuencia de aproximadamente
1 Khz mediante la unión de comunicación vigilada 92. El controlador
(n+1) usa estos datos en su controlador de conmutación 155 y el
compensador de corriente 184, para producir los componentes de
corriente I_{1} e I_{2}, en la zona N+1 y regulan el par de
bobinas de frontera 75 en la zona N+1, para servocontrolar
adecuadamente el pallet determinado. De esta forma, el controlador
(n) y el controlador (n+1) están sincronizados para ejecutar de
forma cooperativa el bucle de control para un determinado pallet,
mediante la regulación de los pares de bobinas de frontera, en sus
zonas respectivas.
En el punto t_{3}, el borde extremo de la
banda reflectante de un pallet dado, alcanza un punto, como se
describe arriba, en sonde la propiedad de un determinado pallet debe
ser cedida de un codificador de frontera en la zona N a un
codificador de frontera en la zona N+1. Cuando este suceso ocurre,
un mensaje llamado EM_CHANGE_ACTIVE_ENCODER, se transmite por el
controlador (n) al controlador (n+1), y el controlador (n) introduce
el estado "Recibir Control de Bobina" 258.
Correspondientemente, el controlador (n+1) recibe el mensaje
EM_CHANGE_ACTIVE_ENCODER e introduce el estado "Envio Control de
Bobina" 256. Durante el periodo de tiempo t3 - t4, representado
por estados sustancialmente simultáneos de controladores de
sección, ocurren se suceden una serie de pasos.
- (1)
- Los datos basados en memoria, o dinámicos, usados por el controlador (n) para el bucle de control de posición de un determinado pallet, son transferidos al controlador (n+1). En el modo de realización preferido, esto comprende (a) el acumulador, I_term; y (b) una porción del historial de errores E[2...q] con respecto al conjunto {\DeltaS _{i[T]}, \DeltaS _{i[T-1]}, \DeltaS _{i[T-2]},...,\DeltaS _{i[T-q]}} de errores de posición, para calcular el término en derivada de la ley de control p.i.d.
- (2)
- Los datos basados en memoria, o dinámicos, usados por el controlador (n) para generar la trayectoria de un pallet dado son transferidos al controlador (n+1). En el modo de realización preferido, esto comprende velocidad actualizada, aceleración, posición y datos basados en el tiempo.
- (3)
- El controlador (n) envía al controlador (n+1) un mensaje efectivo para transferir la propiedad de un pallet dado desde la un codificador de frontera en la zona N a un codificador de frontera en la zona N+1. Este cambio de estado está también mostrado en la figura 13 donde, por ejemplo, cuando el codificador de frontera (enc=6) está en el estado de "zona 3" 204 y se mueve a la derecha en una zona de cesión, el codificador de frontera entra en un estado "Mensaje de Cesión derecho" 216, donde en la zona de cruce se transmite el mensaje del controlador de la cesión de la posesión.
- (4)
- Una vez ha ocurrido el paso (3), el controlador (n+1) acaba siendo responsable de ejecutar el bucle de control de posición para un pallet dado, que incluye computar el componente de fuerza Fi, para un pallet dado y la medida de la posición Xi. El controlador (n+1) usa estos datos como se describe arriba para regular el par de bobinas de frontera en la zona N+1. Ahora, el controlador (n+1) comunica el vector de fuerza Fi y la posición medida Xi al controlador (n) a una frecuencia de aproximadamente 1 KHz mediante la unión de comunicación vigilada 92. El controlador (n) ahora usa estos datos en su controlador de conmutación 155 y compensador de corriente 184, para producir los componentes de paso de corriente I_{N} e I_{N-1} en la zona N, y regula el par de bobinas de frontera en la zona N, de manera que se controla apropiadamente el servocontrol del pallet dado. De esta forma, el controlador (n) y el controlador (n+1) permanecen sincronizados para continuar ejecutando cooperativamente el bucle de control de corriente para un pallet determinado.
En el punto t_{4}, el borde de trayecto del
par de polos de magneto permanente 60 del pallet da la última
vuelta de la bobina de frontera, localizada en la zona N. Cuando
esto sucede, un mensaje, llamado PM_COILSTOP, es transmitido por el
controlador (n+1) al controlador (n), en donde el controlador (n+1)
entra en un estado de "Pallet Control" 254 y el controlador
(n) entra en el estado de "Pallet Ready" 26. Tan pronto como se
alcanza este punto, el los datos del bucle de posición ya no son
transferidos del controlador (n+1) al controlador (n), puesto que
no hay necesidad alguna de regular la bobina de frontera N. En el
punto t_{5}, el controlador (n+1) entra en el estado estable
"Solo pallet", en donde un mensaje llamado PM_DESTROY, es
enviado al controlador (n) para terminar la estructura de datos
para un pallet determinado.
En el método preferido, el punto en el cual
cualquiera de los estados de los controladores descritos más arriba
es disparado o iniciado, depende de la dirección en la cual el
pallet se mueve. Esto produce un efecto de histéresis. Similar al
descrito más arriba, para permitir un control mas estable del
sistema, previniendo la ineficiente oscilación entre estados cuando
un pallet se sitúa en dos secciones de la pista a la vez, y es
ordenado a moverse distancias relativamente pequeñas "de y
hacia".
El proceso arriba descrito ha sido explicado en
una frontera entre unidades de la pista. Un proceso similar puede
suceder simultáneamente en la frontera opuesta entre unidades de la
pista cuando un pallet la atraviesa.
Aquellos entendidos en la materia, apreciaran
que mientras que el sistema descrito pasa una señal de minimización
de error como Fi entre controladores de sección adyacentes, cuando
un pallet atraviesa zonas de control, un sistema alternativo puede
en su lugar computar la corriente del par de bobinas en zonas de
control adyacentes que están separadas por un pallet que cruza, y
pasar estos datos al controlador de la sección adyacente. Las
señales de corriente están linealmente relacionadas con la señal
minimización del error de corriente, y ambos tipos de señales
pueden ser vistas como ejemplos de señales de regulación de bobinas.
La ventaja del sistema descrito, es que se tiene que pasar menos
información por el relativamente lento (comparado con la velocidad
de procesado del DSP 105) la unión de comunicación en serie 92.
El aparato para detectar la posición de un
pallet en movimiento, de acuerdo con la presente invención,
incorporando el sistema de transporte 20, proporciona un gran
número de ventajas sobre el mencionado estado de la técnica. Por
ejemplo, la estructura electromagnética del sistema transportador
proporciona, relativamente, un avance suave, y la velocidad de
transporte esta muy mejorada respecto otros sistemas típicos de
bandas o pistas transportadoras. Por ejemplo, en un sistema
prototipo desarrollado por los solicitantes, los pallets consiguen
una aceleración 2g y una velocidad estable de 2 m/s. Además, el
aparato para detectar la posición de un pallet en movimiento, de
acuerdo con la presente invención, incorporando el subsistema de
detección de posición del pallet, permite la determinación en alta
resulución de la posición absoluta en cualquier momento, y en
cualquier lugar de la pista. Además, el sistema de distribución de
control permite que cada pallet sea controlado individualmente y
controladamente e incluso interconexionarse con controladores del
proceso industrial. Finalmente, estos elementos, en combinación con
la estructura física del sistema, permite que sea construido con
secciones de pista autocontenidas, discretas y modulares, con
prácticamente ninguna restricción con respecto al tamaño del sistema
transportador o el número de pallet controlados en él.
El aparato inventivo para detectar la posición
de un elemento en movimiento relativo a un elemento estacionario, y
un sistema transportador, utilizando tal aparato, a sido divulgado
con un cierto grado de particularidad con el propósito de
descripción y de manera limitante. Aquellos expertos en la materia,
se darán cuenta que se pueden realizar numerosas modificaciones y
variaciones a los modos de invención preferidos, sin abandonar el
objeto de la invención que se define en las reivindicaciones.
Claims (17)
1. Aparato para detectar la posición de un
elemento móvil (22) relativo a una pista elemento estacionario,
comprendiendo la pista una serie de unidades estacionarias (26),
dicho aparato comprendiendo:
- una pluralidad de lectores codificadores lineales (50) espaciados generalmente a lo largo de cada una de las unidades estacionarias (26) en posiciones relativamente fijas;
- un legible (45) legible por los lectores codificadores lineales, el dispositivo legible estando montado sobre el elemento móvil y teniendo una longitud (R) que es mayor que el espacio (E) entre cualquier par de lectores codificadores lineales;
- medios de guiado (54, 56 y 58) para alinear los dispositivos legible para interactuar con los lectores codificadores lineales; y
- medios de procesado (90) para cada unidad estacionaria (26), conectados a cada lector codificador lineal de la respectiva unidad estacionaria, para asociar el dispositivo legible en un estado de interacción con únicamente un lector codificador lineal en cualquier momento, ocurriendo la asociación solamente cuando el dispositivo legible ha pasado una distancia pre-especificada distinta de cero a través de un lector codificador lineal y para determinar y proporcionar una lectura de la posición absoluta del elemento móvil basado en una posición fija del lector codificador lineal asociado y una posición relativa del dispositivo legible en relación con el lector codificador lineal asociado, estando los medios de procesado (90) de cada unidad estacionaria (26) en comunicación con los respectivos medios de procesado de las unidades estacionarias adyacentes, y estando adaptados para transferir la resolución y proporcionar una lectura de la posición global de los elementos móviles a los medios de proceso de una unidad estacionaria adyacente cuando el dispositivo legible ha pasado una distancia pre-especificada distinta de cero a través de un lector codificador lineal de la unidad estacionaria adyacente.
2. Aparato, de acuerdo con la primera
reivindicación, en donde el dispositivo legible es una banda óptica
(45) y el lector codificador lineal comprende cabezas ópticas
lectoras (50).
3. Aparato, de acuerdo con la primera
reivindicación, en donde el dispositivo legible es una banda
magnética y los lectores codificadores lineales comprenden
detectores magnéticos.
4. Aparato, de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 1, 2 y 3, en donde los lectores codificadores
lineales son sustancialmente espaciados equidistantemente a lo largo
de la pista, y el dispositivo legible tiene una longitud (R) que es
mayor que el espacio (E) entre lectores codificadores lineares que
son adyacentes, y menor que el espacio (2E) de tres lectores
codificadores lineales.
5. Aparato, de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, en donde, en una condición (204) en la que
el dispositivo legible se asocia con un determinado lector
codificador lineal y simultáneamente comienza a interaccionar con
un lector codificador lineal adyacente, los medios de procesado (90)
operativos para cambiar la asociación del dispositivo legible (45)
con el determinado lector codificador lineal al lector codificador
adyacente, una vez que el dispositivo legible ha alcanzado un
distancia prefijada a través de determinado lector codificador
lineal.
6. Aparato, de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, en donde, en una condición (204) en la que
el dispositivo legible se asocia con un determinado lector
codificador lineal y simultáneamente comienza a interaccionar con
un lector codificador lineal adyacente, los medios de procesado
operativos para cambiar la asociación del dispositivo legible con
el determinado lector codificador lineal al lector codificador
adyacente, una vez que el dispositivo legible ha alcanzado un
distancia prefijada a través del lector codificador lineal
adyacente.
7. Aparato, de acuerdo con la reivindicación 5 o
de acuerdo con la reivindicación 6, en donde los medios de procesado
son operativos para inicializar el lector codificador lineal, antes
de la interacción del dispositivo legible con el lector codificador
lineal adyacente.
8. Aparato, de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 5, 6 y 7, en donde, inmediatamente tras la
asociación del dispositivo legible, se cambia a un determinado
lector codificador lineal adyacente, los medios de procesado son
operativos para requerir al dispositivo legible trazar el movimiento
hacia atrás por, al menos, una distancia mínima (H), antes de que
la asociación del dispositivo legible se cambie al determinado
lector codificador lineal, para de esa forma proporcionar un efecto
de histéresis.
9. Aparato para detectar las posiciones de
varios elementos móviles (22) controlados individualmente relativos
a un elemento estacionario (24, 26), mencionado aparato
comprendiendo:
- una fila sencilla de lectores codificadores lineales (50) espaciados generalmente a lo largo de un elemento estacionario, a posiciones fijas relativas a él;
- un dispositivo (45) legible por los lectores decodificadores lineales montados en cada elemento móvil, cada dispositivo legible teniendo una longitud (R) que es mayor que el espaciado (E) entre cualquier par de lectores codificadores lineales adyacentes;
- medios de guiado (54, 56, 58) para alinear los dispositivos legibles, para interactuar con la fila sencilla de lectores codificadores lineales; y
- varios medios de procesado (90), conectados a cada lector codificador lineal, para asociar cada dispositivo legible dado con un solo lector codificador lineal, en cualquier momento, y solamente cuando el dispositivo legible dado ha pasado una distancia pre-especificada distinta de cero a través de un lector lineal codificado, y para determinar y proporcionar una lectura de la posición absoluta del correspondiente elemento móvil basada en la posición fija del lector codificador lineal y una posición relativa del dispositivo de lectura determinado, en relación con el lector codificador lineal asociado.
10. Aparato de acuerdo con la reivindicación 9,
en donde el dispositivo legible es una banda óptica (45) y los
lectores codificadores lineales comprenden cabezas ópticas lectoras
(50).
11. Aparato de acuerdo con la reivindicación 9,
en donde el dispositivo legible es una banda magnética y los
lectores codificadores lineales comprenden cabezas magnéticas
lectoras.
12. Aparato de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 9, 10 y 11, en donde los lectores codificadores
lineales (50) están distanciados de una manera sustancialmente
equidistante, a lo largo del elemento estacionario (24, 26) y cada
dispositivo legible tiene una longitud (R) que es mayor que el
espaciado (E) entre lectores codificadores lineales adyacentes, y
menor que el espaciado (2E) entre tres lectores codificadores
lineales.
13. Aparato de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 9 a 12, en donde cada elemento móvil (22) está
hecho de una longitud (L) mayor que su correspondiente dispositivo
legible (45), para evitar que dispositivos legibles de elementos
móviles adyacentes interactúen con el mismo lector codificador
lineal.
14. Aparato, de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 9 a 13, en donde, en una condición (204) en la que
el dispositivo legible se asocia con un determinado lector
codificador lineal y simultáneamente comienza a interaccionar con
un lector codificador lineal adyacente, los medios de procesado (90)
operativos para cambiar la asociación del dispositivo legible con
el determinado lector codificador lineal al lector codificador
adyacente, una vez que el dispositivo legible ha alcanzado un
distancia prefijada a través de determinado lector codificador
lineal.
15. Aparato, de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 9 a 13, en donde, en una condición (204) en la que
el dispositivo legible se asocia con un determinado lector
codificador lineal y simultáneamente comienza a interaccionar con
un lector codificador lineal adyacente, los medios de procesado
operativos para cambiar la asociación del dispositivo legible con
el determinado lector codificador lineal al lector codificador
adyacente, una vez que el dispositivo legible ha alcanzado un
distancia prefijada a través del lector codificador lineal
adyacente.
16. Aparato, de acuerdo con la reivindicación
14 o con la reivindicación 15, en donde los diversos medios de
procesado con operativos para inicializar el lector codificador
lineal adyacente antes de la interacción del mencionado lector
codificador lineal con el lector codificador lineal adyacente.
17. Aparato de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 14, 15 y 16, en donde, inmediatamente tras la
asociación de un determinado lector codificador lineal es cambiado
al lector codificador lineal adyacente, los diversos medios
requeridos por el dispositivo legible para trazar en dirección hacia
detrás, por al menos una distancia mínima (H) antes de que la
asociación de un lector codificador lineal se cambie atrás al
determinado lector codificador lineal, para, de esta forma,
proporcionar un efecto de histéresis.
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