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Sistema di sterilizzazione rifiuti ospedalieri

Dalla rivista:
Elettronica Oggi

 
Pubblicato il 6 aprile 2010

Automatizzare una macchina per la sterilizzazione di rifiuti speciali in grado di smaltirne grossi quantitativi a ciclo continuo riducendo al minimo i tempi di fermata. Limitare l’intervento umano, rendendolo necessario durante le sole operazioni di ordinaria manutenzione e supervisione del processo

Il processo di automazione è stato applicato a una macchina composta da un trituratore, due coclee, due “camere di sterilizzazione”, due coperte termiche, un generatore di vapore acqueo, tre bilance, un PC industriale e diversi segnalatori luminosi tramite l’aggiunta di un CompactRIO di National Instruments equipaggiato con moduli digitali e analogici di input/output. Due operatori si occupano delle operazioni manuali di carico/scarico del materiale da sterilizzare/sterilizzato e della supervisione tramite il PC delle varie fasi, che si possono così schematizzare:

a) Il trituratore, dotato di un coperchio automatico e di un segnalatore luminoso che ne indica lo stato (aperto/chiuso), viene riempito dall’operatore che, a fine manovra, abilita l’apparecchio. Chiusa la bocca di carico, il contenuto viene triturato per un tempo che è funzione della quantità inserita. Al termine il trituratore viene nuovamente aperto.

b) Appena le camere sterilizzatrici sono vuote e pronte per accettare nuovo materiale, la coclea denominata “coclea distributrice”, che trasporta i rifiuti all’interno delle due camere, viene azionata fino al raggiungimento del peso impostato o fino allo scadere di un tempo limite.

c) Le camere sterilizzatrici, pre-riscaldate a una temperatura di circa 100 gradi centigradi grazie all’utilizzo di coperte termiche, vengono chiuse ermeticamente e portate sottovuoto. Quindi la temperatura viene innalzata sino a valori compresi tra 120 e 150 gradi centigradi insufflando vapore acqueo. Il processo di sterilizzazione ha così inizio e termina dopo un tempo variabile dai 200 ai 400 secondi, in funzione della temperatura raggiunta (come indicato dalle tabelle fornite dagli organi di controllo).

d) A fine sterilizzazione le camere vengono aperte e, utilizzando la seconda coclea denominata “coclea estrattrice”, il materiale in esse contenuto viene scaricato in dei sacchi posizionati dall’operatore o in un container.

e) Come ultimo atto viene stampato un report indicante il numero progressivo del ciclo terminato, l’esito dello stesso, il tempo totale di sterilizzazione e le temperature raggiunte dalle camere durante il processo misurate a intervalli di 5 secondi.

f) Il processo riprende e può evolvere diversamente per ogni camera in quanto i tempi di carico, sterilizzazione e scarico sono aleatori e non prevedibili dall’operatore (definiamo tempo ciclo la somma dei tempi di carico sterilizzazione e scarico).

La particolarità del processo, ovvero la necessità di smaltire i rifiuti entro e non oltre le 48 ore, richiede tempi di lavorazione molto rapidi. Per tale motivo l’intervento è stato finalizzato, da un lato, alla riduzione del tempo ciclo in modo da aumentare la produttività e, dall’altro, allo sviluppo di tool autodiagnostici per la prevenzione di eventuali danneggiamenti del sistema. Infatti, prima dell’ammodernamento con i prodotti NI, l’operatore eseguiva manualmente i singoli passi a scapito dell’efficienza e della produttività, con inevitabili tempi di fermata più lunghi e costi d’intervento maggiori.

L’integrazione di CompactRIO nel sistema e l’uso di NI LabVIEW, pur senza stravolgere la struttura della macchina, ha permesso di gestire l’intero processo implementando una macchina a stati come quella sopra descritta, permettendo al supervisore di seguire le varie fasi oltre che di eseguire una diagnosi per effettuare manutenzione predittiva sulla macchina per prevenire guasti inaspettati. L’applicazione software prevede lo sviluppo di tre VI. Il primo, a livello FPGA, ha il compito di interfacciarsi con gli Input/Output di campo; il secondo a livello real-time, ha il compito di eseguire la macchina a stati e mostrare un’interfaccia operatore in quanto in progetti futuri si richiederà l’utilizzo in rete del sistema e quindi si renderà indispensabile l’attivazione del web server integrato; il terzo e ultimo a livello PC per la visualizzazione, l’impostazione dei vari parametri e la creazione di un database funzionale (in cui vengono memorizzati i dati necessari per la manutenzione della macchina) e uno operativo (per la memorizzazione dei dati legati ai cicli di sterilizzazione).

Nella figura 1 si può vedere la schermata principale del software a livello PC. L’utente legge in tempo reale lo stato delle due camere, il tempo di persistenza dello stesso e il valore di tutti i sensori cablati; inoltre, è possibile abilitare/disabilitare l’uso delle camere e scegliere, per ogni camera, fra due diverse modalità di funzionamento: “automatica/manuale”. Nella pagina dei settaggi, l’utente può modificare i tempi di carico/scarico delle coclee per i diversi carichi (Timeout Time) e i tempi di sterilizzazione alle diverse temperature.  La modalità “automatica” è quella di normale funzionamento in cui si sterilizzano le scorie, la modalità “manuale” è utilizzata per gli interventi di manutenzione.

I tool diagnostici sono stati realizzati legando i dati acquisiti dai sensori ad alcuni parametri statistici così da definire delle modalità di funzionamento tipiche per ogni componente il sistema. Se durante la lavorazione alcuni componenti non rispettano il funzionamento tipico, il SW di supervisione mostra il problema all’utente dando facoltà allo stesso di predisporre la fermata totale o parziale dell’impianto. Il sistema è composto da due camere di sterilizzazioni indipendenti alimentate da una sezione comune. Qualora la manutenzione riguardi una delle due camere è possibile intervenire senza interrompere il lavoro dell’altra diminuendo i tempi totali di inattività. Rimane inevitabile lo stop dell’intero processo in caso di manutenzione a carico delle parti comuni. In conclusione, l’intervento presso il cliente ha reso l’intero processo più veloce, riproducibile ed economico, minimizzando i tempi di produzione, aumentando la produttività e riducendo i costi di manutenzione, sia ordinaria sia straordinaria. I prodotti NI hanno anche in questo caso dimostrato doti di robustezza, affidabilità e duttilità, rendendo possibile l’automazione globale del sistema.

Prodotti utilizzati
CompactRIO, LabVIEW

NATIONAL INSTRUMENTS

ROBOTRONIX
 

Fabio Intelligente - Robotronix

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