I clienti richiedono una manutenzione ridotta, dimensioni ridotte delle apparecchiature e una produttività e una configurazione più rapide. Per soddisfare questi requisiti, i produttori di apparecchiature stanno optando per il movimento servocontrollato rispetto ai componenti meccanici.

Il controllo del movimento definisce le capacità e i limiti di una macchina. Pertanto, per massimizzarne la produttività e la flessibilità e ridurre la manutenzione, spesso è necessario aggiornare il modo in cui il movimento viene controllato all'interno della macchina. La maggior parte dei motivi per passare da progetti e dispositivi di controllo tradizionali al servocontrollo è dovuta al conseguimento di uno o più di questi vantaggi:

• Aumento della produttività. I ​​servomotori producono accelerazioni e velocità elevate.
• Maggiore precisione. I servocomandi possono offrire l'elevata precisione necessaria per lavorare un pezzo in rapido movimento.
• Maggiore flessibilità. I ​​servocomandi offrono versioni elettroniche di componenti tradizionalmente meccanici. Ad esempio, i profili delle camme elettroniche possono essere modificati quasi istantaneamente. I profili di movimento programmabili possono adattarsi a diverse dimensioni e configurazioni del prodotto. I rapporti di trasmissione elettronici possono variare per adattarsi alle diverse velocità della macchina. Inoltre, grazie ai riduttori elettronici, i motori possono essere posizionati ovunque sia più comodo per l'applicazione, poiché eliminano la necessità di alberi lunghi, ingranaggi e cinghie.

Inoltre, un singolo "albero di trasmissione" elettrico può essere collegato a un numero pressoché illimitato di assi. Per le macchine con configurazioni multiple, ciò significa che assi di movimento aggiuntivi non richiedono collegamenti meccanici aggiuntivi.

I servocomandi aumentano anche la flessibilità grazie alla maggiore quantità di informazioni disponibili. Ad esempio, molti controller per servocomandi memorizzano uno storico di guasti e condizioni di errore che facilita la risoluzione dei problemi. La maggior parte dei sistemi servocomandi può anche visualizzare diagrammi in stile oscilloscopio per l'analisi delle prestazioni. • Riduzione della manutenzione. I servocomandi contribuiscono a ridurre il numero di componenti meccanici di una macchina. Gli ingranaggi elettronici sostituiscono le cinghie. Le camme elettroniche non sono soggette a usura. I finecorsa elettronici non necessitano di regolazioni o sostituzioni occasionali.

I servocomandi richiedono un certo studio ed esperienza. Se sei alle prime armi con il controllo dei servocomandi, aspettati di dedicare un po' di tempo alla selezione e all'applicazione del tuo primo sistema. (Una nota sulla terminologia dei servocomandi: il termine "controller" ha diversi usi. Il sistema omovimentoil controller normalmente esegue il programma che controlla il movimento; ilmotoreil controller controlla unomotorePer ridurre la confusione, faremo riferimento ai controllori dei motori con il termine "azionamenti".

Dimensionamento e selezione dell'applicazione

Selezionare e dimensionare i componenti servo può sembrare complesso a causa del numero di componenti: motori, azionamenti, controller e, eventualmente, un PC industriale o un PLC. Se si ha una formazione meccanica, questo può essere intimidatorio. Fortunatamente, le aziende – fornitori di componenti e integratori di sistemi di controllo – confezionano questi componenti insieme e offrono assistenza applicativa. Che si tratti di fare da soli o di acquistare un pacchetto, il processo di base è il seguente:

Per prima cosa seleziona il motoreInizia la selezione del motore scegliendone la forma. I motori con rapporto d'aspetto elevato (lunghi e di diametro ridotto) sono i più comuni. Possono essere quadrati o rotondi e offrono un ottimo rapporto qualità-prezzo e prestazioni. I motori a disco (corti e di diametro elevato) si adattano a spazi ristretti e offrono un'elevata accelerazione grazie ai rotori a bassa inerzia. Entrambi questi motori sono disponibili in versione sigillata e non sigillata.

I motori frameless o integrali separano il rotore dallo statore per l'integrazione nella macchina. Questi motori consentono un design compatto e migliorano il funzionamento a trasmissione diretta aumentando la precisione e riducendo le vibrazioni.

I motori lineari, che sostituiscono un motore rotativo standard e i relativi meccanismi di azionamento, generano direttamente il movimento lineare. Possono aumentare contemporaneamente la produttività e la precisione di diverse volte.

Dimensionamento del motoreIl dimensionamento del motore si basa principalmente sulla coppia: di picco e continua. Dimensionare i motori può essere impegnativo e gli errori potrebbero essere individuati solo in una fase avanzata del ciclo di sviluppo. Poiché aumentare le dimensioni del motore può essere difficile in quella fase, è consigliabile includere un margine di sicurezza nei calcoli. Se non si ha familiarità con questo processo, è consigliabile affidarsi agli ingegneri applicativi delle aziende produttrici di motori.

Seleziona il feedbackI dispositivi di feedback più comuni sono encoder e resolver. Gli encoder sono dispositivi ottici che generano un treno di impulsi. Il numero di impulsi è proporzionale alla corsa angolare. Offrono un'elevata precisione, soprattutto ad alte risoluzioni. I resolver sono dispositivi elettromeccanici che rilevano la posizione assoluta entro un giro del motore e sono noti per la loro robustezza. Scegliete quello più adatto alla vostra applicazione.

Dopo aver selezionato il tipo di sensore di feedback, è necessario selezionarne la risoluzione. Generalmente, un encoder da 1.000 linee o, in alternativa, un resolver a 12 bit offrono una risoluzione sufficiente. Entrambi producono circa 4.000 posizioni diverse per giro, equivalenti a circa 0,1 gradi di risoluzione. Tuttavia, se l'applicazione richiede una risoluzione maggiore, è necessario selezionare il sensore in modo appropriato. Un avvertimento: distinguere tra risoluzione e precisione. Molti servocomandi offrono una risoluzione selezionabile per il feedback del resolver; tuttavia, la precisione (solitamente compresa tra 10 e 40 minuti d'arco) potrebbe non essere influenzata.

Seleziona l'unitàValutate se desiderate un alimentatore modulare (separato) o integrato in un azionamento. Con tre o più azionamenti della stessa famiglia in prossimità, gli alimentatori modulari sono una buona soluzione. Con un asse, gli alimentatori integrati sono solitamente più adatti. Con due assi, entrambe le soluzioni sono pressoché identiche.

Se si prevede di racchiudere l'unità, tenere presente che le dimensioni delle unità variano notevolmente e possono influire sulle dimensioni complessive dell'apparecchiatura. A seconda delle dimensioni del contenitore, potrebbe essere necessario valutare anche diverse opzioni di raffreddamento.

Commutazione sinusoidale vs. commutazione a sei fasi

La forma d'onda di potenza dall'azionamento al motore tende a presentarsi in due modi per i servomotori brushless: a sei fasi e a onda sinusoidale. Nel caso dell'onda sinusoidale, la forma d'onda di corrente prodotta dall'azionamento produce una corrente che si avvicina a un'onda sinusoidale. Ciò produce una coppia più uniforme e un minore riscaldamento. Il metodo a sei fasi produce un'onda quadra a sei segmenti utilizzando un'elettronica semplice. Sebbene sia più economico, il metodo a sei fasi presenta un funzionamento irregolare a basse velocità.

Flessibilità di messa a puntoLa sintonizzazione, ovvero il processo di selezione dei guadagni nei circuiti di retroazione, è necessaria per ottenere prestazioni elevate e mantenere un funzionamento stabile. In passato, la sintonizzazione era più un'arte che una scienza. Ora, i moderni servoazionamenti offrono una serie di strumenti per aiutare i progettisti di macchine. L'auto-sintonizzazione (o self-tuning), il processo in cui l'azionamento eccita il sistema meccanico e genera una serie di guadagni di anello, è quasi uno standard. La maggior parte degli azionamenti è impostata con guadagni digitali, quindi non avrete bisogno di un saldatore o di un trimmer (piccolo cacciavite). I metodi più complessi potrebbero essere necessari solo occasionalmente, ma averli a disposizione offre più opzioni.

I drive analogici possono essere meno costosi, ma potrebbe essere necessario regolare i loop regolando i potenziometri o sostituendo i componenti passivi. Qualunque sia la vostra scelta, la messa a punto fa parte della curva di apprendimento e richiede studio e sperimentazione.

Comunicazione di guidaMolti azionamenti utilizzano un segnale analogico per fornire i comandi di velocità e coppia. Tuttavia, la comunicazione digitale sta guadagnando popolarità, poiché riduce il cablaggio di comunicazione e aumenta la flessibilità del sistema. Molti azionamenti sono compatibili con reti come DeviceNet, Profibus e una nuova rete specifica per il controllo del movimento chiamata Sercos.

Voltaggio. Tenete presente che l'alimentazione a 110 V CA potrebbe essere difficile da reperire in fabbrica. In Europa, la tensione a 460 V CA è diffusa; l'utilizzo di azionamenti a 230 V CA potrebbe richiedere un trasformatore nelle macchine destinate all'estero. Purtroppo, gli azionamenti a 460 V CA possono essere costosi. Un compromesso è l'alimentatore universale che utilizza semiconduttori di potenza per convertire i livelli di tensione. Per i sistemi con alimentatori modulari, un alimentatore universale può utilizzare qualsiasi tensione da 230 a 480 V CA per alimentare diversi assi a 230 V CA.

Un ultimo punto da considerare: utilizzando solo un numero limitato di famiglie di unità su una macchina, si semplifica l'elenco dei pezzi di ricambio.

Seleziona il controller

Nella scelta del controller, è consigliabile scegliere un modello monoasse o multiasse. I controller monoasse combinano un controller di movimento, un azionamento e spesso un alimentatore integrati in un unico pacchetto. Nei sistemi a uno o due assi, questi controller possono ridurre costi, dimensioni, cablaggio e complessità del sistema.

I controller multiasse sono solitamente più adatti ai sistemi più complessi. In primo luogo, riducono i costi, soprattutto all'aumentare del numero di assi. In secondo luogo, riducono la complessità del sistema poiché un unico programma può controllare tutti i movimenti. Questi controller di movimento offrono anche una maggiore flessibilità nella sincronizzazione, poiché solitamente consentono a qualsiasi asse di collegarsi a qualsiasi altro asse e di modificare tale collegamento durante l'esecuzione del programma.

Dopo aver selezionato il controller, sarà necessario scegliere tra una configurazione "box" o "board". Una configurazione box è un controller chiuso in grado di funzionare in modalità stand-alone. I controller board si collegano ai computer industriali. Se sulla macchina è già presente un computer industriale, una scheda compatibile può ridurre i costi e migliorare l'integrazione tra controllo e macchina. Se non si prevede di utilizzare un computer industriale, il controller basato su box è solitamente più facile da aggiungere.

Valutare il set di funzionalità

Infine, valutate le caratteristiche del controller. Considerate le funzioni discusse finora: ingranaggi, camme, registrazione ad alta velocità e finecorsa programmabili. La maggior parte dei controller offre queste funzionalità in qualche forma, ma le specifiche devono essere confrontate con le esigenze della vostra applicazione. Avete bisogno di modificare i rapporti di trasmissione durante il funzionamento? Avete bisogno di modificare i profili delle camme al volo? Quale precisione di registrazione è richiesta? Avete bisogno di modificare la velocità o la posizione del target durante il funzionamento? Il controller supporta un numero sufficiente di assi per questa applicazione? Sarà compatibile con le future versioni della vostra macchina?

Gestire i costi

Il costo dei componenti servo è spesso superiore a quello dei componenti meccanici che vanno a sostituire. Tuttavia, alcuni fattori importanti mitigano questo aumento di costo. Ad esempio, l'eliminazione di dispositivi meccanici complessi può ridurre il costo totale e le dimensioni della macchina, con conseguente aumento del valore del sistema. Il controllore servo spesso sostituisce un PLC; in questo caso, l'intero costo di conversione ai servo può essere compensato. La maggiore flessibilità può ridurre il numero di modelli di macchina o i processi necessari per produrre una linea di macchine, riducendo così i costi di produzione.

Considerazioni generali

Oltre alle funzioni di movimento, ci sono altre domande da porsi. Il linguaggio è in grado di supportare i vostri processi? È così complesso da richiedere un tempo eccessivo per impararlo? Il prodotto supporta il multitasking? Una tecnica che consente di scrivere programmi diversi per processi diversi, il multitasking semplifica la programmazione di macchine complesse.

Tutte queste domande possono essere difficili da rispondere, soprattutto se non si ha familiarità con il controllo elettronico del movimento. La maggior parte delle aziende che offrono controller offre un supporto adeguato. Durante il processo di selezione, ponetevi molte domande. Questo non solo vi aiuterà a valutare il prodotto, ma anche il supporto offerto. Infine, considerate il futuro delle attività di sviluppo nella vostra azienda. Scegliete fornitori in grado di fornire prodotti e supporto ora e negli anni a venire.