Integrazione per migliorare l’efficienza delle macchine e degli impianti.

Dicembre 2014

Cosa significa integrazione?

Forse semplificazione, o riduzione del superfluo, o in ogni caso un modo diverso di progettare la struttura delle macchine e del loro  modo di funzionare.Gli ultimi 30 anni hanno visto una straordinaria trasformazione dei servomeccanismi usati per la movimentazione delle macchine e dei sistemi.

L’applicazione delle viti  e circolazione di sfere mosse dai servomotori a magneti permanenti sono stati il primo passo evolutivo verso la fine degli anni ’70 e l’inizio degli anni ’80. Un esempio di semplificazione che mi piace ricordare è stato determinato dalla trasformazione delle macchine per i ricami (multi-aghi).Sono, per semplificare, un grande plotter verticale che si muove in X e Y posizionando una serie di aghi che realizzano i punti e i riempimenti, la movimentazione meccanica degli assi veniva ottenuta da un vero elaboratore meccanico dotato di un lettore di nastro perforato e di un cinematismo formato da 3.800 particolari meccanici! Il tutto racchiuso nella “testata” della macchina che veniva lubrificata giornalmente  con una “nebbia” di olio!

Nel 1982 realizziamo con un cliente la prima macchina a controllo numerico: due servomotori accoppiati con pignone e cremagliera sostituiscono 3.800 particolari meccanici!

30 anni fa questo era integrazione, il primo passo verso un orizzonte che allora era solo un sogno.

Oggi l’esigenza sempre più pressante di ridurre i costi e contemporaneamente di aumentare  prestazioni e produttività di macchine e impianti richiede un nuovo modo di interpretare il concetto di integrazione dei sistemi di controllo della movimentazione .

Trenta anni di evoluzione tecnologica hanno introdotto nuove tecniche di motorizzazione e controllo ,anche viti di precisione e cremagliere spesso lasciano il posto a motori ad accoppiamento diretto del carico sia lineari che rotativi  o di coppia .Tecnologie non del tutto nuove in quanto si sono affacciate al mercato industriale già agli inizi degli anni 90 ,ma l’esperienza nel loro uso si è andata consolidando con gradualità.

Le prime prestazioni che immediatamente hanno migliorato sono state la velocità e l’accelerazione ,forniti per la maggiore in versione frameless hanno da subito richiesto modifiche strutturali nelle strutture di supporto e nella intera configurazione della macchina .

In molte occasioni hanno permesso , a costruttori attenti e coraggiosi , la firma di importanti contratti che hanno permesso un diverso e migliore posizionamento delle loro macchine nei loro mercati.

La diffusione di tali motorizzazioni è ormai molto avanzata ,è una strada sicura che oggi si sceglie  non solo per ottenere migliori velocità e accelerazioni ma anche per un miglioramento  di efficienza o per ridurre la rumorosità di macchina ,in una interpretazione attuale per un approccio “green “ di progettazione .Impianti e macchinari devono consumare meno, è imperativo dunque ridurre i cinematismi e le conversioni di moto , realizzare strutture semplificate all’interno delle quali inserire avvolgimenti e magneti (coils and magnet),  per orientate le forze nella direzione desiderata sia per ottenere il movimento delle masse che per la realizzazione dei precarichi e ottenere strutture rigide ma leggere.Le linee guida per la progettazione di impianti efficienti (green) :

• Poca meccanica ma progettata bene (calcolata e non improvvisata ), possibilmente modulare e con l’elettronica di controllo montata a bordo.

• Poco cablaggio e riduzione o eliminazione della cabina elettrica .E’ l’approccio meccatronico ,che naturalmente richiede competenze aggiornate e tecnologie evolute anche a livello elettronico .

I servoazionamenti della generazione attuale si prestano molto bene ad essere integrati  nella struttura della macchina o all’interno del servomotore .I componenti elettronici a larga scala di integrazione (FPGA) e i transistor ad effetto di campo (FET E IGBT) sono sempre più piccoli e potenti . L’efficienza aumenta e diminuiscono le dissipazioni di calore ,la struttura della macchina viene usata come elemento irradiante per dissipare l’energia residua .Le versioni IP 65 sono sempre più richieste e i servo azionamenti sono ormai delle scatole nere con porta Ethernet collegate in BUS di campo .

I Bus di campo su base Ethernet hanno notevolmente contribuito ad accelerare la tendenza verso l’integrazione e la modularità, oggi i più diffusi nel mercato dell’automazione sono EtherCat ,Sercos 3 ,Profinet ,Ethrnet IP.Attraverso Il BUS si trasmettono i comandi e si ricevono gli stati dei servo drive (network servo drive) ad elevata frequenza così da poter garantire sincronizzazioni e interpolazioni in tempo reale .Il servodrive è a tutti gli effetti una periferica intelligente collegata in rete e possiede una potenza di calcolo elevata .Le loop di controllo (Posizione velocità corrente ,coppia) sono controllate da algoritmi complessi in grado di leggere il comportamento del carico autoregolando i guadagni .Le prestazioni dinamiche risultano ottimali nel rispetto della struttura della macchina e della sua efficienza.

Servotecnica da sempre orientata alla ricerca di soluzioni di avanguardia ha consolidato più di 25 anni di esperienza nelle applicazioni dei motori diretti collaborando con produttori leader di settore ,attualmente offre una vasta gamma di soluzioni che si caratterizzano per  eccellenza tecnologica e servizi  frutto della lunga esperienza maturata . 

Emilio Bistoletti

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