Come scegliere un azionamento per macchine altamente automatizzate: guida completa con consigli e suggerimenti

Sommario

• Per quali ragioni gli azionamenti per macchine sono importanti?

• Sicurezza funzionale
  • Risparmio di costi
  • Risparmio di tempi
  • Gli standard di sicurezza
• Comunicazioni Real-Time
• Facilità di integrazione
• Controllo della retroazione
• Ambiente operativo stabile
  • Gli accessori da tenere in considerazione
    

Le nostre tecnologie di azionamento per macchine altamente automatizzate

Investire in un azionamento adeguato per garantire prestazioni ottimali e affidabilità

Cosa sono gli azionamenti per macchine altamente automatizzate?

Gli azionamenti per macchine altamente automatizzate sono dispositivi essenziali nell'ambito dell'automazione industriale, progettati per controllare il movimento, la velocità e la posizione di motori elettrici e altri attuatori utilizzati nelle macchine automatizzate.

Parlando di automazione industriale, i motori elettrici rappresentano una componente chiave per il funzionamento di macchine e sistemi automatizzati. Tuttavia, per poter sfruttare appieno le prestazioni dei motori elettrici e adattarli alle diverse esigenze di produzione, è necessario un sistema di controllo altamente sofisticato. Ecco dove entrano in gioco gli azionamenti per macchine.

Per quali ragioni gli azionamenti per macchine sono importanti?

• Controllo di movimento avanzato: gli azionamenti permettono di controllare in modo preciso il movimento dei motori elettrici. Questo è fondamentale in settori in cui la precisione e la stabilità delle operazioni sono essenziali, come nell'industria manifatturiera o robotica.
• Aumento dell'efficienza energetica: gli azionamenti consentono di ottimizzare l'utilizzo dell'energia, riducendo gli sprechi e migliorando l'efficienza del sistema complessivo. Ciò si traduce in minori costi operativi e un impatto ambientale ridotto.
• Versatilità e adattabilità: grazie agli azionamenti per macchine, i motori elettrici possono essere utilizzati in diverse applicazioni e configurazioni, rendendo possibile la personalizzazione delle prestazioni a seconda delle esigenze specifiche.
• Sicurezza: gli azionamenti integrano funzionalità di sicurezza avanzate, che permettono di monitorare il funzionamento dei motori elettrici e proteggere il sistema da eventuali guasti o situazioni pericolose.
• Riduzione del carico di lavoro umano: con gli azionamenti per macchine, molte operazioni possono essere automatizzate, riducendo la necessità di intervento umano e permettendo agli operatori di concentrarsi su attività più strategiche o complesse.
• Riduzione dei tempi di produzione: grazie alla precisione e alla velocità di controllo offerta dagli azionamenti, i tempi di produzione possono essere ridotti, aumentando la produttività dell'impianto.
  

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Sicurezza e affidabilità degli azionamenti: quali fattori considerare durante la selezione

Affidabilità e stabilità costituiscono pilastri essenziali nelle applicazioni come movimentazione dei materiali, lavorazione del legno, plastica, tessile, packaging, robotica e macchine utensili. In questi contesti, i processi operano tipicamente a elevata frequenza, con impianti, attrezzature e macchine che lavorano a velocità elevate.

La minimizzazione dei tempi di fermo macchina e della produzione rappresentano un obiettivo imprescindibile, insieme alla sicurezza e all'efficienza energetica delle macchine e dei processi. 
Di conseguenza, la scelta di un azionamento per impianti e macchine altamente automatizzate e orientate alla sicurezza richiede un'attenta considerazione di almeno 5 fattori fondamentali e irrinunciabili.

1. Sicurezza funzionale

La sicurezza funzionale della macchina e del processo è una considerazione fondamentale quando si seleziona un controllore di azionamento per il proprio sistema. Se state pianificando un nuovo processo produttivo o una nuova macchina, è essenziale tenere conto di elementi chiave come le specifiche tecniche, la potenza dell'azionamento e la compatibilità con il sistema esistente, oltre ai costi, ai tempi e al rispetto degli standard di sicurezza.

Risparmio di costi
L'acquisto di azionamenti con sicurezza funzionale integrata può ridurre il costo di analisi dell'architettura, di installazione di dispositivi di protezione separati e dei relativi costi di cablaggio ed installazione. La sicurezza basata sull'azionamento consente di affidare completamente al drive le funzioni di sicurezza, contribuendo così a minimizzare i tempi di messa in servizio.

Risparmio di tempi
È altamente vantaggioso che il provider fornisca il proprio software di configurazione che consenta una rapida impostazione dei parametri, configurazione, analisi e parametrizzazione delle funzioni di sicurezza chiave, migliorando notevolmente la precisione di controllo. Ciò si traduce in una significativa riduzione dei tempi di start-up.

Alcuni fornitori offrono azionamenti con funzioni di sicurezza di base come STO (Safe Torque Off). Altri, invece, offrono una sicurezza funzionale modulare e scalabile che va dall’STO di base a funzioni di sicurezza di livello superiore basate su encoder (SLS-SMS-SSR-SOS-SDI-SEL), permettendo un controllo preciso e affidabile.

Gli standard di sicurezza
Nelle applicazioni orientate alla sicurezza, è vitale aderire agli standard delle norme di sicurezza industriale pertinenti. Pertanto, è fondamentale valutare se le funzioni di sicurezza dell'azionamento possono essere utilizzate rispettando la normativa IEC 62061-SIL3 ed in conformità con IEC 61508. La sicurezza funzionale è controllata tramite FSoE (Fail Safe over EtherCAT), garantendo l'interazione e la comunicazione affidabile degli azionamenti con i PLC di sicurezza e gli I/O di sicurezza presenti nell’architettura di macchina.

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2. Comunicazioni Real-Time

Se le macchine o i processi di produzione richiedono requisiti di velocità e prestazioni, è essenziale scegliere un controllore di azionamento che fornisca interfacce di comunicazione in tempo reale basate su Ethernet. Queste interfacce, come ETHERCAT, PROFINET, POWERLINK, Ethernet/IP e ModBusTCP, garantiscono un controllo ottimale del motore e la comunicazione con dispositivi di livello superiore come PLC e Motion Control.
È di vitale importanza che queste interfacce basate su Ethernet in real-time siano completamente integrate negli azionamenti e non fornite solo come modulo aggiuntivo, poiché ciò potrebbe introdurre una latenza indesiderata nelle reti e costi aggiuntivi. Inoltre, è consigliabile verificare se sono presenti altre interfacce diagnostiche e/o di visualizzazione come standard con il drive, come ad esempio RS232, RS485 e interfacce CAN.

Bisogna considerare questioni come: quali tipi di motore dovrà controllare l'azionamento? Quali sono i requisiti futuri da tenere in considerazione? L'azionamento supporta tipi di motore specifici, solo alcuni o tutte le principali tecnologie?

I motori sono disponibili in un'ampia varietà di design, tra cui motori sincroni, asincroni, a riluttanza sincrona, lineari, a coppia elevata e ad alta velocità. Alcuni azionamenti offrono anche il monitoraggio integrato della sonda di temperatura del motore ed il controllo integrato del freno.

3. Facilità di integrazione

La facilità con cui gli azionamenti si integrano con altri sistemi di controllo è altrettanto importante. Parte di questo consiste nell'assicurarsi che gli azionamenti per macchine forniscano le necessarie interfacce di comunicazione in real-time basate su Ethernet, garantendo una precisione di controllo. Inoltre, è cruciale verificare se il provider offre una vasta gamma di prodotti su tutti i livelli di macchina, come HMI integrati, software di programmazione, analisi e configurazione, insieme agli accessori per i convertitori. Questo assicura un ambiente operativo stabile ed affidabile grazie a filtri EMC e/o filtri armonici.

Per ridurre il costo delle licenze software dell'utente, è consigliabile cercare un fornitore che offra un pacchetto software completo all-in-one per la programmazione degli azionamenti, la configurazione della logica di macchina, la sicurezza funzionale e lo sviluppo delle applicazioni.

4. Controllo della retroazione

Potrebbe essere necessario considerare se l'azionamento deve supportare il feedback dell'encoder. È essenziale poter avere un azionamento per macchine che offra interfacce multi-encoder a due canali, consentendo il controllo di tutti i tipi di encoder presenti oggi sul mercato come Resolver, TTL, HTL, SinCos, SSi, EnDAT, Hiperface e BiSS. Questo contribuisce notevolmente alla precisione di controllo delle operazioni.

5. Ambiente operativo stabile

In molti ambienti di automazione industriale, la stabilità dei controllori di azionamento è spesso trascurata. Tuttavia, un’installazione conforme alle norme EMC, con un armadio di controllo ed un sistema di soppressione dei disturbi efficiente, è la base per un funzionamento sicuro di macchine ed attrezzature. Quando si seleziona una tecnologia di azionamenti per macchine, è prudente verificare la gamma di accessori offerta dal fornitore dei convertitori. 
Anche nel caso in cui questi accessori possano essere acquistati da terze parti, è consigliabile trattare con un unico fornitore che possa fornire una soluzione completa e ottimizzata per adattarsi ai propri azionamenti specifici.

Gli accessori da tenere in considerazione:

• Filtri EMC di rete: riducono l'emissione alimentata via cavo ai limiti richiesti da IEC 61800-3-C1/C2. Altre varianti possono offrire basse correnti di dispersione o il funzionamento in reti speciali.
• Induttanze di rete: riducono l'assorbimento di corrente di picco in ingresso e la distorsione di rete. Smussando l'assorbimento della corrente d'ingresso, la durata dell'azionamento viene migliorata, in particolare in caso di utilizzo elevato e costante.
• Induttanze e filtri di uscita: riducono la tensione e lo stress di corrente dell'avvolgimento del motore.
• Filtri sinusoidali: proteggono l'avvolgimento del motore dai picchi di tensione e permettono l'uso di lunghi cavi motore.

Le nostre tecnologie di azionamento per macchine altamente automatizzate

Abbiamo finora esaminato gli elementi cruciali da tenere in considerazione nella selezione di un adeguato azionamento per impianti e macchine altamente automatizzate.

In questo contesto, l'offerta KEB assume un ruolo di rilievo nel rispondere a questi requisiti esigenti. In particolare, il COMBIVERT F6 e il COMBIVERT S6 si distinguono per la loro capacità di combinare Inverter e Servoazionamento in un unico dispositivo. Questa gamma versatile, che spazia dalla potenza di 0,75 kW a 450 kW, è in grado di controllare diverse tipologie di motori, garantendo al contempo una gestione avanzata della sicurezza e un notevole aumento dell'efficienza complessiva del sistema.

La famiglia di prodotti si declina in tre versioni principali. Ciascuna di queste versioni è caratterizzata da specifiche uniche, e sono ottimizzate per differenti tipologie di applicazioni industriali, offrendo soluzioni su misura per una vasta gamma di esigenze:

1. Versione “COMPACT” dell’azionamento F6 e del servo azionamento S6
2. Versione “APPLICATION”
3. Versione “PRO” 

Un esempio concreto dell'efficacia di queste tecnologie è rappresentato dalla collaborazione con l'azienda Zeppelin Luftschifftechnik ZLT. Insieme a noi di KEB Automation, ZLT ha sviluppato progetti innovativi che hanno reso possibile l'impensabile: l'applicazione del convertitore di frequenza, nello specifico il Servo Drive S6, su uno dei celebri dirigibili Zeppelin.

Infine, è importante sottolineare che il dimensionamento corretto degli azionamenti è cruciale per evitare conseguenze economiche indesiderate. Interazioni non ottimali tra inverter e motore possono portare a danni significativi al motore stesso. Per prevenire tale scenario, il nostro servizio offre una soluzione avanzata: attraverso il dimensionamento virtuale dei drive, è possibile individuare in anticipo potenziali problemi, consentendo una messa in servizio più rapida ed efficiente.

Investire in un azionamento adeguato per garantire prestazioni ottimali e affidabilità

Abbiamo visto come la selezione di un azionamento per macchine altamente automatizzate è un passo cruciale per garantire operazioni industriali di successo e in sicurezza. 

Considerazioni come la sicurezza funzionale, le comunicazioni real-time, facile integrazione, il controllo del feedback e la stabilità ambientale sono essenziali per sistemi efficienti e affidabili.
L'offerta di KEB, con prodotti come COMBIVERT F6 e COMBIVERT S6, è presente nel soddisfare queste esigenze complesse. Unendo inverter e servoazionamento in un unico dispositivo e con opzioni versatili, offre soluzioni su misura per molteplici applicazioni industriali.
Mentre, il dimensionamento virtuale dei drive è un aspetto cruciale che individua potenziali problemi e ottimizza la messa in servizio, riducendo rischi e costi imprevisti.

Pertanto, investire in un azionamento adeguato è un passo determinante per creare processi industriali efficienti, sicuri e affidabili e per affrontare le sfide dell'automazione industriale moderna.