Drive KEB per applicazioni high speed: soluzioni performanti ed efficienti

Sommario

Dimensionamento drive e digital twin: efficienza dalla progettazione alla produzione

I vantaggi del digital twin per fresatrici e applicazioni ad alta velocità

Drive high speed e sine wave filter: un sistema integrato per un'efficienza superiore

Controllo avanzato dei motori senza l’uso di sensori di feedback

KEB Safety Encoderless: la sicurezza funzionale per mandrini ad alta frequenza

Manutenzione predittiva per aumentare produttività e vita utile dell’impianto

Un partner per l'automazione industriale ad alta velocità

L'automazione industriale richiede soluzioni sempre più performanti, soprattutto quando si tratta di applicazioni ad alta velocità come macchine utensili, turbocompressori, fresatrici e spindle. Per un nostro cliente leader nel settore, la sfida era chiara: ottenere un sistema completo che unisse drive, accessori e consulenza preventiva per garantire massima efficienza e affidabilità. KEB ha risposto a questa esigenza con una soluzione integrata che sfrutta le sue tecnologie all'avanguardia in materia di automazione industriale e software per l'automazione.

Dimensionamento drive e digital twin: efficienza dalla progettazione alla produzione

Il primo passo di KEB per supportare il cliente è stato affrontare una delle sfide più comuni del settore: il corretto dimensionamento della componentistica hardware. Per garantire un funzionamento ottimale e prevenire difficoltà future, KEB ha offerto al cliente un servizio di virtual commissioning basato sulla simulazione Hardware-in-the-Loop (HIL) dell'interazione tra azionamento e motore.
Questa metodologia innovativa, resa possibile dall'impiego del digital twin, ha permesso di anticipare eventuali errori di parametrizzazione e di riconoscere tempestivamente se il motore previsto si integra in modo ottimale con gli inverter KEB COMBIVERT F6 o S6. L'utilizzo del digital twin, però, non si limita a questa fase iniziale. Esso funge da vera e propria copia virtuale dell'impianto, offrendo un'analisi dettagliata delle performance del sistema che permette di ottimizzare l'intero processo, ridurre costi e sprechi, accelerare il time-to-market e migliorare la qualità dei prodotti, con un conseguente aumento della produttività generale.
Uno dei principali vantaggi di questa simulazione è la sua rapidità: mentre una tradizionale messa in servizio di un mandrino ad alta velocità richiede giorni o settimane, la variante virtuale può essere completata in un solo giorno. Durante il processo, vengono analizzati attentamente dati come le caratteristiche del carico, il tuning  dell'inverter e le interfacce del bus di campo. Vengono simulate diverse velocità e carichi per assicurare che tutti i parametri siano allineati e compatibili. 

I vantaggi del digital twin per fresatrici e applicazioni ad alta velocità

Questo approccio si rivela particolarmente vantaggioso nelle applicazioni ad alta velocità, come i turbocompressori e le fresatrici industriali. In questi contesti, la gestione di un notevole volume di dati è cruciale per evitare danni significativi alla macchina e costosi fermi di produzione. Grazie all'analisi approfondita delle caratteristiche del carico e al monitoraggio continuo delle prestazioni del sistema, il digital twin garantisce un'efficace interazione tra inverter e motore, ottimizzando il funzionamento complessivo e migliorando la stabilità operativa. L'implementazione di questa tecnologia non solo riduce i rischi di errore, ma contribuisce anche a estendere la vita utile dei componenti, massimizzando il ritorno sull'investimento e assicurando un vantaggio competitivo duraturo.

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Drive high speed e sine wave filter: un sistema integrato per un'efficienza superiore

Come a questo punto risulta evidente, la soluzione fornita al nostro cliente si basa su un'integrazione profonda e nativa dei componenti. Al centro del sistema si trovano i nostri COMBIVERT F6 High Speed Drives, che, in combinazione con i filtri sinusoidali Z2, sono ideali per far funzionare i turbocompressori e altre macchine ad alta velocità.
Ma quali sono i vantaggi di questa accoppiata? I drive F6 sono innanzitutto progettati per garantire le migliori prestazioni anche in ambienti difficili, raggiungendo velocità superiori a 100.000 giri al minuto e assicurando al contempo la massima efficienza energetica.
I drive High Speed hanno una potenza fino a 450 kW, frequenze di uscita fino a 2.000 Hz e frequenze di commutazione fino a 16 kHz. Potenze notevoli che vengono garantite anche grazie a un sistema di raffreddamento dedicato, disponibile sia in versione raffreddata ad aria che a liquido. Quest’ultimo modello in particolare è caratterizzato da una temperatura di ingresso elevata (fino a 55 °C) e da un design salvaspazio.
I filtri sinusoidali Z2 KEB riducono significativamente le perdite del motore e la generazione di calore, fornendo una tensione quasi sinusoidale. Questo è un aspetto cruciale per macchine che operano a velocità così elevate, in quanto previene danni e costosi fermi macchina. L'utilizzo dei filtri Z2 offre un'efficienza elevata, superiore al 99,9%, e permette di ridurre le perdite armoniche nel motore. La soluzione di drive COMBIVERT e filtri Z2 mantiene la generazione di calore sotto controllo e, grazie al controllo sensorless, si dimostra pratica ed economica. I filtri migliorano anche il comportamento EMC dell'intero sistema e consentono l'uso di cavi motore di oltre 100 metri.

Controllo avanzato dei motori senza l’uso di sensori di feedback

La specialità di KEB è il controllo dei motori ad alta velocità. Si tratta di macchine in grado di operare oltre i 100.000 giri al minuto e che spesso utilizzano cuscinetti magnetici o a lamina d'aria. A tali velocità, è fondamentale un controllo preciso per minimizzare le vibrazioni e il surriscaldamento del motore. La soluzione KEB offre un controllo motore senza encoder, che permette di gestire con precisione velocità e coppia.
KEB ha sviluppato un software proprietario chiamato Sensorless Closed Loop™ (SCL) che consente un controllo preciso di velocità e coppia senza l'utilizzo di un sensore di feedback. Questa tecnologia è particolarmente utile in applicazioni ad alta frequenza, dove i segnali di feedback potrebbero essere compromessi. Il software SCL utilizza un processore ad alta velocità e misura direttamente le caratteristiche del motore per creare un modello preciso. Confrontando i valori calcolati con quelli reali, il software regola il motore, chiudendo l’anello internamente.
Oltre al software avanzato, i drive KEB dispongono di un hardware in grado di raggiungere frequenze di commutazione fino a 16 kHz, a seconda del modello. Una frequenza di commutazione più elevata permette alla forma d'onda della corrente di avvicinarsi a una sinusoide, migliorando le prestazioni del motore e l'efficienza del sistema. Le frequenze di uscita possono arrivare fino a 1600 Hz, consentendo di raggiungere velocità del motore di 100.000 giri al minuto.

KEB Safety Encoderless: la sicurezza funzionale per mandrini ad alta frequenza

KEB Safety Encoderless è la soluzione che offre funzionalità di sicurezza avanzate anche in assenza di un encoder, per applicazioni con mandrini ad alta frequenza, dove non è possibile installare un encoder, o in ambienti aggressivi che ne sconsigliano l'utilizzo. Anche quando si utilizza un encoder non certificato per il controllo della velocità, il software di KEB è in grado di ricostruire il feedback di velocità sicuro necessario per le funzioni di sicurezza.
Le funzioni di sicurezza integrate negli azionamenti KEB, che determinano i parametri di velocità sicura dalla modulazione della larghezza di impulso (PWM), sono applicabili a diversi tipi di motori (asincroni, brushless e a riluttanza). Tra queste, troviamo:

• SLS (Safely-Limited Speed), che imposta un limite di velocità per proteggere gli utensili e la macchina.
• SLA (Safely-Limited Acceleration), che previene accelerazioni eccessive controllando le rampe del motore.
• SS1 (Safe Stop 1), che assicura un arresto controllato del motore, disattivando la coppia tramite la funzione STO (Safe Torque Off).
• SDLC (Safe Door Lock Control), che immobilizza il motore in modo certificato per consentire operazioni di manutenzione con ripari aperti.
• SSM (Safe Speed Monitor) e SMS (Safe Maximum Speed), che offrono un monitoraggio sicuro della velocità e sono ampiamente usati in settori come la lavorazione del legno e le macchine utensili.

L'implementazione di queste funzioni di sicurezza senza encoder offre notevoli vantaggi competitivi. Eliminando la necessità di un encoder, si riducono i cablaggi e si semplificano le valutazioni, le certificazioni e la documentazione richiesta per la conformità, garantendo un risparmio di tempo e costi significativo per il cliente. 

Manutenzione predittiva per aumentare produttività e vita utile dell’impianto

Oltre ai componenti fisici, la soluzione KEB include servizi digitali, in particolare la manutenzione predittiva. Questo servizio si basa su sensori di vibrazioni posizionati all'interno della macchina, che inviano dati a un gateway industriale e, tramite Ethernet, al software NOA.
NOA analizza i dati e fornisce informazioni utili attraverso dashboard grafiche semplici e intuitive, accessibili sia in locale che, opzionalmente, su cloud.

Il sistema è in grado di apprendere il funzionamento della macchina in circa un mese e di raccogliere dati anche da PLC di terze parti (come Heidenhain, Siemens e Fanuc), rendendolo un sistema aperto e flessibile. Questo servizio non solo prolunga la vita utile della macchina, ma aumenta la produttività, permettendo una gestione ottimizzata del proprio impianto.
Tramite una dashboard semplice e intuitiva, è possibile controllare a colpo d’occhio alcune informazioni essenziali come il valore rpm della vibrazione e il picco massimo, valori utili a comprendere per esempio le cause di un’anomalia (ad esempio, l’intervento di un operatore o un malfunzionamento dell’’impianto). Il software mostra poi la deviazione standard, ossia la variazione dal comportamento standard di un elemento hardware, un dato essenziale per predire il malfunzionamento dello stesso.
Il tutto tramite un software user friendly e a portata di clic per qualsiasi operatore.

Vuoi sapere quali sono state le sfide affrontate e i vantaggi ottenuti da un nostro cliente con la Manutenzione Predittiva?

Un partner per l'automazione industriale ad alta velocità

L'esperienza di KEB, come dimostrato dalla collaborazione con Jobs Automation, va oltre la semplice fornitura di componenti. Grazie ad un approccio integrato che unisce tecnologie hardware e software all'avanguardia, come i COMBIVERT F6 High Speed Drives e i filtri sinusoidali Z2, KEB è in grado di offrire soluzioni complete e su misura per le sfide più complesse dell'automazione industriale. La capacità di modellare l'impianto in ambiente virtuale e di integrare funzionalità di sicurezza avanzate e servizi di manutenzione predittiva, garantisce non solo performance superiori, ma anche un notevole risparmio di tempo e costi.
Se la vostra azienda opera nel campo dell'high-speed automation e avete bisogno di una soluzione che vi assicuri precisione, efficienza e affidabilità, il team di KEB è pronto ad ascoltare le vostre esigenze. Contattateci per trasformare la vostra visione in un progetto concreto e di successo!

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