Azionamenti elettrici: la soluzione definitiva per l'automazione

Gli azionamenti elettrici sono dispositivi o sistemi che controllano il movimento e il funzionamento di motori elettrici. Sono una componente fondamentale nell’automazione industriale: infatti questi elementi convertono l’energia elettrica in energia meccanica e regolano i parametri fondamentali per il funzionamento del motore.

Introduzione agli azionamenti elettrici e la loro importanza nell'industria

Un azionamento elettrico è la soluzione ideale per controllare in modo preciso e affidabile macchinari e processi produttivi, rendendoli più efficienti, sicuri e sostenibili. In questo modo, l’utilizzo di azionamenti elettrici per l'automazione industriale migliora la produttività, la sicurezza e la qualità dei prodotti.

L'importanza degli azionamenti elettrici risiede nella loro capacità di migliorare l'efficienza energetica, ottimizzare i costi operativi e garantire maggiore affidabilità e sicurezza delle apparecchiature. Sono facilmente integrabili con i sistemi di automazione, come ad esempio i PLC e i sensori intelligenti, contribuendo alla flessibilità e alla competitività dei processi industriali. 

Macchine e azionamenti elettrici vengono utilizzati in settori come la robotica, i trasporti, il settore energia e la manifattura. Gli azionamenti elettrici sono alla base della trasformazione digitale nel settore industriale e dell'Industria 4.0, supportando lo sviluppo di soluzioni sostenibili e ad alte prestazioni.

Il sistema di un azionamento elettrico è composto dal motore elettrico, che trasforma l'energia elettrica in movimento meccanico, e dal convertitore di potenza, che regola la tensione e la corrente che alimentano il motore per controllare il movimento. Infine, sistemi di controllo, pannelli operatore e interfacce utente includono sensori e algoritmi per monitorare e regolare i parametri operativi, permettendo all’operatore o al sistema di impostarli e supervisionarli.

I vantaggi degli azionamenti elettrici nelle applicazioni industriali

Gli azionamenti elettrici offrono molti vantaggi nelle diverse applicazioni industriali in cui vengono utilizzati:

• Permettono la regolazione e il controllo preciso di velocità, posizione e coppia del motore, essenziali in processi complessi;
• Consentono di adattare il consumo energetico del motore alle effettive esigenze operative, migliorando l’efficienza energetica e la sostenibilità ambientale;
• Possono essere facilmente integrati con PLC e altri sistemi di controllo industriale, ottimizzando il coordinamento e la gestione dei processi;
• Offrono protezioni avanzate contro sovraccarichi e malfunzionamenti, migliorando la sicurezza, l’affidabilità e la durata dei macchinari; Sono versatili, utilizzabili in una vasta gamma di applicazioni:
• Grazie al controllo ottimizzato, minimizzano i tempi di fermo macchina, permettendo una riduzione dei costi operativi e una manutenzione semplificata.

Tipologie di azionamenti elettrici e le loro funzionalità specifiche

Gli azionamenti elettrici possono essere di diverse tipologie, progettate per controllare il funzionamento dei motori elettrici secondo specifiche esigenze operative.
Gli azionamenti KEB si adattano a diverse applicazioni, come packaging, intralogistica, macchine utensili, plastica, lavorazione del legno e eMobility. Possono essere ad anello aperto, adatti ad applicazioni più semplici, o ad anello chiuso, per le situazioni più esigenti in cui è necessario un feedback e precisione elevata.

Gli azionamenti a velocità variabile (VSD) regolano la velocità del motore per adattarlo alle necessità, riducendo gli sprechi energetici e ottimizzando le prestazioni. Gli azionamenti a frequenza variabile (VFD), invece, controllano la velocità e la coppia del motore variando la frequenza della corrente di alimentazione; sono ampiamente utilizzati con motori in corrente alternata. Con i VFD viene utilizzato un inverter per motori elettrici, come il COMBIVERT G6 di KEB, che converte la corrente continua in corrente alternata con una frequenza e una tensione controllabili, permettendo di sfruttare tutti i vantaggi di un motore asincrono in anello aperto.

Un servo drive è un dispositivo elettronico che controlla il movimento e il funzionamento di un motore in un sistema a circuito chiuso, utilizzando un feedback continuo per regolare parametri come posizione, velocità e coppia. 
È parte integrante dei sistemi servo, che comprendono servo drive, servomotori e i sensori di feedback. Questi sistemi sono progettati per applicazioni che richiedono movimenti precisi, veloci e altamente controllati. Il Servo Drive S6 di KEB offre un controllo estremamente preciso unendo tecnologia, integrazione ed efficienza grazie a comunicazioni in tempo reale e avanzate funzioni di sicurezza (SIL3). È ideale per ogni tipologia di applicazione avanzata e per i sistemi di automazione ad alta precisione. 

Un’altro elemento essenziale è costituito dal drive, un dispositivo elettronico monoasse a corrente continua o alternata, che viene utilizzato per controllare e regolare il funzionamento di un motore elettrico. Il Drive F6 di KEB è il prodotto all in one che soddisfa tutte le esigenze di prestazioni, comunicazione e sicurezza, portando innovazione rispetto al precedente F5 in un formato estremamente compatto. L’ampia gamma e la gestione integrata di qualsiasi tipologia di motore lo rendono flessibile per tutte le applicazioni.

Un sistema drive multiasse è una soluzione integrata, progettata per gestire e sincronizzare il movimento di più assi o motori in un'unica applicazione. Questi sistemi di controllo avanzati sono composti da un uno o più drive interconnessi, che lavorano insieme per coordinare i movimenti di diversi componenti. 

Un sistema di inverter modulare, infine, è una configurazione composta da più moduli inverter indipendenti che lavorano insieme per convertire corrente continua in alternata in modo flessibile e scalabile. Ogni modulo è autonomo, consentendo di aumentare la capacità complessiva o di migliorare l'affidabilità distribuendo il carico tra i moduli. Fa parte della gamma KEB l’inverter Combivert T6 APD, sistema ad alta tensione per la gestione dei motori ausiliari su veicoli elettrici ed ibridi.

Come scegliere il giusto azionamento elettrico per le tue esigenze di automazione

La scelta dell'azionamento giusto per le tue esigenze di automazione dipende da diversi fattori che devono essere attentamente valutati per garantire efficienza, precisione e affidabilità del sistema. 

Tra i parametri da considerare al momento dell'acquisto vi è innanzitutto il tipo di motore elettrico da controllare, come motori a corrente alternata, continua o i brushless, e le specifiche richieste (velocità, coppia e potenza). È importante determinare quali sono le prestazioni richieste dall'applicazione per capire se è sufficiente un semplice controllo ad anello aperto, oppure se è necessario il controllo ad anello chiuso. Quest’ultimo è adatto ad  applicazioni ad alta precisione poiché garantisce feedback continuo, un’elevata precisione e resistenza ai disturbi.

Anche il livello di integrazione con altri sistemi di automazione è cruciale: gli azionamenti devono supportare protocolli di comunicazione, come Modbus, Profinet, Powerlink, Ethernet-IP e di sicurezza, come Safety Over EtherCAT (FSoE) e PROFISAFE In questo modo si otterrà un funzionamento sincronizzato e ci sarà compatibilità con le macchine esistenti.

Infine, l'ambiente operativo e i requisiti specifici, come efficienza energetica, dimensioni e robustezza, possono influenzare la scelta. Prendendo in considerazione questi aspetti si potrà selezionare un azionamento capace di ottimizzare i processi e garantire risultati affidabili.

Casi studio: successo nell'utilizzo degli azionamenti elettrici in diverse industrie

KEB collabora con aziende in diversi settori industriali per automatizzare le tecnologie di produzione tramite i propri azionamenti elettrici, che si adattano a diverse necessità.

La soluzione completa per Borghi con i prodotti KEB di Generazione 6

Tra i casi studio reali di automazione industriale con azionamenti elettrici spicca il successo della collaborazione con Borghi. L’azienda produttrice di spazzole ha ottenuto un miglioramento della produttività grazie agli azionamenti elettrici KEB di Generazione 6.

KEB ha collaborato ad automatizzare la tecnologia di produzione sviluppata da Borghi con un azionamento elettrico composto da un sistema drive multiasse e completato dall'inverter mandrino sensorless COMBIVERT G6.
L’azionamento è flessibile e compatto: è vantaggioso in termini di spazio grazie ai moduli a doppio asse, consentendo un risparmio di costi e la possibilità di ampliare l'automazione della macchina all'interno dello spazio esistente.
La compattezza della soluzione permette anche di risparmiare tempo nell'assemblaggio, grazie alla riduzione del cablaggio e dei componenti richiesti.
A seconda delle necessità, è possibile scegliere di utilizzare motori sincroni o asincroni e adattare il numero di assi in modo flessibile.
Inoltre, la comunicazione tramite EtherCAT rende il sistema flessibile e adattabile e riduce al minimo i tempi di cablaggio, test, messa in servizio e montaggio, abbattendo i costi.

L'ingegnerizzazione del sistema è completata da un PC industriale che fa parte della gamma pannelli operatore KEB e da una delle soluzioni software di KEB, COMBIVIS Studio 6. L’utilizzo combinato di questi strumenti aiuta a ridurre i tempi di assistenza e di sviluppo quando si espande il portafoglio macchine.

L’unione affidabile di hardware e software KEB per Zeppelin

Un altro caso di successo è l’utilizzo del Servo Drive S6 di KEB, compatto e leggero, che sta dimostrando la sua affidabilità sui dirigibili Zeppelin. Il dirigibile utilizza un motore a corrente alternata molto particolare, che può essere avviato facilmente e velocemente grazie alla combinazione del Servo Drive S6 con il software COMBIVIS 6. Questa collaborazione tra hardware e software permette avviamenti rapidi e semplificati, monitoraggio dettagliato e ottimizzazione dei processi funzionali.

Il Servo Drive S6 si adatta alle necessità di volo gestendo sovraccarichi del 200% per un minuto intero, mantenendo la riserva di alimentazione sufficiente anche durante picchi o sbalzi di tensione. 

S6 combina performance e funzionalità, risultando la scelta migliore per Zeppelin. Gestisce qualsiasi motore in qualsiasi modalità di controllo e permette l’integrazione di tutti i più comuni sistemi bus, ma è disponibile anche un semplice controllo tramite I/O digitali e analogici. Nel caso di Zeppelin, l’S6 si fa carico di una parte dei collegamenti, permettendo la conversione automatica di vari livelli di potenza per adattarsi alle condizioni esterne che si hanno in volo, come gli sbalzi di temperatura.

L’elettrificazione delle macchine Caffini tramite inverter modulare KEB

Caffini, produttore di macchine agricole, ha realizzato Smart Syntesis, un atomizzatore per frutteti dotato di ventilatore elettrico ed ugelli a modulazione di impulso. KEB ha collaborato fornendo Combivert T6 APD, sistema di inverter modulare scalabile ad alta tensione, costituito da due drive da 30 kW ciascuno e ideale per la gestione dei motori ausiliari su veicoli elettrici.

Il motore elettrico per il ventilatore viene movimentato da un generatore a bordo e permette di controllare con precisione il flusso d'aria, basandosi sulle caratteristiche locali rilevate dai sensori.
Ventola e generatore sono motori sincroni a magneti permanenti gestiti dal sistema T6. Il drive collegato al generatore modula la coppia resistente per mantenere costante il livello del bus, al quale è collegato il drive che regola la velocità della ventola.

Il risultato dell’adozione del sistema T6 da parte di Caffini per le sue macchine, è una riduzione dell'impatto ambientale e un aumento dell’efficienza nell’applicazione del prodotto sulle piante, diminuendo gli sprechi.

Investire negli azionamenti elettrici è essenziale per il futuro della tua azienda

Investire nelle tecnologie degli azionamenti elettrici è una scelta strategica che può migliorare efficienza, produttività e sostenibilità dei processi di automazione industriale.

Controllando con precisione i parametri di funzionamento dei motori elettrici si può garantire una gestione ottimizzata delle risorse e ridurre i costi operativi. inoltre, si rende possibile l’integrazione con l’Industria 4.0, che migliora la flessibilità e permette di adattarsi ad esigenze sempre in evoluzione. 

Adottare soluzioni all’avanguardia permette anche di migliorare la qualità dei prodotti e favorire la transizione verso processi industriali più sostenibili, aumentando la propria competitività.