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Sincronizzazione del movimento dell'imballaggio con i servi

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Dimensionamento e selezione delle applicazioni.

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I clienti richiedono una manutenzione e una dimensione delle attrezzature ridotte, nonché una produttività e un'impostazione delle macchine più rapide. Per soddisfare questi requisiti, i produttori di attrezzature stanno scegliendo il movimento servocontrollato rispetto ai componenti meccanici.

Il controllo del movimento definisce le capacità e i limiti di una macchina. Quindi, per massimizzare la sua produttività e flessibilità, e per ridurre la manutenzione, spesso è necessario aggiornare il modo in cui il movimento è controllato all'interno di quella macchina. La maggior parte delle ragioni per convertire i design e i dispositivi di controllo tradizionali al servocontrollo sono per ottenere uno o più di questi vantaggi:

- Aumentare la produttività. I servomotori producono accelerazioni e velocità elevate.

- Aumentare la precisione. I servo possono offrire l'alta precisione necessaria per lavorare un pezzo in rapido movimento.

- Aumentare la flessibilità. I servo offrono versioni elettroniche di componenti tradizionalmente meccanici. Per esempio, i profili delle camme elettroniche possono essere cambiati quasi istantaneamente. I profili di movimento programmabili possono adattarsi alle dimensioni e alla configurazione variabili del prodotto. I rapporti degli "ingranaggi" elettronici possono cambiare per adattarsi alle diverse velocità della macchina. Inoltre, con gli ingranaggi elettronici, i motori possono essere posizionati ovunque sia conveniente per l'applicazione, poiché eliminano la necessità di alberi lunghi, ingranaggi e cinghie.

Inoltre, un "albero di linea" elettrico può collegarsi a un numero quasi illimitato di assi. Per le macchine con configurazioni multiple, questo significa che gli assi di movimento aggiuntivi non richiedono ulteriori collegamenti meccanici.

I servo aggiungono anche flessibilità a causa delle maggiori informazioni disponibili. Per esempio, molti servocontrollori memorizzano una storia di guasti e condizioni di errore che aiutano la risoluzione dei problemi. La maggior parte dei sistemi servo può anche visualizzare diagrammi stile oscilloscopio per l'analisi delle prestazioni. - Ridurre la manutenzione. I servo aiutano a ridurre il numero di parti meccaniche su una macchina. Gli ingranaggi elettronici sostituiscono le cinghie. Le camme elettroniche non sono influenzate dall'usura. I finecorsa elettronici non necessitano di regolazioni o sostituzioni occasionali.

I servi richiedono una certa quantità di studio ed esperienza. Se siete nuovi al servocomando, aspettatevi di spendere un po' di tempo nella scelta e nell'applicazione del vostro primo sistema. (Una nota sulla terminologia del servo: la parola controllore trova diversi usi. Il sistema o motion controller normalmente esegue il programma che controlla il movimento; il controller del motore controlla un motore. Per ridurre la confusione, ci riferiremo ai controllori del motore come azionamenti).

Dimensionamento e selezione dell'applicazione

La selezione e il dimensionamento dei componenti servo può sembrare complessa a causa del numero di componenti: motori, azionamenti, controller, e la possibilità di un PC industriale o un PLC. Se il tuo background è meccanico, questo può essere intimidatorio. Fortunatamente, le aziende - fornitori di componenti e integratori di sistemi di controllo - confezionano questi componenti insieme, oltre ad offrire assistenza applicativa. Sia che si faccia da soli o che si compri un pacchetto, il processo di base è:

Per prima cosa, selezionare il motore. Iniziare la selezione del motore scegliendo la forma del motore. I motori con grandi rapporti d'aspetto (lunghi con un piccolo diametro) sono i più comuni. Possono essere quadrati o rotondi, e forniscono un valore e prestazioni eccellenti. I motori a disco (corti con un grande diametro) si adattano a posti stretti e forniscono un'alta accelerazione grazie ai loro rotori a bassa inerzia. Entrambi questi motori sono disponibili in versioni sigillate e non sigillate.

I motori senza telaio o integrali, separano il rotore e lo statore per l'integrazione nella macchina. Questi motori permettono un design compatto e migliorano il funzionamento dell'azionamento diretto aumentando la precisione e riducendo le vibrazioni.

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

Dimensionamento del motore. La dimensione del motore si basa principalmente sulla coppia: di picco e continua. Il dimensionamento dei motori può essere impegnativo e gli errori possono essere trovati solo in ritardo nel ciclo di sviluppo. Poiché la dimensione del motore può essere difficile da aumentare a quel punto, è saggio includere un margine nei vostri calcoli. Se siete nuovi al processo, probabilmente dovreste affidarvi agli ingegneri applicativi delle aziende di motori.

Selezionare il feedback. I dispositivi di feedback più comuni sono encoder e resolver. Gli encoder sono dispositivi ottici che producono un treno di impulsi. Il conteggio degli impulsi è proporzionale alla corsa angolare. Offrono un'alta precisione, specialmente 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 che meglio si adatta alla vostra applicazione.

Dopo aver selezionato il tipo di sensore di feedback, è necessario selezionare la sua risoluzione. Generalmente un encoder a 1.000 linee o, equivalentemente, un resolver a 12 bit, fornirà una risoluzione sufficiente. Entrambi producono circa 4.000 posizioni diverse per giro, che è equivalente a circa 0,1 gradi di risoluzione. Tuttavia, se la vostra applicazione ha bisogno di una risoluzione maggiore, dovreste selezionare il sensore in modo appropriato. Una parola di cautela: distinguere tra risoluzione e precisione. Molti servi offrono una risoluzione selezionabile per il feedback del resolver; tuttavia, la precisione (di solito tra 10 e 40 arc-min) potrebbe non essere influenzata.

Selezionare l'azionamento. Considerate se volete l'alimentazione modulare (separata) o integrata in un azionamento. Con tre o più azionamenti della stessa famiglia in prossimità, gli alimentatori modulari funzionano bene. Con un asse, gli alimentatori integrati di solito si adattano meglio. Con due assi, entrambe le soluzioni sono più o meno uguali.

Se hai intenzione di racchiudere l'unità, tieni presente che le dimensioni dell'unità variano considerevolmente e possono influenzare le dimensioni complessive dell'attrezzatura. A seconda delle dimensioni dell'involucro, potrebbe anche essere necessario studiare varie opzioni di raffreddamento.

Commutazione sinusoidale contro 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 sinusoidale. In sinusoidale, la forma d'onda della corrente prodotta dall'azionamento produce una corrente che si avvicina a un'onda sinusoidale. Questo produce una coppia più regolare e un minor riscaldamento. Il metodo a sei fasi produce un'onda quadra a sei segmenti usando un'elettronica semplice. Anche se il costo è inferiore, il metodo a sei fasi ha un funzionamento approssimativo a basse velocità.

Flessibilità di tuning. La sintonizzazione, il processo di selezione dei guadagni negli anelli di feedback, è necessaria per le alte prestazioni e per mantenere un funzionamento stabile. In passato, la sintonizzazione era più arte che scienza. Ora, i moderni servoazionamenti forniscono una serie di strumenti per aiutare i progettisti di macchine. L'autotuning (o autotuning), il processo in cui l'azionamento eccita il sistema meccanico e genera una serie di guadagni di loop, è quasi uno standard. La maggior parte degli azionamenti sono impostati con guadagni digitali, quindi non avrete bisogno di un saldatore o di un trimmer (piccolo cacciavite). Potreste aver bisogno dei metodi più complessi solo occasionalmente, ma averli a disposizione fornisce più opzioni.

Le unità analogiche possono essere meno costose, ma potreste aver bisogno di regolare i loop regolando i potenziometri o cambiando i componenti passivi. Qualunque sia la vostra scelta, la messa a punto fa parte della curva di apprendimento e richiede un po' di studio e sperimentazione.

Comunicazione con gli azionamenti. Molti azionamenti usano un segnale analogico per fornire i comandi di velocità e di coppia. Tuttavia, la comunicazione digitale sta guadagnando popolarità, perché 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.

Tensione. Siate consapevoli che l'alimentazione a 110 Vca può essere difficile da trovare in fabbrica. In Europa, 460 Vac è popolare; l'uso di azionamenti a 230 Vac può richiedere un trasformatore nelle macchine per l'uso oltreoceano. Sfortunatamente, gli azionamenti a 460 Vac possono essere costosi. Un compromesso è l'alimentatore universale che usa 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 Vac per alimentare diversi assi a 230 Vac.

Un ultimo punto da considerare: usando solo un piccolo numero di famiglie di azionamenti su una macchina, si semplifica la lista dei pezzi di ricambio.

Selezionare il controllore

Quando si seleziona il controllore, scegliere un asse singolo o un asse multiplo. I controllori ad asse singolo combinano un controllore di movimento, un azionamento e spesso un alimentatore integrato in un unico pacchetto. Nei sistemi a uno o due assi, questi controllori possono ridurre i costi, le dimensioni, il cablaggio e la complessità del sistema.

I controllori multiasse sono di solito più adatti in sistemi più complicati. In primo luogo, di solito riducono i costi, specialmente quando il numero di assi cresce. In secondo luogo, riducono la complessità del sistema perché un programma può controllare tutto il movimento. Questi controllori di movimento forniscono anche una maggiore flessibilità nella sincronizzazione poiché di solito permettono a qualsiasi asse di collegarsi a qualsiasi altro asse e consentono di modificare tale collegamento durante l'esecuzione del programma.

Dopo la selezione del vostro controllore, dovrete scegliere una configurazione "scatola" o "scheda". Una configurazione a scatola è un controllore chiuso in grado di funzionare da solo. I controllori a scheda si collegano a computer industriali. Se avete già un computer industriale sulla macchina, una scheda compatibile può ridurre i costi e migliorare l'integrazione del controllo e della macchina. Se non avete intenzione di usare un computer industriale, il controllore a scheda è di solito più facile da aggiungere.

Valutare il set di funzioni

Infine, valutate le caratteristiche del controllore. Considerate le funzioni discusse finora: ingranaggi, camme, registrazione ad alta velocità e finecorsa programmabili. La maggior parte dei controllori offre queste caratteristiche in qualche forma, ma le specifiche devono essere confrontate con le esigenze della vostra applicazione. Avete bisogno di cambiare i rapporti di trasmissione durante il funzionamento? Avete bisogno di modificare i profili delle camme al volo? Di quale precisione di registrazione avete bisogno? Avete bisogno di cambiare la velocità o la posizione di destinazione durante il funzionamento? Il controller supporta abbastanza assi per questa applicazione? Si adatterà alle versioni future della vostra macchina?

Affrontare i costi

Il costo dei componenti servo è spesso superiore a quello dei componenti meccanici che sostituiscono. Tuttavia, alcuni fattori importanti mitigano questo costo maggiore. Per esempio, l'eliminazione di dispositivi meccanici complessi può ridurre il costo totale e le dimensioni della macchina, il che può aumentare il valore del sistema. Il servocontrollore spesso sostituisce un PLC; in questo caso, l'intero costo della conversione ai servi può essere compensato. La flessibilità aggiunta può ridurre il numero di modelli di macchine o di 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 porre. Il linguaggio è in grado di supportare i vostri processi? È così complesso da richiedere troppo tempo per impararlo? Il prodotto supporta il multi-tasking? Una tecnica che permette 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 si è nuovi al controllo elettronico del movimento. La maggior parte delle aziende che offrono controllori li supportano bene. Durante il vostro processo di selezione, fate molte domande. Non solo vi aiuta a valutare il prodotto, ma anche il supporto. Infine, considerate il futuro dell'attività di sviluppo della vostra azienda. Scegliete i fornitori che possono fornire prodotti e supporto ora e negli anni a venire.