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Due in uno: soluzioni OCT per cavi per servomotori e motori

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Soluzioni personalizzate a cavo singolo per cavi per servomotori e motori

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In considerazione del crescente volume di dati nei settori dell’automazione e della tecnologia di azionamento, la tendenza si sta allontanando dai classici cavi di retroazione e resolver per orientarsi verso la cosiddetta One Cable Technology (OCT). Tuttavia, la progettazione dei cavi deve soddisfare requisiti specifici per garantire prestazioni di trasmissione prive di interferenze e protette dal punto di vista EMC.

I cavi OCT possono essere progettati per potenze a impulsi fino a 16 kHz, dispongono di doppia schermatura EMC e garantiscono una trasmissione a basse perdite anche su lunghe distanze grazie al loro design simmetrico.

Negli ultimi anni, l’impiego di servoazionamenti nell’automazione industriale è aumentato in modo significativo, in particolare in settori quali la lavorazione dei metalli, delle materie plastiche e del legno. Questi sistemi di azionamento richiedono un’alimentazione elettrica affidabile, nonché la registrazione continua di dati operativi quali angolo, velocità e temperatura. Il cablaggio convenzionale per motori e servoazionamenti richiede due spine, connettori e giunti, oltre a un cavo per l’alimentazione e uno per il feedback. Ciò raddoppia la quantità di materiale e il lavoro di installazione, comporta costi più elevati e richiede più spazio.
Mentre lo spazio di installazione si sta riducendo a causa delle dimensioni ridotte dei motori e delle elevate densità di montaggio nelle scatole di comando, le velocità di trasmissione per il controllo automatizzato di macchine e impianti stanno aumentando drasticamente nel contesto dell’Industria 4.0. Le soluzioni ibride, che combinano in un unico cavo non solo i cavi di alimentazione e di controllo ma anche il segnale di retroazione, rappresentano un’alternativa economica e salvaspazio.
Per poter regolare e controllare tutti i dati rilevanti della macchina, le variabili manipolate e i valori di processo, il cablaggio deve garantire una trasmissione affidabile in tempo reale nell’ordine dei gigabit, anche su lunghe distanze. Ecco perché tali soluzioni ibride a cavo singolo richiedono un design estremamente resistente alle interferenze, protetto da una doppia schermatura EMC.

Potenziali effetti di disturbo
Una delle sfide particolari in questo ambito è evitare i riflessi di interferenza, che possono verificarsi soprattutto in presenza di tratte di cavo più lunghe. Inoltre, un’attenuazione eccessiva può ridurre il livello del segnale e compromettere l’elaborazione affidabile dello stesso. Un terzo potenziale fattore di interferenza per la trasmissione del segnale è un’impedenza caratteristica errata. Nel peggiore dei casi, il segnale originale e la riflessione possono sovrapporsi, con il risultato che il segnale non può più essere valutato dal dispositivo finale.

Standard diversi
Dall’introduzione dei cavi per servomotori Hiperface DSL per la trasmissione digitale del segnale di retroazione, si sono affermate diverse soluzioni a cavo singolo con cavo Ethernet integrato. Attualmente non esiste uno standard uniforme per la trasmissione del segnale, poiché ogni produttore di servomotori utilizza il proprio protocollo di comunicazione. Con il cavo di collegamento motore ibrido a bassa capacità della serie SL 875 C, offriamo soluzioni di cablaggio per SICK HIPERFACE DSL e HEIDENHAIN HMC6. Su questa base è possibile realizzare, secondo necessità, adattamenti ad altri standard. La variante di modello specificata per HIPERFACE è disponibile di serie in dieci versioni con diametri esterni compresi tra 9,8 mm e 24,4 mm. Inoltre, sono disponibili quattro specifiche secondo lo standard HEIDENHAIN con diametri compresi tra 10,8 mm e 15,4 mm.

Raggi di curvatura ridotti
I cavi servo OCT, sviluppati per il collegamento di convertitori di frequenza e motori, garantiscono una tecnologia di collegamento semplificata, riducono il peso dei cavi e richiedono meno spazio di installazione nella catena portacavi. Sono necessarie guaine particolarmente robuste e resistenti all’usura per garantire che i cavi siano sufficientemente flessibili e stabili da sopportare in modo permanente raggi di curvatura stretti, anche con sezioni minime dei conduttori fino ad AWG 30 – corrispondenti a una sezione di 0,057 mm². È richiesto un raggio di curvatura minimo inferiore a 40 mm affinché i cavi ibridi per motori siano adatti anche a spazi di installazione angolati e canaline strette e possano essere utilizzati, ad esempio, per l’installazione fissa all’interno di un armadio di controllo. Per applicazioni altamente dinamiche nelle catene portacavi, il raggio di curvatura delle soluzioni ibride a cavo singolo non deve superare di dieci volte il diametro del cavo.

Bassi valori di capacità
Inoltre, per i cavi servo è necessario tenere conto dei valori di capacità legati all’isolamento, che hanno un effetto sempre più marcato nei convertitori di frequenza a causa dei fronti di segnale crescenti, mentre la compensazione deve essere molto compatta per ragioni di spazio. Maggiore è la capacità del cavo di immagazzinare energia, minore è l’energia condotta al motore e più dannoso è l’effetto della tensione dell’onda di riflessione sul motore. Per ottenere la capacità più bassa possibile, il classico isolamento in PVC è stato sostituito da materiali isolanti a bassa capacità realizzati in PE o PP. Ulteriori piccole capacità di schermatura garantiscono una trasmissione via cavo a basse perdite. Questa soluzione impedisce agli utenti di raggiungere i limiti elettrici del sistema di convertitori a causa delle scarse capacità operative del cavo.

Struttura simmetrica del cavo
Per una protezione EMC ottimale, i cavi per motori e servomotori prodotti da SAB Bröckskes sono dotati di doppia schermatura costituita da una treccia e da una pellicola in PE laminata con alluminio. La doppia schermatura assicura un funzionamento privo di interferenze dei convertitori di frequenza. La trecciatura simmetrica con conduttore di protezione diviso riduce l’accoppiamento induttivo. Inoltre, una struttura simmetrica con un terzo conduttore di protezione presenta proprietà EMC migliorate a livelli di potenza elevati rispetto a una struttura a quattro conduttori. Il bilanciamento dei conduttori su tutta la lunghezza del cavo e un collegamento radiale circolare sulla spina sono fondamentali per la simmetria. Mentre i cavi motore devono sempre essere messi a terra su entrambi i lati, per i cavi dati occorre verificare caso per caso quale metodo di messa a terra causi un minore accoppiamento.