Come selezionare un servoazionamento

Quando si cerca un servoazionamento, si possono trovare migliaia di opzioni. ADVANCED Solo Motion Controls offre oltre 200 modelli di servoazionamenti, senza considerare le opzioni personalizzate.

Ma trovarne uno che soddisfi tutte le esigenze della vostra applicazione può essere un po' più complesso. I servoazionamenti hanno diverse gamme di potenza, dimensioni, opzioni di rete, intelligenza, fattori di forma, caratteristiche digitali e altro ancora.

La scelta di un servoazionamento richiede un'attenta considerazione delle esigenze del progetto e delle opzioni disponibili. Non si tratta di una decisione semplice, ma non deve nemmeno essere un compito scoraggiante. Questo blog vi guiderà in questo processo.

Preparazione: Definire l'applicazione

La soluzione di controllo assi deve basarsi sulle esigenze della vostra applicazione, non viceversa. Come diciamo sempre, voi concentratevi sulla vostra macchina, noi ci occupiamo del controllo assi.

Prima di iniziare la ricerca dei servoazionamenti giusti, è necessario impostare i parametri del sistema di controllo assi, e tutto dipende da come si definisce l'applicazione.

Dovete cominciare a guardare il quadro generale: Cos'è che state costruendo? È una grande macchina di produzione, un robot mobile o un dispositivo da tavolo? È un sistema a uno o più assi? Che tipo di compito sta svolgendo il vostro sistema? Questo risponderà ad alcune domande di base sulla scelta del vostro servoazionamento, come i requisiti di potenza, analogico o digitale, e le modalità operative necessarie.

Successivamente, è necessario determinare quali elementi del progetto sono flessibili e quali sono fissi. Questo definirà ulteriormente i parametri del sistema di controllo assi e, in ultima analisi, i parametri per la scelta del servoazionamento.

È necessario utilizzare un motore specifico? Lo spazio a disposizione è limitato? Siete vincolati a una determinata comunicazione di rete?

Se il progetto presenta un margine di manovra letterale o figurato, avrete a disposizione più opzioni, ma potreste non sapere da dove cominciare. Se i parametri sono definiti in modo più rigido, le opzioni da selezionare potrebbero essere meno numerose, ma potrebbero anche non essercene affatto. In questo caso, potrebbe essere necessario riprogettare o prendere in considerazione una soluzione personalizzata.

Fare tutte le scelte giuste

Una volta che avete impostato i vostri parametri, potete iniziare a guardare cosa hanno da offrire i diversi servoazionamenti. Come abbiamo detto prima, ci sono molti fattori da considerare.

ADVANCED Motion Controls ha uno strumento di ricerca di servoazionamenti che ti permette di impostare le tue specifiche e presentarti una selezione filtrata di servoazionamenti che le soddisfano.

Potenza

Subito dopo, la gamma di potenza è forse il fattore più cruciale nella scelta del servoazionamento. È necessario trovare un servo amplificatore che abbia la potenza appropriata per il motore con cui lo si sta accoppiando.

È abbastanza semplice, se il vostro azionamento non può fornire abbastanza potenza, il vostro motore non sarà in grado di girare, almeno non con la coppia o la velocità che volete. Ecco perché è così importante definire i requisiti di velocità e/o di coppia della vostra applicazione. Usando le proprietà del vostro motore e del suo carico, potete determinare le capacità di potenza necessarie del vostro servoazionamento.

Al contrario, è necessario assicurarsi che il servoazionamento non sia significativamente sovrapotenziato per il motore. Se si spinge una corrente eccessiva, è possibile che il motore si frigga facilmente in un sistema fortemente spaiato.

Anche se il convertitore di frequenza viene fatto funzionare al limite inferiore del suo campo operativo, dove tecnicamente soddisfa la potenza del motore, non è consigliabile per un controllo preciso. Sarebbe come cercare di pettinarsi con un rastrello da giardino: si può fare, ma non è adatto a un oggetto così piccolo e non si ottengono i risultati desiderati.

È inoltre importante ricordare che, mentre l'azionamento fornisce energia al motore, anche l'alimentazione dell'azionamento deve provenire da qualche parte.

I servoazionamenti hanno un intervallo di tensione di alimentazione, quindi è necessario assicurarsi di poter fornire correttamente tale tensione al servoazionamento.

Ogni applicazione è diversa e ci sono così tante gamme di potenza diverse per gli azionamenti, quindi non ha senso discutere di quali applicazioni hanno bisogno di quale tipo di potenza del servoazionamento. Basta ottenere la stima più precisa delle esigenze di potenza del motore della vostra applicazione e iniziare la vostra selezione da lì.

Dimensioni e fattore di forma

Le dimensioni sono davvero importanti? A volte. Se state realizzando una macchina di produzione di grandi dimensioni o un sistema a portale per magazzini, le dimensioni del servoazionamento probabilmente non influiscono sull'applicazione.

Tuttavia, per applicazioni come la robotica o i dispositivi portatili, è fondamentale trovare un servoazionamento che si adatti all'interno.

In conclusione, se un'unità non è adatta, non è possibile utilizzarla, quindi è importante sceglierne una che lo sia.

Purtroppo, non è possibile scegliere sempre l'opzione più piccola per essere al sicuro. Le dimensioni vanno generalmente di pari passo con la potenza. La regola generale è che più grande è l'unità, maggiore è la potenza che può erogare.

Tuttavia, la spinta verso soluzioni di asservimento più compatte nel settore crea alcune eccezioni alla tendenza, come ad esempio ADVANCED I micro servoazionamenti di Motion Controls. Un servoazionamento fatto quest'anno può molto probabilmente avere una potenza maggiore di un servoazionamento più grande fatto qualche anno fa, ma la regola generale vale ancora.

Le unità non hanno solo dimensioni diverse, ma anche fattori di forma diversi. Ciò influisce sul modo in cui un'unità viene integrata nel sistema. I servoazionamenti con montaggio a pannello rappresentano il fattore di forma tradizionale dei servoazionamenti.

Sono dotati di un dissipatore a forma di staffa che viene utilizzato per montarli su un pannello elettrico all'interno o all'esterno del dispositivo, da cui il nome. I convertitori di frequenza con montaggio a pannello sono disponibili in un'ampia gamma di dimensioni e, di conseguenza, in un'ampia gamma di potenze nominali. Se il telaio del vostro dispositivo lo consente, potreste prendere in considerazione un'unità per montaggio a pannello.

Tuttavia, se avete bisogno di una soluzione più compatta e incorporata, dovreste prendere in considerazione un servoazionamento con montaggio su scheda, noto anche come servoazionamento di tipo plug-in.

Questi azionamenti si collegano in genere direttamente a una scheda di controllo o a una scheda di montaggio che dispone di tutti i collegamenti al motore, alla tensione di alimentazione, alla retroazione, ecc.

I servoamplificatori per montaggio su scheda sono più comuni nei dispositivi portatili, nei robot e nei macchinari più piccoli. Se avete poco spazio a disposizione, è probabile che un servoamplificatore per montaggio su scheda sia la scelta migliore.

Per la robotica mobile, come i veicoli a guida autonoma, è preferibile utilizzare un servoazionamento per veicoli. Questi azionamenti sono completamente racchiusi in un guscio rigido che li mantiene al sicuro.

Come i convertitori di frequenza per montaggio a pannello, sono dotati di un dissipatore di calore di grandi dimensioni, solitamente avvitato al telaio del dispositivo. Per le applicazioni robuste che possono ospitare un convertitore di frequenza di grandi dimensioni, un convertitore di frequenza per veicoli è una scelta eccellente.

Tenete a mente che il fattore di forma non determina le prestazioni di un'unità, determina solo il modo in cui la tecnologia è confezionata. Ci sono unità montate su PCB che possono superare quelle montate su pannello e viceversa.

Modalità di funzionamento

Questo è di nuovo il punto in cui dovete chiedere: "cosa sta facendo il vostro dispositivo?". Questo è molto importante per determinare come il vostro motore dovrebbe essere controllato, e quindi quali modalità operative deve avere il vostro servoazionamento. Le modalità operative più comuni sono la coppia (corrente), la velocità e la modalità di posizione.

Se si desidera un motore che funzioni con una coppia specifica e non abbia bisogno di compensare eventuali disturbi esterni, la modalità coppia è probabilmente sufficiente.

In alcune applicazioni, il controllore principale è più adatto a chiudere gli anelli di velocità o di posizione, il che consente di far funzionare l'azionamento semplicemente in modalità coppia. Quasi tutti i servoazionamenti disponibili dispongono della modalità coppia.

In alternativa, la modalità velocità è disponibile su molti servoazionamenti analogici e digitali. Un azionamento che opera in modalità velocità utilizza un dispositivo di feedback per tenere traccia della velocità del motore, quindi invierà potenza extra al motore se non riesce a soddisfare il target di velocità. Questo è utile per applicazioni come i sistemi di trasporto, le macchine utensili e la robotica mobile dove si desidera la stessa prestazione indipendentemente da qualsiasi cambiamento di carico.

La modalità di posizione è disponibile su molti servoazionamenti digitali. Viene utilizzata quando la posizione del motore è critica per il funzionamento, come nei robot di produzione e nelle stampanti 3D. Come la modalità di velocità, la modalità di posizione si basa su un dispositivo di feedback per tracciare il suo movimento nel tempo. I dispositivi di feedback di posizione assoluta possono identificare la vera posizione di un rotore in qualsiasi momento, indipendentemente da quando il dispositivo è stato acceso.

Come menzionato in precedenza, l'anello di velocità e quello di posizione possono essere chiusi da un controllore, ma gli azionamenti con modalità di velocità e/o posizione possono togliere questo peso dal controllore o offrire questi livelli di controllo in applicazioni standalone che non hanno un controllore esterno.

Prendete tempo per considerare il tipo di controllo di cui ha bisogno la vostra applicazione, poi sarete in grado di determinare quale modalità operativa richiede il vostro servoazionamento. Se avete bisogno di un servoazionamento che può cambiare modalità di funzionamento per compiti diversi, i drive digitali AMC hanno come opzione la commutazione di modalità al volo.

Controllo centralizzato o distribuito (analogico o digitale)

In un sistema di movimento ad asse singolo, il layout di controllo è meno importante; la scelta di un servoazionamento analogico o digitale potrebbe non fare molta differenza. In un sistema con più assi motore, tuttavia, si ha un po' più da pensare. La scelta del servoazionamento dipende molto da come state impostando il vostro sistema di controllo del movimento, in particolare nel decidere tra analogico e digitale.

È possibile che tutto il controllo provenga da una fonte centralizzata e sia inviato a ciascun azionamento individualmente? In tal caso, è possibile configurare il sistema con servoazionamenti digitali o analogici, purché si disponga di un controllore potente in grado di gestire la logica. È inoltre necessario collegare ogni singolo servoazionamento al controllore, il che di solito richiede molti cablaggi e che tutti i dispositivi siano piuttosto vicini tra loro. AMC servoazionamenti analogiciLa famiglia AxCent™ è progettata per il controllo centralizzato.

Tuttavia, se si desidera distribuire il controllo in tutto il sistema utilizzando una rete, allora è necessario utilizzare servoazionamenti digitali come quelli delle famiglie di azionamenti DigiFlex® Performance™ e FlexPro™ di AMC. I servoazionamenti digitali possono togliere parte del carico di elaborazione dal controllore utilizzando i propri processori interni e la propria memoria. Il controllo della posizione può essere ottenuto inviando singoli punti di posizione in cui il servoazionamento utilizza l'interpolazione lineare per definire il percorso tra i punti (modalità sincrona ciclica), oppure utilizzare 3^rd interpolazione di ordine per definire il percorso tra i punti (modalità PVT e PV). Per i percorsi di movimento semplici o dove il movimento è sempre ripetuto, gli spostamenti preconfigurati sugli azionamenti possono essere attivati da semplici comandi dal controllore o da un altro azionamento.

Rete

Come menzionato in precedenza, i servoazionamenti digitali permettono un controllo di rete, consentendo al controllore di inviare i suoi comandi in un pacchetto lungo una "daisy chain" di servoazionamenti piuttosto che a ciascuno individualmente. Questo può semplificare notevolmente il cablaggio. Le reti sono anche bidirezionali, permettendo al drive di inviare informazioni al controllore.

Tuttavia, servoazionamenti diversi sono progettati per reti diverse. Se la vostra applicazione è già impostata per utilizzare una certa rete, allora è meglio attenersi a quella per semplicità. Se non siete legati a una rete specifica per il vostro sistema di controllo del movimento, avete un po' più di libertà di scelta.

Per una rete in tempo reale che manterrà tutto perfettamente sincronizzato, si dovrebbe scegliere un servoazionamento con comunicazione di rete basata su Ethernet come EtherCAT, Ethernet Powerlink, PROFINET, Ethernet/IP e molti altri. Se si desidera una rete più tradizionale ed economica che sia comunque robusta e affidabile, si può scegliere un servoazionamento CANopen o Modbus.

Hai bisogno di una personalizzazione?

Diciamo che avete esaminato tutti i criteri che il vostro servoazionamento deve soddisfare, e poi andate a cercare e non riuscite a trovare un solo azionamento che soddisfi tutte le caselle. Dove si va a parare? In alcuni casi, potresti dover modificare il tuo progetto. A volte basta una piccola modifica. Altre volte, riprogettare non è sufficiente o non è affatto un'opzione.

È qui che dovreste considerare una soluzione di servoazionamento modificata o personalizzata. I servoazionamenti modificati possono avere varie modifiche come l'inversione della logica, il rivestimento protettivo, o anche la serigrafia del vostro logo sul case.

Se una modifica non è sufficiente, allora potrebbe essere necessario cercare una soluzione di servoazionamento personalizzata. Le soluzioni personalizzate sono servoazionamenti progettati e costruiti esclusivamente con la vostra applicazione in mente. Un servoazionamento personalizzato può fare drasticamente la differenza per la vostra applicazione e sbloccare il suo pieno potenziale, in quanto è fatto su misura per il vostro dispositivo. Le soluzioni personalizzate sono spesso le più economiche se si considerano i problemi di integrazione che possono risolvere insieme alla loro funzionalità specifica per l'applicazione

ADVANCED Motion Controls è sempre pronta, disposta e capace di progettare e costruire servoazionamenti personalizzati per il progetto giusto. Oggi, i prodotti personalizzati e modificati rappresentano circa un terzo della nostra attività, mentre il restante terzo è costituito da prodotti standard.

Non sei solo

Tutto questo vi sembra opprimente? Per favore, non preoccupatevi. Siamo qui per aiutarvi. Su ADVANCED Motion Controls, vi vendiamo molto di più che servoazionamentiLavoriamo con voi per progettare un sistema di controllo del movimento che faccia al caso vostro. Vi consiglieremo motori, cablaggi e controlli, ma soprattutto vi aiuteremo a scegliere il servoazionamento perfetto per la vostra applicazione. Abbiamo oltre 32 anni di esperienza nel settore, quindi permetteteci di usarla per aiutarvi.

da Jackson McKay, ingegnere di marketing