Le macchine industriali hanno tradizionalmente separato il motore, il dispositivo di azionamento, il dispositivo di retroazione e il sistema di controllo.
Questa architettura funziona bene, ma può anche significare più cavi, più componenti e più spazio all’interno dell’armadio macchina.
Una nuova direzione sta diventando più visibile nel controllo del movimento: integrare più funzioni più vicine al motore.
I recenti sviluppi industriali stanno combinando la tecnologia automobilistica con le funzioni di guida, le comunicazioni e la diagnostica. Il 2 ottobre i comandi drive & hanno riferito su una piattaforma motoria integrata utilizzando IO-Link per portare le informazioni diagnostiche e di comunicazione direttamente al punto di movimento. L’approccio è volto a semplificare l’architettura della macchina e a fornire ai sistemi di controllo maggiori informazioni a livello di dispositivo.
Per i costruttori di macchine OEM, questa tendenza solleva una domanda interessante.
Se il motore diventa più intelligente, cosa succede al cambio e al resto della trasmissione meccanica?
Dai componenti separati al movimento integrato
Un asse servo o stepper tradizionale può comprendere diversi elementi distinti.
C’è il motore.
Può esserci un’unità separata.
Il Feedback può provenire da un codificatore.
Il sistema di controllo gestisce l’asse.
Un cambio può ridurre il regime e aumentare la coppia.
Sensori supplementari possono monitorare le condizioni operative.
Ogni componente ha le proprie esigenze di cablaggio e installazione.
Le tecnologie motrici integrate stanno cercando di ridurre parte di questa complessità introducendo più funzioni nel montaggio del motore o dell’attuatore.
Ciò può ridurre il numero di componenti separati che i costruttori di macchine devono installare.
Può anche rendere più semplice l’avviamento e la diagnostica.
IO-Link porta più informazioni alla macchina
Una delle parti interessanti degli ultimi sviluppi integrati dei motori è la comunicazione.
Un normale motore fornisce principalmente una potenza meccanica.
Un motore collegato può fornire informazioni anche su se stesso.
Secondo la recente relazione drive & Controls, il nuovo approccio motore IO-Link consente l’accesso a informazioni quali configurazione, identificazione, diagnostica e dati operativi.
Ciò è importante per i oem perché la manutenzione delle macchine sta diventando sempre più un problema di dati oltre che un problema meccanico.
Se un dispositivo può identificarsi e riferire informazioni operative utili, i tecnici possono passare meno tempo a verificare i cablaggi, a cercare parametri del dispositivo o a localizzare problemi su un componente sconosciuto.
Piccoli armadi di comando possono cambiare la progettazione della macchina
La riduzione del numero di dispositivi separati può avere un effetto fisico sulla macchina.
Una macchina con meno componenti di trasmissione e percorsi di cablaggio più brevi può richiedere meno spazio per l’armadio.
Per gli impianti compatti di automazione, ciò può essere utile.
Le macchine da imballaggio, le apparecchiature di controllo, i sistemi di assemblaggio elettronico e altre macchine compatte per la produzione hanno spesso uno spazio limitato per i componenti elettrici e meccanici.
Le funzioni di spostamento più vicine al punto di movimento possono quindi aiutare i costruttori a ripensare la disposizione.
Ma la trasmissione meccanica deve ancora adattarsi a quell’architettura.
ilcambioNon scompare
La tecnologia automobilistica integrata non elimina la necessità di un cambio di velocità.
Un motore e un cambio risolvono diversi problemi.
Il motore genera energia meccanica.
Il cambio cambia il regime e la coppia e può fornire le caratteristiche meccaniche richieste dall’asse motore.
Ad esempio, un servomotore ad alta velocità può necessitare di un cambio planetario per fornire una coppia e una velocità di uscita adeguate.
Un giunto robotico può usare un riduttore armonico dove sono importanti le dimensioni compatte e la bassa reazione.
Un riduttore RV può essere scelto per un asse che richiede elevata rigidità e capacità di coppia.
Un cambio ad angolo retto può cambiare la direzione di trasmissione quando lo spazio della macchina è limitato.
L’architettura di controllo può diventare più integrata, ma restano i requisiti meccanici.
Più dati non significa automaticamente migliore movimento
C’è anche un limite pratico a ciò che i componenti di movimento connessi possono risolvere.
Un motore può registrare le sue condizioni di funzionamento.
Un controllore può monitorare i dati.
Un sensore può rilevare un comportamento anomalo.
Ma nessuna di queste funzioni può compensare un cambio di velocità selezionato in modo errato.
Se il rapporto di trasmissione non è corretto, il motore può non funzionare al punto di lavoro desiderato.
Se il cambio ha una reazione eccessiva, il software non può rimuovere completamente il gioco meccanico.
Se il cuscinetto di uscita è sovraccarico, una comunicazione supplementare non risolverà il problema meccanico.
Il processo ingegneristico di base rimane quindi importante.
Il motore, il cambio, il carico e il sistema di comando devono essere considerati insieme.
Corrispondenza tra motore e cambioDiventa più importante
Man mano che i sistemi di movimento diventano più integrati, la compatibilità dei componenti diventa sempre più importante.
Gli ingegneri OEM possono dover valutare:
Potenza motrice
Coppia nominale
Regime motore
Rapporto cambio
Coppia d’uscita
contraccolpo
Rigidità torsionale
Dimensioni montaggio
Requisiti di comunicazione
Ciclo di funzionamento
Spazio d’installazione
L’obiettivo è creare un asse che funzioni come un sistema completo piuttosto che come una collezione di componenti indipendenti.
Ciò è particolarmente importante per le macchine che utilizzano più assi servo.
Un asse può richiedere velocità elevata.
Un altro può richiedere una coppia elevata.
Un’altra può richiedere dimensioni compatte.
I requisiti di trasmissione possono quindi essere diversi anche quando l’architettura di controllo è standardizzata.
Perché questo è importante per l’automazione industriale
Gli ultimi sviluppi integrati dei motori riflettono un cambiamento più ampio nella progettazione delle macchine.
Le apparecchiature di automazione stanno diventando sempre più collegate.
I controllori hanno bisogno di maggiori informazioni dai dispositivi sul campo.
Le squadre di manutenzione vogliono una migliore diagnostica.
Gli oem vogliono impianti più semplici e più veloci.
I costruttori di macchine devono inoltre ridurre, ove possibile, le dimensioni dell’armadio e il tempo di installazione.
Questi requisiti stanno spingendo l’intelligenza più vicino al vero punto di movimento.
Allo stesso tempo, la trasmissione meccanica deve ancora fornire le prestazioni richieste in termini di coppia, velocità e posizionamento.
Ciò crea una sfida di progettazione combinata per gli ingegneri elettrici e meccanici.
La trasmissione di precisione rimane parte dell’equazione
Il suo portafoglio di prodotti comprende anche ingranaggi di precisione, racchette e altri elementi di movimento. La società afferma che la sua serie di cambi di precisione per uso professionale è compatibile con servo e stepper motors dei principali produttori mondiali.
Per le applicazioni OEM, l’abbinamento del motore può riguardare la flangia, il diametro dell’albero, il diametro del pilota, il modello di bullone e altre dimensioni dell’interfaccia.
Tali dettagli possono sembrare meccanici rispetto ai più recenti sviluppi nei motori collegati e nelle comunicazioni industriali.
In pratica, essi determinano se il sistema di movimento può effettivamente essere assemblato e fatto funzionare in modo affidabile.
La prossima generazione di sistemi di movimento riunirà entrambe le parti
Lo sviluppo di motori integrati e di IO-Link non significa che l’ingegneria meccanica stia diventando meno importante.
Può essere vero il contrario.
Man mano che le funzioni elettriche e software diventano più integrate, la trasmissione meccanica deve inserirsi in modo più naturale nel sistema completo.
Il motore deve comunicare.
Il controllore deve capire l’asse.
Il cambio deve fornire il rapporto meccanico e la coppia corretti.
La macchina deve muoversi in modo accurato e ripetuto.
Per i oem, l’obiettivo non è semplicemente rendere una componente più intelligente.
Si tratta di rendere il sistema completo di movimento più semplice da progettare, commissionare, far funzionare e mantenere.
E’ qui che iniziano a scontrarsi i motori integrati, i comandi collegati e la trasmissione di precisione.
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