Drive Multiasse All-in-One e Servodrive Modulare Book-Type per Motori Brushless
La scelta del servoazionamento corretto determina efficienza, precisione e compattezza della macchina
Non c’è dubbio che l’efficienza, la precisione e la compattezza di una macchina dipendano dalla bontà della scelta del servoazionamento.
L’architettura del controllo multiasse incide in modo diretto sui tempi di messa in servizio, sulle prestazioni e sull’ingombro nel quadro elettrico. È un aspetto che un system integrator o un costruttore di automazione deve ponderare con attenzione quando progetta una soluzione a più assi sincronizzati: la prima decisione tecnica è se adottare un’architettura all-in-one o un sistema modulare book-type.
Tutto sta a valutare alcuni fattori:
- il numero di assi da comandare,
- la potenza di ciascuno,
- lo spazio a disposizione e la necessità di flessibilità.
Un drive multiasse di piccole dimensioni può fare molto per alleggerire il cablaggio e contenere gli ingombri; d’altro canto, un servodrive modulare si impone per la sua scalabilità e per adattarsi a potenze elevate o configurazioni non omogenee. Esaminiamo le differenze operative, i criteri di selezione e le peculiarità tecniche che distinguono i due approcci per i motori brushless.
Cos'è un servoazionamento multiasse all-in-one e quando rappresenta la soluzione ottimale
Per definizione, un dispositivo all-in-one a architettura integrata concentra in un solo involucro la gestione centralizzata del bus DC e della comunicazione per più assi (di norma tra i 2 e i 4), con una corrente nominale per asse uniforme. La topologia del bus DC condiviso è un punto di forza: permette di far ricorso a un unico modulo di frenatura rigenerativa e a una sola sezione di alimentazione per l’intero gruppo di assi, con ovvi vantaggi in termini di efficienza energetica e minor presenza di componenti nel quadro. Si tratta di una via da preferire ove vi sia poco spazio e la semplicità di installazione sia prioritaria, specie in applicazioni dove gli assi lavorano nella stessa fascia di potenza
Vantaggi dell'architettura all-in-one per applicazioni compatte
Quando la compattezza è un requisito per l’applicazione, l’architettura all-in-one offre vantaggi di fatto. Optare per una soluzione integrata ha i suoi benefici, primo fra tutti il contenere gli ingombri. Un unico dispositivo fa a meno dei drive monoasse e con esso sparisce l’onere di cablare e montare separatamente alimentatori, resistenze di frenatura o i moduli di comunicazione. Il risultato è un cablaggio più semplice che riduce le possibilità di errore e fa risparmiare tempo in fase di messa in servizio.
A titolo d’esempio, il CoolDrive MA (CDMA) è un azionamento servo integrato multiasse di nuova generazione, sviluppato da TSINO DYNATRON e progettato per soddisfare le diverse esigenze del settore dell’automazione industriale. Si presta bene a linee di produzione o a qualsiasi apparecchiatura elettronica dove lo spazio sia vincolante: in poco integra fino a 4 assi da 5 A nominali ciascuno, nonchè ingressi di sicurezza STO e bus EtherCAT CiA402. Una scelta che si ripercuote positivamente anche sui costi dei componenti e sulla gestione delle scorte.
Funzioni avanzate integrate : auto-tuning, soppressione delle vibrazioni e interfaccia intuitiva
I servoazionamenti multiasse di ultima generazione, come il CoolDrive MA (CDMA) commercializzato da Elcam, hanno poi evoluto il concetto di controllo: non si limita a dominare posizione e corrente. I nuovi modelli fanno ricorso ad algoritmi di ottimizzazione dinamica per ottenere migliori prestazioni senza regolazioni complicate. L’auto-tuning, per intenderci, si occupa in autonomia di adattare i parametri di controllo alla meccanica del carico, abbreviando il setup. In tema di vibrazioni, il sistema è in grado di rilevare le frequenze di risonanza della struttura e applica compensazioni attive in tempo reale per assicurare precisione e durata; i filtri notch adattivi smorzano le armoniche critiche lasciando intatta la reattività. E per chi deve configurare o fare diagnostica, l’interfaccia software è abbastanza intuitiva da non creare problemi nemmeno agli operatori meno esperti.
CoolDrive MA (Azionamento servo integrato multiasse)
| Caratteristica | Specifiche |
|---|---|
| Configurazione Assi | Configurazione flessibile: versioni disponibili fino a un massimo di 4 assi. |
| Corrente Nominale | 5 A per singolo asse |
| Bus di Comunicazione | EtherCAT con profilo CiA402 per un'integrazione di rete rapida e sincronizzata. |
| Sicurezza Integrata | Ingressi di sicurezza STO (Safe Torque Off) per la protezione dell'operatore e dell'impianto. |
| Funzionalità Avanzate | Auto-tuning, soppressione vibrazioni (modello), filtri notch adattivi. |
Quando il drive all-in-one non basta: limiti di potenza e scalabilità
L’architettura integrata ha dei suoi punti deboli. Si fa sentire quando gli assi sono più di quattro, se la potenza nominale per asse va oltre i 5-7 A o quando c’è una forte eterogeneità tra le potenze in gioco. In tal caso è preferibile un approccio modulare, più efficiente perché lascia la possibilità di dimensionare ogni asse a parte, scongiurando costosi sovradimensionamenti e consentendo flessibilità per eventuali ampliamenti. Prendiamo un costruttore di macchine CNC con 8 assi e potenze comprese tra 3 e 15 kW: da un drive all-in-one non trarrà vantaggio, ma dovrà orientarsi verso una soluzione modulare book-type come il CoolDrive A10 (CDA10).
Come funziona il servodrive modulare book-type e perché offre flessibilità nella configurazione di potenza
Topologia bus DC condiviso: recupero energetico e dimensionamento ottimale
È nella gestione energetica che si fa notare la distanza tra i servodrive multiasse e i più consueti monoasse. Con drive monoasse isolati l’energia rigenerativa di un asse in fase di frenatura va a dissiparsi sulla resistenza locale; adottando un bus DC condiviso, tale energia viene invece reindirizzata verso gli assi in accelerazione con un conseguente abbattimento dei costi operativi e del carico sulla rete. Il CDA10 CoolDrive A10 va oltre, consentendo il ritorno in rete dell’energia rigenerativa e tenendo sotto controllo i consumi anche in quelle applicazioni dai cicli di lavoro più gravosi. Si può poi ottimizzare il dimensionamento della comune alimentazione in base al fattore di contemporaneità degli assi, senza cadere in sovradimensionamenti superflui.
Compatibilità con encoder, motori e protocolli di comunicazione industriali
Un’altra caratteristica è la compatibilità con encoder, motori e i protocolli d’uso nell’industria. I servoazionamenti modulari book-type come il CDA10 sono fatti per inserirsi in ecosistemi di automazione variegati, dialogando con EtherCAT e con i modelli di encoder o motori brushless sincroni (incrementali, assoluti, resolver) di ogni marca che ci si trovi sul mercato, il che agevola il lavoro su progetti a componentistica mista o su impianti già in funzione. La precisione non viene meno neppure con giochi o elasticità delle trasmissioni, grazie al full-closed loop che attinge il feedback di posizione da un encoder esterno. Per quanto riguarda le macchine da stampa, le stampanti 3D industriali o i laser di taglio, dove la sincronizzazione di portali (gantry) è fondamentale, i drive modulari di livello avanzato offrono in via nativa gli algoritmi per compensare in tempo reale eventuali errori di parallelismo.
CoolDrive A10 (Servodrive Modulare Book-Type)
| Caratteristica | Specifiche |
|---|---|
| Range di Potenza | Una gamma estremamente estesa che copre da 1,6 kW fino a 100 kW. |
| Sostenibilità | Recupero energetico rigenerativo per reimmettere l'energia di frenatura in rete, riducendo consumi e costi. |
| Protocollo Rete | Bus EtherCAT integrato per controllo sincrono in tempo reale. |
| Controllo Avanzato | Compatibilità con i principali encoder e motori, con supporto per full-closed loop e sincronizzazione gantry ad alta precisione. |
| Ciclo Anello Corrente | Ciclo ultra-rapido di 1,2 μs. |
| Ciclo Anello Velocità | Ciclo di controllo pari a 62,5 μs. . |
| Ciclo Anello Posizione | Ciclo a 125 μs. |
Architettura distribuita vs architettura all-in-one: criteri di scelta per costruttori e integratori
La scelta tra le due architetture non ammette una risposta univoca per costruttori e integratori. Si tratta di valutare:
- il profilo della macchina, i fabbisogni in termini di potenza e quanto il progetto dovrà evolversi,
- i vincoli di spazio,
- la manutenzione.
C’è una netta distinzione tra le due filosofie: un’architettura all-in-one per la sua semplicità e compattezza, e una modulare quando si vuole dare il massimo in termini di flessibilità e scalabilità. A fare la differenza è un’analisi oggettiva delle esigenze applicative.
Prendiamo ad esempio l’analisi del numero di assi e della potenza in gioco. Per macchine con 2-4 assi e una potenza omogenea, tipo 4 assi da 5 A a testa, non c’è soluzione più efficiente del drive multiasse all-in-one come il CDMA: si risparmia sul costo e sullo spazio e il cablaggio ne risulta più agevole. Se invece il sistema conta 6 assi di potenze slegate (immaginiamo 2 da 2 kW, 3 da 5 kW e uno da 15 kW), allora la via modulare book-type è l’unica sensata per calibrare ogni modulo azionamento sulla potenza richiesta ed evitare sprechi.
Bisogna pure tener presente la possibilità di un’espansione della macchina in una fase successiva: con un impianto modulare l’integrazione di nuovi assi non costringe a rivedere il controllo nella sua interezza.
Ci sono poi le questioni legate al quadro elettrico, dai vincoli di spazio alla termica. Non è una mera questione di ingombro. I drive all-in-one hanno l’abitudine di concentrare la dissipazione in un’area ridotta e questo richiede una certa attenzione alle temperature e al flusso d’aria. Al contrario, i book-type modulari, disposti in verticale, distribuiscono il calore tra i vari moduli e lo gestiscono in modo più efficace con la ventilazione forzata o circuiti chiusi; dove l’ambiente è caldo o l’aria viziata, è un fattore che può fare la differenza per l’affidabilità nel lungo periodo.
La manutenzione è un altro aspetto da valutare. La modularità si fa valere: in caso di guasto su un asse basta mettere in campo il modulo di ricambio, senza dover fermare l’impianto o sostituire un multiasse. Si ottiene così una riduzione dei costi di scorta, tenendo in magazzino i singoli moduli invece di drive interi, e un ripristino più celere. Una flessibilità che in settori mission-critical come la robotica industriale, le linee di produzione in continuo o le macchine per semiconduttori spinge verso un’architettura di questo tipo, potenza e numero di assi a parte.
Scegli il servoazionamento giusto con il supporto tecnico di Elcam
Tsino Dynatron (Beijing) Co., Ltd. è il partner che progetta e realizza servosistemi, driver, elettronica di potenza e motori per il controllo del movimento. Definita “Little Giant” per il ruolo di primo piano in nicchie tecnologiche, l’impresa punta sull’innovazione nei sistemi di automazione e sulla localizzazione produttiva, fornendo componenti per una manifattura ad alta tecnologia. I suoi sistemi trovano impiego là dove precisione e continuità operativa sono prerequisiti per la produttività: dal packaging e alla stampa alle macchine utensili CNC, dai semiconduttori ai macchinari tessili e alle linee automatizzate.
Per conoscere meglio le potenzialità dei multiasse all-in-one CDMA CoolDrive MA o dei modulari book-type CDA10 CoolDrive A10, e trovare la risposta alle esigenze dell’applicazione industriale, non resta che rivolgersi a Elcam.
FAQ — Domande frequenti sui servoazionamenti multiasse e modulari
Il servodrive multiasse con bus DC condiviso consente di redistribuire l'energia rigenerativa tra gli assi, riducendo il prelievo dalla rete e la dissipazione nelle resistenze di frenatura. Un drive monoasse gestisce l'energia in modo isolato, richiedendo resistenze di frenatura dedicate per ogni asse.
Generalmente no: i drive all-in-one sono progettati per assi con corrente nominale omogenea (es. 5 A per asse). Per gestire potenze eterogenee è necessario un sistema modulare book-type, che permette di dimensionare ogni modulo azionamento individualmente.
Il controllo full-closed loop utilizza un encoder esterno (lineare o rotativo) montato sul carico finale, non sul motore, per chiudere l'anello di posizione. È essenziale nelle applicazioni con trasmissioni elastiche, giochi meccanici o requisiti di precisione assoluta, come macchine utensili CNC o portali gantry.
Cicli più rapidi (es. 1,2 μs) migliorano la reattività del sistema, riducono l'errore di inseguimento e aumentano la stabilità in presenza di disturbi. Questo si traduce in maggiore precisione a velocità elevate e miglior qualità del prodotto finito.
Macchine utensili CNC, macchine per il packaging ad alta cadenza, robotica industriale, macchine da stampa, tessili, per la plastica, e apparecchiature elettromedicali richiedono spesso configurazioni multiasse ad alta potenza e precisione, dove i sistemi modulari offrono flessibilità, scalabilità e gestione energetica ottimizzata.
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