Servosistemi
SANYO DENKI propone un’ampia ed evoluta gamma di servoazionamenti a 230 VAC, 400 VAC e 48 VDC con bus di campo e funzioni di sicurezza in accoppiamento ai servomotori.
Le motorizzazioni disponibili coprono un range di potenze da 100 W a 15 KW, con coppie massime fino a 215 Nm. I motori, dotati di encoder integrato (incrementale o assoluto multigiro battery-less) e caratterizzati da velocità massime fino a 6.000 rpm, sono tra i più compatti al mondo e, in unione con i sistemi di azionamento proposti, hanno comportamenti dinamici di assoluta eccellenza.
La selezione di prodotti proposta da R.T.A., scelta tra i modelli del catalogo e supportata da un consistente stock di motori e azionamenti sempre pronti a magazzino, consente di affrontare e risolvere nel modo più efficiente una grande varietà di problemi di automazione.
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Servosistemi brushless industriali: servomotori e servoazionamenti per il controllo del movimento
Un servosistema brushless è una soluzione integrata di servomotore, servoazionamento (o servo drive) e sistema di feedback, progettata per controllare il movimento di un asse industriale. Nelle macchine automatiche la scelta di questi componenti non può essere separata: coppia e velocità del motore, corrente del drive, encoder, alimentazione, interfaccia con il PLC e caratteristiche della meccanica devono essere valutati insieme. Il risultato non dipende da una singola specifica, ma dalla compatibilità e dal dimensionamento dell'intero sistema.
RTA propone servosistemi industriali SANYO DENKI, con combinazioni di motori e azionamenti per differenti esigenze di potenza e controllo. Il catalogo generale documenta famiglie di sistemi a 48 VDC, 230 VAC e 400 VAC, servomotori con encoder incrementale e versioni con encoder assoluto multigiro senza batteria, oltre ad azionamenti con comando EtherCAT oppure Step/Dir e analogico, secondo il modello. Questa guida aiuta a scegliere il servosistema adatto all'applicazione e a capire quali dati occorrono prima di richiedere una soluzione tecnica.
Che cos'è un servosistema brushless e da quali componenti è formato
Il termine brushless descrive un motore privo di spazzole per la commutazione; servo indica invece un'architettura di regolazione basata sul feedback. Un servosistema brushless impiega questi elementi per eseguire movimenti controllati in posizione, velocità e coppia, secondo le modalità effettivamente supportate dai dispositivi.
Il servomotore genera il movimento e trasferisce coppia al carico. Il servoazionamento brushless alimenta e regola il motore, interpretando i riferimenti del controllore e i segnali di ritorno. L'encoder fornisce informazioni sulla posizione o sulla rotazione. Il PLC o motion controller coordina la sequenza della macchina, mentre cavi, trasmissione meccanica ed eventuale riduttore completano l'asse.
Questo approccio è particolarmente importante nelle applicazioni con accelerazioni frequenti, inversioni di moto, più assi sincronizzati o requisiti di ripetibilità. In tutti questi casi, acquistare un servomotore e un servo drive considerandoli indipendenti può condurre a una combinazione non ottimale o non compatibile.
Servoazionamenti brushless: come scegliere il servo drive
Un servoazionamento, detto anche servoamplificatore, gestisce la corrente diretta al motore e gli anelli di regolazione previsti dal sistema. Nella scelta vanno confrontate alimentazione, corrente continuativa, capacità di picco, interfacce di comando, feedback supportato, diagnostica e funzioni di protezione. Le grandezze nominali devono sostenere il ciclo di lavoro; quelle di picco devono coprire accelerazioni e transitori nei limiti temporali ammessi.
Il catalogo RTA distingue servoamplificatori a 48 VDC, 230 VAC e 400 VAC, con modelli e caratteristiche diversi. Non tutti gli azionamenti supportano ogni protocollo o ogni funzione di sicurezza. Per esempio, la presenza di STO (Safe Torque Off) va sempre verificata sul codice specifico, insieme alla sua certificazione e alle condizioni di utilizzo.
La scelta dell'alimentazione non è quindi una semplice preferenza d'impianto: deve essere coerente con la famiglia di motore, le prestazioni richieste, il quadro elettrico e le combinazioni dichiarate compatibili.
Servomotori brushless: coppia, velocità, inerzia e feedback
I servomotori brushless industriali devono essere selezionati a partire dal movimento da realizzare. La coppia nominale riguarda il funzionamento continuativo nelle condizioni dichiarate, mentre la coppia di picco descrive una capacità transitoria. Allo stesso modo, la velocità massima non sostituisce l'esame della curva coppia-velocità e del comportamento durante accelerazione e decelerazione.
La potenza meccanica istantanea è espressa dalla relazione P = T × ω, dove T è la coppia e ω la velocità angolare. Due motori di uguale potenza possono avere caratteristiche di coppia, numero di giri e inerzia differenti. Per le applicazioni dinamiche, l'inerzia del rotore e quella del carico riflessa al motore incidono sulla risposta dell'asse e sulla possibilità di ottenere una regolazione stabile.
Nel catalogo RTA sono presenti servomotori con encoder incrementale e versioni assolute multigiro battery-less per determinate famiglie. Anche la disponibilità di freno, protezione ambientale, albero e flange deve essere accertata in base al modello. Non è corretto estendere le opzioni di una singola versione a tutti i servomotori.
Come dimensionare un servosistema brushless completo
Il dimensionamento di un servosistema brushless comincia dai dati dell'applicazione, non dalla scelta di una potenza in watt. Occorre definire masse o inerzie, corsa, velocità richiesta, accelerazione, tempi di pausa, attriti, eventuali forze esterne e tipo di trasmissione. Su questa base si ricavano le grandezze necessarie lato carico e lato motore.
La verifica comprende la coppia massima nei transitori, la coppia equivalente sul ciclo, la velocità operativa e il comportamento termico. Solo in seguito si seleziona un servomotore compatibile e il corrispondente servoazionamento con corrente, alimentazione e funzioni adeguate. Se sono presenti frequenti frenate o carichi trascinanti, è opportuno esaminare anche la gestione dell'energia rigenerata in base al drive effettivamente scelto.
Un asse lineare con vite a ricircolo, per esempio, richiede di considerare passo della vite, rendimento, massa movimentata e tempi di accelerazione. Un asse rotativo con carico inerziale richiede invece particolare attenzione alle inversioni e all'inerzia equivalente. Non esiste un'unica combinazione motore-drive ottimale per tutte le macchine automatiche.
Servosistemi EtherCAT, Step/Dir e analogici: come integrarli nel PLC
I servosistemi EtherCAT possono essere utilizzati in architetture con più assi coordinati e scambio ciclico di informazioni, purché le funzioni richieste siano supportate dall'abbinamento controller-drive. Il catalogo RTA documenta anche servoazionamenti Step/Dir e con ingresso analogico per differenti esigenze di integrazione.
La scelta del protocollo riguarda soprattutto l'architettura di controllo: interfaccia del PLC, modi operativi disponibili, sincronismo, diagnostica, homing e gestione degli allarmi. EtherCAT non migliora automaticamente la precisione meccanica o la coppia disponibile: queste dipendono dal sistema completo, dall'encoder, dai parametri e dalla macchina.
Per applicazioni di posizionamento con requisiti diversi vale anche la pena confrontare un servosistema brushless con gli azionamenti per motori passo-passo e i relativi motori passo-passo industriali. La scelta va effettuata su coppia alla velocità di lavoro, dinamica, feedback, costi e complessità dell'asse.
Encoder assoluto o incrementale nei servosistemi brushless
L'encoder incrementale e l'encoder assoluto forniscono informazioni di posizione con modalità differenti. In determinate architetture un encoder assoluto può rendere disponibile un riferimento di posizione al riavvio senza dover ricostruire la misura unicamente contando impulsi da zero. Le versioni multigiro senza batteria, quando previste, evitano la batteria dedicata alla conservazione del conteggio dei giri.
Questo non significa che qualunque sistema con encoder assoluto elimini ogni procedura di homing: il comportamento dipende dal feedback, dall'azionamento, dal PLC e dalla configurazione della macchina. In fase di selezione vanno controllati tipo di interfaccia, risoluzione, cablaggi, compatibilità firmware e gestione della posizione dopo un'interruzione dell'alimentazione.
Servomotore con riduttore epicicloidale: quando conviene
Un riduttore epicicloidale per servomotore consente, entro i propri limiti, di adattare velocità e coppia alle esigenze della macchina. Il rapporto di riduzione modifica la velocità lato uscita e l'inerzia riflessa al motore; rendimento, gioco angolare e rigidità incidono sulla prestazione finale, in particolare nelle inversioni rapide.
RTA propone riduttori epicicloidali serie SG abbinabili a configurazioni compatibili di servomotori e, secondo il catalogo, un servizio Plug & Go di assemblaggio e collaudo della combinazione motore-riduttore. È quindi possibile ragionare sulla fornitura dell'asse come insieme meccatronico, senza limitarsi a selezionare un motore isolato.
Il riduttore non è sempre necessario: va previsto quando porta un vantaggio reale in termini di coppia, velocità, inerzia o interfaccia meccanica, dopo aver verificato coppie ammesse, velocità d'ingresso, carichi sull'albero e backlash.
Sicurezza, STO, freno e condizioni di installazione
La funzione STO, quando presente sul servoazionamento e correttamente integrata, impedisce la generazione di coppia secondo la propria definizione funzionale. Non corrisponde automaticamente a un arresto controllato e non garantisce il mantenimento di un carico verticale. Analogamente, un eventuale freno di stazionamento del servomotore non va considerato un dispositivo di arresto di emergenza senza una specifica valutazione della funzione di sicurezza.
Nell'installazione vanno considerati cablaggi di potenza e feedback, compatibilità elettromagnetica, temperatura del quadro, raffreddamento, protezioni e condizioni dell'ambiente. Quando la dissipazione nel contenitore è rilevante, la relativa progettazione può richiedere una verifica termica e la selezione di ventilatori industriali per il raffreddamento, separatamente dalle specifiche del servo drive.
In quali applicazioni utilizzare un servosistema brushless?
I sistemi servo industriali trovano applicazione nella movimentazione, nel packaging, nell'indicizzazione, negli assi di alimentazione e in macchine speciali che richiedono profili di movimento controllati. Per ogni caso la scelta nasce dalle prestazioni richieste: un asse con frequenti accelerazioni può richiedere una verifica dei picchi e dell'inerzia; un asse sincronizzato impone requisiti di integrazione del controllo; un asse verticale richiede un'attenta analisi del carico e della sicurezza.
Non è corretto scegliere un servosistema brushless soltanto perché un componente ha una potenza elevata o perché il drive supporta EtherCAT. La combinazione motore, azionamento, encoder e meccanica deve rispondere al ciclo reale della macchina.
Domande frequenti sui servosistemi brushless
Qual è la differenza tra servosistema, servoazionamento e servomotore?
Il servosistema è la soluzione complessiva. Il servoazionamento è l'elettronica che pilota e regola il motore; il servomotore produce il movimento meccanico. Il sistema di feedback e il controllo li rendono operativi come un asse coordinato.
Come scegliere un servosistema brushless?
Si parte dal profilo di movimento e dal carico. Si confrontano coppia, velocità, inerzia e requisiti termici del motore, quindi si verificano alimentazione, corrente, encoder e interfaccia del servoazionamento compatibile.
Un servomotore brushless funziona con qualsiasi servo drive?
No. Devono essere verificati compatibilità elettrica, feedback, cablaggio, corrente, firmware e funzioni di controllo. Le combinazioni ammesse sono quelle indicate dalla documentazione tecnica.
I servosistemi brushless RTA sono tutti EtherCAT?
No. Il catalogo documenta modelli EtherCAT e modelli Step/Dir o analogici. La disponibilità dipende dalla famiglia e dal codice.
Un encoder assoluto senza batteria elimina sempre la ricerca dello zero?
Non necessariamente. Le modalità di avvio e riferimento dipendono dalla configurazione del servosistema e dal controllo della macchina.
Quando scegliere un servosistema brushless invece di un motore passo-passo?
Quando le esigenze di dinamica, velocità, feedback e controllo rendono più adatto il sistema servo. La decisione va presa confrontando l'intero asse, non soltanto i motori.
Devi dimensionare un servosistema brushless per una macchina automatica? Prepara profilo di movimento, coppia, velocità, inerzia, trasmissione, PLC, condizioni ambientali e requisiti di sicurezza. Il supporto tecnico RTA può aiutarti a valutare la combinazione servoazionamento + servomotore + eventuale riduttore. Per dati prestazionali e compatibilità fanno sempre fede le schede tecniche dei codici selezionati.