Configurazione del controllo del movimento a singolo asse con azionamenti servo CMZ
Questo tutorial illustra la messa in servizio di un sistema di movimento servo a singolo asse utilizzando un azionamento CMZ SBD, includendo la configurazion...
Il controllo del movimento rimane la spina dorsale dell’automazione moderna
Il controllo preciso del movimento è diventato una capacità distintiva dei sistemi di produzione avanzati. Dalle linee di confezionamento alla movimentazione dei semiconduttori, fino alle celle di assemblaggio robotizzate, oggi ci si aspetta che gli assi azionati da servomotori garantiscano un posizionamento ripetibile con una reattività dell’ordine dei millisecondi.
Sebbene molti ingegneri dell’automazione si concentrino sulla logica PLC e sull’integrazione di rete, un controllo del movimento efficace inizia molto prima, con la corretta messa in servizio dell’azionamento, del motore e dell’asse meccanico stesso. Una configurazione errata della scala o del ritorno alla posizione iniziale può portare rapidamente a errori di posizionamento o a collisioni catastrofiche.
Questo progetto dimostra come mettere in servizio una piattaforma di movimento a singolo asse utilizzando un servoazionamento SBD di CMZ Sistemi Elettronici e gli strumenti di configurazione integrati, prima ancora di iniziare la programmazione del PLC.
La costruzione dell’asse meccanico viene prima del software
Ogni progetto di movimentazione inizia dalla meccanica. In questa configurazione, l’asse lineare utilizza un gruppo vite a ricircolo di sfere con un avanzamento di circa 8,5 mm per ogni giro del motore e una corsa utile di circa 450 mm.
Le dimensioni del carrello e la geometria della corsa sono fondamentali, perché i sistemi servo non comprendono automaticamente i limiti fisici. Durante la configurazione, gli ingegneri devono definire attentamente questi confini.
L’escursione fisica dell’asse deve essere sempre verificata prima di abilitare le sequenze di movimento automatiche.
Perché le misurazioni meccaniche sono importanti
Uno dei passaggi di messa in servizio più spesso trascurati consiste nel verificare la distanza percorsa per ogni giro. Gli ingegneri del movimento spesso presumono i valori di scala indicati nella documentazione senza confermare l’effettivo rapporto di trasmissione meccanica.
Scollegare il motore e ruotare manualmente la vite a ricircolo di sfere per un giro completo fornisce una base affidabile per determinare la distanza di traslazione reale. Questa misurazione diventa in seguito essenziale per la scalatura dell’asse.
Il sistema servo è molto più di un semplice motore
La piattaforma di movimento CMZ combina tre componenti essenziali: il servoazionamento SBD, il servomotore con retroazione dell’encoder e i cavi dedicati di alimentazione e retroazione.
L’azionamento funziona con un’alimentazione monofase da 230 V CA e include ingressi digitali configurabili per il ritorno alla posizione iniziale e l’integrazione dei sistemi di sicurezza. Durante i test, i canali STO (Safe Torque Off, disinserzione sicura della coppia) sono stati collegati direttamente a 24 V CC, anche se nei sistemi di produzione verrebbero normalmente integrati con i circuiti di arresto di emergenza e con le misure di riduzione del rischio della macchina.
I cavi di retroazione del servo e la comunicazione dell’encoder sono essenziali per mantenere la precisione del posizionamento ad anello chiuso.
L’architettura di sicurezza non dovrebbe mai essere un elemento secondario
I sistemi servo possono generare un’elevata accelerazione e una rapida risposta della coppia anche in piccole applicazioni da banco. La funzionalità STO non è quindi soltanto una casella da spuntare per conformità normativa. È un livello fondamentale della sicurezza della macchina.
Molte piattaforme industriali di movimentazione integrano la funzionalità STO in architetture di sicurezza più ampie, insieme a moduli di sicurezza industriali e interblocchi distribuiti della macchina.
Il software di messa in servizio semplifica la configurazione dell’asse
CMZ utilizza l’ambiente SDSetup per la configurazione e la diagnostica dei servosistemi e per la programmazione del PLC integrato. A differenza di molti azionamenti di base, la piattaforma SBD consente agli ingegneri di eseguire programmi in testo strutturato direttamente a bordo dell’azionamento.
Durante la messa in servizio, la comunicazione viene stabilita tramite una semplice interfaccia micro USB, eliminando la necessità di un’integrazione immediata con EtherCAT o con il PLC.
La messa in servizio tramite USB offre un metodo rapido per convalidare il funzionamento dell’azionamento prima di iniziare l’integrazione di rete.
Verifica dello stato elettrico prima dei test di movimento
Prima di comandare un movimento, gli ingegneri devono verificare le letture della tensione del bus, lo stato STO e il funzionamento degli ingressi digitali nell’ambiente software. Un indicatore STO attivo e un segnale reattivo dell’interruttore di ritorno alla posizione iniziale confermano che entrambi i sottosistemi, di sicurezza e I/O, sono operativi.
Questi passaggi di convalida possono sembrare semplici, ma spesso rivelano errori di polarità nel cablaggio o problemi di messa a terra prima dell’esecuzione del primo comando di movimento.
La diagnostica dell’azionamento offre una visibilità immediata sullo stato della sicurezza e della comunicazione durante l’avvio.
La scalatura dell’asse determina la precisione reale del movimento
La sezione dedicata alla scalatura dell’asse è probabilmente la fase più importante della messa in servizio. Questa configurazione definisce il modo in cui gli incrementi dell’encoder vengono convertiti in una distanza fisica percorsa.
Nell’esempio CMZ, per i test viene utilizzato il valore predefinito di 8000 incrementi per giro. Gli ingegneri possono comandare movimenti relativi e verificare che la corsa effettiva corrisponda allo spostamento meccanico previsto.
Valori di scala errati possono produrre errori di posizionamento abbastanza grandi da danneggiare gli assi lineari.
La strategia di ritorno alla posizione iniziale definisce la stabilità del riferimento
La configurazione del ritorno alla posizione iniziale stabilisce l’origine di riferimento per tutti i futuri comandi di movimento. In questo progetto, il metodo di homing -27 muove l’asse verso l’interruttore, inverte lentamente la direzione finché l’interruttore non si disattiva, quindi definisce la posizione corrente come zero.
Questa strategia migliora la ripetibilità, perché il punto di riferimento viene stabilito durante il rilascio dell’interruttore, anziché al momento dell’impatto.
Una corretta configurazione del ritorno alla posizione iniziale previene l’accumulo di errori di posizionamento durante i cicli di movimento ripetitivi.
I servoazionamenti stanno diventando controllori del movimento autonomi
Una tendenza importante nell’automazione industriale è la crescente intelligenza integrata direttamente nei servoazionamenti. Le moderne piattaforme di movimento combinano sempre più spesso controllo del movimento, diagnostica, sicurezza e funzionalità PLC integrata in un unico dispositivo.
Questo cambiamento riduce la complessità del quadro e consente di realizzare architetture compatte per le macchine più piccole. Nella valutazione delle future piattaforme di movimento, gli ingegneri confrontano sempre più spesso le capacità della logica integrata insieme alle prestazioni di coppia e velocità.
Le applicazioni che coinvolgono confezionamento, sistemi di indicizzazione e celle di automazione compatte si affidano sempre più a soluzioni di movimentazione integrate simili a quelle presenti nei moderni sistemi servo.
Prospettiva ingegneristica
La lezione più importante di questo processo di messa in servizio è che l’affidabilità del movimento viene definita molto prima dell’inizio della produzione. Gli ingegneri che trascurano un’attenta convalida della scalatura o una corretta logica di ritorno alla posizione iniziale spesso impiegano molto più tempo a risolvere problemi di instabilità in seguito.
Dal punto di vista dell’integrazione dei sistemi, la messa in servizio dei servosistemi dovrebbe essere affrontata con la stessa disciplina dell’architettura di rete o della convalida del PLC. La meccanica di precisione e la configurazione software accurata devono operare insieme come un sistema unificato.
Autore: Marcus Ellison | Analista dei sistemi di movimentazione
Marcus Ellison vanta più di 12 anni di esperienza nell’automazione industriale e nell’integrazione dei sistemi servo. La sua esperienza comprende progetti di messa in servizio che hanno coinvolto piattaforme di movimentazione Siemens, sistemi Beckhoff EtherCAT e architetture servo Rockwell in impianti di confezionamento, movimentazione dei materiali e produzione di processo.
