OMRON Automation ha introdotto la famiglia di inverter M1 come piattaforma scalabile per il controllo dei motori in CA, destinata ai costruttori di macchine e ai produttori. Il lancio combina prestazioni dell’azionamento, molteplici opzioni di rete industriale, sicurezza integrata e un allineamento più stretto con l’ambiente di automazione Sysmac dell’azienda. Questa combinazione è più importante di un elenco di funzionalità più lungo: i moderni OEM hanno sempre più bisogno di un’unica famiglia di azionamenti in grado di servire diverse varianti di macchina senza moltiplicare file di progettazione, ricambi e metodi di messa in servizio.

La gamma M1 è disponibile nelle varianti di comunicazione EtherCAT, EtherNet/IP e RS-485. OMRON la propone per applicazioni di regolazione della velocità, della coppia e del posizionamento nei settori della movimentazione dei materiali, del confezionamento, delle pompe, delle apparecchiature HVAC, dei compressori e di altri sistemi azionati da motori. È inoltre progettata per funzionare con diversi tipi di motore, consentendo a una piattaforma macchina di standardizzare il livello di azionamento mantenendo al contempo flessibilità nella scelta del motore.

Il valore progettuale risiede nella coerenza architetturale

Un variatore di frequenza raramente viene scelto solo in base alla potenza nominale. Deve essere compatibile con il controllore, il concetto di sicurezza, la rete, il motore, il quadro elettrico, gli strumenti di messa in servizio e il modello di manutenzione. Una famiglia di azionamenti che supporta questi livelli in modo coerente può ridurre la variabilità progettuale nel portafoglio macchine di un OEM. Gli ingegneri possono riutilizzare convenzioni sui parametri, blocchi funzione, gestione degli allarmi, standard dei cavi e prove di accettazione, invece di ricostruire l’interfaccia per ogni progetto.

La connettività EtherCAT nativa è particolarmente rilevante per i macchinari coordinati. Supporta lo scambio ciclico di dati con temporizzazione prevedibile e consente all’inverter di partecipare a un’architettura macchina Sysmac più ampia. EtherNet/IP è adatto agli stabilimenti che hanno standardizzato questa rete per l’integrazione con controllori e sistemi di supervisione, mentre RS-485 rimane utile per applicazioni attente ai costi, retrofit e applicazioni con pompe o ventilatori in cui è sufficiente un protocollo seriale.

Per gli ingegneri che desiderano confrontare il comportamento fondamentale degli azionamenti prima di valutare una nuova famiglia, la guida pratica ai variatori di frequenza di PLC ProTech spiega l’uscita PWM, il controllo della velocità del motore, la frenatura e il dimensionamento delle applicazioni.

La sicurezza integrata modifica la progettazione del quadro

L’M1 include la funzione Safe Torque Off, classificata SIL 3 e Performance Level e. La STO impedisce all’azionamento di generare coppia quando viene richiesta la funzione di sicurezza. L’integrazione di questa funzione può ridurre contattori esterni, cablaggio e spazio nel quadro, ma non elimina la necessità di una valutazione dei rischi a livello macchina. La STO fornisce una categoria di arresto non controllato, a meno che l’architettura di controllo della macchina non gestisca prima la decelerazione. Gli assi verticali, i carichi sospesi e i sistemi ad alta inerzia possono richiedere freni meccanici o funzioni aggiuntive di movimento sicuro.

Il supporto a Fail Safe over EtherCAT consente ai comandi e agli stati di sicurezza di transitare attraverso un livello di comunicazione certificato per la sicurezza, all’interno di un’architettura compatibile. Ciò può semplificare la diagnostica rispetto alla sola sicurezza cablata. Il progetto deve comunque prevedere calcoli convalidati dei tempi di reazione, includendo la risposta del sensore, la logica di sicurezza, la trasmissione sulla rete, la rimozione della coppia nell’azionamento e il tempo di arresto meccanico. Una funzione di sicurezza in rete è efficace solo quanto l’intera catena di sicurezza.

Un esempio su una linea di confezionamento

Si consideri un’incartonatrice modulare con un trasportatore di alimentazione, una catena a palette, una pompa per vuoto e un trasportatore di scarico. L’OEM può utilizzare varianti M1 EtherCAT sugli assi sincronizzati, un’unità scelta adeguatamente sulla pompa e strutture diagnostiche comuni in tutta la macchina. L’apertura della protezione attiva la funzione di sicurezza, mentre il controllore registra quale asse ha richiesto l’arresto e se ciascun azionamento ha raggiunto il proprio stato sicuro. Durante la manutenzione, i tecnici visualizzano codici di allarme e gruppi di parametri coerenti, invece di dover imparare diversi ecosistemi di azionamento non correlati.

Il vantaggio non consiste semplicemente nell’avere meno componenti. Significa isolare più rapidamente i guasti. Se si verifica un arresto intermittente, lo stato dell’azionamento sincronizzato nel tempo con gli eventi di sicurezza e gli stati del controllore può distinguere un problema reale del circuito di protezione da un sovraccarico del motore, un problema all’encoder o un timeout di rete.

Il supporto a numerosi motori favorisce la standardizzazione, ma richiede convalida

Una piattaforma inverter comune può ridurre le scorte di ricambi e i requisiti di formazione nelle applicazioni con motori asincroni e a magneti permanenti. La standardizzazione non deve essere confusa con l’esistenza di un unico set universale di parametri. Ogni motore richiede ancora dati di targa corretti, limiti di corrente, ipotesi termiche, autotuning, verifica della frequenza portante e analisi del raffreddamento a bassa velocità.

La lunghezza dei cavi, i reattori di uscita, le sollecitazioni sull’isolamento e la mitigazione delle correnti nei cuscinetti diventano importanti sui motori più grandi o nelle installazioni remote. Gli utenti di pompe e sistemi HVAC dovrebbero inoltre verificare le modalità di risparmio, il riavvio al volo, il comportamento del PID di processo e la politica di riavvio dopo un’interruzione di alimentazione. Le macchine per il confezionamento e la movimentazione possono dare priorità alla risposta di coppia, alla ripetibilità del posizionamento, alle resistenze di frenatura e ai cambi formato rapidi.

La messa in servizio deve verificare gli stati anomali

Un piano disciplinato di messa in servizio dell’M1 inizia con i dati del motore e del carico, quindi verifica il senso di rotazione, la corrente, l’accelerazione, la decelerazione, la velocità minima e massima e il comportamento all’arresto. L’integrazione di rete dovrebbe essere verificata in caso di perdita della comunicazione ciclica, riavvio del controllore, indirizzamento duplicato e ripristino dopo un ciclo di spegnimento e riaccensione dell’azionamento. Le prove di sicurezza devono confermare sia lo stato sicuro comandato sia la diagnostica restituita al controllore.

Gli ingegneri dovrebbero salvare un file di parametri di riferimento dopo l’accettazione e associarlo alla versione del software macchina. È necessario registrare le versioni del firmware, la configurazione delle opzioni, i dati del motore e tutti i parametri modificati rispetto alla configurazione di base dell’OEM. Un azionamento sostitutivo dovrebbe poter essere ripristinato senza dipendere dal laptop o dalla memoria di un singolo ingegnere.

Anche la progettazione della rete è importante. La topologia a linea EtherCAT e le reti EtherNet/IP basate su switch seguono regole di pianificazione diverse. Per un esempio correlato di progettazione di reti per il motion control, consultare la guida di PLC ProTech sulla topologia EtherNet/IP e sui requisiti degli switch per gli azionamenti connessi. I prodotti sono diversi, ma le lezioni relative a segmentazione, diagnostica e traffico deterministico rimangono utili.

Dove l’M1 è più interessante

La piattaforma sarà probabilmente più efficace nei casi in cui un OEM utilizza già Sysmac e desidera che la progettazione dell’azionamento, del controllore, della rete e della sicurezza si comporti come un unico sistema. È inoltre una soluzione pratica negli stabilimenti con più macchine che puntano a ridurre il numero di famiglie di inverter supportate dalla manutenzione. La decisione di selezione dovrebbe comunque basarsi sull’assistenza locale, sull’intervallo di potenza, sulle classi ambientali, sui requisiti funzionali, sulla strategia armonica e sulla disponibilità nel ciclo di vita.

L’annuncio di OMRON riflette una tendenza più ampia nel controllo del movimento: il valore di un azionamento si sta spostando oltre volt, ampere e hertz, verso la qualità dell’integrazione. Un inverter moderno deve essere un nodo controllabile, diagnosticabile, sicuro e manutenibile. Se l’M1 garantirà una progettazione coerente tra le varianti di comunicazione e i tipi di motore, il suo principale vantaggio sarà una minore frizione architetturale, dalla progettazione all’assistenza.