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Nella progettazione del motion per applicazioni quali carroponti e montacarichi, è necessario prestare particolare attenzione per garantire la sicurezza dell'operatore e l'efficienza operativa. Vediamo quali sono le migliori pratiche per affrontare le problematiche specifiche che si presentano.
Il problema: la gravità non accetta compromessi
Quando un carico in un servosistema immagazzina energia potenziale (per gravità o per effetto molla), uno o più servomotori devono sostenere il carico, parziale o totale, con la massima stabilità e affidabilità, anche quando il motore non è in movimento. Nel caso di molte applicazioni industriali, il peso e, di conseguenza, l'energia potenziale del carico possono variare notevolmente da un giorno all'altro o persino da un momento all'altro.
La decelerazione di questi carichi variabili fino all'arresto o la loro accelerazione dopo l'arresto amplifica notevolmente queste forze rispetto a un'applicazione orizzontale, dove il carico è sostenuto principalmente da elementi strutturali come travi, montanti e cuscinetti piuttosto che da un motore, ingranaggi, freni o altri componenti meccanici.
È assolutamente impensabile che il carico cada, con conseguente spreco di prodotto, interruzione dell'attività operativa o addirittura infortuni.
Inoltre, poiché i carichi inerziali e l'energia potenziale variano durante e tra i cicli di produzione, è necessario che il sistema mantenga un rendimento costante. Occorre un controllo sicuro dei freni, che consenta agli operatori d'intervenire sulla linea di produzione secondo le necessità, senza dover fermare le apparecchiature o cedere alla tentazione di eludere funzioni di sicurezza come cancelli e gabbie. Ed è necessario testare regolarmente le capacità di frenata in sicurezza, riducendo al minimo le interruzioni.
Soddisfare tutte queste esigenze è ancora più difficile a causa della natura intrinseca della gravità. La gravità non si preoccupa della sicurezza. Pertanto, sta a te fare della sicurezza la tua priorità assoluta, senza compromessi.
Messa a punto corretta dell'asse al primo utilizzo
Nella messa a punto e nell'impostazione dei parametri dei freni, come la banda morta e i tempi di frenatura, è facile formulare ipotesi che non trovano riscontro nelle condizioni reali. Queste ipotesi errate portano a un processo di messa a punto e collaudo eccessivamente iterativo, che può rallentare il ciclo di sviluppo e potenzialmente portare a problemi di sicurezza.
Ad esempio, sarebbe sbagliato supporre che il tempo di ritardo ideale del freno possa essere pari a zero. Questo è impossibile perché l'azionamento del freno comporta sempre un tempo di ritardo e di reazione. Quando un servosistema passa dallo spostamento di un carico al suo mantenimento in una posizione fissa, si verifica un "dithering" infinito, in quanto il dispositivo di retroazione segnala la posizione dell'asse e il servoazionamento risponde con comandi di tensione e corrente destinati a portarlo nella posizione di arrivo. Ciò avviene continuamente e in modo molto rapido. Tuttavia, un servosistema è per natura un sistema dinamico, che effettua costantemente piccole correzioni senza mai raggiungere la stasi completa.
A un certo punto, occorrerà interrompere questo "dithering" e mantenere il carico fermo mentre la macchina completa il processo successivo. Ora, il servosistema deve togliere potenza all'asse e utilizzare un freno di stazionamento per interrompere il movimento e mantenere il carico verticale perfettamente stabile. Al momento di spostare nuovamente il carico, accade il contrario: il sistema deve togliere il freno e applicare la coppia immediatamente per far accelerare il carico senza oscillazioni (e, naturalmente, senza farlo cadere).
Né i comandi di controllo né l'applicazione del freno sono istantanei. Quando si tratta di progettazione di applicazioni a carico verticale è fondamentale tenere conto dei ritardi, per quanto minimi, nei sistemi di controllo e di frenatura. Durante la messa a punto iniziale dell'azionamento, la sfida più grande è spesso rappresentata dal fatto che i progettisti non sono in grado di prevedere i diversi tipi di carichi che il sistema dovrà trasportare.
Non potendo conoscere la fisica legata alla gestione di una gamma completa di carichi più o meno pesanti, gli ingegneri faticano a mettere a punto l'azionamento in modo che possa frenare e accelerare i carichi senza ritardi significativi o movimenti bruschi. Inoltre, è possibile che l'asse debba bloccarsi e rimanere saldamente in posizione per un intero turno di lavoro o per un fine settimana, quindi la metodologia di controllo deve essere assolutamente affidabile.
A fronte di queste sfide, gli ingegneri devono eseguire la calibrazione sul carico massimo corretto, tenendo conto anche dei carichi più leggeri. Per ottenere il risultato giusto al primo tentativo, riducendo al minimo i rischi, nonché collaudi e rilavorazioni eccessive, è fondamentale tenere conto dei valori corretti di banda morta e tempi frenatura. I tecnici Kollmorgen hanno una notevole esperienza nella messa a punto di carichi verticali e possono aiutare ad applicare metodi che si sono dimostrati efficaci in una serie di applicazioni verticali.
Un funzionamento sempre affidabile
Per garantire un funzionamento continuo e affidabile, è necessario scegliere un sistema di motion affidabile. Ciò significa considerare sia le caratteristiche del sistema che i suoi componenti.
Ad esempio, la funzionalità Safe Brake Control incorporata nei servoazionamenti di nuova generazione AKD2G di Kollmorgen consente al sistema di motion di spostare un asse in posizione, di togliere potenza al servomotore, utilizzando il freno in modo coordinato, e di mantenere il carico saldamente in posizione senza dover spegnere l'apparecchiatura. Si tratta di un enorme guadagno in termini di produttività, ad esempio quando un operatore deve aprire in sicurezza un cancello e prelevare qualcosa dalla linea di produzione. L'asse può quindi essere riavviato con la stessa rapidità e fluidità con cui era stato fermato e la produzione può continuare praticamente senza interruzioni.
Il Safe Brake Control di Kollmorgen include anche un segnale di sicurezza server che può essere utilizzato per impiegare due freni per un singolo motore. In questo modo si ottiene la ridondanza necessaria per garantire una frenatura affidabile in qualsiasi circostanza, in conformità con le esigenze dei clienti e con le linee guida e i requisiti normativi di settore.
La funzionalità Safe Brake Test consente di testare i freni motore applicando la coppia dal motore con il freno inserito, monitorando il sistema per garantire che non si verifichi alcun movimento. Dato che questa opzione di test è incorporata nel servoazionamento AKD2G, gli operatori possono testare il sistema di frenatura negli orari più convenienti, con un'interruzione minima. Le funzionalità di sicurezza operativa disponibili sull'azionamento eliminano inoltre la necessità di soluzioni esterne che dipendano da un'integrazione complessa e potenzialmente soggetta a errori tra il controller, il PLC sicuro e l'azionamento.
Oltre all'azionamento, l'intero sistema di motion è importante per un funzionamento affidabile. Ad esempio, i cavi sono spesso scelti come fossero elementi secondari. Ma cavi di scarsa qualità sulla comunicazione bus possono essere soggetti a un'interferenza elettromagnetica che causa problemi di retroazione ed errori di posizione. I cavi di alimentazione del freno non scelti con il giusto diametro relativo possono causare il ritorno spontaneo del freno in posizione chiusa, con conseguenti imprevisti a livello operativo e di funzionamento del freno.
Per la gestione dei carichi verticali è indispensabile la massima affidabilità. Un partner di motion in grado di fornire componenti affidabili progettati per funzionare insieme, di semplificare l'integrazione e di fornire tool avanzati per la programmazione e la messa a punto del motion può aiutarvi a ottenere un successo garantito.
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Siamo al tuo fianco. Se acquisti prodotti da fornitori diversi piuttosto che da un vero e proprio partner di motion, non avrai alcun supporto per l'assemblaggio dei prodotti e per il loro funzionamento. Se non dovessero funzionare, sarai il solo a doverne rispondere. Collaborare con esperti di motion rappresenta una strategia migliore e certamente più sicura.
Kollmorgen vanta oltre 100 anni di esperienza in ambito motion, come dimostrano motori, azionamenti, tool di programmazione e soluzioni di automazione al top nel settore. I nostri tecnici hanno un'esperienza senza eguali nell'aiutare i progettisti di macchine e robotica a raggiungere i loro obiettivi, praticamente in tutti i settori che si basano sul motion.
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