Qual è la differenza tra un servoazionamento e un controller di movimento?

Nel mondo dell'automazione la linea tra quello che è considerato un controller di movimento e quello che rappresenta un servoazionamento di base può essere molto sottile. È essenziale comprendere la funzionalità e l'intelligenza di ciascun dispositivo: in molte applicazioni occorrono infatti sia un controller di movimento che un servoazionamento per completare il sistema.

Il servoazionamento

Un servomotore è alimentato da un servoazionamento che eroga la tensione e la corrente alle bobine e monitora poi la retroazione per chiudere l'anello di asservimento. Nella maggior parte dei casi, il servoazionamento si compone di tre anelli di asservimento integrati: l'anello di corrente (o coppia), l'anello di velocità e l'anello di posizione che interagiscono tra loro per creare un movimento preciso. Il funzionamento previsto per il motore determinerà quali anelli sono necessari.

• In un'applicazione con controllo di coppia, che richiede una coppia specifica, occorre solo un anello di corrente. Poiché la coppia è direttamente proporzionale alla corrente, viene regolata da un sensore che fornisce una retroazione di corrente al servoazionamento.
• Nelle applicazioni con controllo di velocità si trovano comunemente anelli sia di corrente che di velocità. L'anello di velocità monitora un sensore che fornisce informazioni di velocità al servoazionamento ed utilizza poi questi dati per regolare l'anello di corrente per aumentare o diminuire la coppia.
• Infine, un'applicazione con anello di posizione fa uso di un sensore di retroazione accoppiato al motore che invia informazioni di posizione al servoazionamento o al controller di movimento, il quale segnala a sua volta all'anello di velocità di aumentare o diminuire la velocità e trasmette le informazioni all'anello di corrente per regolare la coppia.

Definizione dei ruoli dell'azionamento e del controller

In un'applicazione con controllo di coppia per un servomotore brushless a corrente continua, un "dispositivo" eroga corrente e tensione a un motore sulla base di un input di comando misurato rispetto alla retroazione di corrente.  Il sistema che eroga la potenza al motore è propriamente detto servoamplificatore o servoazionamento. Un azionamento a corrente o coppia è inutile a meno che non riceva un comando specifico in merito a quale coppia produrre. Il comando può arrivare da varie unità che operano sostanzialmente in qualità di "controller". Il comando può essere semplicemente rappresentato da una persona, che funge da controller e regola manualmente un potenziometro in modo che applichi un segnale da +/- 10 Vcc all'azionamento in base alla coppia di uscita desiderata.

In un tipico servosistema brushless a corrente continua sono presenti tre anelli integrati con vari elementi di compensazione e filtraggio. L'anello interno (anello di corrente) è controllato dall'anello di velocità che a sua volta è controllato dall'anello di posizione. L'anello di corrente si trova sempre all'interno dell'azionamento, mentre gli anelli di velocità e posizione possono essere nell'azionamento o nel controller. L'anello di corrente utilizza un sensore di corrente del motore per misurare la corrente negli avvolgimenti, mentre l'anello di velocità impiega un sensore di velocità (tipicamente un encoder) per misurare la velocità del motore e ottenere anche informazioni di posizione per chiudere l'anello di posizione.

I controller di movimento sono dispositivi basati su microprocessore con algoritmi complessi che generano forme d'onda modulate a larghezza d'impulso (PWM). Transistori di potenza all'interno del servoazionamento trasferiscono le forme d'onda di corrente e tensione per eccitare il motore. Il controller di movimento elabora tipicamente le informazioni di retroazione provenienti dai vari anelli di asservimento. I controller utilizzano le informazioni di retroazione per commutare il motore affinché si comporti esattamente in base ai comandi del microprocessore. In sostanza, l'intelligenza fornita dal microprocessore funge da controller, mentre l'elettronica associata ai dispositivi di potenza funge da azionamento. Fondamentalmente, un controller è l'elemento che applica un comando specifico a un anello di posizione, velocità o corrente, mentre un azionamento eroga la tensione e la corrente ai motori in base a quanto richiesto dal controller.

Il controller è tipicamente un dispositivo programmabile che memorizza ed esegue il codice fornito dal programmatore.  La programmazione viene sviluppata in diversi linguaggi, tra cui BASIC, C+/C++, VB e i linguaggi specificai nelle norme IEC 61131-3. I controller dispongono di numerosi elementi di sicurezza per evitare sovraccarichi o arrestare il movimento in caso di guasti ai componenti. Gli azionamenti si occupano invece di ricevere i comandi del controller e di accendere e spegnere i transistor di potenza. In questo modo si ottengono la corrente e la tensione necessarie per soddisfare la coppia e la velocità oggetto di comando.

I progressi nel campo dei microprocessori e dei nuovi dispositivi di commutazione rendono i controller e gli azionamenti sempre più interconnessi, principalmente nei sistemi centralizzati dove tutte le elettroniche sono collocate insieme in un unico armadio di controllo.  Nelle soluzioni decentralizzate il controller di movimento si trova all'interno dell'armadio mentre gli azionamenti sono collocati in prossimità dei motori e comunicano con il controller di movimento centralizzato attraverso un bus di campo dedicato.