Automazione e controllo digitale, tra inverter e servocontrollori con Rossetto di Keba

Molte aziende scelgono gli inverter di frequenza al posto dei servocontrollori. Per una serie di motivi legati a prestazioni, precisione, complessità ed efficienza, Fabrizio Rossetto, FAE Industrial Automation (Keba) spiega quando la tecnologia servo ripaga davvero.

“L’automazione industriale è in costante evoluzione e con essa mutano anche i requisiti e le esigenze dei sistemi di azionamento – esordisce Rossetto -. Infatti, le applicazioni oggi richiedono soluzioni sempre più sofisticate e complesse, più precise ed efficienti anche dal punto di vista energetico. Nella tecnologia di azionamento, esistono due filosofie per il controllo dei motori elettrici che vedono da una parte gli inverter e dall’altra i servoazionamenti. Sebbene entrambi i sistemi abbiano la loro validità, molte aziende continuano a utilizzare gli inverter nonostante, in molti casi, i servoazionamenti offrano molti vantaggi. Se in molti settori gli inverter di frequenza sono ancora lo standard, le crescenti esigenze in termini di efficienza, controllo di processo e qualità stanno mettendo in evidenza le doti dei servocontrollori che acquistano crescente importanza. Il loro utilizzo rimane però ancora limitato ad alcune applicazioni di fascia alta; è logico porsi alcune domande su cosa possa frenare la diffusione dei servocontrollori e quando convenga passare al loro impiego in sostituzione degli inverter”.

Rossetto procede dunque a evidenziare le differenze tra inverter e servoazionamenti, vantaggi e svantaggi, affrontando anche dubbi e preoccupazioni da parte delle aziende in merito alla conversione verso la tecnologia servo.

Inverter: la scelta collaudata.
“Gli inverter di frequenza rappresentano una soluzione flessibile e adatta a un’ampia gamma di applicazioni, poiché è possibile ottenere il controllo della velocità di motori asincroni e anche di alcuni motori sincroni – spiega Rossetto -. A livello pratico, la loro diffusione è maggiore in tutti i settori dove il requisito principale è il semplice controllo della velocità. Possono essere quindi impiegati per la gestione di pompe, soffianti o anche nastri trasportatori”.

Servocontrollori: un’alternativa più precisa
“I servocontrollori sono specifici per tutte quelle applicazioni che richiedono controlli precisi della posizione, del valore di coppia o della velocità – aggiunge quindi Rossetto -. Rappresentano in sostanza il ‘cervello’ del sistema di azionamento poiché sono in grado di elaborare i dati acquisiti dai sensori, confrontarli con i valori di riferimento e, in base ai risultati, regolare il movimento degli azionamenti”.

Vantaggi degli inverter
Sono soluzioni economiche con costi iniziali e manutentivi contenuti, ideali per movimenti semplici senza requisiti di elevata precisione, nonché di facile implementazione.
Vantaggi dei servocontrollori
Sono perfetti per movimenti impegnativi di alta precisione con rapidi cambi di direzione, come ad esempio nel Pick & Place e nella pallettizzazione. Con il controllo preciso di coppia, velocità e posizione, l’energia utilizzata è solo quella necessaria, garantendo una maggiore efficienza energetica. Con i servocontrollori inoltre i processi sono più stabili grazie ai circuiti di controllo chiusi, gli scostamenti vengono compensati in tempo reale, garantendo sequenze di movimento ripetitive e una qualità uniforme dei prodotti lavorati.

Dubbi, perplessità e reticenze da parte delle aziende
“Nel momento in cui le aziende considerano il passaggio alla tecnologia servo, spesso hanno qualche dubbio, iniziando a porsi interrogativi dal punto di vista dei costi – osserva Rossetto -. Tuttavia, le perplessità sussistono anche durante la transizione fra le due tecnologie, infatti non sempre il personale ha le competenze necessarie per gestire questa fase. Quali sono le domande tipiche di chi sta valutando questo passaggio tecnologico? A livello economico, i servocontrollori sono più costosi; ma quanto posso risparmiare con il loro uso? I servocontrollori possono ripagarsi grazie a un controllo più preciso e a un minore consumo energetico. Il risparmio energetico ottenuto con sistemi servoassistiti si attesta generalmente tra il 7% e il 10%, ma può arrivare fino al 50%. Il valore aggiunto è particolarmente significativo nelle applicazioni con frequenti cambi di processo e carichi parziali”.

Aspetti da considerare nella scelta di un sistema con servocontrollori
I fattori importanti comprendono requisiti di alimentazione, connessione specifica al sistema di controllo di livello superiore tramite bus di campo (ad esempio, EtherCAT, CANopen, PROFINET), condizioni ambientali, tempi di ciclo e requisiti meccanici.

Un ulteriore aspetto pertiene quindi la complessità nell’integrare i servocontrollori: complessità che dipende dall’infrastruttura esistente. Gli attuali sistemi servo spesso si collegano facilmente a quelli preesistenti. In molti casi, l’integrazione richiede l’adattamento del software e il coordinamento delle interfacce.

Un’altra questione riguarda quindi le competenze specifiche che sono richieste: i servocontrollori richiedono un approccio diverso rispetto agli inverter. Con un minimo di formazione mirata, si può comunque passare rapidamente al nuovo sistema. Ad esempio, per un’applicazione standard, un giorno e mezzo di formazione è più che sufficiente.

Quali applicazioni traggono quindi maggior vantaggio con i servocontrollori?
“I processi automatizzati prevedono generalmente molti assi – spiega Rossetto -; nell’ingegneria meccanica, nella robotica, nel packaging e nella produzione di precisione, i vantaggi dei servocontrollori sono significativi. Come accennato, l’inverter consente controlli semplici ma ha un limite: non permette un uso efficace per la robotica e i processi di precisione. Un solo inverter per più motori non è in grado di controllare in modo indipendente la posizione di ciascun asse”.

Chi richiede più manutenzione, inverter o servo?
“Entrambi hanno una bassissima manutenzione, ma i servo hanno un vantaggio da non sottovalutare – sottolinea Rossetto -: possono utilizzare segnali di processo (correnti, velocità, posizione) per fornire informazioni sullo stato di usura degli organi meccanici collegati al motore e segnalarlo al sistema di controllo, consentendo di implementare la manutenzione predittiva“.

I servo sono adatti anche per applicazioni semplici?
Molti servo sono scalabili e possono essere impiegati anche per semplici sequenze di movimento. Ciò è vantaggioso in termini di efficienza energetica o integrazione nei sistemi di controllo digitali.

In conclusione, conviene quindi cambiare sistema?
“Innanzitutto, le aziende che desiderano aumentare la propria competitività con l’automazione di precisione dovrebbero valutare se l’impiego di servo può essere effettivamente determinante per ottenere vantaggi competitivi – dice infine Rossetto -. Abbiamo visto che non esiste una soluzione perfetta, ma una scelta ragionata e più adatta in base a specifici requisiti. È quindi fondamentale analizzare attentamente le esigenze di ogni applicazione, valutare i sistemi esistenti e considerare gli obiettivi a lungo termine. Anche a livello puramente economico esistono opzioni che, a fronte di un costo maggiore, rappresentano una scelta particolarmente vantaggiosa nel medio-lungo periodo. In questo scenario, coloro che scelgono di investire in modo lungimirante possono senz’altro raccogliere risultati sia dal punto di vista tecnologico, sia economico ed ecologico”.