Assi elettrici – Stato dell’arte e applicazioni industriali….

• 
• Tweet
• Pin It
• Condividi per email

Seconda parte: due esempi

Gli azionamenti elettrici a velocità variabile rappresentano, attualmente e con sempre maggior peso del futuro, un componente essenziale dei sistemi di automazione. La duttilità dei motori elettrici a comando elettronico nel controllo delle movimentazioni assi e la disponibilità di nuove soluzioni costruttive sia come attuatori rotanti che lineari, consente la realizzazione di soluzioni progettuali ottimizzate per i diversi tipi di macchine operatrici presenti in ambito industriale. Questo richiede un impegno di ricerca e sviluppo che non può prescindere da una collaborazione sempre più intensa tra la realtà della ricerca universitaria e il mondo dell’industria. Le esperienze presentate in questo articolo testimoniano la concreta possibilità di attuazione di tali rapporti di collaborazione, con reciproca soddisfazione ed effetti importanti in termini di sviluppo e innovazione di prodotto. All’interno del quadro generale individuato nella prima parte (Automazione e Strumentazione, n. 3 marzo 2002), vengono quindi descritte le concrete esperienze di collaborazione tra il gruppo di ricerca di “Macchine, convertitori e azionamenti elettrici” dell’Università degli Studi di L’Aquila, e aziende che operano nella ricerca, sviluppo e produzione del settore dell’automazione industriale. Le attività oggetto delle collaborazioni sono state lo sviluppo di motori elettrici, convertitori di potenza e azionamenti elettrici in corrente alternata per motori asincroni e sincroni a magneti permanenti, quest’ultimi sia rotanti sia lineari, per applicazione nel controllo assi di macchine utensili. Una prima serie di attività è stata svolta in collaborazione con la Awax Srl, società di ricerca e sviluppo del Gruppo Fabbri SpA, con sede a Vignola (MO). Tale gruppo è leader europeo nella produzione di macchine e film plastici per il confezionamento di prodotti alimentari freschi. I settori di utilizzo di tali macchine sono quelli della grande distribuzione e dei centri di confezionamento (imballaggio di carne, pollame, pesce, verdure e frutta, gastronomia, formaggi, cibi pronti e altri prodotti).

Una seconda serie di attività è stata ed è attualmente svolta in collaborazione con la Hsd SpA, divisione del Gruppo Biesse SpA con sede a Pesaro. Tale gruppo si occupa della produzione di centri di lavoro per la lavorazione del legno, della plastica, del marmo, del vetro e dell’alluminio. La divisione Hsd si occupa della progettazione e produzione di elettromandrini, controlli numerici, periferiche e software, sia per il Gruppo Biesse sia per terze parti. Prima di entrare nel dettaglio della descrizione delle singole attività, richiamiamo alcune delle esigenze delle aziende interessate che hanno spinto nella direzione della collaborazione con l’Università, cioè: – aggiornamento degli azionamenti di macchina, con passaggio dai motori in continua e passo-passo a quelli in corrente alternata, con aumento della potenza e delle prestazioni;
– impiego di nuove tipologie di motori (ad esempio, motori sincroni lineari) allo scopo di aumentare le prestazioni delle macchine; – acquisizione di know-how sul controllo vettoriale degli azionamenti in corrente alternata e sui microcontrollori specifici per il controllo degli azionamenti elettrici; – sviluppo di capacità progettuale nel settore dei convertitori per azionamenti in corrente alternata; – contributo alla formazione di nuovo personale attraverso l’erogazione di borse di studio per attività di tesi o di tirocinio da svolgere su argomenti di interesse comune. Le due aziende non avevano conoscenze specifiche riguardo alla progettazione di azionamenti elettrici in corrente alternata ed erano costrette ad acquistarne (di tipo general-purpose) da terze parti. A valle della collaborazione con l’Università, producono autonomamente gli azionamenti utilizzati all’interno delle loro macchine utensili e parte del loro personale ha acquisito know-how specifico; questo gli consente una certa libertà di personalizzare le funzioni dei loro prodotti, incrementandone quindi il contenuto tecnologico e il valore aggiunto.

<b<Azionamenti per macchine da imballaggio

L’imballaggio di prodotti alimentari freschi attraverso film plastici viene normalmente effettuato tramite macchine a controllo numerico al cui interno sono operanti una decina di motori elettrici di varia tipologia, controllati (per mezzo di azionamenti di tipo digitale) e non. Tre di questi vengono utilizzati per il controllo nelle direzioni di moto principali, cioè per lo spostamento e il posizionamento del “pacco” da confezionare all’interno della macchina; altri per l’esecuzione delle successive fasi del processo di confezionamento, cioè l’estensione del film e la copertura del pacco. I vari azionamenti sono controllati e coordinati da un master controller. L’oggetto della collaborazione ha riguardato la progettazione, la realizzazione e la messa a punto di un azionamento elettrico in corrente alternata per il controllo della posizione di motori asincroni e sincroni a magneti permanenti di tipo rotante. Tali azionamenti sono attualmente adottati all’interno delle macchine in produzione in sostituzione di quelli commerciali di tipo generalpurpose fino ad allora utilizzati. Il miglioramento delle prestazioni in seguito all’adozione dei nuovi azionamenti è verificabile, ad esempio, dal numero di pacchi realizzati al minuto: nel caso in esame può arrivare a 55, mentre in precedenza (in altri modelli di macchina equipaggiati con azionamenti commerciali di tipo general-purpose in corrente alternata o in corrente continua) non si superava i 30. Il confronto è stato naturalmente eseguito a parità di condizioni di funzionamento.

Hardware di controllo

L’azionamento realizzato è di tipo dualboard: una prima scheda (quella superiore) contiene la sezione di controllo e di comunicazione, mentre una seconda (quella inferiore) la sezione di alimentazione, il convertitore di potenza e la necessaria elettronica di pilotaggio. Il sistema di calcolo utilizzato è un microcontrollore Dsp fixed-point di ultima generazione (rispetto al periodo in cui è cominciata la collaborazione), cioè il Tms320F240 prodotto dalla Texas Instruments. La disponibilità di una potenza di calcolo relativamente elevata e di periferiche specifiche per il ontrollo degli azionamenti elettrici, ha permesso la realizzazione di un sistema flessibile e di elevate restazioni. La sezione di potenza (un inverter trifase a tensione impressa) è stata dimensionata per un potenza di circa 1,5 kVA e utilizza un modulo integrato che contiene i sei Igbt, i relativi diodi di ricircolo, nonché i dispositivi di protezione. La tensione continua in ingresso al convertitore viene ottenuta a partire dall’alimentazione di rete attraverso un ponte raddrizzatore monofase ed è comune per i tre assi. Tale soluzione consente la condivisione tra i vari azionamenti dell’energia generata in seguito ai transitori di frenatura di ciascuno di essi.

Scarica l'allegato

• 
• Tweet
• Pin It
• Condividi per email