I servomotori, noti anche come servosistemi o attuatori di precisione, sono dispositivi elettromeccanici, fondamentali per il controllo del movimento nei processi di automazione industriale. Sviluppati per regolare con precisione posizione, velocità e coppia, i servomotori forniscono prestazioni stabili e risposte rapide, assicurando che le operazioni più delicate, in termini di regolazioni dinamiche ed estrema precisione, si svolgano in modo sorprendentemente efficiente.

In ambienti industriali sempre più impegnativi, il servomotore è un componente chiave dell'automazione; facilita operazioni sicure, stabili e altamente affidabili, anche in condizioni di carico variabile e cicli di produzione continui.

Che cos'è un sistema di servoazionamento?

Un sistema di servoazionamento è composto da un servoazionamento, un servomotore e un encoder. Il regolatore di servoazionamento controlla il servomotore, confrontando i valori effettivi con il feedback dell'encoder e regolando il motore di conseguenza. L'encoder fornisce continuamente dati sulla posizione e sulla velocità per un controllo preciso del movimento.

Tipi di servomotore

Nell’ingegneria dell’automazione industriale, conoscere le diverse tipologie di servomotori disponibili sul mercato è fondamentale per progettare sistemi di controllo del movimento ad alte prestazioni, capaci di assicurare precisione, stabilità ed efficienza operativa. Ogni tipologia di servomotore presenta caratteristiche specifiche che soddisfano diversi requisiti applicativi, da processi leggeri e ripetitivi a operazioni altamente complesse, con requisiti meccanici severi. La scelta appropriata del servoattuatore influenza direttamente l'affidabilità e la produttività dell'intero sistema.

Servomotore AC (corrente alternata)

Il servomotore AC è un motore sincrono senza spazzole, a magnete permanente, progettato per funzionare a bassa tensione. Progettato per gli ambienti industriali, supporta carichi elevati e cicli di funzionamento continui, garantendo un eccellente controllo della coppia. Questi motori sono comunemente utilizzati nelle macchine CNC, nei bracci robotici e nelle linee di assemblaggio automatizzate, dove sono essenziali elevate prestazioni e affidabilità, ad es. EMMT-AS.

Servomotore DC (corrente continua)

Il servomotore DC è un motore sincrono senza spazzole, a magnete permanente, progettato per funzionare a bassissima tensione (24...48 V). Essendo un tipo di motore DC senza spazzole (BLDC o EC), richiede un regolatore di servoazionamento elettronico per gestire la commutazione delle correnti DC. Fornisce una risposta rapida con un buon controllo della posizione e della velocità, che lo rende ideale per applicazioni a bassa potenza come la robotica leggera, gli strumenti di laboratorio e i sistemi di posizionamento semplici, ad es. EMMT-EC.

Motore passo-passo ad anello chiuso

Combina la progettazione di un motore passo-passo con il feedback in tempo reale, eliminando così le perdite di passo. Ideale per l'automazione leggera e i sistemi che richiedono precisione, senza il prezzo elevato di un servomotore tradizionale, ad es. EMMT-ST ed EMMB-ST.

Servomotore lineare

Invece del movimento rotatorio, questa tipologia genera in modo estremamente preciso un movimento lineare. È perfetto per apparecchiature di ispezione, applicazioni mediche e processi industriali che richiedono uno spostamento lineare controllato.

Vantaggi

I servomotori forniscono numerosi vantaggi rispetto ai motori tradizionali, rendendoli essenziali nella moderna automazione industriale:

Precisione

È la capacità dei servomotori di raggiungere una straordinaria precisione nei movimenti e nel posizionamento che li rende unici. A differenza dei motori tradizionali, che funzionano a velocità costante senza feedback di posizione, i servomotori utilizzano encoder o sensori per monitorare continuamente l'esatta posizione dell'albero. Questo feedback consente di effettuare regolazioni in tempo reale,assicurando che il motore crei movimenti con una precisione che può raggiungere frazioni di grado. Questa caratteristica è essenziale nelle applicazioni industriali in cui la precisione è fondamentale, come nelle macchine CNC, nella robotica e nelle apparecchiature di automazione.

Comando

Il controllo fornito dai servomotori è un altro vantaggio ineguagliabile rispetto ai motori tradizionali. Sono in grado di controllare con precisione velocità, posizione e coppia grazie alla loro struttura sofisticata e all'uso di algoritmi avanzati nel controllore. Mentre i motori convenzionali sono limitati alle operazioni di accensione e spegnimento o al controllo di base della velocità, i servomotori possono essere programmati per eseguire compiti complessi che richiedono sottili variazioni di velocità e posizionamento. Ciò li rende ideali per le applicazioni che richiedono un elevato livello di flessibilità e un controllo raffinato.

Risposta dinamica

La risposta dinamica dei servomotori è un altro settore in cui superano i motori convenzionali. Grazie al sistema di feedback in tempo reale e alla capacità di adattarsi istantaneamente ai comandi di controllo, i servomotori possono rispondere rapidamente alle modifiche di carico o delle condizioni operative. Ciò li rende estremamente efficaci in ambienti dinamici con condizioni operative in rapida evoluzione, come nei sistemi di manipolazione automatizzati e nelle linee di produzione adattive. La capacità di rispondere prontamente a comandi precisi e di regolare istantaneamente il funzionamento è fondamentale per mantenere l'efficienza e la qualità dei processi automatizzati.

Quali sono i componenti dei servomotori?

Un sistema di servomotore comprende diversi componenti chiave, che lavorano insieme per fornire un controllo preciso del movimento:

Motore

Il nucleo di un servomotore è il motore stesso, che può essere a corrente continua (DC) o a corrente alternata (AC), a seconda dell'applicazione specifica. I motori DC sono comunemente utilizzati in applicazioni che richiedono un controllo preciso della velocità e della coppia a basse velocità, mentre i motori AC sono preferiti in applicazioni a potenza e velocità elevate. Il motore converte l'energia elettrica in movimento meccanico e la sua struttura è ottimizzata per garantire una risposta rapida e l'efficienza in cicli operativi variabili.

Encoder

L'encoder, o sensore di posizione, è un componente fondamentale che differenzia i servomotori dai motori tradizionali. Misura l'esatta posizione dell'albero motore in tempo reale, fornendo un feedback continuo al controllore. Esistono due tipi principali di encoder: incrementali e assoluti. Gli encoder incrementali forniscono informazioni sul movimento dell'albero, mentre quelli assoluti indicano la posizione esatta dell'albero in qualsiasi momento. Questo feedback è essenziale per un controllo preciso del movimento e consente di effettuare regolazioni in tempo reale per mantenere il funzionamento entro i parametri richiesti.

Regolatore di servoazionamento

Il regolatore di servoazionamento è l'intelligenza del servomotore, che interpreta i comandi di immissione dal sistema di comando (come un PLC o un computer) e regola il funzionamento del motore in base al feedback ricevuto dall'encoder. Esegue algoritmi di controllo complessi, come il PID (Proportional, Integral, Derivative), per regolare con precisione la velocità, la posizione e la coppia del motore. Il regolatore di servoazionamento può anche regolare dinamicamente il funzionamento del motore, per gestire le variazioni di carico e altre condizioni operative, garantendo prestazioni ottimizzate, ad es. CMMT-AS o CMMT-ST.

Scelta del giusto servomotore per la sua applicazione

La scelta del giusto servomotore per la sua applicazione è fondamentale per garantire un funzionamento efficiente e affidabile del sistema. Ogni applicazione ha requisiti specifici e occorre scegliere il motore in base alle caratteristiche del movimento, del carico e dell'ambiente in cui dovrà operare.

Analizzare il carico

Capire il tipo di movimento richiesto: lineare o rotatorio? Il carico è pesante o leggero? Costante o variabile? Queste risposte sono essenziali per determinare la potenza, la coppia e la precisione necessarie per l'applicazione.

Valutare la precisione e la velocità desiderate

Le applicazioni che richiedono velocità elevate o un posizionamento altamente preciso, possono richiedere motori con encoder ad alta risoluzione e controllori in grado di effettuare regolazioni in tempo reale. Velocità e precisione devono essere bilanciate per soddisfare i requisiti operativi, senza compromettere la stabilità del sistema.

Verificare la compatibilità del sistema

Assicurarsi che il servomotore sia compatibile con il controllore, il protocollo di comunicazione (come EtherCAT®, PROFINET, ecc.) e l'alimentazione. La compatibilità garantisce un'integrazione più semplice e un funzionamento stabile.

Considerare l'ambiente operativo

Il motore deve essere adeguato alle condizioni ambientali in cui verrà utilizzato, come l'esposizione a polvere, umidità, vibrazioni o temperature estreme. La scelta di un modello con un grado di protezione adeguato (ad esempio, grado IP) è fondamentale per evitare guasti e prolungarne la durata.

Analisi costi-benefici

Motori più resistenti e precisi hanno spesso un costo iniziale più elevato, ma possono fornire un ritorno migliore a lungo termine grazie all'aumento della produttività, al risparmio energetico e alla riduzione dei tempi di fermo. Consideri sempre i costi operativi a lungo termine nella sua valutazione.

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Conclusioni

Mentre l'automazione diventa sempre più intelligente e adattiva, il servomotore si distingue come un fattore chiave di questa evoluzione. La combinazione di precisione, velocità e flessibilità lo rende indispensabile in un'ampia gamma di industrie.

Per ingegneri, integratori di sistemi e produttori alla ricerca di soluzioni di controllo del movimento più intelligenti, comprendere il ruolo del servomotore non è solo utile, ma risulta essenziale.