Sono numerosi i fattori tecnici e commerciali che i produttori di apparecchiature originali (OEM) devono valutare quando progettano soluzioni di controllo del movimento per macchinari industriali. Molti tipi di macchinari industriali utilizzano il controllo del movimento per svolgere le loro funzioni e alcune delle tecnologie più diffuse da cui gli OEM dipendono per il controllo del movimento lineare sono gli attuatori lineari pneumatici ed elettrici. Il controllo del movimento può essere avviato manualmente dagli operatori o automaticamente da piattaforme di controllo avanzate.
Nella progettazione di sistemi di automazione, gli OEM hanno storicamente dovuto scegliere tra tecnologie di controllo del movimento. Il movimento pneumatico ed elettrico hanno entrambi i loro punti di forza: il movimento pneumatico è considerato robusto e facile da usare e manutenere, mentre il movimento elettrico è percepito come intelligente, rapido e preciso. Gli OEM hanno dovuto selezionare la tecnologia in base a quella che avrebbe offerto i maggiori vantaggi a un'applicazione, ma, in alcune applicazioni, esigenze chiave sono state sacrificate a favore di altre.
I processi e le priorità applicative si sono evoluti nel tempo. La sostenibilità è oggi la priorità assoluta in quasi tutti i settori, mentre i processi sono diventati più complessi e richiedono movimenti più precisi ed efficienti. Le funzioni sono consolidate in spazi più piccoli con meno componenti.
Anche un altro cambiamento importante è avvenuto. Gli OEM non sono più costretti a scegliere una sola tecnologia. Esistono sistemi di automazione ibridi che combinano i punti di forza delle tecnologie pneumatiche ed elettriche per offrire i massimi vantaggi nelle applicazioni di controllo del movimento più complesse.
Tendenze che guidano i sistemi di automazione ibridi
Alcuni OEM potrebbero chiedersi perché ci sia bisogno di sistemi di movimentazione lineare elettrici oltre a quelli pneumatici. Riconoscendo le diverse tendenze che guidano l'evoluzione e l'utilizzo dei sistemi di automazione ibridi, possiamo comprendere meglio come sono emerse soluzioni multitecnologiche. Sostenibilità, trasformazione digitale, progettazione delle macchine e pressioni competitive ne stanno influenzando la popolarità.
Sostenibilità
In ogni settore, l'attenzione al consumo energetico, alle emissioni di carbonio e al risparmio sui costi è crescente. Il senso di responsabilità personale, la domanda dei clienti, le normative governative e le pressioni degli stakeholder stanno alimentando questa attenzione, e molte aziende stanno assumendo impegni e obiettivi a lungo termine basati su ambiziose iniziative a zero emissioni nette.
I sistemi di controllo del movimento che consumano meno energia e possono essere alimentati da fonti rinnovabili sono essenziali per apparecchiature a basso consumo energetico e fanno parte di una strategia aziendale sostenibile.
Trasformazione digitale
I produttori di oggi interagiscono quotidianamente con l'automazione digitale e interfacce utente dettagliate e si aspettano la stessa capacità digitale dai sistemi industriali. Con la trasformazione digitale delle loro attività, le aziende stanno riscontrando vantaggi concreti e affidabili.
I sensori integrati nei dispositivi monitorano costantemente temperatura, posizione, carico e usura in tempo reale. Il monitoraggio, la configurazione e la diagnostica automatiche, nonché i dati di processo raccolti e presentati in dashboard, forniscono agli operatori le informazioni necessarie per prendere decisioni consapevoli e consapevoli. I sistemi di controllo del movimento connessi consentono agli operatori di analizzare le prestazioni di produzione, il consumo energetico e l'affidabilità.
L'accesso a queste informazioni tramite dashboard consente ai produttori di controllare meglio e migliorare costantemente le proprie operazioni e, in ultima analisi, la propria produzione.
Concorrenza di mercato
Tra carenza di manodopera e problemi nella supply chain, mantenere un vantaggio competitivo non è mai stato così difficile per le aziende. Inoltre, la trasformazione digitale della produzione industriale e le tecnologie avanzate che la guidano hanno permesso alle aziende che vi investono di ottimizzare significativamente le proprie attività.
È più che mai necessario rimanere agili nel rispondere alle mutevoli esigenze del mercato e soddisfare in modo affidabile la domanda dei clienti per rimanere all'avanguardia. I produttori devono ridurre al minimo i tempi di fermo macchina e massimizzare la produzione, e l'integrazione di soluzioni di automazione ibride connesse può contribuire a migliorare l'affidabilità e i tempi di attività delle macchine.
Per ottimizzare il consumo energetico, migliorare le operazioni e rimanere all'avanguardia nei propri settori, le aziende sono alla ricerca di un pacchetto completo per il controllo del movimento. I principali fornitori di tecnologie lo hanno compreso e hanno sviluppato una gamma di soluzioni avanzate e integrate che combinano servoazionamenti, motori e attuatori elettrici, oltre alla pneumatica.
Gli OEM hanno una grande opportunità di integrare sistemi di automazione ibridi nei progetti delle macchine che meglio si allineano e soddisfano le principali esigenze e preoccupazioni dei loro clienti.
Automazione e progettazione di macchine contemporanee
Un modo in cui le aziende stanno superando le sfide e aumentando la produzione è integrare macchinari più piccoli e sofisticati nelle loro linee di produzione. Ingombri ridotti consentono di inserire più macchine nello stesso spazio di produzione e la tecnologia avanzata di controllo del movimento può rendere possibile l'automazione di attività ad alta precisione, dall'assemblaggio all'ispezione finale del prodotto.
I produttori sono inoltre alla ricerca di tecnologie di controllo del movimento che offrano: maggiore precisione per prevenire gli sprechi; tempi di ciclo più brevi per aumentare la produttività; e maggiore flessibilità di posizionamento per consentire agli operatori di modificare i programmi macchina con la semplice pressione di un pulsante. L'utilizzo di macchine con queste caratteristiche può comportare una maggiore produzione in meno tempo, migliorare la sostenibilità e ridurre i costi.
Come selezionare il controllo del movimento pneumatico, elettrico o ibrido
Esistono numerose soluzioni per il controllo del movimento e può essere difficile scegliere tra queste. Quando gli OEM utilizzano sistemi elettrici, quando pneumatici e quando entrambi?
Sono molti i fattori e le preoccupazioni da considerare quando si scelgono soluzioni di movimento:
1. Soddisfano i requisiti di prestazioni, flessibilità e precisione dell'applicazione?
2. Quali sono i costi operativi iniziali e di manutenzione continua?
3. Come influiscono sull'efficienza energetica della macchina?
4. In che modo i prodotti di movimento si integreranno con altri dispositivi?
5. Possono raccogliere dati e analizzare lo stato di salute del dispositivo?
6. Renderanno più semplice e veloce la progettazione di una macchina?
7. Qual è la curva di apprendimento per le nuove tecnologie?
Il controllo del movimento pneumatico ed elettrico presentano vantaggi distinti, a seconda delle esigenze applicative, e un'applicazione può trarre vantaggio da uno o da entrambi. Per alcune applicazioni, è abbastanza chiaro quale sia la soluzione migliore. Per un semplice meccanismo che spinga le scatole fuori da un trasportatore, un cilindro pneumatico è la soluzione più sensata. Tuttavia, se queste scatole devono essere smistate su linee o posizioni diverse sul trasportatore, è necessario un attuatore elettrico multiposizione.
Nelle applicazioni più complesse, la scelta potrebbe non essere chiara. Questo è un segnale che le applicazioni potrebbero trarre i maggiori vantaggi dall'utilizzo di entrambi. I cilindri elettromeccanici possono utilizzare aria compressa tramite un connettore pneumatico per la tenuta dell'aria nelle applicazioni di riempimento. Nei sistemi di assemblaggio, un sistema multiasse lineare elettrico può utilizzare una pinza pneumatica. E un asse lineare elettrico che opera in direzione verticale può utilizzare un cilindro pneumatico per la compensazione del peso.
L'automazione intertecnologica consente agli OEM di sfruttare i punti di forza complementari della tecnologia di controllo del movimento sia pneumatico che elettrico nella stessa applicazione e di trasferire i vantaggi ai propri clienti.
Diamo un'occhiata ai punti di forza di ciascuna tecnologia per capire meglio come possono interagire tra loro:
Controllo del movimento pneumatico
Il movimento pneumatico si ottiene utilizzando un gas compresso che agisce fisicamente su un meccanismo per produrre il movimento richiesto. È stato dimostrato che le soluzioni pneumatiche garantiscono un funzionamento affidabile in termini di hardware, progettazione e installazione, e solitamente richiedono meno componenti da cambiare o sostituire durante l'aggiornamento di un sistema pneumatico rispetto a un servosistema.
L'esempio più noto di controllo pneumatico del movimento è un cilindro con pistone interno, che produce un movimento lineare. Questo potrebbe spiegare perché la pneumatica è spesso considerata una tecnologia a movimento discreto, adatta solo per l'estensione o la retrazione completa di un meccanismo.
Tuttavia, la continua innovazione guidata dai fornitori di tecnologie per il controllo del movimento ha ampliato le possibilità. Ad esempio, è possibile ottenere un movimento rotatorio continuo utilizzando attuatori a quarto di giro.
Sono inoltre disponibili sensori e controlli di flusso per monitorare e ottimizzare il funzionamento, mentre il controllo della pressione differenziale consente alle apparecchiature di ottenere un posizionamento pneumatico continuo. Utilizzando elettrovalvole on/off elettropneumatiche relativamente piccole o valvole di posizionamento modulanti, la pressione controllata viene applicata a fronte di una contropressione costante.
Gli operatori possono controllare la posizione manualmente tramite pulsanti e interruttori oppure automaticamente tramite un controllore logico programmabile (PLC) o un controllore ad anello.
Controllo elettrico del movimento
Gli attuatori elettrici combinati con servomotori sono noti per l'alta velocità, la precisione millimetrica e l'efficienza e generano il movimento convertendo l'elettricità in movimento rotatorio o lineare. Questi sistemi a circuito chiuso includono in genere componenti più complessi, come un controller di movimento, un servoazionamento, un motore e un sensore di feedback, e pratiche di progettazione più complesse rispetto alle soluzioni di movimento pneumatico.
Ogni servomotore è associato a un azionamento che segue i segnali comandati per fornire la funzione desiderata e può fornire un posizionamento accurato, velocità angolari precise e profili di accelerazione variabili. Con un tale intervallo, i servosistemi possono fornire il controllo del movimento posizionale per varie applicazioni, dai bracci robotici ai nastri trasportatori a rotazione continua.
Poiché i servoazionamenti e i controller sono dispositivi a microprocessore, presentano un elevato livello innato di funzionalità integrate e possono offrire direttamente funzionalità di diagnostica e registrazione dei dati locali e remote per i cruscotti.
La connessione di PLC e altri controllori ai sistemi di movimento servo può aiutare gli OEM a ottenere un controllo e una sincronizzazione del movimento ancora più avanzati. Le funzioni specializzate includono il posizionamento ad alta precisione con ripetibilità submicrometrica, camme elettroniche e ingranaggi elettronici e possono essere utili anche per le applicazioni più complesse, come lavorazioni meccaniche, robotica e apparecchiature di produzione.
Ad esempio, una linea di confezionamento può essere aggiornata da camme meccaniche a un sistema di servomotore con camme elettriche. Mentre cambiare il formato utilizzando camme meccaniche è complesso, richiede tempo ed è soggetto a errori, la conversione della macchina utilizzando camme elettriche avviene con la semplice pressione di un pulsante. Questo consente di risparmiare tempo, migliorare la precisione, ridurre al minimo gli scarti e ridurre i costi.
Controllo del movimento ibrido
Un sistema di automazione ibrido elettropneumatico può aiutare i produttori ad applicare le tecnologie appropriate per ogni specifica funzione. Quando sostenibilità, flessibilità di posizionamento, precisione, stabilità, silenziosità, connettività e monitoraggio sono fattori chiave, il controllo del movimento elettrico offre grandi vantaggi. Quando le applicazioni presentano limitazioni di spazio, richiedono un funzionamento affidabile o richiedono progettazione, installazione e messa in servizio rapide, il controllo del movimento pneumatico è la scelta migliore.
Le linee di produzione nella maggior parte degli stabilimenti produttivi includono vari tipi di apparecchiature OEM, con i prodotti che si spostano tra le macchine lungo nastri trasportatori di trasporto e accumulo. Queste linee offrono numerose opportunità per integrare la movimentazione lineare sia pneumatica che elettrica.
Ad esempio, una tipica linea di produzione per il confezionamento di bevande include le seguenti funzioni: stampaggio a stiro-soffiaggio di bottiglie, riempimento e tappatura di bottiglie, trasporto e accumulo, etichettatura di bottiglie, ispezione, riempimento ed etichettatura, confezionamento di bottiglie in scatole e pallettizzazione e termoretrazione di scatole. Lo stampaggio a stiro-soffiaggio, la piegatura di scatole e l'applicazione di colla traggono tutti vantaggio dal movimento pneumatico, mentre il trasporto e il posizionamento delle bottiglie all'interno delle apparecchiature di riempimento ed etichettatura traggono vantaggio dal movimento servoassistito.
I trasportatori semplici e i sistemi di pallettizzazione traggono vantaggio da entrambe le forme di movimento: i trasportatori possono essere azionati da motori elettrici e i dispositivi di arresto e i cancelli dei prodotti possono essere azionati pneumaticamente. La movimentazione di colli sfusi può essere effettuata pneumaticamente, mentre l'interpolazione e le regolazioni di precisione della posizione possono essere controllate tramite servomotori.
Vantaggi dei sistemi di automazione ibridi
I principali fornitori di tecnologie di controllo del movimento offrono ora pacchetti integrati e completi che includono controllo del movimento elettrico, pneumatico o ibrido. Queste soluzioni complete includono dispositivi intelligenti a livello di campo, controllo del movimento, controllo macchina e analisi.
Le opzioni pneumatiche includono un cilindro pneumatico, un sistema di valvole, un controller, un sistema di analisi e un cruscotto tramite gateway, mentre quelle elettriche includono un attuatore lineare elettrico, un servomotore e un azionamento, un controller e un cruscotto tramite gateway. Sebbene entrambe le tecnologie offrano cruscotti, i dati sono disponibili direttamente dal servoazionamento e i sistemi pneumatici richiedono l'aggiunta di sensori.
Soluzioni complete e integrate come questa offrono numerosi vantaggi sia agli OEM che ai loro clienti. Essendo già progettati e assemblati, i sistemi di automazione ibridi possono semplificare l'approvvigionamento, lo sviluppo e la messa in servizio. In caso contrario, gli OEM devono procurarsi i componenti separatamente, abbinarli e progettarli autonomamente. Questo non solo richiede più tempo e aggiunge complessità alla supply chain, ma può anche introdurre problemi di dimensionamento.
I sistemi di automazione ibridi offrono inoltre una flessibilità che consente agli OEM di progettare macchine in grado di produrre una vasta gamma di tipologie di prodotti, ridurre al minimo i tempi di cambio formato e soddisfare requisiti mutevoli nel tempo. Poiché molte aziende sono costantemente sottoposte a pressioni per aumentare la produttività riducendo al contempo i costi operativi, ciò può ridurre i cicli di produzione, aumentare l'utilizzo delle macchine e prolungare la durata delle apparecchiature.
Grazie alla riconfigurazione elettronica del controllo del movimento, gli operatori possono modificare i profili di movimento al volo e alcuni sistemi offrono un design a prova di futuro e sono dotati di funzionalità che possono essere implementate ora o nelle generazioni future di macchine. Per offrire ai clienti il massimo livello di flessibilità, è consigliabile scegliere sistemi con attuatori elettrici estremamente versatili che coprano un'ampia gamma di requisiti applicativi.
Oltre a rimanere competitivi, i sistemi di automazione ibridi possono migliorare la sostenibilità del produttore. Questi sistemi possono garantire una migliore efficienza delle macchine e ridurre gli scarti, il che a sua volta riduce il consumo di risorse e i costi. L'efficienza energetica può consentire di raggiungere meglio gli obiettivi di sostenibilità, mentre il risparmio sui costi può ridurre il costo totale di proprietà. Per una maggiore ripetibilità e uniformità, è importante cercare un sistema con movimento lineare elettrico che offra i massimi livelli di affidabilità e precisione.
Maggiore flessibilità, efficienza e prestazioni
Gli OEM possono determinare se un sistema di automazione ibrido sarà utile per un'applicazione valutando i fattori chiave dell'applicazione, tra cui:
1. consumo di energia,
2. costi operativi,
3. flessibilità di posizione,
4. precisione,
5. vibrazioni e rumore,
6. CAP-EX,
7. connettività,
8. dimensione,
9. installazione e
10. tempi di messa in servizio e durata.
Per selezionare le soluzioni più appropriate che raggiungano i risultati desiderati, è fondamentale collaborare con un partner esperto in motion control e trasformazione digitale, dotato di un portafoglio completo di tecnologie e opzioni di dimensionamento. Un partner come questo può aiutare gli OEM a commissionare soluzioni e offrire supporto a lungo termine.
Con i sistemi di automazione ibridi, le aziende non devono scegliere tra prestazioni, flessibilità, sostenibilità, connettività e costi. Possono avere tutto: movimenti lineari precisi e potenti, la flessibilità per soddisfare i mutevoli requisiti di produzione, dati e informazioni per massimizzare la produzione, consumi energetici ottimizzati e costi totali di proprietà ridotti.
Data di pubblicazione: 05-12-2023