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Sicurezza funzionale per i motori lineari industriali

Categoria: Rapporti di applicazione

Sistema di azionamento sicuro in formato standard – Finora i costruttori di macchine erano in gran parte abbandonati a se stessi quando utilizzavano motori lineari dinamici per garantire la sicurezza funzionale. Ora, per la prima volta, è disponibile un pacchetto completo che rende questo passaggio molto più semplice per gli utenti: il produttore di motori lineari LinMot ha integrato le caratteristiche di sicurezza e alcune nuove funzioni aggiuntive direttamente nel motore e nel controllore, avendo cura di garantire un design identico ai prodotti esistenti. Ciò significa che sia le macchine di nuova concezione che quelle già esistenti possono beneficiare dei numerosi vantaggi della tecnologia di sicurezza integrata.



In particolare, i produttori di tecnologie di movimentazione e assemblaggio, di macchine per l’imballaggio e di soluzioni per l’automazione di laboratorio, ma anche di molti altri prodotti, apprezzano i motori lineari per la loro flessibilità e dinamica. Allo stesso tempo, però, le elevate accelerazioni e forze che si verificano durante il funzionamento dei motori rappresentano anche un potenziale pericolo per il personale operativo e per le macchine stesse. I convertitori di frequenza interessati devono quindi essere efficacemente schermati o monitorati dalla tecnologia di sicurezza e portati in uno stato di sicurezza da quest’ultima in caso di emergenza, al fine di ridurre al minimo i rischi durante il funzionamento e soddisfare i requisiti dell’attuale Direttiva Macchine.

Tuttavia, gli elevati valori di corsa e accelerazione raggiungibili dai motori lineari pongono la tecnologia di sicurezza convenzionale di fronte a sfide quasi insolubili nella pratica. Una delle funzioni di sicurezza più comuni e basilari è la disconnessione del motore dall’alimentazione (Safe Torque Off, STO). A seconda della potenza da commutare e del relè utilizzato, il tempo di spegnimento richiesto varia. Per i motori utilizzati nell’ingegneria meccanica generale, si tratta certamente di un intervallo compreso tra 20 e 50 ms. Questo è normalmente sufficiente per i motori rotativi e per le funzioni STO più semplici, in cui si attende il rilascio della protezione di sicurezza. Con i motori lineari più dinamici, tuttavia, questi lunghi tempi di spegnimento rappresentano un problema in termini di sicurezza, poiché con la maggior parte delle funzioni di sicurezza funzionale, come ad esempio la funzione Salva velocità limitata, i motori vengono eccitati anche nello stato di sicurezza e possono già sviluppare elevate velocità di traslazione in tempi molto brevi. Per raggiungere il livello di sicurezza richiesto sono quindi necessari tempi di reazione significativamente più brevi. Ciò richiede l’integrazione della funzione di sicurezza necessaria direttamente nel controllore. LinMot ha quindi sviluppato una soluzione di sicurezza integrata per i suoi motori lineari con i tempi di reazione più brevi possibili e l’ha fatta certificare dal TÜV Nord.


Nuova serie di azionamenti C1251 con funzioni di sicurezza funzionale integrate.


Pacchetto di sicurezza globale certificato per applicazioni con motori lineari

Alla fine del 2021, il produttore di sistemi di motori lineari industriali inizierà il lancio sul mercato della nuova serie di servoazionamenti C1251 con tecnologia di sicurezza integrata. Allo stesso tempo, l’azienda offre i noti motori lineari della serie P01 con un sistema di encoder sicuro. Insieme formano un pacchetto complessivo coerente e certificato.

Ciò significa che, per la prima volta, gli utilizzatori di motori lineari hanno a disposizione un sistema di azionamento sicuro, come avviene da tempo nel campo dei motori rotativi. I tempi in cui dovevano combinare prodotti di produttori diversi e garantire da soli la sicurezza funzionale in tutti gli aspetti appartengono ormai al passato. La riduzione dello sforzo di certificazione per l’utente non deve essere sottovalutata. Dopo tutto, non tutte le combinazioni di un azionamento sicuro e di un controllore sicuro sono sicure per definizione quando lavorano insieme, e la relativa verifica è difficile e richiede molto lavoro. Con LinMot, invece, il sistema composto da un controllore sicuro e da un motore sicuro (incluso l’encoder) è certificato fin dall’inizio.

Stesso design nonostante le funzioni di sicurezza integrate

Per la realizzazione delle nuove famiglie di prodotti, LinMot si è basata su hardware di motori e controllori collaudati da molti anni, al fine di fornire agli utenti la migliore tecnologia possibile e facilitare l’integrazione in concetti di macchine nuovi ed esistenti. La serie di azionamenti C1251, ad esempio, si basa sulla tecnologia di azionamento alla base della serie di servoazionamenti C1250. Per semplificare al massimo il cambio di generazione, le parti software non rilevanti per la sicurezza dei controllori esistenti sono state adottate per la nuova famiglia di azionamenti C1251. Le nuove funzioni di sicurezza possono essere aggiunte con il software di configurazione LinMot-Talk, ampliato di conseguenza. Sono quindi integrati direttamente nel controllore e non richiedono alcun hardware aggiuntivo, il che offre tempi di messa in servizio più brevi e una maggiore economicità grazie a una progettazione efficiente e a un minore sforzo di cablaggio.

Il design compatto e le condizioni operative consentite sono state mantenute anche per i motori lineari, nonostante il sistema di encoder di sicurezza aggiuntivo richiesto, poiché LinMot ha reso il collaudato sistema di encoder LinMot adatto all’applicazione di sicurezza in particolare per questi motori insieme a TÜV-Nord. Ciò consente ai costruttori di macchine di offrire macchine dello stesso design con e senza funzioni di sicurezza, in modo particolarmente conveniente e con un minimo sforzo aggiuntivo.


In LinMot, le soluzioni di azionamento sicure e “grigie” non differiscono in termini di design o di spazio richiesto.


Nuove caratteristiche della “sicurezza funzionale”

Nell’ulteriore sviluppo degli azionamenti, il produttore di sistemi lineari ha prestato attenzione anche a semplificare ulteriormente la gestione degli azionamenti.
È ora possibile definire via software l’interfaccia utilizzata per la comunicazione con il controllore della macchina. Ciò significa che i costruttori di macchine non devono più tenere a magazzino azionamenti o moduli di comunicazione diversi per i vari gruppi di clienti. Le specifiche dei requisiti che prevedono l’uso di diversi protocolli di comunicazione o controlli della macchina sono realizzate con un solo elemento. Un convertitore di frequenza copre tutti i bus più comuni come PROFINET, EtherCAT, Ethernet IP, sercos o POWERLINK come standard.

L’integrazione di sicurezza della combinazione azionamento-motore avviene tramite collegamenti bus sicuri. LinMot ha iniziato con PROFIsafe. Altri profili sicuri, come Safety over EtherCAT e CIP-Safety, sono in lavorazione o sono già in fase di certificazione. In alternativa, fino a due delle funzioni di sicurezza integrate possono essere richiamate dal controllore di sicurezza tramite I/O digitali sicuri.

Oltre a questi I/O sicuri aggiuntivi, gli ingegneri LinMot hanno dotato i drive della serie C1251 di uno slot per schede flash. La configurazione del convertitore di frequenza, compresa quella delle funzioni di sicurezza, è memorizzata sulla scheda SD appropriata, che può essere caricata dal convertitore di frequenza quando la scheda è inserita. Di conseguenza, l’hardware dell’unità può essere facilmente sostituito, se necessario, senza perdita di dati, oppure è possibile caricare nuove unità con il software desiderato: È sufficiente inserire la scheda flash con il set di dati desiderato nel controller. All’avvio successivo del controllore, i dati possono essere letti. Per questo processo non è necessaria la connessione di un computer o del software LinMot-Talk, il che semplifica e velocizza i processi di manutenzione e produzione. La convalida della configurazione di sicurezza può essere effettuata anche inserendo manualmente il checksum tramite appositi interruttori rotanti direttamente sul convertitore di frequenza, senza l’ausilio di un PC in loco.


 

I profili di comunicazione selezionabili via software e la scheda SD per il backup dei dati riducono i costi di stoccaggio, logistica, ricambi e assistenza.


Soluzione a cavo singolo anche per la sicurezza funzionale

Dal 1997 LinMot utilizza una soluzione a cavo singolo per collegare l’azionamento e il motore. L’azienda segue questo concetto collaudato anche con la sua soluzione di sicurezza. Il cavo di alimentazione e di segnale già utilizzato nelle generazioni precedenti fa parte del pacchetto di sicurezza e si può fare a meno di cavi speciali. L’utente dei motori LinMot non deve quindi occuparsi di un cavo separato per il segnale dell’encoder e uno per l’alimentazione, compresi i connettori necessari, anche con azionamenti sicuri. I costi da sostenere e l’impegno richiesto per la progettazione, l’assemblaggio, lo stoccaggio e la manutenzione sono di conseguenza inferiori. Altri aspetti positivi sono la riduzione degli ingombri, la diminuzione delle fonti di errore e quindi la maggiore disponibilità del sistema.

Conclusioni e prospettive: Sistema modulare leader per i movimenti lineari

LinMot ha ampliato in modo ottimale la sua gamma completa di prodotti per i movimenti lineari e rotativi con la soluzione di sicurezza integrata. Gli utenti beneficiano di un pacchetto completo per l’implementazione di movimenti lineari, che accelera notevolmente la costruzione e la certificazione di sistemi di azionamento sicuri. Altri vantaggi sono i tempi di risposta ridotti, la minore usura dovuta all’eliminazione dei componenti meccanici, l’ingombro ridotto e, non da ultimo, la maggiore affidabilità della macchina. L’integrazione delle funzioni di sicurezza ha quindi un effetto diretto sul costo totale di proprietà di una macchina. Nel primo passo, LinMot ha implementato questo concetto nei suoi motori lineari standard. Gli altri azionamenti della vasta gamma di prodotti, come i Motori lineari rotativi o i moduli lineari, seguiranno gradualmente a partire dal 2022.

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