Soluzioni monocavo / Topserv Hybrid per Hengstler GmbH

Componenti pregiati e protocollo open source per nuove possibilità di impiego

Catene portacavi di prova nel centro di ricerca Helukabel.

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Le soluzioni monocavo nel settore della tecnica di servoazionamento stanno acquisendo sempre più importanza. Accanto al numero sempre crescente di produttori di azionamenti che forniscono anche soluzioni monocavo, è in continuo aumento il numero di produttori di encoder che finalmente rendono possibile il loro utilizzo. Questi non si differenziano soltanto per il protocollo impiegato, ma anche per le caratteristiche tecniche quali risoluzione e robustezza. HELUKABEL® GmbH e Hengstler GmbH sono due rinomate aziende che trattano assieme questo argomento sotto molteplici punti di vista. L'obiettivo comune però è uno solo: offrire ai clienti componenti di altissima qualità innovativi, efficienti e sicuri, per sfruttare a pieno l'enorme potenziale della tecnologia monocavo.

Nelle cosiddette "soluzioni monocavo", i conduttori che trasmettono il segnale dell'encoder sono integrati nel cavo del servo, ovvero due conduttori vengono uniti per formare un cavo ibrido. Oltre al fattore costo e la tecnica di collegamento ridotta, questa soluzione convince soprattutto per il notevole risparmio in termini di ingombro e peso. Questa caratteristica risulta particolarmente apprezzata in caso di impiego in spazi ristretti quali macchine, armadi elettrici e catene portacavi.

Hengstler AD37S Encoder ingegnerizzato per soluzioni monocavo

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Dal punto di vista dell'hardware, per utilizzare una soluzione monocavo tra servomotore e servoregolatore è indispensabile disporre di un encoder digitale sviluppato per questo tipo di comunicazione. Dato che l'encoder è integrato nel servomotore, il produttore del servomotore deve approntare per il cliente finale l'intero sistema. La comunicazione si verifica sempre tra due dispositivi, quindi non solo deve essere integrato un encoder nel servomotore, ma il regolatore deve essere adattato alle caratteristiche progettuali della soluzione monocavo. Con una nuova gamma di prodotti, Hengstler offre encoder speciali che, uniti al protocollo open source ACURO®link, rappresentano la soluzione ideale per soddisfare i requisiti elevati dettati dalle soluzioni monocavo. "L'interfaccia ACURO®link è stata concepita appositamente per supportare le applicazioni a 2 e 4 conduttori" spiega Johann Bücher, direttore strategico encoder della Hengstler.

La sfida per il produttore di cavi Helukabel è stata quella di garantire nel tempo una trasmissione dati robusta a prova di disturbi. Nelle soluzioni tradizionali a due cavi, sono integrate fino a tre schermature che proteggono le coppie di segnali dai disturbi provenienti dai conduttori di potenza. Inoltre per la messa in posa solitamente si consiglia di mantenere la massima distanza possibile tra cavo del servo e cavo dell'encoder. Nel caso dei cavi ibridi invece, i conduttori di retrosegnalazione sono integrati direttamente nel cavo del servo. In questo modo si riducono quasi del tutto i requisiti di ingombro e si ottiene una schermatura EMC eccellente.

Per le soluzioni a due cavi, l’Helukabel Topserv Hybrid si è affermato come soluzione standard.

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La rotazione del motore dipende in maniera decisiva dalla qualità del segnale ricevuto. Meno disturbi esterni penetrano nel segmento di segnale, più "puliti" sono i dati che arrivano al ricevente. La schermatura delle coppie di linee dati assicura la protezione dalle emissioni EMC. Quanto più tempo la schermatura rimane intatta, tanto più viene garantita la sua funzione di sicurezza. Se il cavo ibrido viene installato in maniera fissa, la schermatura presenta una durata "infinita". Se invece viene installato in un'applicazione dinamica, ad esempio in una catena portacavi, le sollecitazioni meccaniche a carico del cavo riducono la vita utile della schermatura. Per questo la trasmissione sicura e senza guasti dei dati dipende dal totale dei singoli disturbi. Ciò significa: quanto più lungo è il cavo, quanto più critica è l'applicazione. Il team di sviluppo della Hengstler GmbH esegue test sulla versione a due conduttori e su quella a quattro conduttori dell'encoder sotto carico, ognuna con un cavo da 100 m. Le esperienze pratiche raccolte con questi test garantiscono sufficiente sicurezza, anche per gestire al meglio le sfide future derivanti da applicazioni sempre più complesse. Grazie all'encoder Hengstler AD37 è possibile controllare i movimenti in maniera estremamente performante. L'elevata velocità di trasmissione di 10 MBaud e uno scambio dati fino a 32 kHz, combinate alla trasmissione di dati di posizione completi, definiscono nuovi standard elevatissimi in materia di compatibilità elettromagnetica (EMC). Inoltre il protocollo dati dell'interfaccia elettrica soddisfa i requisiti del livello SIL 3 secondo IEC61508, cat. 3PLe secondo EN ISO 13489, mentre l'encoder AD37 stesso e l'IP Core nel sistema di comando soddisfano – a seconda delle applicazioni del cliente – i livelli di sicurezza non SIL, SIL1, SIL2 e SIL3.

Con l'aumentare dei requisiti richiesti dal mercato ai produttori di macchine e impianti, crescono anche le sollecitazioni a cui sono sottoposti i cavi sul campo: oltre alla presenza di assi sempre più dinamici e rapidi delle macchine utensili classiche infatti, le macchine sono sempre più compatte. Lo spazio disponibile per l'installazione viene ridotto al minimo, i raggi di curvatura delle catene portacavi sono ancora più ridotti. Per ottenere un'elevata stabilità dei cavi nelle catene portacavi mantenendo al contempo competitivi i prezzi, i cavi devono essere concepiti appositamente per la singola applicazione nella quale sono utilizzati: a seconda delle singole esigenze, il team di costruttori della Helukabel GmbH sceglie il tipo di costruzione adatto, a seconda di svariati parametri tra cui corsa, raggio di curvatura minimo, velocità di spostamento, accelerazione e numero di cicli minimo. Oltre alla concezione costruttiva stessa, anche la scelta del materiale corretto riveste un ruolo fondamentale. La scelta dipende principalmente da fattori esterni quali temperatura ambiente o resistenza minima ai fluidi (ad esempio lubrorefrigeranti aggressivi). Altri fattori di cui tener conto sono anche la non infiammabilità o l'assenza di alogeni.

I diversi requisiti di potenza dei motori necessitano di cavi di alimentazione di sezioni diverse. Maggiore è la sezione e più spesso è il cavo. Dato che non basta testare in una catena portacavi sezione e struttura del cavo per ottenere risultati validi per tutte le altre sezioni, nei test è necessario controllare più raggi di curvatura. Nel gruppo Helukabel i cavi vengono testati su nove diversi impianti di prova, che si differenziano sia per le corse dei cavi che per i parametri di accelerazione e velocità. Questi test sono molto laboriosi e richiedono un continuo monitoraggio e controllo, tuttavia sono estremamente necessari per garantire la qualità e la resistenza del trasferimento dati.

Helukabel è stato il primo produttore di cavi ad aver confermato con un test di sistema l'eccellente durata dei propri cavi ibridi con ben oltre cinque milioni di cicli. Da allora sono state installate centinaia di chilometri di cavi ibridi, che vengono utilizzati ora in tutto il mondo nelle più svariate applicazioni.

"Helukabel è il produttore di cavi che ha più esperienza di tutti. Ci siamo presi per tempo dedicandoci allo sviluppo di questa soluzione e abbiamo sufficiente esperienza sul campo per creare soluzioni funzionanti e durature per gli specialisti di azionamenti. Per quanto riguarda le soluzioni a due cavi, il nostro Topserv Hybrid si è affermato come soluzione standard" conclude Thomas Pikkemaat, product manager tecnica di azionamento presso la HELUKABEL® GmbH.