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Ecco gli argomenti di oggi:
I motori nell’automazione industriale.
Cos’è il motore passo passo e perché viene impiegato.
Com’è fatto un motore passo passo.
Come funziona il motore passo passo.
Calcoli per la movimentazione con i motori passo passo.
I motori nell’automazione industriale.
L’automazione industriale è un’area di applicazione che implica diverse tipologie di linee produttive e moltissime apparecchiature che svolgono ruoli essenziali nei processi, tra questi apparecchi ci sono sicuramente i motori.
A seconda del tipo di lavoro che i motori devono svolgere e dell’applicazione, possiamo scegliere diversi tipi di apparecchio, tra questi i servo motori e i motori passo passo, largamente utilizzati per le funzioni di movimentazione.
La scelta del tipo di motore da impiegare tiene conto di diversi fattori tra cui l’accelerazione necessaria, la velocità, la coppia, e naturalmente il costo; oggi parliamo dei motori passo passo. Vedremo dove vengono impiegati, come sono fatti, come funzionano e come vengono comandati.
Cos’è il motore passo passo e perché viene utilizzato.
Questo tipo di motore funziona a corrente continua e in modo sincrono, esso non possiede spazzole come altri tipi di motore comunemente utilizzati nell’industria.
A differenza di altri motori, possiamo affermare che il motore passo passo è un dispositivo il cui funzionamento è di tipo digitale, esso infatti si muove per mezzo di segnali a impulso che possono essere attivati e disattivati in rapide sequenze.
Se pensiamo a come funziona un motore comune, quando togliamo l’alimentazione non sappiamo quando questo si fermerà esattamente, questa è invece una delle caratteristiche dei motori passo passo, funzionalità che offre molti vantaggi, soprattutto quando questi motori vengono impiegati per movimentazioni di nastri, e qualsiasi altra apparecchiatura ove sia necessaria una grande precisione nei movimenti.
Nella prossima immagine vediamo una stampante 3D in cui vengono impiegati ben 5 motori passo passo per le movimentazioni dei meccanismi sui vari assi e del filler del filamento di materiale. Immaginate se si utilizzassero dei motori normali invece che dei passo passo? Le “sculture” create con la stampante sarebbero molto meno precise!
Com’è fatto un motore passo passo.
Il motore passo passo possiede al suo interno un albero magnetico chiamato rotore che ruota a causa del campo elettromagnetico generato dallo statore, la parte fissa che sta attorno proprio all’albero.
L’albero contiene un certo numero di poli magnetici, solitamente da 50 a 100, e le coppie di poli magnetici nord sud sono di tipo permanente oppure generate da appositi circuiti elettrici. Quello che è importante è sapere che maggiore è il numero di questi poli, maggiore sarà la capacità del motore di muoversi precisamente; infatti ogni polo magnetico permanente rappresenta un punto di arresto per l’albero del motore.
Nella prossime immagini vediamo com’è fatto internamente il motore passo passo, prima in uno schema dove si vedono i poli del rotore e lo statore, e poi in una fotografia del motore vero.
Come funziona il motore passo passo.
Il motore passo passo lavora con un sistema chiamato “open loop”, anello aperto, significa che può lavorare senza nessun feedback di posizione; questo è un bel vantaggio e non è l’unico che questo tipo di motore presenta.
Per quanto riguarda i comandi, a ogni impulso inviato dal sistema di controllo (come per esempio una scheda di un PLC), si può muovere l’albero da un polo al successivo.
Nella prossima figura vediamo un classico sistema di controllo di un motore passo passo. Abbiamo l’alimentatore che alimenta sia un PLC che un Driver (apparecchio che converte i segnali del plc in segnali accettabili dal motore). Nel plc decidiamo la direzione di marcia (oraria o antioraria) e forniamo il segnale di “avanzamento” dell’albero; entrambi questi segnali sono di tipo digitale.
Calcoli per la movimentazione con i motori passo passo.
Abbiamo visto che maggiore è il numero di poli presenti sull’albero maggiore è la risoluzione e quindi la precisione dei movimenti del motore passo passo.
Facciamo qualche piccolo calcolo: se abbiamo un motore con 200 step incrementali, possiamo calcolare la rotazione minima del rotore dividendo 360 gradi (un giro completo dell’albero) per 200. Otteniamo così 1,8 gradi di rotazione a ogni impulso fornito al motore dal driver.
Se avessimo un motore con il doppio di steps, ecco che potremmo muoverlo della metà dei gradi per volta, ovvero 0,9.
Per calcolare gli spostamenti lineari su un asse con questo tipo di motore ci basta moltiplicare ogni step di rotazione per la distanza percorsa sull’asse attraverso l’accoppiamento all’albero del motore stesso.
