Il controllo di movimento lineare: cos’è, come funziona, e soluzioni per l’automazione

Benvenuti su questo sito tutto dedicato all’automazione industriale, ci troviamo nella sezione dedicata alle apparecchiature, e oggi parliamo di controllo di movimento lineare, di attuatori lineari, e delle soluzioni disponibili oggi per l’automazione industriale.

Il controllo di movimento ricopre un ruolo fondamentale all’interno dei processi automatizzati, e il movimento lineare è attuato in molte aree della produzione.

La movimentazione lineare nell’industria automatizzata.

Movimentare prodotti, fluidi, parti e apparecchiature all’interno di un processo automatizzato è qualcosa praticamente presente nella maggior parte delle applicazioni controllate da PLC e sistemi di controllo distribuito DCS.

Tra le varie soluzioni di movimento, quella lineare si occupa di spostare oggetti attraverso appunto una traiettoria lineare, come avviene per esempio con un braccio meccanico, o un asse di una macchina a controllo numerico CNC.

Gli attuatori lineari trasformano energia che può essere elettrica, pneumatica, oppure ricavata dal movimento di liquido, in spostamento su una linea retta.

Tipi di attuatori lineari.

Di tipi di attuatori lineari ce ne sono diversi, ne possiamo vedere alcuni nella prossima figura.

Come vediamo nell’immagine sopra, abbiamo attuatori lineari a cinghia (belt drive), a vite (screw drive), a pignone, e a motore lineare.

Ogni tipologia di attuatore offre diverse caratteristiche in termini di dinamicità, precisione nel movimento, forza, carico applicabile e distanza percorribile; naturalmente la scelta dell’apparecchio andrà effettuata valutando le necessità del tipo d’applicazione da automatizzare.

Per esempio, con un attuatore lineare a nastro si può percorrere una distanza nettamente maggiore rispetto a quella ottenibile con un attuatore a vite; dal canto suo però l’attuatore a vite offre una maggior precisione.

Il motore lineare invece offre ottime caratteristiche in termini di precisione, distanze percorribili, efficienza, e soprattutto è più silenzioso degli altri.

Nell’immagine che segue vediamo un modello di attuatore lineare a cinghia, notiamo il motore accoppiato al corpo.

Controllo della posizione dell’attuatore lineare: gli encoders.

Se è vero che nell’automazione è importante poter muovere in modo lineare oggetti, è altrettanto vero che conoscere la posizione degli oggetti permette di ottimizzare il sistema automatizzato.

Nel caso di utilizzo degli attuatori di cui stiamo parlando, il feedback di posizione avviene attraverso encoders, sia di tipo rotativo che lineare.

Gli encoders sono apparecchi che forniscono al PLC (o al sistema di controllo in generale) impulsi ogni piccolo movimento dell’organo al quale sono accoppiati; gli encoders lineari misurano proprio il movimento lineare.

Sistemi di controllo di movimento lineare con PLC.

Per controllare il movimento lineare, si possono utilizzare sistemi con PLC o altri controllori, drivers e attuatori. Il sistema comanda l’attuatore rilevando la posizione per mezzo del feedback fornito dall’encoder; questo tipo d’applicazione garantisce un movimento preciso.

Come vediamo nella prossima figura, il PLC scambia dati con il drive fornendo a questo la velocità da impostare per l’attuatore (in questo caso un motore elettrico).

Il drive si occupa di trasformare l’energia in impulsi ricevibili dall’attuatore, e l’encoder comunica al drive stesso la posizione attraverso gli impulsi che vengono conteggiati (in caso di encoder incrementale).

Se utilizziamo encoders assoluti, questi forniscono al controllo direttamente la posizione reale dell’attuatore.

Attuatori lineari a cinghia (belt drive).

Ora che abbiamo visto cosa sono gli attuatori lineari e come vengono controllati, analizziamo un pochino più da vicino le caratteristiche dei vari tipi di apparecchiatura, cominciando da quelle di tipo a cinghia.

Questi apparecchi offrono buone caratteristiche in termini di distanze percorribili, tuttavia sono abbastanza rumorosi. L’attuatore a cinghia non è adatto per applicazioni dove è richiesta un’alta precisione; tuttavia ha un costo abbastanza ridotto.

Attuatori lineari a vite: permettono una maggiore precisione e offrono una maggior rigidità delle parti in movimento. Dal punto di vista della velocità questi drive non sono il massimo, tuttavia hanno una grande capacità di carico assiale e sono meno rumorosi di quelli a cinghia.

Attuatori lineari a rack e pignone: offrono una precisione intermedia tra quella offerta dagli attuatori a cinghia e a vite, e le distanze su cui possono lavorare sono più alte.

Dal punto di vista della rumorosità siamo su valori simili ai precedenti tipi di attuatore, così come le prestazioni in termini di efficienza.

Attuatori lineari a motore lineare: sono i più silenziosi e offrono ottima efficienza, coprono distanze maggiori di quelli a cinghia e a vite, inoltre sono molto performanti e precisi.

IL CONTROLLO DI MOVIMENTO LINEARE