Benvenuto nella sezione di questo sito dedicata alle apparecchiature da campo utilizzate nell’automazione industriale. Oggi parliamo nuovamente di servo azionamenti, o servo motori, e lo facciamo in particolar modo analizzando i vantaggi e gli svantaggi che incontriamo nel loro impiego, rispetto all’utilizzo dei motori passo passo.
I servo motori sono tra le apparecchiature più utilizzate per movimentare con precisione oggetti nel campo dell’automazione.
Movimentazione nell’automazione industriale.
In moltissime applicazioni industriali automatizzate, i motori ricoprono un ruolo fondamentale, del resto senza questi preziosi componenti, muovere oggetti, ma anche il semplice spostare fluidi all’interno di tubazioni, sarebbe molto complicato.
Quando si tratta di movimenti di precisione, tra le varie apparecchiature utilizzabili troviamo sicuramente i servo motori. Essi sono impiegati in tantissime applicazioni, ne vediamo alcune nella prossima immagine.
Come vediamo nella figura sopra, i servo motori sono usati nel packaging, nella stampatrici, nei robots, nelle macchine a controllo numerico e in molte altre applicazioni di precisione.
Funzionamento del servo motore.
Dal punto di vista costruttivo, questo tipo di motore somiglia al motore passo passo, infatti entrambi sono composti da un rotore e uno statore, e da una parte di accoppiamento.
I servo motori offrono un alto grado di efficienza e precisione, e l’albero può essere ruotato con un angolo particolare, posizione e velocità, cosa che con i motori normali non è ottenibile.
I servo motori possono essere costruiti con spazzole e senza spazzole.
Per funzionare, un servo è inserito in un sistema chiamato closed-loop (anello chiuso), che permette di controllare il movimento rotatorio o lineare, come abbiamo accennato, in modo minuzioso.
La quantità di movimento effettuata dal motore viene controllata dal un segnale elettrico analogico o digitale, attraverso il drive, mentre l’encoder fornisce il segnale di posizione.
L’esistenza di un feedback di posizione è tra le principali differenze che troviamo tra servo motore e motore passo passo, oltre ad altre caratteristiche che vedremo a breve.
Il tipo di controllo del servo motore è spesso un regolatore PID, dove vengono parametrizzate alcune variabili per garantire il funzionamento ottimale del sistema, e ottenere così movimenti con distanze e velocità precise.
Per attuare questo, il sistema di regolazione in alcuni casi deve essere calibrato (tuning), e questo è qualcosa che con i motori passo passo non avviene; in compenso, se un motore passo passo per qualche ragione perde uno step di movimento, nessuno è in grado di saperlo e il sistema non può compensare quel movimento perso.
1. Alcuni vantaggi dei servo motori sui motori passo passo.
Vediamo ora alcuni vantaggi che i servo motori offrono rispetto a motori passo passo.
1.1. Silenziosità: generalmente i servo motori funzionano in modo più silenzioso, a meno che non si movimentano con micro movimenti; dal punto di vista della velocità, essi raggiungono velocità maggiori anche di 2 o 3 volte rispetto a quelle raggiunte dai motori passo passo.
1.2. Coppia costante a velocità alte: durante il funzionamento, la coppia dei servo motori può rimanere costante, questo si traduce in performance migliori quando si viaggia oltre i mille giri per minuto.
1.3. La coppia costante è una caratteristica apprezzabile in applicazioni dove il movimento deve “premere”, “spingere”, “mantenere” e “scuotere o ruotare”.
1.4. Precisione: abbiamo già accennato al fatto che i servo motori hanno un sistema di controllo del funzionamento con feedback, che permette di correggere eventuali errori. Ne consegue che essi sono ottimi apparecchi per movimenti precisi.
1.5. Feedback di precisione: il sistema di feedback dei servo motori è solitamente migliore di quello che possiamo costruire con motori passo passo ed encoders.
1.6. Costruzione standard: i servo motori vengono costruiti seguendo oggi degli standards, in questo modo anche le dimensioni degli apparecchi sono ben definite attraverso i differenti costruttori; questo porta un grande vantaggio per i produttori di macchinari e i clienti OEM.
2. Alcuni svantaggi dei servo motori sui motori passo passo.
Ora che abbiamo conosciuto alcuni dei vantaggi che i servo motori offrono, vediamo alcuni aspetti che invece giocano a favore dei motori passo passo.
2.1. Necessità di tuning: i sistemi servo motore necessitano di un tuning per garantire un funzionamento ottimale, questo richiede tempo e non sempre si traduce in un’operazione facile.
2.2. Necessità di controllo dei fault: il funzionamento dei servo motori in caso qualcosa si rompa, per cui è necessario implementare un sistema con un circuito di sicurezza.
2.3. Controller più complesso: il sistema necessità di elettronica più sofisticata rispetto a quello utilizzato con i motori passo passo.
2.4. Sensibilità ai sovraccarichi prolungati: i servo motori possono sostenere sovraccarichi solo per poco tempo, in caso di sovraccarichi prolungati si danneggiano più facilmente.
2.5. Costo maggiore: un sistema con servo motore costa generalmente di più di un sistema con motori passo passo.