Gli encoder rotativi fanno il loro ingresso nell'Internet delle cose industriale (IIoT)

Anche se la fama del detto "il tempo è denaro" viene ampiamente attribuita a Benjamin Franklin, non credo di falsare la verità affermando che questa frase suona dolorosamente vera anche per chiunque abbia a che fare con la progettazione di macchine, l'automazione industriale o la robotica. I tempi di fermo macchina hanno fatto salire la pressione a molti e affermare che queste situazioni sono molto costose e problematiche non è un'esagerazione. L'Internet delle cose industriale (IIoT) e la sua capacità di imbrigliare i dati dei sensori, le comunicazioni macchina-macchina (M2M) e le tecnologie di automazione stanno rivoluzionando il modo in cui le macchine acquisiscono e comunicano i dati. Questa transizione dai dispositivi analogici a quelli digitali sta creando macchine alquanto intelligenti in grado di attingere a nuove ed elettrizzanti capacità diagnostiche, offrendo agli ingegneri informazioni vitali e l'accesso a dati in precedenza non disponibili. Grazie a questi nuovi dati, i progettisti stanno compiendo dei progressi sorprendenti nell'incrementare la capacità di una macchina di predire autonomamente i guasti e ridurre i tempi di fermo.

Figura 1: Illustrazione di un tipico sistema di comunicazione macchina-macchina (M2M) di Same Sky.

Gli encoder rotativi sono componenti vitali nell'anello di retroazione di controllo del movimento di applicazioni industriali, robotiche, aerospaziali, nel campo dell'energia e dell'automazione. In queste installazioni, agli encoder viene chiesto di fornire affidabilità a lungo termine, durata e prestazioni elevate pur operando spesso in condizioni difficili in presenza di polvere, sporcizia, grasso, sbalzi di temperatura e forti vibrazioni. Con la recente esplosione delle industrie di robotica e automazione, sta crescendo enormemente la domanda di encoder più rapidi, più precisi, più efficienti e più intelligenti. Purtroppo, gli encoder al momento sul mercato non riescono a mettere a disposizione dei progettisti una certa intelligenza per il controllo del movimento. La linea di encoder AMT digitali basati su ASIC di Same Sky colma questa lacuna, fornendo al progettista strumenti di programmazione e diagnostica preziosi che possono accelerare il time-to-market e ridurre i tempi di fermo macchina sul campo.

Figura 2: La famiglia di encoder AMT di Same Sky è la prima sul mercato ad utilizzare un progetto digitale basato su ASIC.

L'inclusione di capacità diagnostiche negli encoder rotativi offre al progettista l'accesso a dati di sistema preziosi che in precedenza non erano disponibili in soluzioni analogiche pure. Questi dati possono essere usati per permettere rapidamente al sistema di determinare se l'encoder funziona correttamente, se si è guastato o se è diventato inoperativo o non è più allineato correttamente. Il sistema potrà poi usare questi dati per informare gli operatori dei potenziali problemi o prendere decisioni consapevoli in maniera autonoma prima di attivare il motore e causare danni potenzialmente disastrosi. Inoltre, possono usare questa funzionalità per misure preventive, ad esempio eseguendo una sequenza di test "encoder OK" prima di avviare l'applicazione. Queste capacità, non disponibili negli encoder analogici, consentono ai progettisti di ridurre al minimo i tempi di fermo e di prevedere i problemi che potrebbero verificarsi con le unità sul campo.

È anche possibile monitorare nel tempo i dati diagnostici tramite una rete di comunicazione industriale, fornendo preziose informazioni sull'andamento delle prestazioni che possono essere analizzate e usate per anticipare i guasti all'interno del sistema di controllo del movimento. Data la posizione critica dell'encoder, montato direttamente sul motore, i dati diagnostici non sono limitati alle prestazioni del singolo encoder ma possono servire da spia della presenza di altri problemi del sistema di controllo del movimento, come il disallineamento dell'albero, l'usura dei cuscinetti o il deterioramento termico. Esaminando con attenzione questi dati, è possibile eseguire la manutenzione preventiva della macchina in modo controllato e porre rimedio al problema prima che si verifichi un guasto catastrofico. Questo può limitare i fermi macchina rovinosi, migliorare la longevità della macchina e l'intelligenza complessiva del sistema.

Oltre ai vantaggi predittivi, i dati diagnostici integrati possono essere utilizzati anche per accelerare il processo di ricerca guasti nel malaugurato caso di un guasto sul campo. L'accesso a queste preziose capacità diagnostiche dell'encoder dà al manutentore la capacità di arrivare rapidamente alla causa principale del guasto, escludendo l'encoder come problema o puntando sull'encoder o sul motore come probabile causa. In tal modo si può eliminare il costoso e lungo processo di esclusione per tentativi delle cause dell'errore, evitando di togliere e rimettere inutilmente encoder e motore nel sistema. Gli stessi fermi macchina possono essere di per sé molto costosi, data la perdita di produttività; il costo aggiunto di un tecnico sul posto per riparare la macchina fa salire ulteriormente questa spesa. Di conseguenza, la capacità di attingere alla diagnostica dell'encoder per accelerare il processo di ricerca guasti e riparazione può tradursi in ingenti risparmi sui costi e ridurre al minimo gli effetti di un guasto sul campo.

I dati diagnostici provenienti dall'encoder possono portare a significativi risparmi di tempo anche durante il processo di sviluppo. Essendo io stesso un ingegnere mi piacerebbe che tutti i miei progetti funzionassero alla perfezione fin dall'inizio. Purtroppo in genere questo non accade. Durante i test trovo inevitabilmente dei problemi nel progetto; spesso la causa non è subito evidente e le variabili sembrano infinite. Questo innesca ovviamente un processo di ricerca guasti per stabilire perché il dispositivo non funziona come previsto. I dati diagnostici possono quindi accelerare questo processo e indicare rapidamente l'area del progetto che potrebbe essere necessario migliorare, eliminando potenzialmente giorni o settimane di indagini. Questi risparmi possono accorciare i cicli di progettazione, portare a prodotti più solidi e a tempi di immissione sul mercato più rapidi.

La rivoluzionaria serie incrementale AMT11 e la serie a commutazione AMT31 di Same Sky sono i primi encoder rotativi a integrare queste capacità diagnostiche. Tramite l'uso del software AMT Viewpoint™ o comandi seriali semplici, Same Sky mette questi preziosi dati diagnostici a disposizione del progettista della macchina. Queste piccole unità, con un diametro di 37 mm e un profilo di soli 10 mm, funzionano da una singola alimentazione di +5 V, offrono un'ampia scelta di risoluzione programmabile tra 48 e 4096 ppr e segnali di commutazione per tutte le configurazioni di coppie di poli BLDC. In funzione dei requisiti dell'applicazione, entrambe le serie, oltre agli orientamenti di connessione assiale e radiale, offrono anche opzioni di uscita differenziale o a terminazione singola. Per una maggiore durata, i robusti encoder AMT vantano un intervallo della temperatura operativa tra -40 e 105 °C.

Figura 3: La GUI AMT Viewpoint di Same Sky permette agli utenti di programmare più parametri dell'encoder e di accedere ai dati diagnostici.

Anche se non è possibile eliminare completamente i fermi macchina, l'uso progressivo dei dati diagnostici nei progetti delle macchine oggi sta riducendo drasticamente la percentuale di guasti delle macchine e sta aumentando la velocità dei ripristini, rendendo questi eventi molto meno "dolorosi". Il passaggio dell'encoder da un componente analogico a uno digitale in un sistema M2M spalanca le porte su un mondo di nuove possibilità. Le informazioni ottenute da questi preziosi dati diagnostici stanno dimostrando la fondatezza di un altro detto: "sapere è potere".