Il passaggio dagli azionamenti pneumatici a quelli elettrici è un fenomeno ben noto nel settore. Tuttavia, negli ultimi anni questo tema ha acquisito un notevole slancio. Ciò è dovuto alla pressione sui costi in continuo aumento e ai requisiti sempre più rigorosi in materia di riduzione delle emissioni di CO2. In entrambi i campi prevalgono i vantaggi delle soluzioni elettriche. Questo articolo del blog illustra, prendendo ad esempio gli OEM dell’industria automobilistica, come gli alimentatori industriali intelligenti supportino la transizione dagli azionamenti pneumatici a quelli elettrici.
Gli azionamenti elettrici e quelli pneumatici presentano entrambi vantaggi e svantaggi.
Gli azionamenti pneumatici sono economici da acquistare, facili da utilizzare, offrono un'elevata resistenza al sovraccarico e sono robusti nei confronti di condizioni ambientali quali sbalzi di temperatura e maggiore esposizione alla polvere. Tuttavia, gli azionamenti pneumatici richiedono una generazione centrale e continua di aria compressa, il che comporta uno sforzo significativo. È necessario distribuire e mantenere una pressione costante in tutto lo stabilimento. Se si verifica una perdita di aria compressa a causa di una falla nel sistema, questa deve essere rapidamente individuata e riparata, il che comporta un elevato impegno di manutenzione.
Soprattutto nelle applicazioni con numerosi cicli di commutazione, le elevate perdite energetiche dovute a un basso rendimento sono significative durante il funzionamento. Anche nei moderni sistemi ad aria compressa, la maggior parte dell'energia viene dispersa sotto forma di calore residuo. Inoltre, il sistema ad aria compressa deve essere sempre pronto all'uso e quindi in funzione, il che comporta un elevato consumo energetico. Ciò comporta costi di esercizio e emissioni di CO₂ generalmente elevati.
Gli azionamenti elettrici combinati con servomotori offrono una migliore efficienza energetica e consentono velocità e precisione elevate. Grazie ai microprocessori integrati, la maggior parte dei componenti elettrici ha una gamma di funzioni più ampia e consente l'accesso ai dati applicativi in connessione con un sistema di monitoraggio centrale. I costi operativi sono generalmente inferiori e l'impronta di CO2 può essere ridotta in modo sostenibile. Inoltre, l'elettricità può essere facilmente distribuita in fabbrica, quasi senza perdite. La capacità di convertire e immagazzinare l'elettricità è un altro vantaggio. Entrano in gioco anche nuove tecnologie, come la trasmissione wireless di energia. Le soluzioni elettriche sono inoltre significativamente più silenziose, il che riduce l’inquinamento acustico per la forza lavoro.
Tuttavia, gli azionamenti elettrici hanno un costo di acquisto più elevato. Inoltre, questi sistemi sono più complessi rispetto alle soluzioni pneumatiche e possono richiedere l'adeguamento delle attrezzature esistenti.
I produttori OEM sono generalmente cauti nei confronti delle modifiche apportate a sistemi collaudati. Tuttavia, le pressioni economiche, politiche e sociali in materia di efficienza energetica stanno spingendo sempre più produttori a optare per la soluzione puramente elettrica. Pertanto, i nuovi impianti industriali spesso omettono fin dall'inizio l'installazione di un sistema pneumatico. Come spesso accade, l'industria automobilistica e i suoi fornitori stanno assumendo un ruolo pionieristico in questo senso. I numerosi progetti di passaggio dalla pneumatica all'elettricità che PULS ha accompagnato in questo segmento avevano una cosa in comune: il giusto sistema di alimentazione è fondamentale per il successo.
Nell'industria automobilistica, tutto — dai grandi componenti della carrozzeria e dai motori pesanti ai componenti provenienti dal magazzino dei piccoli pezzi — viene trasportato tramite nastri trasportatori lunghi chilometri e sistemi di trasporto senza conducente. Nello stabilimento BMW di Ratisbona, in Germania, le sole linee di assemblaggio hanno una lunghezza totale di 5,5 km.
Quando i fermi, i deviatori e le unità di sollevamento e rotazione nei sistemi di trasporto vengono convertiti da azionamenti pneumatici a quelli elettrici, un'alimentazione decentralizzata e protetta è la soluzione ideale. Per realizzarla, sono necessari alimentatori compatti e potenti con riserve di potenza sufficienti direttamente sul campo. Si eliminano così le linee di alimentazione lunghe e soggette a perdite e si aumenta la flessibilità.
A questo scopo, PULS ha sviluppato la categoria di prodotti “Field Power Supplies”, che comprende alimentatori da 360 W e 600 W con elevati gradi di protezione IP54, IP65 e IP67, oltre a numerose opzioni di connettori.
Caratteristiche aggiuntive, come un massimo di quattro uscite integrate a corrente limitata, garantiscono la sicurezza degli utenze elettriche. Grazie a questi eFuse integrati nell'alimentatore, è possibile realizzare la distribuzione selettiva dell'alimentazione, la protezione e il monitoraggio al di fuori dell'armadio di controllo.
Gli alimentatori da campo sono molto robusti sia dal punto di vista meccanico che elettrico e resistenti a condizioni ambientali difficili come umidità, esposizione alla polvere e vibrazioni.
Anche per i cobot, i robot di piccole dimensioni e le applicazioni decentralizzate nell'industria automobilistica, gli azionamenti elettrici sono diventati la prima scelta.
Uno dei motivi è rappresentato dai notevoli progressi tecnologici compiuti dai motori elettrici. Negli ultimi anni, questi hanno contribuito a rendere gli azionamenti elettrici una vera alternativa alla pneumatica. I motori generano molta potenza pur avendo dimensioni e peso ridotti. Tuttavia, i movimenti rapidi che i motori elettrici consentono, ad esempio nelle applicazioni robotiche, richiedono alimentatori in grado non solo di gestire carichi più elevati nel breve termine, ma anche di gestire l'energia rigenerativa risultante.
Molti alimentatori PULS dispongono di ampie riserve di potenza, note come BonusPower. Numerosi alimentatori su guida DIN della collaudata famiglia di prodotti DIMENSION forniscono fino al 150% di potenza per 4 secondi. Anche gli alimentatori da campo FIEPOS raggiungono il 200% di potenza per 5 secondi grazie a BonusPower. Le prossime famiglie di prodotti per il montaggio su guida DIN, attualmente in fase di sviluppo, supereranno addirittura questi valori in termini di prestazioni di picco e dinamica.
Grazie alle generose riserve di potenza, non è necessario sovradimensionare l'alimentatore, con conseguente risparmio di costi e spazio.
Gli azionamenti pneumatici, soggetti a guasti, stanno diventando sempre più rari nei veicoli a guida autonoma (AGV) e nei carrelli industriali. In questo ambito, i produttori puntano sempre più su soluzioni elettriche, più adatte alle applicazioni mobili. Tuttavia, per garantire un'alimentazione elettrica efficiente e la ricarica delle batterie durante il funzionamento, è necessario innanzitutto disporre di un'adeguata infrastruttura di ricarica all'interno degli stabilimenti.
Diversi produttori automobilistici leader utilizzano già l'innovativa tecnologia di ricarica wireless della Business Unit Wiferion di PULS per la ricarica di AGV e cobot.
La tecnologia di ricarica senza contatto di Wiferion consente a questi veicoli di rimanere continuamente in funzione senza interruzioni di ricarica o interventi manuali. La ricarica wireless offre vantaggi significativi rispetto ai sistemi di ricarica convenzionali, come l'eliminazione dell'usura meccanica o il rischio di inciampare in cavi o strisce di contatto.
Grazie ai sistemi etaLINK e CW di Wiferion, gli AGV e i robot mobili possono essere ricaricati in modo efficiente e autonomo durante il loro normale ciclo di lavoro, ad esempio durante brevi soste alle stazioni. L'eliminazione dei lunghi tempi di inattività per la ricarica aumenta significativamente la disponibilità della flotta. Il trasferimento di energia avviene direttamente tramite piattaforme di ricarica, che consentono un'elevata tolleranza di posizionamento e avviano il processo di ricarica in meno di un secondo.
Con i sistemi consolidati da 3 kW e quelli nuovi da 1 kW, la tecnologia Wiferion è attualmente leader di mercato. Le soluzioni esenti da manutenzione consentono un aumento significativo dell'efficienza della flotta e della sicurezza operativa – ideali per un utilizzo continuo 24 ore su 24, 7 giorni su 7, in ambienti esigenti come l'industria automobilistica e quella logistica.
Ogni minuto di fermo macchina comporta costi estremamente elevati. Gli OEM del settore automobilistico cercano quindi di ridurre al minimo assoluto i cosiddetti tempi di fermo delle macchine e dei sistemi di trasporto.
Con gli azionamenti pneumatici, c'è il rischio di una perdita nel sistema dell'aria compressa che deve essere prima individuata. Gli azionamenti elettrici sono più facili da gestire in termini di controllo e manutenzione preventiva.
PULS offre alimentatori con varie interfacce di comunicazione, tra cui IO-Link, EtherCAT e alimentatori con display integrati. Ciò consente un accesso facile e rapido ai dati applicativi e alle funzioni dell'alimentatore.
Sulla base dei dati relativi all'alimentazione elettrica, i costruttori e gli operatori possono ottimizzare ulteriormente le loro macchine in termini di efficienza e produttività. EtherCAT (ad es. CP10.241-ETC o CP20.241-ETC) è ideale per il monitoraggio, la registrazione e il controllo remoto di sistemi complessi grazie alla trasmissione dei dati in tempo reale.
I dati relativi all'alimentazione sono particolarmente vantaggiosi all'interno dei circuiti di controllo in tempo reale. Gli operatori possono controllare in modo ottimale gli azionamenti o altri dispositivi ad alto consumo energetico per mantenere la richiesta dinamica di potenza entro i limiti delle capacità del sistema di alimentazione. Questo utilizzo ottimale degli alimentatori consente di migliorare l'efficienza del sistema. In particolare, gli alimentatori, insieme ad altri componenti del sistema, consentono risposte automatizzate per gestire condizioni operative impreviste che in precedenza portavano spesso a tempi di inattività o addirittura a danni.
Ad esempio, l'alimentatore fornisce misurazioni precise della corrente di uscita, ovvero della corrente di carico. Utilizzando questi valori rilevati con elevata precisione, è possibile riconoscere e descrivere i profili di carico digitali.
Sulla base delle informazioni relative alla corrente di uscita, l'operatore può determinare se un carico, come ad esempio un motore elettrico, subisce variazioni nel corso di un periodo di tempo prolungato. Tale variazione può essere indice di usura. Nel caso di profili usurati, nel profilo di carico sarebbe riconoscibile un'onda sinusoidale. L'analisi dei dati assistita da computer aiuta a rilevare e segnalare tempestivamente questa anomalia. In questo modo, è facile sostituire il componente usurato prima che si verifichino guasti e tempi di inattività del sistema.
La scelta di un azionamento elettrico è solo uno dei fattori che influiscono positivamente sull'efficienza e sul bilancio di CO₂. Anche gli alimentatori ad alta efficienza contribuiscono a questo processo. Maggiore è l'efficienza di un alimentatore, minori sono le perdite di potenza e quindi lo spreco di energia. PULS raggiunge ora efficienze superiori al 96 % con i propri alimentatori.
Un esempio di calcolo illustra l'importanza di questo valore. Con un'efficienza del 96,4% (ad es. con l'SP960.241-S), si verificano perdite del 3,6%. Per il corrispondente alimentatore con una potenza di uscita di 960 W, la perdita di potenza è quindi di 34,5 W, che viene dissipata sotto forma di calore nell'ambiente.
Un esperimento mentale mostra l'importanza di ogni punto percentuale di efficienza. Se riduciamo l'efficienza al 92%, osserviamo un aumento delle perdite pari a 76,8 W, più del doppio.
Applicando questo dato al numero totale di alimentatori in una fabbrica e considerando il raffreddamento aggiuntivo, si ha un impatto significativo sul bilancio di CO2. Maggiore è l'efficienza di un alimentatore, minore è lo spreco di energia e quindi le emissioni di CO2.
La crescente pressione sui costi e i requisiti più severi in materia di riduzione delle emissioni di CO₂ stanno favorendo il passaggio dagli azionamenti pneumatici a quelli elettrici nel settore industriale. Gli azionamenti elettrici offrono una migliore efficienza energetica e costi di esercizio inferiori, sebbene siano più costosi e complessi da acquistare. Soprattutto nell'industria automobilistica, è evidente che l'alimentazione decentralizzata con alimentatori potenti aumenta la flessibilità e riduce al minimo le perdite di energia. PULS supporta il passaggio dagli azionamenti pneumatici a quelli elettrici con soluzioni di alimentazione industriale adeguate. Ciò non solo contribuisce a ridurre l'impronta di CO2, ma è anche vantaggioso dal punto di vista finanziario per le aziende.