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Rilevamento sicuro delle posizioni in applicazioni safety-oriented

ECN 400 ed EQN 400 con montaggio sicuro a livello funzionale. ECN 400 ed EQN 400 con montaggio sicuro a livello funzionale.

La sicurezza funzionale riveste un ruolo sempre più importante nell’ingegneria meccanica. Per i sistemi di misura non si tratta soltanto di determinare dati di posizione corretti e precisi e di trasmetterli al CN della macchina, ma anche di offrire la diagnostica e l’opzione fault exclusion di tipo meccanico. I sistemi di misura di Heidenhain offrono soluzioni semplici e agevoli in grado di soddisfare le varie applicazioni.

by Andrea Baty

Maggio 2017

Macchine e impianti diventano sempre più rapidi, precisi e flessibili ma anche più sofisticati e costosi. Questo vale per macchine utensili così come per macchine pick-and-place nell’automazione o impianti di stampaggio a iniezione per la lavorazione delle materie plastiche. Considerati gli elevati costi di investimento per macchine high-tech di questo tipo, gli utenti si aspettano elevata disponibilità e predittività degli impianti e dei processi. Nello stesso tempo aumentano le specifiche legali di sicurezza per il funzionamento degli stabilimenti. Il risultato di questa evoluzione è la crescente importanza della sicurezza funzionale.
Heidenhain offre un programma completo di trasduttori rotativi, sistemi di misura angolari e lineari per applicazioni safety-oriented. Questi prodotti vantano tutti i prerequisiti necessari per ottenere la classificazione per applicazioni safety-oriented secondo SIL 2 (a norma EN 61 508) ovvero livello di performance “d” (a norma EN ISO 13849) in combinazione con un controllo numerico sicuro. Soddisfano inoltre i severi requisiti in termini di dinamica e accuratezza e forniscono, grazie alle interfacce seriali, tutte le informazioni necessarie per messa in servizio, monitoraggio e diagnostica. Per tutte le versioni, lo strumento universale PWM 20 e il software di analisi ATS supportano l’operatore in loco durante la diagnostica e il montaggio.

Collegamento meccanico sicuro sistema di misura/azionamento
Un esempio di collegamento sicuro del sistema di misura con l’azionamento è rappresentato dai trasduttori rotativi delle serie ECN 400 ed EQN 400 in versione Functional Safety. Offrono un collegamento dell’albero cavo con sicurezza funzionale e fault exclusion di tipo meccanico per albero cavo cieco di 10 mm o 12 mm di diametro. Tale fault exclusion di tipo meccanico previene i guasti che non possono essere rilevati dal controllo numerico, ad esempio lo slittamento di un collegamento realizzato mediante attrito. Le versioni Functional Safety dei sistemi di misura modulari assoluti ECA 4000 si collocano invece all’altra estremità della gamma con diametri dell’albero fino a 512 mm.
Con questi due esempi e numerose altre soluzioni safety-oriented come i sistemi di misura angolari magnetici ERM o i sistemi di misura lineari incapsulati assoluti LC 415 o LC 495, Heidenhain copre un ampio ventaglio di applicazioni per macchine e impianti. I sistemi di misura angolari magnetici e i trasduttori rotativi induttivi sono indicati soprattutto per l’impiego su macchine di produzione che espongono i componenti utilizzati a elevati carichi meccanici.

Dati diagnostici universali grazie all’interfaccia
Tramite la propria interfaccia EnDat, un sistema di misura Heidenhain trasmette in generale le seguenti informazioni, rilevanti per la disponibilità dell’impianto:
• il messaggio di errore deve comportare uno stato sicuro dell’impianto; questo significa che viene allo stesso tempo indotto un arresto dell’impianto,
• il messaggio di avvertimento indica che è stato raggiunto un limite funzionale interno; funge da sistema di avvertimento tempestivo per la manutenzione preventiva e pianificabile, senza che si verifichi un arresto immediato della macchina,
• i dati diagnostici forniscono informazioni dettagliate sulla riserva funzionale dell’encoder di posizione.
Per sistemi di misura con interfaccia seriale EnDat 2.2 viene eseguita una diagnostica approfondita nell’encoder generando messaggi di avvertimento e di errore. I messaggi di errore vengono trasmessi con elevata priorità all’elettronica successiva a ogni trasmissione del valore di posizione.
Per la valutazione della riserva funzionale nel funzionamento in closed loop, i sistemi di misura di Heidenhain generano le cosiddette barre di valutazione. Di immediata comprensione, queste forniscono informazioni dettagliate sullo stato dei segnali di scansione assoluti e incrementali interni come pure sulla formazione del valore di posizione e quindi sullo stato attuale del sistema di misura. Sulla base di questi dati i controlli numerici o gli inverter possono dedurre la riserva funzionale. La relativa scala e rilevanza sono identiche per tutti i sistemi di misura di Heidenhain affinché sia possibile una valutazione universale. La trasmissione viene eseguita nel closed loop e non influisce sui tempi per la trasmissione del valore di posizione. L’utilizzo delle risorse dell’elettronica successiva è relativamente ridotto, in quanto devono essere visualizzati soltanto valori numerici. La disponibilità delle barre di valutazione e l’accesso alle stesse sono correlati alla rispettiva interfaccia specifica del cliente.

Semplice messa in servizio e disponibilità di informazioni
Un’interfaccia digitale per dati di posizione consente inoltre la trasmissione della cosiddetta targhetta di identificazione elettronica, ossia i dati per la messa in servizio del sistema di misura. Trasmette anche informazioni supplementari quali la temperatura dell’avvolgimento del motore o dati diagnostici. Le informazioni trasmesse dipendono dall’interfaccia, ad esempio l’interfaccia EnDat 2.2 consente di trasferire con rapidità e affidabilità informazioni sullo stato funzionale dell’encoder di posizione durante il funzionamento, per la manutenzione regolare o in caso di guasto. Si tratta di dati fondamentali importanti per l’osservazione di stato ovvero per affermazioni sulla disponibilità e predittività degli impianti e dei processi.
Per la diagnostica e la taratura dei sistemi di misura di posizione Heidenhain sono disponibili diversi strumenti e tester. Lo strumento di diagnostica con la gamma più ampia di applicazioni è PWM 20. Insieme al software ATS consente l’analisi di pressoché tutti i sistemi di misura di posizione Heidenhain con le interfacce elencate nella tabella a pagina 88. Per il montaggio di sistemi di misura modulari, PWM 20 con software ATS verifica ad esempio se il supporto di misura e l’unità di scansione sono compatibili. Se il sistema di misura viene collegato direttamente a PWM 20, è possibile un’analisi dettagliata delle funzioni encoder. Se PWM 20 viene integrato in un closed loop, eventualmente tramite idonei adattatori, è possibile ottenere una diagnostica in tempo reale della macchina o dell’impianto durante il funzionamento. Anche le funzioni safety possono essere attivate e verificate tramite PWM 20 durante la prima messa in servizio o alla sostituzione di sistemi di misura per applicazioni safety-oriented.
Grazie alla singolare combinazione di elevata precisione nella definizione della posizione, grande varietà di interfacce disponibili e semplicità di diagnostica, i sistemi di misura di posizione Heidenhain costituiscono un fattore prestazionale e qualitativo importante per macchine e impianti altamente dinamici e accurati.

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