Una targhetta elettronica aperta accelererebbe notevolmente la messa in servizio dei motori e ne migliorerebbe le prestazioni. Tuttavia, fino ad ora non è mai esistito un protocollo di comunicazione cross-vendor. Gli scienziati del Politecnico di Colonia hanno trovato una soluzione in cui l'interfaccia di feedback del motore SCS di Hengstler gioca un ruolo centrale.
SCS open link è stata progettata per la trasmissione dati bidirezionale ad alte prestazioni tra il motore e la trasmissione. L'interfaccia consente un'agevole interoperabilità con dispositivi di diversi produttori. Il progetto di ricerca "Il motore come sistema ciberfisico - targhetta elettronica" del Politecnico di Colonia si occupa dal 2017 di una questione molto simile. Il prof. Jens Onno Krah e i suoi colleghi dell'istituto per la tecnologia dell'automazione hanno progettato un formato digitale aperto per le targhette elettroniche dei motori che può essere letto dai convertitori di frequenza di vari produttori. In questo modo i convertitori possono riconoscere automaticamente qualsiasi trasmissione e configurarla con i parametri adeguati; il motore funziona quindi con la massima efficienza. In precedenza i convertitori di frequenza erano in grado di riconoscere automaticamente solo le trasmissioni di un unico produttore. I motori di altri produttori dovevano quindi essere sottoposti ad un'intricata configurazione manuale che regolarmente comportava un peggioramento delle prestazioni della trasmissione a causa della mancanza di precisione.
Gli ingegneri meccanici dovrebbero scegliere i componenti che desiderano
L'impulso per il progetto scientifico del Politecnico di Colonia è venuto dall'Associazione tedesca per l'ingegneria meccanica e l'impiantistica (Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau o VDMA) e dall'Associazione di ricerca per l'ingegneria della trasmissione di potenza (Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V.). Entrambe le istituzioni desideravano promuovere lo sviluppo di una targhetta elettronica aperta, in modo che in futuro gli ingegneri meccanici potessero selezionare i componenti in base alle prestazioni e non alla compatibilità. Ciò non solo avrebbe portato a una maggiore efficienza delle macchine, ma avrebbe anche aumentato la concorrenza tra i produttori di componenti, migliorando così la qualità dei loro prodotti.
Lo stato dell'intera trasmissione di una macchina potrebbe essere letto a distanza tramite una targhetta elettronica leggibile universalmente (monitoraggio condizionale), consentendo un intervento tempestivo in caso di imminenti perdite di prestazioni. Il monitoraggio dello stato non è interessante solo per gli utenti, ma anche per gli ingegneri meccanici, i quali potrebbero offrire anche un monitoraggio condizionale come servizio. L'utilizzo di questo servizio consentirebbe di espandere la catena di creazione del valore e, contemporaneamente, fidelizzare i clienti.
L'interfaccia Hengstler rende possibile questa targhetta
Gli scienziati del Politecnico di Colonia cercavano soluzioni per due attività risultati da questo progetto di ricerca: in primo luogo, rendere la targhetta elettronica, precedentemente offerta solo dai singoli produttori per i rispettivi apparecchi, leggibile universalmente. In secondo luogo, renderla disponibile per i servoazionamenti senza encoder installati. Nei motori la targhetta elettronica viene generalmente memorizzata nella EEPROM (memoria) dell'encoder. Qui può essere letta tramite l'interfaccia digitale dell'encoder stesso. Gli azionamenti privi di sensore non dispongono di tale interfaccia e pertanto la targhetta elettronica deve essere trasmessa dal motore al convertitore con altri mezzi.
Il prof. Krah e i suoi colleghi, nel corso delle loro ricerche, hanno scoperto che il cavo del motore può essere utilizzato per la trasmissione dei dati della targhetta di queste trasmissioni. Ciò è possibile grazie all'interfaccia aperta SCS open link di Hengstler, poiché il protocollo può essere utilizzato per trasmettere la potenza del motore e i dati a una velocità fino a 10 MBaud e con cicli di regolazione fino a 32 KHz. Non è necessario un cavo supplementare. Questa soluzione a cavo singolo di Hengstler soddisfa pertanto la principale richiesta del settore: una targhetta elettronica senza cavi supplementari.
Il prof. Krah era venuto a conoscenza dell'interfaccia SCS open link nel corso di un precedente progetto in collaborazione con Hengstler relativo all'impiego di un encoder per la sicurezza funzionale con interfaccia digitale. Sul mercato oltre all'SCS open link sono disponibili anche altri protocolli a cavo singolo. Ciononostante, gli scienziati hanno scelto l'interfaccia di Hengstler, poiché questa è l'unica interfaccia veramente aperta: qualsiasi produttore di componenti può far certificare i propri prodotti per l'SCS open link.
Una soluzione ad alte prestazioni, economica e sicura
L'interfaccia di Hengstler è una soluzione relativamente economica poiché utilizza l'attuale standard RS485, che consente la trasmissione dei dati su distanze fino a 100 m. SCS open link è inoltre molto robusta, poiché le interferenze elettromagnetiche non impattano in modo significativo sulla trasmissione del segnale a causa della struttura simmetrica del cavo dati RS485. Nello sviluppo dell'interfaccia, Hengstler ha attribuito grande importanza anche al garantire un elevato livello di sicurezza funzionale: SCS open link è stata quindi certificata per l'uso in applicazioni fino al Safety Integrity Level 3 (SIL3).
Vicini a una targhetta elettronica universale
Al termine delle loro ricerche, gli scienziati del Politecnico di Colonia hanno concluso che una targhetta elettronica universale per i motori potrebbe essere implementata nella pratica con relativamente poco sforzo. L'SCS open link di Hengstler offre la base ideale, poiché qualsiasi produttore di dispositivi può utilizzare questa interfaccia.
Se l'interfaccia si affermerà sul mercato, la scelta dei componenti per gli ingegneri meccanici e gli impiantisti sarà notevolmente ampliata. La compatibilità non sarà più il problema principale in questo campo e potremo concentrarci interamente sulle prestazioni. Le prestazioni e l'efficienza delle macchine potrebbero pertanto essere aumentate introducendo una targhetta elettronica aperta per i motori. Ciò offrirebbe vantaggi significativi non solo per gli utenti delle macchine, ma anche per il clima. Dopo tutto, macchine più efficienti consumano meno elettricità, che ancora oggi viene prodotta principalmente utilizzando combustibili fossili.
