Nel nostro Paese, il massiccio ingresso di elettronica e digitale nei macchinari e nei processi dell’industria manifatturiera è stato propiziato principalmente dal piano Industria 4.0. Questo ha fatto sì che si diffondesse una falsa percezione, ovvero che il digitale servisse solo per aggiungere ai macchinari e alle linee di produzione capacità di interconnessione che abilitassero nuovi servizi, dalla manutenzione predittiva al controllo da remoto.
In realtà, c’è molto di più: sfruttando le tecnologie del digitale, infatti, è possibile modificare radicalmente la componentistica e il funzionamento di molti apparati, ottenendo svariati vantaggi. Il primo esempio che viene in mente è l’adozione di motori brushless dotati di drive per il pilotaggio, che possono sostituire i convenzionali motori asincroni portando in dote le loro qualità in tema di consumi ridotti, spunti elevati, e soprattutto la capacità di girare virtualmente a qualsiasi regime di rotazione.
Ovviamente, per riprogettare un macchinario secondo la “nuova filosofia”, abbandonando le metodologie tradizionali, bisogna disporre di un know-how specifico sulla nuova componentistica, oltre che avere le idee chiare su come sfruttarla per sostituire i vecchi schemi.
Fra le aziende impegnate su questo fronte troviamo Keb, colosso tedesco dell’automazione la cui sede italiana, situata a Settimo Milanese, è guidata da Marino Crippa. Keb è in grado di fornire ai suoi clienti una vasta gamma di componentistica, dai motori agli azionamenti, ai Plc e soprattutto al software che permette di far parlare fra loro e governare tutte le varie componenti. Tra l’altro, è imminente la presentazione ufficiale della nuova architettura software a microservizi Noa, vista in anteprima all’Sps di Parma qualche mese fa, che dovrebbe far fare un ulteriore balzo tecnologico ai sistemi digitali montati sui macchinari.
Per vedere un esempio concreto di come si possa ripensare una macchina in ottica digital, siamo andati a Stezzano (BG), dove ha sede Sigma Presse. L’azienda, nata a fine 2018, realizza presse “servo-idrauliche“, ovvero costruite con la nuova tecnologia (e componentistica Keb), che prevede l’utilizzo di motori brushless e relativi drive, asserviti a un Plc, per il pilotaggio della pompa dell’olio. Grazie a questa impostazione costruttiva, è stato possibile eliminare svariati componenti idraulici “tradizionali”, semplificando la struttura della macchina e consentendo di ridurne i consumi in maniera significativa.
Chi è Sigma
Sigma Presse nasce nel dicembre del 2018 dall’unione delle esperienze pregresse di due soci operativi, Stefano Rivellini (senior sales manager) e Antonio Clivati (senior technical engineer).
L’azienda progetta e produce presse servo idrauliche a partire dalle 50 fino a circa 5.000 tonnellate, e i suoi clienti spaziano in vari settori del manufacturing (principalmente automotive e aerospace). Di fatto, le presse di Sigma sono impiegate per i più svariati materiali, dalla ceramica alla fibra di carbonio passando ovviamente per i metalli, guarnizioni, interni per automotive, parti per elicotteri eccetera.
«La particolarità del nostro prodotto è che siamo gli unici a impiegare nelle nostre presse la tecnologia servoidraulica con motori brushless, che permette un elevato risparmio energetico.
C’è chi monta inverter, chi monta motori brushless su idraulica tradizionale. Noi siamo gli unici che fanno un macchinario completamente “servo”» ci spiega Stefano Rivellini. Sigma, infatti, produce principalmente presse servoidrauliche. Spesso i clienti, non sapendolo, chiedono una pressa tradizionale, e Sigma propone al suo posto la servoidraulica. E il cliente accetta praticamente nella totalità dei casi. «Ed è ovvio, – dice l’ingegner Clivati – adesso stiamo facendo il revamping di una pressa da 400 tonnellate prodotta una ventina di anni fa. Abbiamo calcolato che solo di corrente il cliente risparmierà in un anno il 70% circa della bolletta elettrica
Presse tradizionali vs. servo presse
Ma perché una servo pressa è migliore di una pressa convenzionale? Per capirlo bisogna fare un passo indietro. La parte idraulica delle presse, dopo essere rimasta pressoché immutata dall’epoca dell’invenzione (1795) all’inizio di questo secolo, negli ultimi anni ha subito una rapida evoluzione. «Nei vecchi sistemi, quando il pistone scendeva e si doveva frenare la corsa, c’erano le valvole proporzionali che andavano a strozzare il flusso dell’olio, generando calore – spiega Clivati – Adesso invece facciamo frenare il motore brushless, perciò facciamo girare meno la pompa, e quindi è la pompa che frena la discesa. E nel farlo potrebbe generare corrente – già oggi qualcosa viene rimandato in circolo». Effettivamente, nelle fasi di frenata il motore si comporta come una dinamo, proprio come succede nelle auto elettriche.
Tutto bene fino a qui, ma perché il motore brushless al posto del tradizionale asincrono? «Si usa il motore brushless, con il relativo drive, perché esso è più performante dell’asincrono», spiega Stefano Berardi, application owner C&A and software development di Keb. «Il motore brushless riesce a lavorare in positivo e negativo e con coppia positiva e negativa. Quindi può fare da motore e da generatore, produrre potenza e dare la coppia frenante. Con i motori convenzionali ciò non è possibile, e infatti tutto questo lavoro veniva fatto con componenti idrauliche chiamate valvole proporzionali. Ma il loro utilizzo comportava necessariamente lo spreco di una certa quantità di energia, che veniva dissipata in calore. Quindi, usando la combinazione motore brushless più drive non solo si ottimizza la rendita del motore e della pompa, ma si ottimizza anche lo stesso circuito idraulico».
«Con questo sistema il circuito idraulico si semplifica: le valvole proporzionali non ci sono più, lo scambiatore di calore non serve più perché non creiamo calore, le valvole bidirezionali sono sostituite da semplici valvole monodirezionali – elenca Clivati – In più abbiamo la possibilità di portare i giri del motore a un regime più elevato, 3000 giri, rispetto al tradizionale asincrono che tipicamente, a seconda delle impostazioni scelte, opera a un regime di rotazione fisso di 1450 o 2200 giri. Qui andiamo liberamente da 0 a 3000 giri, cambiando con continuità la portata della pompa e quindi la quantità di olio. La macchina può essere quindi controllata in modo molto più preciso, e consuma fino al 60-70% in meno rispetto a una tradizionale».
Stefano Rivellini di Sigma Presse ci svela i segreti di una pressa custom realizzata per un cliente del settore automotive
In tempi di caro energia, una riduzione dei consumi di questo tipo dovrebbe attirare l’attenzione di qualsiasi potenziale cliente. «Posso farle un esempio: stiamo rimodernando una centrale idraulica di circa una decina di anni fa, dotata di motore da 75 kW – racconta Clivati – Con il sistema servo, monterà un motore da 47 kW mantenendo le stesse prestazioni. Anche perché il motore brushless dà delle coppie che l’asincrono non può dare a parità di potenza. Ma non c’è solo questo che riduce i consumi. Per esempio, quando la pressa è ferma, il motore brushless è fermo. Quindi la macchina di fatto non consuma energia mentre la macchina convenzionale, anche da ferma, ha un consumo di circa un 30% rispetto a quello massimo, perché il motore deve girare continuamente.
In pratica, con il motore brushless la richiesta di coppia (e quindi di corrente) è direttamente rapportata alla richiesta di pressione. Per cui, quando tutto è fermo, il sistema assorbe idealmente zero, mentre il motore tradizionale deve comunque girare al minimo e consumare energia, oltretutto aumentando le ore di utilizzo e quindi abbreviando la vita operativa e rendendo necessaria maggiore manutenzione.
La collaborazione tra Sigma e Keb
Fra gli addetti ai lavori circola la battuta che il motto delle aziende italiane sia “Qui si è sempre fatto così”. Insomma, molte aziende del Bel Paese non brillano per innovatività. Qui invece siamo davanti al caso opposto, con un’azienda che ha modificato radicalmente un macchinario basato su principi e tecnologie consolidate. Ma come è nata l’idea, e come è iniziata la collaborazione con Keb?
«In realtà non abbiamo inventato nulla, abbiamo solo messo insieme una serie di idee sulle quali discutevamo fra addetti ai lavori su come costruire presse innovative – minimizza Clivati – Uno dei nostri fornitori di parti ci aveva messi in contatto con Keb e con loro cominciammo ad approfondire l’argomento. Caso volle che in quel periodo avessimo appena firmato un contratto per fornire una pressa tradizionale a un’azienda altoatesina che aveva una forte attenzione all’ecologia e all’ambiente. Così decidemmo di fornirgli una pressa costruita con la nuova tecnologia (senza supplemento di prezzo). Per il cliente è stato un ovvio miglioramento su tutti i fronti, e infatti è stato molto soddisfatto».
Ma cosa c’è di Keb nelle presse prodotte da Sigma? «Sulle prime presse abbiamo fornito motori e azionamenti – dice Berardi – Quindi i motori brushless, e i drive che controllano i motori stessi. Successivamente abbiamo introdotto il controllo, e in particolare un Plc della serie C6, per aggiungere algoritmi per il controllo specifico dei drive. L’abbiamo fatto perché a bordo macchina era già presente un altro Plc, dove girava la logica di controllo della macchina. Abbiamo voluto aggiungere il C6 e fare noi lo sviluppo del relativo software per sgravare da questo compito lo sviluppatore che ha fatto il resto della macchina». Ma qual è il vantaggio dell’introduzione di un secondo Plc? «Lo sviluppo sul C6 permette una regolazione più precisa e puntuale dei nostri drive – spiega Berardi – Abbiamo introdotto anche il Multi Field Bus Interface, quel dispositivo che ci permette di essere trasparenti verso il Plc della macchina. Quindi con il C6 facciamo il controllo dell’asse idraulico, mentre la logica della macchina viene gestita dal Plc già esistente.
In pratica, il Plc che controlla la pressa ordina al Plc Keb C6 quando far partire il pistone, comunicandogli i parametri fondamentali del lavoro, e il C6 si occupa di gestire al meglio tutta la fase operativa vera e propria, tenendo sotto controllo la posizione del pistone istante per istante, apportando correzioni alla corsa e mantenendo allineati i pistoni nelle presse che ne hanno più di uno (per evitare disassamenti e rotture allo stampo).
In definitiva, le forniture Keb consistono nel motore brushless con il relativo drive, e nel controller C6 con il relativo software, che è stato sviluppato ad hoc per questa applicazione in collaborazione con Sigma. «Sigma ha messo la competenza sulla macchina e su come dovrebbe lavorare l’algoritmo in sé – puntualizza Berardi – noi abbiamo portato la nostra esperienza sul controllo dei drive e degli assi idraulici».
Naturalmente, le presse di Sigma sono perfettamente compliant con Industria 4.0 e sviluppi successivi. «La macchina è 4.0, trasferiamo i dati via Opc-Ua – conferma Berardi – I dati dalla parte Keb vengono inviati al Plc “master” tramite Profinet, poi quest’ultimo raggiunge il server aziendale del cliente via Opc-Ua». «I nostri sviluppatori poi collaborano con quelli del cliente per interfacciare la macchina con i loro sistemi aziendali, con i Mes eccetera» aggiunge Rivellini.
Riassumendo: consumi ridotti di due terzi, meno parti meccaniche/idrauliche soggette a rotture, meno manutenzione e rischi di fermo macchina, meno rumore, maggiore versatilità con la possibilità di modificare via software il comportamento della macchina. Il tutto con la garanzia della durata nel tempo, cosa non secondaria per un macchinario che tipicamente ha una vita utile intorno ai 15 o 20 anni. Ecco cosa si ottiene quando non ci si conforma al “Qui si è sempre fatto così”.
