Inverter: installazione in quadro elettrico o decentralizzata sul campo?
Gli inverter permettono di regolare la velocità in modo flessibile e sono pertanto un elemento irrinunciabile in qualunque sistema di produzione automatizzato. Gli inverter possono essere installati sia nel quadro elettrico, sia direttamente sul motore o nelle sue immediate vicinanze. Qual è la differenza fra le due strategie? Quali sono i vantaggi della decentralizzazione? E quale configurazione di azionamento si presta a quale tipo di applicazione? Domande, soluzioni e prospettive.
Va detto, innanzi tutto, che non esiste in genere un'unica soluzione giusta; sono troppi i fattori di cui si deve tenere conto nella scelta del sistema di azionamento. Installazione in quadro elettrico, impiego decentralizzato sul campo o una combinazione dei due? Ogni strategia ha i suoi vantaggi e svantaggi. La scelta del luogo di installazione dell'inverter richiede pertanto in molti casi un'attenta valutazione. Esistono naturalmente tanti criteri che possono aiutare nel processo decisionale. In questo articolo ti forniamo una carrellata delle varie opzioni, mostrandoti gli aspetti da considerare quando si parla di inverter. Puoi inoltre contare in qualunque momento sull'assistenza dei nostri esperti di elettronica di azionamento. Contattaci!
Dove mettere l'inverter?
In genere, gli inverter decentralizzati e quelli per installazione in quadro elettrico si distinguono per equipaggiamento, funzione e prestazioni. Mentre le versioni per quadro elettrico offrono l'intera gamma di funzioni, gli inverter decentralizzati sono spesso varianti più semplici, con un numero minore di funzioni limitate all'essenziale. NORD DRIVESYSTEMS segue una strada diversa. Contrariamente alla prassi comune del mercato, l'azienda tedesca specializzata in azionamenti utilizza la stessa piattaforma per gli inverter in quadro elettrico e le soluzioni decentralizzate. Il risultato: prestazioni e funzioni identiche, a prescindere dal luogo di installazione.
Il livello di performance dell'inverter non è tuttavia l'unico criterio a favore o contro l'installazione in quadro elettrico. Ci sono anche altri aspetti che possono fare la differenza e devono quindi essere inclusi nella valutazione, come la struttura dell'impianto, l'ambiente di installazione, i requisiti di efficienza, il fabbisogno di manutenzione e le possibilità di adattamento. Spesso la decisione è influenzata dai costi. Ma, alla fine, a determinare il tipo di azionamento dovrebbero essere sempre i requisiti dell'applicazione.
I fattori importanti per la scelta dell'inverter sono:
- applicazione
- settore
- struttura dell'impianto
- potenze dei motori
- gamma di funzioni
- condizioni ambientali
- fabbisogno di manutenzione
- flessibilità.
La scelta classica: l'inverter per quadro elettrico
La configurazione classica vede tutti i componenti elettrici ed elettronici di un impianto – e quindi anche gli inverter – alloggiati in un quadro elettrico. Quest'ultimo protegge sia i delicati componenti elettronici al suo interno, sia l'ambiente di produzione esterno. Sporcizia, polvere, calore, umidità e influssi elettromagnetici non possono penetrare nel quadro elettrico, mentre emissioni elettromagnetiche, tensioni pericolose o eventuali incendi non possono fuoriuscire.
In generale, l'elettronica di azionamento si trova nel quadro elettrico nell'80% delle applicazioni. Questa architettura di comando è dominante soprattutto nell'ingegneria meccanica. La separazione di motore e tecnologia di comando in spazi diversi ha per lo più ragioni storiche, ma in alcune applicazioni è anche vantaggiosa, soprattutto quando sono in gioco potenze elevate e condizioni ambientali estreme. I sistemi di azionamento decentralizzati sono comuni, ad esempio, in ambienti Ex di zona 22 (polveri esplosive), mentre gas, nebbia e vapori esplosivi richiedono misure protettive così elevate, che una decentralizzazione sarebbe sì possibile a livello tecnico, ma del tutto priva di senso a livello economico. In aree sensibili come l'industria di processo, il settore chimico e gli impianti di verniciatura si sceglie quindi quasi sempre un punto di installazione nel quadro elettrico ad armadio. Per alcune applicazioni può esserci anche la necessità di poter accedere agli inverter a livello centrale.
L'installazione in quadro elettrico è utile in presenza di questi requisiti:
- potenze elevate
- condizioni ambientali estreme, come gas, nebbia e vapori esplosivi
- elevati requisiti igienici
- necessità di un accesso centrale all'inverter.
Gli inverter decentralizzati sono la soluzione del futuro
L'armadio elettrico è spesso ancora considerato il luogo migliore in cui installare un inverter, ma sarà così anche in futuro? In generale, si osserva l'affermarsi del pensiero sistemico: l'automazione decentralizzata sta conquistando terreno. Ove possibile, gli utenti ricorrono a soluzioni distribuite sul campo, spinti dal passaggio a impianti di produzione modulari e dalla crescente necessità di azionamenti compatti, di facile manutenzione ed economici. L'Europa ha qui un ruolo pionieristico, seguita da vicino da Stati Uniti e Asia. Soprattutto settori come intralogistica, trasporti industriali, industria alimentare, tecnologia aeroportuale e industria del packaging adottano sempre più spesso concezioni decentralizzate, in cui gli inverter sono installati sul motore o nelle immediate vicinanze. Non c'è da stupirsi, perché i vantaggi specifici della tecnologia di azionamento decentralizzata si apprezzano appieno soprattutto negli impianti di grandi dimensioni e nei sistemi mobili e modulari.
Con la decentralizzazione, le mansioni dell'azionamento sono ripartite sul campo tra singoli componenti intelligenti, che vengono installati proprio dove servono, ossia sul motore o lì vicino. La decentralizzazione della tecnologia di azionamento trova impiego soprattutto nel basso e medio range di potenza e permette di realizzare impianti costituiti da isole di produzione autonome, che controllano ampiamente da sole i propri cicli operativi. Si alleggerisce così il carico dell'unità di comando principale e si riduce la complessità dell'impianto. Per l'utente, tutto ciò significa usufruire di tempi di messa in funzione più rapidi e di processi di manutenzione e riparazione semplificati. La concezione modulare garantisce anche la massima flessibilità, perché l'architettura dell'impianto può essere rivista in qualsiasi momento senza grosse modifiche strutturali. Il bilancio finale: meno costi e più efficienza.
I vantaggi della decentralizzazione
L'automazione decentralizzata rende più semplice ed economica la struttura del quadro elettrico. Installando gli inverter direttamente sul campo, si riduce infatti lo spazio necessario nell'armadio elettrico, che può quindi diventare più piccolo o essere persino eliminato del tutto. Inoltre, togliendo l'inverter dal quadro elettrico, viene meno anche una fonte di calore aggiuntiva e diminuisce il fabbisogno di climatizzazione, con ulteriori effetti positivi sul bilancio energetico.
La posizione ravvicinata di motore e inverter riduce inoltre il cablaggio necessario tra armadio elettrico e azionamento sul campo, minimizzando i costi di posa. Le soluzioni decentralizzate hanno poi il vantaggio di essere spesso di tipo plug and play e di rendere quindi ancora più semplice l'installazione. I cavi o non sono necessari oppure sono molto corti e, grazie alle ottime proprietà ECM degli inverter installati su motore, non devono essere necessariamente schermati. In caso di installazione in prossimità del motore non è possibile rinunciare del tutto ai cavi schermati, ma questi ultimi sono comunque molto corti e pertanto poco costosi. Essendo l'inverter installato direttamente sul motore o nelle sue immediate vicinanze, anche la messa in funzione può avvenire localmente, oltretutto in tempi più rapidi e con modalità più semplici rispetto al cablaggio a stella point-to-point richiesto dall'installazione in quadro elettrico, perché in questo caso i collegamenti per l'alimentazione elettrica e il sistema bus sono in genere a innesto e di tipo passante. E i costi si riducono.
Vantaggi degli inverter decentralizzati:
- quadro elettrico di minori dimensioni
- cablaggio minimo
- manutenzione semplice
- rapida messa in funzione grazie alla preconfigurazione in fabbrica
- design dell'impianto modificabile e ampliabile in qualsiasi momento
- costi minori per il design d'impianto
- riduzione della complessità dell'impianto
- aumento dell'efficienza di tutto il sistema di azionamento
- integrabile in tutte le architetture di automazione.
Pionieri dell'innovativa tecnologia a inverter
Da oltre 40 anni NORD DRIVESYSTEMS sviluppa e produce tecnologia di azionamento elettronica e si colloca tra i pionieri dell'innovativa tecnologia a inverter. La gamma comprende avviatori motore, inverter ed elettronica di azionamento decentralizzata, come gli inverter fino a 22 kW e gli avviatori motore fino a 7,5 kW, nonché gli inverter per installazione in quadro elettrico fino a 160 kW. I prodotti si distinguono soprattutto per le funzioni scalabili, l'elevata qualità di regolazione e la facilità di installazione e d'uso. La varietà di classi di potenza, possibilità di montaggio e moduli di comunicazione garantisce l'integrazione in tutte le architetture di comando.
NORD produce tutti gli inverter nel proprio stabilimento di Aurich, nella Frisia orientale (Bassa Sassonia). La struttura di produzione automatizzata e flessibile è all'avanguardia della tecnica e garantisce una qualità omogenea indipendentemente dalle dimensioni della commessa. La flessibilità produttiva rende possibili anche lotti di piccole dimensioni. Nel 2022 sono state prodotte 185.000 unità e la tendenza è in crescita. Ad aumentare è soprattutto la richiesta di elettronica di azionamento configurata su specifica del cliente. Per soddisfare al meglio il maggiore fabbisogno, lo scorso anno NORD ha investito 2,5 milioni nel comprensorio, ampliando area e capacità produttiva, che sono salite rispettivamente a 7.000 m2 e a 400.000 unità.
Inverter NORD: scalabili, potenti e a prova di futuro
Che si tratti di un inverter per quadro elettrico o di una variante decentralizzata per l'impiego sul campo, NORD offre con la gamma di prodotti NORDAC la tecnologia di azionamento elettronica più adatta praticamente per qualunque applicazione. L'assoluta compatibilità di tutta la gamma di prodotti assicura funzioni tra loro equiparabili, modalità di comando unificate e la disponibilità delle stesse opzioni per tutti gli inverter NORD. Gli apparecchi sono scalabili in quanto a funzioni ed equipaggiamento e possono quindi essere adattati con flessibilità a qualsiasi applicazione. Sono veloci da installare, facili da usare e compatibili con tutti i sistemi bus e i sistemi di comando comunemente disponibili sul mercato. Alcune utili caratteristiche, come la funzionalità PLC per funzioni locali, la funzione di risparmio energetico per la fascia di carico parziale, il controllo di posizione POSICON, il chopper di frenatura integrato per il funzionamento a 4 quadranti, la sicurezza funzionale STO e SS1 nonché Profisafe anche per le funzioni di movimento sicure, garantiscono un elevato vantaggio applicativo. Gli inverter lavorano in open loop o closed loop e sono dimensionati per il controllo di motori sincroni e asincroni. La precisione del controllo vettoriale di corrente garantisce un'erogazione di coppia ottimale nelle più diverse condizioni di carico e velocità. Inoltre gli inverter possono assolvere numerose funzioni e comandare in autonomia il motoriduttore, mettendolo in condizione di eseguire, ad esempio, funzioni di sollevamento, mansioni di posizionamento, controlli sequenziali, tagli in corsa e funzionamento in sincronismo con altri motori. Il sistema modulare permette di aggiungere molte estensioni e opzioni secondo il principio plug and play. NORD offre soluzioni innovative per gli ambienti Ex con ATEX 3D.
Gli inverter di NORD dispongono di soluzioni di Condition Monitoring per la Predictive Maintenance e sono ben equipaggiati per l'impiego in ambiente IIoT e Industry 4.0. Il PLC integrato elabora i dati dei sensori e degli attuatori collegati, avvia i controlli sequenziali e comunica con altri
componenti dell'impianto. L'acquisizione periodica o continua dei dati relativi all'azionamento e alle sue condizioni consente di riconoscere precocemente e di prevenire condizioni di funzionamento inammissibili. È così possibile ridurre significativamente i tempi di fermo non programmati e adottare una manutenzione basata sulle condizioni (Predictive Maintenance) anziché sui tempi di funzionamento, con la possibilità di programmare i tempi di inattività di macchine o impianti.
Inverter per ogni mansione di azionamento:
- PLC integrato
- modulo di posizionamento POSICON
- funzione di sollevamento
- chopper e resistenza di frenatura on-board
- funzionamento in closed loop con encoder incrementale e/o assoluto
- sicurezza funzionale
- funzione di risparmio energetico per la fascia di carico parziale
- supporto di tutti i comuni bus di campo e linguaggi Ethernet
- alimentazione di motori sincroni e asincroni
- grado di protezione IP55/IP66
- tutte le certificazioni internazionali applicabili per l'impiego in tutto il mondo.
Inverter decentralizzati in combinazione con inverter per quadro elettrico
Inverter per quadro elettrico o inverter decentralizzato? La domanda suggerisce l'idea che si tratti di due strategie opposte, che si escludono categoricamente a vicenda. Non è affatto così. Anzi, è proprio il contrario. Combinare le due concezioni è in molti casi una soluzione intelligente. Gli impianti di riempimento nell'industria delle bevande sono un ottimo esempio di questa concezione mista, che affianca e utilizza insieme le due tecnologie: a quadro elettrico e decentralizzata. Dove si lavora direttamente il prodotto e devono essere soddisfatti i dovuti standard igienici, è consigliabile, se possibile, una soluzione a quadro elettrico. Per i nastri trasportatori tra le singole stazioni, invece, le soluzioni decentralizzate sono la scelta migliore. Grazie alla sua piattaforma, NORD DRIVESYSTEMS è in grado di adottare anche per questi requisiti soluzioni di azionamento basate su una combinazione di quadro elettrico e inverter decentralizzati. Tra gli inverter per quadro elettrico e gli apparecchi decentralizzati sul campo non ci sono differenze in termini di performance, comunicazione, uso e parametrizzazione.
