- Azionamenti per HVACR: controllo della velocità e carichi variabili
- Motion control industriale: movimento programmabile e controllo degli assi
- Cybersecurity: proteggere drive e sistemi di controllo
- Efficienza energetica: azionamenti a velocità variabile e recupero dell’energia
Tra l'energia che alimenta un motore elettrico e il processo che quel motore deve servire c'è un elemento che ne governa il funzionamento in base alle effettive necessità della macchina: l'azionamento elettrico (drive).
È il drive a tradurre le richieste del processo nel comportamento del motore: può regolare una grandezza, controllare un processo, connettere un sistema e ottimizzarne il funzionamento. Il modo in cui svolge questo compito cambia a seconda dell'applicazione e del sistema in cui è inserito.
Link per CTA: sito Nidec Drives https://moen.nidec.com/it-IT/drives
Azionamenti per HVACR: controllo della velocità e carichi variabili
Un impianto HVACR non lavora sempre nelle stesse condizioni. La richiesta di raffreddamento o riscaldamento varia nel tempo, così come possono cambiare la portata d'aria o d'acqua necessaria e il carico a cui sono sottoposti i diversi componenti. Pompe, ventilatori e compressori devono quindi rispondere a condizioni operative che non sono necessariamente costanti. È qui che entra in gioco il controllo della velocità.
Un azionamento a frequenza variabile – VFD (Variable Frequency Drive) – permette di modulare il funzionamento del motore in relazione alle necessità del sistema, anziché limitarlo a una logica di accensione e spegnimento. Una regolazione adeguata può contribuire a ridurre i consumi energetici, le sollecitazioni meccaniche, il rumore e le vibrazioni.
Pompe, ventilatori e compressori: come cambia la regolazione
Che cosa significa concretamente regolare la velocità in un impianto HVACR? Il principio assume significati differenti a seconda dell'applicazione e del componente interessato. Nella ventilazione permette di adeguare il flusso d'aria alle necessità dell'impianto; nei circuiti idraulici consente di intervenire sulla portata delle pompe; nei sistemi frigoriferi interessa anche i compressori e i ventilatori dei condensatori, quando predisposti per il funzionamento a velocità variabile.
Molti impianti lavorano inoltre 24 ore su 24 e devono mantenere determinate condizioni di temperatura anche in presenza di carichi variabili. Il tema diventa particolarmente evidente quando si considerano sistemi sovradimensionati o apparecchiature, come chiller e unità rooftop, chiamate a operare per lunghi periodi in condizioni diverse da quelle nominali. La possibilità di modulare il funzionamento dei singoli componenti consente di rispondere alla richiesta effettiva, limitando anche il ricorso a frequenti cicli di avviamento e arresto.
Dal motore all'integrazione con il BMS: BACnet e Modbus
Il controllo non riguarda però soltanto la relazione tra azionamento e motore. In un sistema HVACR automatizzato, il drive può comunicare con il sistema di gestione dell'edificio attraverso protocolli quali BACnet e Modbus, che consentono lo scambio di informazioni con le piattaforme BMS (Building Management System).
Si passa così dalla regolazione di una singola utenza a una gestione nella quale pompe, ventilatori e compressori possono rispondere alle informazioni provenienti dal sistema. La variabilità del carico, in altre parole, non viene semplicemente subita: diventa una variabile da controllare.
Azionamenti a frequenza variabile per HVACR: l’esempio Nidec Drives
L'offerta di Nidec Drives per il settore HVACR comprende azionamenti a frequenza variabile destinati a ventilatori, pompe e compressori, con applicazioni che spaziano dalla climatizzazione degli edifici alla refrigerazione industriale. La gamma copre potenze da 0,18 kW a 2,8 MW e comprende soluzioni con differenti gradi di protezione, oltre a sistemi in armadio preingegnerizzati.
Un aspetto caratterizzante è l'attenzione all'integrazione degli azionamenti nel sistema. Nidec Drives propone funzionalità di controllo e programmazione, protocolli di comunicazione e configurazioni dedicate alle applicazioni HVACR. Per i costruttori di macchine sono disponibili firmware specifici, macro preconfigurate e possibilità di personalizzazione, con l'obiettivo di semplificare la progettazione e la messa in servizio.
A completare l'offerta sono una rete internazionale di assistenza e una garanzia standard di cinque anni sugli azionamenti, secondo le condizioni previste dal produttore.
L'evoluzione delle esigenze di raffreddamento amplia ulteriormente gli ambiti nei quali queste funzionalità trovano applicazione. Un esempio è rappresentato dai data center, dove l'aumento delle densità di potenza e la diffusione del raffreddamento a liquido richiedono il controllo di circuiti e apparecchiature con caratteristiche differenti rispetto ai sistemi tradizionali.
Approfondimento: Raffreddamento dei data center: liquid cooling e controllo delle pompe
Nei data center la capacità di adattare il raffreddamento al carico assume particolare rilievo. L'aumento delle densità di potenza dei rack, legato all'intelligenza artificiale e all'high performance computing, sta favorendo l'adozione di sistemi di liquid cooling e direct-to-chip cooling. In questo contesto, il controllo a velocità variabile permette di adeguare il funzionamento delle pompe e delle altre apparecchiature alle necessità dei circuiti di raffreddamento. Nei circuiti di raffreddamento a liquido, il controllo non riguarda soltanto la portata: è necessario mantenere condizioni di pressione compatibili con le caratteristiche dei componenti, comprese le piastre di raffreddamento (cold plate) utilizzate per raffreddare direttamente i processori. Per queste applicazioni Nidec Drives propone azionamenti per pompe, ventilatori e compressori, comprese le pompe delle Coolant Distribution Unit (CDU), che gestiscono la distribuzione del fluido nei sistemi di raffreddamento a liquido. Il portafoglio comprende, tra gli altri, Commander C, HVAC Drive H300 e Pump Drive F600, destinati a differenti funzioni e potenze.
In un'infrastruttura nella quale il raffreddamento è essenziale per il funzionamento delle apparecchiature IT, il controllo deve rispondere non soltanto alle variazioni del carico, ma anche alle esigenze di continuità operativa.
Motion control industriale: movimento programmabile e controllo degli assi
In una macchina industriale non conta soltanto la velocità alla quale gira un motore. Conta anche quando deve accelerare, quale posizione deve raggiungere e come deve coordinarsi con gli altri componenti. Sono esigenze importanti nelle macchine automatiche, dove più organi eseguono operazioni differenti mantenendo una precisa relazione tra loro.
È questo il campo del Motion Control: il controllo del movimento. Questo non si limita a regolare la velocità, ma governa anche posizione, coppia e dinamica del motore. L'obiettivo è ottenere movimenti precisi, ripetibili e coordinati, adattandoli alle esigenze produttive.
| Servoazionamento, servomotore ed encoder: il controllo ad anello chiuso |
Alla base del controllo di un singolo asse ci sono tre elementi: azionamento, servomotore e sistema di retroazione o feedback. Il servoazionamento comanda il motore, mentre un dispositivo come l'encoder ne rileva la posizione o la velocità effettiva. Le informazioni ritornano al sistema di controllo, che le confronta con i valori richiesti e corregge eventuali scostamenti.
Questo funzionamento ad anello chiuso permette di controllare non soltanto la posizione finale, ma anche come viene raggiunta. Un asse può dover accelerare rapidamente, rallentare o invertire il movimento in tempi molto brevi. La scelta del motore e dell'azionamento deve quindi considerare anche queste condizioni dinamiche.
Controllo multiasse: albero elettrico e camme elettroniche
Nelle macchine multiasse, controllare il singolo motore non basta: i movimenti devono essere coordinati. Un componente può dover raggiungere una determinata posizione mentre un altro completa la propria corsa, oppure mantenere un rapporto di velocità variabile durante il ciclo.
Funzioni come l'albero elettrico e le camme elettroniche consentono di definire questi rapporti digitalmente. Una camma elettronica, in particolare, permette di programmare il movimento di un asse in funzione della posizione di un altro, riproducendo o ampliando le possibilità di un collegamento meccanico.
Il vantaggio non consiste necessariamente nell'eliminare la meccanica, ma nel poter modificare le leggi di movimento senza intervenire ogni volta sugli organi di trasmissione.
Dalla regolazione meccanica alla configurazione digitale del movimento
Quando il movimento è definito attraverso parametri programmabili, cambia anche il modo di utilizzare la macchina. Accelerazioni, decelerazioni, posizioni e sequenze possono essere configurate attraverso il software, facilitando il passaggio da una lavorazione all'altra.
La flessibilità richiede tuttavia un'integrazione tra meccanica, motori, controllori e software applicativo.
In questo ambito si colloca l'offerta Motion Control di Nidec Drives, che comprende azionamenti, servoazionamenti e servomotori, insieme a strumenti di programmazione e controllo. Le gamme Unidrive e Digitax HD rispondono a differenti esigenze di potenza e dinamica, mentre i servomotori Unimotor HD sono progettati per applicazioni che richiedono accelerazioni e decelerazioni rapide.
L'offerta comprende inoltre diverse tecnologie di feedback, funzioni per il coordinamento degli assi e protocolli di comunicazione industriale. Gli strumenti software per configurazione, diagnostica e programmazione permettono di integrare il controllo del movimento nella progettazione della macchina. Una parte delle funzioni che ne determinano il comportamento può così essere definita e modificata attraverso il software.
CAso applicativo | Trinca, motion control e riconfigurazione dei telai
Un esempio concreto è rappresentato dai telai industriali di Trinca, azienda specializzata in macchine per la tessitura di materiali tecnici. L'introduzione del controllo elettronico ha permesso di sostituire alcuni leveraggi e rimandi meccanici con movimenti governati digitalmente.
Il cambiamento riguarda anche la riconfigurazione: dove prima era necessario intervenire su bielle e leveraggi per modificare una corsa, oggi è possibile agire sui parametri software.
La collaborazione con Nidec Drives ha portato all'impiego di servomotori Unimotor HD, servoazionamenti Digitax e controllori MCe e MCz.
La configurazione avviene definendo punti di accelerazione e decelerazione, generalmente dodici, dai quali il software ricava il profilo del movimento.
Secondo il caso applicativo, questa architettura consente a Trinca di riconfigurare i telai in tempi ridotti per produzioni differenti. Il Motion Control interviene quindi non soltanto sulle prestazioni del singolo asse, ma anche sulla flessibilità dell'intera macchina.
Cybersecurity industriale: proteggere drive e sistemi di controllo
Cybersecurity industriale: proteggere drive e sistemi di controllo
La digitalizzazione ha cambiato il funzionamento delle macchine industriali. Motori, azionamenti e sistemi di automazione non operano più necessariamente come elementi isolati, ma scambiano informazioni con altri dispositivi, piattaforme di supervisione e sistemi di gestione. Questa connettività permette di monitorare i processi, modificare parametri e intervenire sul funzionamento delle macchine. Introduce però anche nuove vulnerabilità.
Un accesso non autorizzato, un software compromesso o un attacco informatico possono avere conseguenze che vanno oltre la perdita di dati: possono interferire con il processo produttivo e, in determinate condizioni, comprometterne la sicurezza.
Azionamenti connessi e rischio cyber
Un azionamento può sembrare un obiettivo poco interessante per un attacco informatico. Eppure, quando è collegato a una rete di automazione, diventa parte di un sistema nel quale circolano comandi e informazioni che influenzano il funzionamento delle macchine.
Il problema non riguarda quindi soltanto la protezione dei singoli dispositivi, ma l'intera architettura di controllo. Anche la presenza di componenti provenienti da fornitori differenti aumenta la complessità: ogni elemento può introdurre vulnerabilità che devono essere considerate nella valutazione complessiva del rischio.
La cybersecurity industriale richiede perciò un approccio diverso da quello limitato alla protezione delle reti informatiche aziendali. Occorre considerare anche le possibili conseguenze fisiche di un'alterazione del funzionamento delle apparecchiature.
Security by design e gestione delle vulnerabilità
È in questo contesto che assume importanza il principio della security by design: la protezione informatica non viene aggiunta a una macchina già realizzata, ma entra nel processo di progettazione e sviluppo.
Il primo passaggio consiste nell'analizzare le possibili minacce, individuare le vulnerabilità e valutare i rischi in relazione all'applicazione. Un azionamento installato in un sistema poco critico non richiede necessariamente lo stesso livello di protezione di un dispositivo che controlla una funzione essenziale di un impianto industriale.
La valutazione deve quindi guidare le scelte progettuali, le misure di protezione e le procedure di gestione delle vulnerabilità. La sicurezza non si esaurisce inoltre con la messa in servizio: deve essere mantenuta durante il ciclo di vita del prodotto, anche attraverso aggiornamenti e gestione delle eventuali criticità individuate.
Produttori, integratori e utilizzatori: una responsabilità condivisa
La cybersecurity coinvolge diversi soggetti. Il produttore del componente deve considerare la sicurezza nello sviluppo del prodotto; il costruttore della macchina e l'integratore devono valutare come i dispositivi interagiscono nel sistema; l'utilizzatore deve gestire le condizioni operative e la protezione dell'installazione.
Le responsabilità non sono necessariamente identiche, ma la sicurezza complessiva dipende dal coordinamento tra questi livelli.
Nidec Drives affronta il tema partendo dalla famiglia di standard ISA/IEC 62443, utilizzata come riferimento per la valutazione dei rischi e lo sviluppo di strategie di protezione. Nel proprio white paper Industrial Cybersecurity, l'Azienda sottolinea l'importanza di individuare i requisiti pertinenti alle diverse applicazioni, evitando complessità non necessarie.
L'approccio proposto consiste nell'utilizzare un quadro metodologico condiviso per affrontare requisiti normativi differenti, individuandone i punti comuni. L'obiettivo è integrare la cybersecurity nei processi di progettazione, sviluppo e gestione dei prodotti, anziché trattarla come un adempimento separato.
La crescente attenzione normativa conferma questa evoluzione: proteggere i sistemi di controllo diventa parte integrante della progettazione delle macchine industriali.
Approfondimento — ISA/IEC 62443, Regolamento Macchine e Cyber Resilience Act
Tre riferimenti contribuiscono a definire il nuovo quadro della sicurezza informatica industriale.
- ISA/IEC 62443 è una famiglia di standard dedicata alla cybersecurity dei sistemi di automazione e controllo industriale. Non costituisce di per sé un obbligo legislativo, ma offre metodi per la valutazione dei rischi, la definizione dei livelli di sicurezza e lo sviluppo sicuro di sistemi e componenti.
- Il Regolamento Macchine (UE) 2023/1230, applicabile dal 20 gennaio 2027, introduce requisiti relativi alla protezione contro la corruzione dei sistemi di controllo e alla prevenzione di situazioni pericolose derivanti da interferenze digitali.
- Il Cyber Resilience Act (UE) 2024/2847 stabilisce requisiti di cybersecurity per i prodotti con elementi digitali che rientrano nel suo campo di applicazione. I principali obblighi si applicheranno dall'11 dicembre 2027 e riguardano anche la gestione delle vulnerabilità durante il periodo di supporto del prodotto.
I tre riferimenti hanno natura e funzioni differenti. Il punto di incontro è la necessità di considerare la sicurezza informatica fin dalle prime fasi di sviluppo, tenendo conto dell'intero ciclo di vita del prodotto.
Efficienza energetica: azionamenti a velocità variabile e recupero dell’energia
Un motore ad alta efficienza non garantisce, da solo, che una macchina consumi poca energia. Conta anche come viene utilizzato, per quanto tempo e se il suo funzionamento corrisponde alle necessità effettive del processo. È su questa differenza tra prestazioni nominali e condizioni reali di esercizio che si gioca una parte importante dell'efficienza energetica industriale.
Ridurre i consumi non significa solo sostituire le apparecchiature ma anche intervenire sul modo in cui vengono controllate, evitando di utilizzare più energia del necessario.
Regolare la velocità in funzione della richiesta
Molte applicazioni industriali utilizzano ancora motori a velocità fissa, anche quando il carico varia. Nei sistemi di pompaggio o ventilazione, per esempio, la portata può essere regolata attraverso valvole, serrande o bypass, mentre il motore continua a funzionare a velocità costante.
Gli azionamenti a velocità variabile permettono invece di agire direttamente sul motore, adeguandone il funzionamento alla richiesta. Il vantaggio è particolarmente significativo per pompe e ventilatori centrifughi, nei quali le leggi di affinità descrivono, a determinate condizioni, una relazione cubica tra velocità e potenza assorbita.
Il risparmio effettivo dipende però dall'impianto, dal dimensionamento e dal profilo di carico. Non basta installare un inverter: occorre conoscere come lavora il sistema e quali margini di regolazione sono disponibili.
| Monitoraggio dei consumi e diagnostica degli azionamenti |
Per migliorare l'efficienza nel tempo occorre conoscere il comportamento delle apparecchiature. I dati operativi degli azionamenti possono fornire indicazioni sul carico e sulle condizioni di funzionamento, aiutando a individuare inefficienze e programmare interventi correttivi.
Nidec Drives affianca alle funzioni di controllo strumenti digitali di configurazione, diagnostica e analisi, tra cui l'applicazione Marshal. Le informazioni raccolte possono essere utilizzate durante la messa in servizio e nella successiva gestione delle apparecchiature.
La disponibilità dei dati, tuttavia, non produce automaticamente un risparmio: è la loro interpretazione, seguita da interventi sulle condizioni operative, a trasformare il monitoraggio in uno strumento di efficienza.
Energia di frenatura: bus condiviso, rigenerazione e accumulo
Durante la decelerazione o la frenatura di un motore, l'energia meccanica può essere convertita in energia elettrica. Nei sistemi tradizionali viene spesso dissipata sotto forma di calore attraverso resistenze di frenatura.
Le architetture con bus in corrente continua condiviso consentono, in determinate configurazioni, di trasferire energia tra azionamenti: quella prodotta da un asse in decelerazione può essere utilizzata da un altro in accelerazione. I sistemi rigenerativi permettono invece di restituire energia alla rete elettrica.
Nell'offerta Nidec Drives figurano anche soluzioni di accumulo capacitivo, che consentono di conservare temporaneamente parte dell'energia recuperata. Queste tecnologie risultano particolarmente interessanti nelle macchine caratterizzate da frequenti accelerazioni e decelerazioni.
Efficienza di sistema: motore, azionamento e carico
La riduzione dei consumi richiede di considerare insieme motore, azionamento, carico e modalità di utilizzo della macchina.
È questa la prospettiva proposta da Nidec Drives attraverso soluzioni che comprendono controllo a velocità variabile, automazione, diagnostica e gestione dell'energia. Il contributo all'efficienza nasce dalla possibilità di adattare il funzionamento alle condizioni operative e ridurre le perdite dove tecnicamente possibile.
Il principio vale anche quando l'energia proviene da una fonte rinnovabile: in questo caso il controllo deve adattare il funzionamento della macchina anche alla disponibilità della fonte energetica.
Caso applicativo — Bikandi Txakolina: pompaggio solare con Commander C200
Bikandi Txakolina, azienda vitivinicola familiare situata a Durango, nei Paesi Baschi spagnoli, aveva bisogno di estrarre acqua dalla falda e raccoglierla in un serbatoio per irrigare i propri vigneti. Il problema era l'assenza di un collegamento alla rete elettrica nell'area interessata.
L'alternativa consisteva nel realizzare una nuova infrastruttura di alimentazione oppure utilizzare l'energia solare. L'azienda ha scelto la seconda possibilità, adottando una soluzione Solar Pump di Nidec Drives.
L'installazione comprende due azionamenti Commander C200 indipendenti, alimentati da pannelli fotovoltaici, ciascuno dei quali comanda una pompa sommersa collocata a oltre 300 metri di profondità. La soluzione ha consentito di realizzare un sistema di sollevamento dell'acqua autonomo dalla rete elettrica, capace di soddisfare le esigenze locali di gestione idrica.
L'esperienza mostra un'ulteriore dimensione dell'efficienza: non soltanto ridurre l'energia richiesta dalla macchina, ma coordinarne il funzionamento con quella effettivamente disponibile.
FINE
