Pronti per la quarta rivoluzione industriale

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AO
Rassegna Il magazzino
automatico
Panorama Green energy
375 Settembre 2014 Anno 31 7 4.50
Speciale
Progettazione
meccatronica,
simulazione e
prototipazione
Inserto Soluzioni
Software per l’industria
AO
Pronti per la
quarta rivoluzione
industriale
COPERTINA
BECKHOFF AUTOMATION COPERTINA BECKHOFF AUTOMA
Fabbriche intelligenti, in grado di autopianificare la produzione
in funzione del prodotto richiesto. Il concetto di Industry 4.0 è
destinato a cambiare radicalmente il tradizionale modo di intendere
l’automazione di fabbrica.
Questo lo scenario prossimo futuro, dove un nuovo concetto di
open automation si farà strada grazie al PC-based control quale
piattaforma abilitante. Parola di Beckhoff Automation
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Iniziativa realizzata in collaborazione con la direzione marketing
L
a crescente convergenza
tra i mondi dell’Information Technology da un
lato e dell’automazione
dall’altro sta aprendo le
porte verso nuovi impensabili sviluppi, che già ora stanno consentendo di raggiungere importanti
risultati in termini di prestazioni
e integrazione: tanto verticale
verso i sistemi di livello superiore, quanto orizzontale a livello
di campo. La sfida è di consentire
al ‘sistema fabbrica’ di sfruttare al
meglio ciò che la tecnologia può
oggi offrire in termini di comuniIndustry 4.0: maggiore efficienza, maggiore velocità, più flessibilità
cazione e intelligenza, al fine di rispondere alle esigenze produttive
in maniera sempre più flessibile,
efficiente e sostenibile: è questa, in sintesi, la filosofia di In- Parola d’ordine: PC control
dustry 4.0. Fondamentale, in uno scenario di questo tipo, è È questa, da sempre, la base su cui Beckhoff ha creduto e
la tecnologia di controllo che gioca un ruolo determinante, costruito la propria offerta. La disponibilità di architetture
così come la disponibilità di protocolli di comunicazione ro- PC, unitamente all’utilizzo di protocolli di comunicazione
busti e che garantiscano i più ampi scenari di apertura pos- come ADS (Automation Device Specification), EAP (Ethercat
sibili. Per questo motivo, il PC-based control rappresenta la Automation Protocol) e i servizi offerti dalle specifiche OPC
piattaforma che meglio si presta a implementare i concetti UA (OPC Unified Architecture), consentono di offrire tutto
chiave di Industry 4.0, quale tecnologia abilitante capace di quanto serve per implementare soluzioni di controllo cacombinare in maniera sinergica gli standard del mondo IT paci di rispondere operativamente non solo alle specifiche
con quelli del mondo automation.
esigenze dei vari settori applicativi, ma di integrarsi in ma-
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Ma Industry 4.0 è ben di più.
La filosofia Beckhoff è quella
di abbracciare, partendo
dall’architettura PC-based,
tutte le risorse e i servizi che
oggi il mondo IT offre: database di ultima generazione
(Big Data), così come server
e infrastrutture di comunicazione che rendano pienamente disponibili tutte
le opportunità che Internet
può oggi offrire, ad esempio in ambito di servizi web
based (come quelli forniti
via cloud) oppure secondo
la logica di IoT (Internet of
Things), il cui concetto presuppone che, sulla base di un
approccio object oriented,
tutti i sistemi, sottosistemi,
moduli o prodotti che siano,
comunichino in maniera traIl PC based control rappresenta la piattaforma che meglio si presta a implementare
sparente l’uno con l’altro. In
i concetti chiave di Industry 4.0 e della smart factory
un simile scenario, le varie
componenti di un processo,
niera totale nell’architettura di fabbrica. E non si pensi al solo come ad esempio può esserlo un sistema pick-and-place
campo industriale. L’automazione può infatti essere definita basato su tecnologia Beckhoff XTS (eXtended Transport
una tecnologia cross-funzionale, ovvero dotata di caratteristi- System), ma addirittura lo stesso sistema di controllo PCche che le consentono di essere applicata pressoché in tutte based, divengono utenti Internet, comunicando tra loro in
le aree. È quindi sbagliato pensare che le potenzialità offerte maniera trasparente e indipendente dal luogo fisico in cui si
dal PC based control e dall’integrazione sempre più spiccata trovano le informazioni, che possono essere accessibili, ad
con il mondo IT siano applicabili,
secondo l’ottica dell’Industry 4.0,
al solo mondo industriale per il
controllo di macchine, impianti,
sistemi di produzione complessi:
le stesse potenzialità possono infatti trovare piena applicazione
anche in ambiti quali la building
automation, il medicale, il life
science o l’entertainment. Il PC
Control offre l’importante vantaggio di essere legato alla disponibilità di tecnologie che, oltre ad
essere consolidate e durevoli nel
tempo, consentendo di abbattere
drasticamente i costi sull’intero
ciclo di vita del sistema, offrono
la massima scalabilità in termini
di software, CPU e terminali bus,
caratteristiche queste che le rendono perfettamente adattabili a
qualsiasi tipo di soluzione: dalle
automazioni più semplici fino al Dimostrazione tecnologica di una smart factory dove il PC based control risulta
controllo dei più grandi impianti ancora una volta fondamentale in una rete di produzione intelligente secondo il
concetto di Industry 4.0
produttivi.
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zione pick-and-place
XTS; insomma, è
il luogo dove tutti
questi dati vengono
immagazzinati, analizzati e poi resi disponibili all’operatore
attraverso strumenti
di interfacciamento
uomo-macchina sempre più evoluti, che
consentono di gestire
informazioni e comunicazioni in maniera
sempre più intuitiva,
rapida ed efficace.
Proprio in questo
Google Glass: device trasversale per il controllo e comando
senso, Beckhoff ha recentemente compiuto
un ulteriore e signifiesempio, mediante servizi di cloud. In una simile architettura cativo passo in avanti. Come? Con i Google Glass, ‘wearable
di controllo la ‘nuvola’ è dunque il luogo dove si trovano le computing device’ che rappresentano il primo esempio di
informazioni sullo stato del processo, i consumi energetici, le come la convergenza tra i mondi dell’IT e dell’automazione
specifiche richieste di produzione, le configurazioni di linea possa trovare una concreta applicazione secondo i concetti
o, come precedentemente accennato, lo stato di una sta- propri dell’Industry 4.0.
I nuovi uffici di Casalecchio di Reno
C
ontinua la crescita di Beckhoff Automation Italia che,
dopo la recente inaugurazione della nuova sede centrale di Limbiate, comune situato a pochi chilometri
di distanza da Milano e dai principali sbocchi autostradali, compie un altro importante passo, questa
volta a Bologna. Dopo ben sette anni di permanenza ad Anzola
dell’Emilia, Beckhoff si sposta a pochi chilometri di distanza,
trasferendo gli uffici della sua filiale bolognese nel comune di
Casalecchio di Reno.
Ciò per rispondere in maniera ancora più incisiva e completa alle
esigenze di un tessuto industriale tra i più importanti d’Italia, che
dalle tecnologie di automazione PC based di Beckhoff è in grado
di trarre un vantaggio competitivo determinante per il mantenimento della leadership mondiale in ambiti quali il packaging, la
meccanica o il medicale. Oltre alla raggiungibilità garantita dalla
vicinanza dell’uscita autostradale A1, i nuovi uffici dispongono
di una serie di vantaggi che le strutture precedenti situate ad
Anzola dell’Emilia non consentivano di sfruttare appieno. In primis, l’ampio magazzino disponibile e una serie di servizi logistici
I nuovi uffici della filiale di Bologna di Beckhoff Automation
situati nelle vicinanze, consentiranno di far fronte in maniera
guardia, consentirà di offrire non solo la necessaria consulenza formativa,
più strutturata e tempestiva alle specifiche esigenze di fornitura. Quindi, in
ma anche uno specifico e pratico riferimento a ciò che al cliente necessita
linea con la policy della casa madre, orientata su standard qualitativi che
di imparare. L’aula corsi dispone infatti di una vasta gamma di prodotti
fanno della formazione un’attività assolutamente irrinunciabile, i nuovi uffici
Beckhoff, attraverso i quali è possibile sviluppare e verificare applicazioni di
dispongono di uno spazio ad hoc, completamente attrezzato e dedicato allo
automazione mediante l’impiego di simulatori. A complemento, ricordiamo
scopo, che consentirà a Beckhoff di concentrarsi sull’organizzazione di corsi,
che Beckhoff è vicina ai propri clienti con un supporto di engineering, un’atsia pianificati che su diretta richiesta del cliente, sul modello delle attività fortività che li accompagna lungo tutto il ciclo delle loro esigenze, oltre che con
mative che già sono portate avanti presso gli ampi spazi della sede centrale
servizi di supporto e assistenza sia pre che post vendita.
di Limbiate. L’aula, completamente attrezzata con apparecchiature all’avan-
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lità di raccogliere, salvare e
accedere a informazioni
‘complementari’ al processo
controllato, come ad esempio manualistica tecnica e
documentazione, già memorizzata, recuperabile
via web oppure inviata per
e-mail, così come a quella
di aprire chat o avvalersi
di sessioni video per interagire con altre persone a
distanza (ad esempio tecnici sviluppatori, ingegneri
ecc…). Tutto ciò può radicalmente cambiare il modo
di intendere non solo l’HMI,
ma anche una serie di altre
attività, come ad esempio
l’assistenza remota. Si pensi
alla comodità di poter contattare lo sviluppatore mentre l’impianto è in funzione
A livello di comunicazione, l’integrità della comunicazione interna (rosso) può essere
per spiegargli il problema
garantita gestendo i Google Glass quali dispositivi embedded nella Intranet aziendale, cioè
riscontrato e, contemporarendendoli indipendenti dal mondo cloud
neamente, inviare un video
della macchina in funzione.
Ben inteso: l’utilizzo dei Google Glass non sarà sostitutivo dei
L’HMI del futuro
Recentemente balzati agli onori della cronaca per le loro tradizionali pannelli operatore, bensì sarà da intendersi come
innovative caratteristiche, i Google Glass possono essere tecnologia a essi complementare che, se così si può dire, ridefiniti uno strumento in grado di offrire all’operatore una sulterà decisiva nel migliorare la modalità di interazione tra
nuova modalità di interfacciamento basata su realtà aumen- uomo e macchina. Un plausibile scenario potrà essere quello
tata. Equipaggiati con un display realizzato in tecnologia che, in un prossimo futuro, vedrà la tecnologia dei Google
Lcos, che proietta ciclicamente fotogrammi RGB che colpi- Glass affiancare quella offerta dai più tradizionali pannelli
scono direttamente la retina dell’occhio, producendo una operatore, in un mix di interazione touch e realtà aumentata.
sorta di schermo percepito a distanza a un metro dal viso, di In quanto alle potenzialità di mercato che potranno dischiuuna fotocamera da 5 megapixel che permette di scattare foto dersi, basti pensare che due colossi del calibro di Samsung
o gestire video in alta qualità, memoria interna, microfono, ed Epson hanno già annunciato di essere presto in grado di
sensori di vibrazione/movimento, mini touchpad, sistema rilasciare analoghe e finanche più avanzate versioni di simili
audio a conduzione ossea, connettività wireless, Bluetooth dispositivi, rendendo questa tecnologia destinata a giocare
e, addirittura, GPS integrato, i Google Glass fanno parte della un ruolo determinante quale fattore abilitante dei concetti
famiglia dei cosiddetti ‘wearable computer’ e, per le loro ca- tipici dell’Industry 4.0, dove i dati non sono solo accessibili
ratteristiche, ben si prestano a essere facilmente integrati in modo trasparente e indipendente da dove risiedono, ma
nell’architettura di controllo Beckhoff mediante l’utilizzo del anche in piena mobilità da parte dell’operatore.
software Twincat. Prova ne sia la recente dimostrazione, presentata durante la scorsa Hannover Messe, dove gli occhiali Libertà (e intelligenza) di configurazione
sono stati utilizzati per comunicare con un web server conte- Un sistema di azionamento meccatronico componibile, il cui
nente le informazioni sullo stato di una macchina controllata, sviluppo è stato reso possibile grazie alle prestazioni offerte
per l’appunto, mediante Twincat. In questa applicazione le dalla comunicazione Ethercat e a tutte le potenzialità del PC
informazioni, sottoposte sotto forma di segnali e messaggi based control e che ora, alla luce dei concetti tipici dell’Indud’errore, anche con l’ubicazione contestuale del problema stry 4.0, ha trovato la sua ideale collocazione quale sistema
all’interno dell’impianto, hanno consentito all’operatore di
capace di rispondere pienamente, e soprattutto intelligenintervenire agevolmente per le necessarie operazioni di ri- temente, agli obiettivi di efficienza, flessibilità e sostenibipristino o forzatura di stato, attraverso il piccolo touchpad lità. Stiamo parlando di XTS (eXtended Transport System),
collocato a lato della microcamera.
l’innovativo sistema di movimentazione messo a punto da
Al di là di questa dimostrazione, si pensi alle potenzialità che Beckhoff, le cui caratteristiche dischiudono nuovi e a dir
una simile tecnologia può dischiudere grazie alla possibi- poco sorprendenti scenari applicativi.
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La base vincente di XTS è il ‘sistema’ Beckhoff: un motore
linea re modulare, uno o più
mover (carrelli), una guida
meccanica configurabile, un
controllo PC based (software
Twincat e PC Industriale), una
comunicazione efficiente e standard (Ethercat) e la completa
apertura verso i vari livelli di fabbrica anche attraverso il mondo
web (comunicazione e servizi).
Una delle più innovative caratteristiche di XTS è la possibilità di
pilotare ‘n’ carrelli indipendentemente l’uno dall’altro, ciascuno
con proprie rampe di accelerazione/decelerazione e velocità
fino a 4 m/s. Ciò consente a
XTS di svolgere contemporaneamente compiti diversificati e,
quindi, di gestire addirittura lotti
unitari, determinati quindi dalle
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XTS è un sistema di azionamento meccatronico componibile che, grazie alle
potenzialità del PC based control, trova la sua ideale applicazione per rispondere agli
obiettivi di efficienza, flessibilità e sostenibilità tipici di Industry 4.0
Avvalendosi di moduli rotaia di diverse forme (tratti
lineari e curvilinei, anche
con raggi di diverse dimensioni), eXtended Transport
System consente di movimentare una serie di carrelli
che, sfruttando il principio
del motore lineare, possono
essere pilotati per svolgere i
compiti più disparati. I mover
sono gestiti completamente
in asse elettrico. In quanto
tali, sono programmabili
con leggi di moto proprie e
possono essere mossi indipendentemente, così come
in moto accoppiato o in posizione assoluta.
Ciò rende le possibilità di
configurazione di XTS praticamente illimitate. XTS può
ad esempio operare in moLa base vincente di XTS è il ‘sistema’ Beckhoff: un motore lineare modulare, uno o più
dalità clamp on: due mover
mover (carrelli), una guida meccanica configurabile, un controllo PC based
possono essere sincronizzati
(software Twincat e PC Industriale), una comunicazione efficiente e standard (Ethercat)
per afferrare un carico e moe la completa apertura verso i vari livelli di fabbrica anche attraverso il mondo web
vimentarlo su tratti sia lineari
(comunicazione e servizi)
che curvilinei.
Le sue funzionalità lo hanno
reali necessità di pianificazione produttiva e in maniera com- reso adatto all’impiego su linee di imbottigliamento, per efpletamente indipendente dalle caratteristiche fisiche della fettuare operazioni di avvitatura tappi in sincronia con l’avanlinea. Proposto su base Ethercat, al pari di una pista di mac- zamento delle bottiglie. Il sistema può essere programmato
per effettuare operazioni di sorting, ovvero di allineamento
chinine XTS può essere configurato a piacimento.
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di oggetti (tipicamente scatole o pallet, ma - perché no? anche altri oggetti, ad esempio parti meccaniche) secondo
precise configurazioni su nastri trasportatori, così come per
effettuare il distanziamento a intervalli prefissati di oggetti
provenienti in flusso continuo da un nastro di alimentazione
in ordine completamente destrutturato.
Utilizzando due sistemi XTS in parallelo e sincronizzando i
movimenti dei relativi mover, è anche possibile implementare sistemi di tipo gantry, capaci di movimentare pallet e/o
prodotti secondo traiettorie e profili di moto diversi.
Come detto in precedenza, la forza di XTS sta nel sistema,
dove il ruolo giocato da Ethercat (oltre ovviamente a quello
svolto da Twincat quale software di automazione) è determinante. Ogni 30 mm di rotaia vi è un sensore di movimento
che, come le bobine, è sottoposto a polling ogni 250 us. Ciò
rende necessario gestire una mole considerevole di dati ‘puliti’ (ovvero di segnali perfettamente integri) da elaborare al
volo ogni 3 metri di rotaia: stiamo parlando di circa 80 Mbit/s
di baud rate, valore per il quale le caratteristiche di Ethercat
rispondono appieno.
Servomotori dinamici per l’impiego in spazi ridotti
B
questo caso i finecorsa e ulteriori encoder non sono necessari. I motori
eckhoff completa la serie di servomotori AM8000 con la granpossono essere anche identificati in modo rapido e affidabile grazie a una
dezza di flangia F1 (40 mm dimensioni esterni). Tre lunghezze
targhetta elettronica contenente informazioni meccaniche ed elettroniche,
coprono un range di coppia da 0,22 a 0,55 Nm e consentono
come il numero di serie o il produttore.
soluzioni di azionamento altamente dinamiche con un ingombro
Con la memoria degli errori integrata è possibile la diagnosi del motore. In
minimo. I nuovi servomotori AM801x e AM811x offrono un basso
combinazione con la scheda opzionale twinsafe AX5805, con i servomotori
momento d’inerzia del motore e una capacità di sovraccarico quattro volte
AM801x è possibile realizzare in modo molto semplice funzioni di azionasuperiore e pertanto soddisfano i più elevati requisiti di dinamica di movimento sicure anche nelle aree d’impiego più ristrette. Ciò rende possibile
mento anche negli spazi più limitati. Pertanto sono ad esempio ideali per
applicazioni con rapidi cambi di ciclo. Le
due serie si distinguono tra l’altro per la
loro tensione nominale. La combinazione
dei motori AM811x con i terminali servomotore EL7201-0010, con 2,8 ARMS,
ed EL7211-0010, con fino a 4,5 ARMS
con 50 V CC, crea un servosistema estremamente compatto ed economico. Il servoamplificatore Ethercat AX5000 (a 1/2
canali, fino a 3 A) è adatto per il comando
dei servomotori AM801x concepiti per
230 V CA. I motori sono opzionalmente
disponibili con freno di arresto a magneti
permanenti senza gioco o con scanalatura
della linguetta. Dotati di un encoder assoluto con risoluzione a 15 bit e tecnologia
One Cable (OCT), i motori offrono così le
massime prestazioni. Nel caso dell’OCT,
l’alimentazione del motore e la retroazione
della posizione vengono trasmessi in un
solo cavo, il che riduce notevolmente i
costi dei componenti e di installazione. Su
richiesta, i motori sono disponibili con un
I servomotori AM801x e AM811x, con la dimensione flangia F1, consentono soluzioni
trasduttore assoluto multigiro.
di azionamento estremamente compatte e altamente dinamiche
Tre vantaggi integrati per l’utente
Grazie all’encoder assoluto multigiro integrato nei motori AM801x e
AM811x, la posizione assoluta dell’azionamento è già nota all’accensione
dell’asse, rendendo la funzione di homing non più necessaria. Così il sistema
può essere avviato senza corse di riferimento nelle posizioni finali. Inoltre
non è solo possibile determinare la posizione dell’asse, ma anche la velocità
di spostamento corrente. La posizione dell’azionamento viene memorizzata
in un’Eeprom senza batteria tampone. Con queste caratteristiche il nuovo
motore è ideale per l’alimentazione e movimentazione di assi, poiché in
spegnere in modo sicuro gli assi di traslazione e di alimentazione, ma anche
programmarli con le funzioni di movimento sicure secondo EN ISO 13849-1
fino a PLe. I motori possono essere collegati senza coppia e monitorati in
termini di velocità, posizione e senso di rotazione. In questo modo ora è
anche possibile integrare in modo semplice gli assi di traslazione e di alimentazione nel sistema twinsafe, il che aumenta notevolmente le prestazioni
dell’intera macchina.
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di Federica Andreini
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