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Sempre più intelligente, il PLC, Programmable Logic Controller, continua a godere di buona salute.
Era il 1968 quando in General Motors venne installata la prima unità 084, un sistema riprogrammabile a stato solido basato su logica a relè. Nato per semplificare la gestione delle logiche, si è trasformato negli anni in un vero e proprio computer, dotato di ampie capacità, ma anche di potenzialità ancora da scoprire. A 51 anni di distanza, il PLC, Programmable Logic Controller, continua a godere di buona salute.
a cura di Roberto Vinci
A 51 anni di distanza dalla sua nascita, il PLC, Programmable Logic Controller, continua a godere di buona salute. Addirittura, grazie ai paradigmi di Industry 4.0, potrebbe assumere un ruolo nuovo e diventare l’artefice dell’evoluzione delle architetture d’automazione tradizionalmente intese. La parola passa agli esperti.
Nel tempo il PLC ha subito forti evoluzioni, sia dal punto di vista dell’hardware che da quello del software; si è passati da logiche più appartenenti al mondo dell’elettronica a una progressiva informatizzazione dello strumento. Non è cambiato però il suo ruolo nell’automazione: è il componente intelligente a bordo delle macchine che si deve occupare di gestire tutta la componentistica collegata, con tempi di computazione e di reazione molto brevi, per poter garantire prestazioni molto elevate. La prima evoluzione storica è stata l’integrazione di sistemi di Motion Control; successivamente l’introduzione dei requisiti di connettività della manifattura 4.0 ha affidato un ulteriore compito allo strumento ed è diventato la “porta sul mondo” di ogni macchina automatica.
Il PLC moderno contiene un processore usato anche nei PC, è dotato di un vero e proprio sistema operativo real-time, è in grado di gestire memorie flash e si connette al mondo esterno usando vari protocolli di larga diffusione per poter scambiare dati in modo trasparente, senza dover mettere mano al codice di macchina, onde evitare inutili fermi della produzione. Nonostante il tempo trascorso il PLC ha dato prova di sapersi evolvere, di mantenersi giovane e di rimanere uno strumento di prima necessità. (Carlo Mariani https://www.boschrexroth.com/it)
Carlo Mariani, Application Manager AE di Bosch Rexroth.
PER UN PROCESSO PRODUTTIVO EFFICIENTE E FLESSIBILE
Lenze ha messo a punto una soluzione di azionamento scalabile per sistemi di automazione e per l’intralogistica. La combinazione di un servo inverter i950, un motore sincrono m850 e un riduttore epicicloidale g700 è facile da gestire e rende la produzione vantaggiosa in termini economici, anche per le dimensioni lotto 1. I950 è una soluzione ideale per qualsiasi scenario operativo: può essere programmato liberamente o essere utilizzato come sistema di azionamento con un controllo di Motion via Ethercat CiA402. La modalità di funzionamento più richiesta è quella che impiega le applicazioni tecnologiche FAST integrate. Questi moduli tecnologici rappresentano una vasta gamma di funzioni che l’OEM non deve più programmare da sé ma che può invece utilizzare impostando determinati parametri adattandoli al proprio cliente utilizzando il linguaggio IEC 61131-3 nell’ambiente di programmazione Lenze.
Il secondo componente della soluzione è il motore sincrono m850 che si distingue per il rapporto favorevole tra l’inerzia del carico e l’inerzia del motore, il che si traduce in un movimento molto stabile. La versione standard è dotata del robusto resolver. In alternativa, quando è richiesta una grande precisione, è possibile utilizzare l’encoder sin/cos Hyperface multiturn. Il riduttore epicicloidale g700, infine, è adattato alle caratteristiche del motore m850 e soddisfa i requisiti delle applicazioni di media potenza in termini di rigidità e dinamica elevata. Smart servo axis è una risposta concreta sul piano dell’integrazione tra macchinari, elettronica e digitalizzazione. (Paolo Andreoli https://www.lenze.com/it)
Paolo Andreoli, Automation Manager Intralogistics & Consumer Goods di Lenze.
LUNGA VITA AL CONTROLLORE
Mitsubishi Electric può vantare una lunga competenza nel campo dei PLC. Era infatti il 1981 quando ha commercializzato il primo MELSEC -F, il capostipite dei controllori a logica programmabile dell’azienda. In questi anni i mutamenti tecnologici e applicativi sono stati innegabili, ma nonostante venga pronosticato da anni il tramonto delle soluzioni PLC a favore di sistemi PAC/PC-based, i risultati a livello globale sono tuttora in crescita e delineano un mercato ancora vitale ed in fermento. Il PLC è ancora il controllo più diffuso nell’automazione industriale ed è dominante soprattutto su applicazioni medio-piccole, mentre l’architettura PC-based è legata a settori specifici con una programmazione più open. Oggi il mercato riconosce ancora al PLC una maggiore affidabilità e stabilità.
L’evoluzione tecnologica è forse il punto di forza del PLC. Quest’ultimo ha saputo sfruttare la sua tecnologia ben consolidata nella cultura tecnica aziendale rinnovandosi costantemente ed è già in cammino verso il futuro del controllo. I trend che si stanno delineando sono quelli tipici di un mondo produttivo sempre più digitalizzato. Per trovare il proprio posto in esso e continuare a rappresentare un valore per l’utente, i PLC integrano sempre più funzionalità evolute, come quelle dedicate all’Edge Computing o alla trasmissione e analisi dei dati, e si stanno preparando alle prossime sfide come quella della connettività wireless 5G e l’integrazione di soluzioni di intelligenza artificiale.
La distinzione tra PLC e PAC è un confine oggi già molto sottile ma che potrebbe convergere nel controllore del futuro, sia esso chiamato PLC oppure no.
Il PLC tradizionale viene costantemente ripensato per dar vita a soluzioni nuove e sempre allineate alle sfide del mercato. Questo in particolare oggi, in un panorama in cui l’innovazione si muove a una velocità notevolmente superiore a quella del passato e, di conseguenza, lo sviluppo di nuove soluzioni è più frequente. Tutto ciò lascia prevedere un futuro ancora molto lungo per la tecnologia dei PLC. (Giovanni Mandelli https://it.mitsubishielectric.com/it)
Giovanni Mandelli, Product Manager PLC & HMI di Mitsubishi Electric.
NUOVA INTERAZIONE TRA UOMO E MACCHINE
Omron è oggi uno dei maggiori produttori di componenti di controllo, particolarmente attivo nello sviluppo e applicazione di nuove tecnologie e sistemi. In questi anni, Omron ha segnato la nostra vita grazie a una serie di innovazioni, quali i sensori di prossimità privi di contatto, i segnali per il controllo automatico del traffico, le macchine per la vendita dei biglietti, i sistemi completamente automatici per le stazioni ferroviarie, i sistemi automatici per la diagnosi dei tumori. Omron ha quindi dato un significativo contributo in molti campi quali l’automazione industriale, gli elettrodomestici, le macchine per l’ufficio, i sistemi per le banche e gli enti pubblici e i sistemi medicali.
A partire dagli anni ’70, la tecnologia informatica si è diffusa rapidamente in tutta l’industria e nella società in generale. L’interazione tra computer, comunicazioni e tecnologie di controllo porta alla diversificazione dei requisiti per le macchine. Di fronte a sfide tecnologiche sempre più sofisticate, Omron ha concentrato i suoi sforzi nello sviluppo della SINIC Theory, del controller logico programmabile SYSMAC, della logica fuzzy e della tecnologia di elaborazione delle immagini, con l’obiettivo finale di creare un nuovo tipo di interazione tra persone e macchine.
Dalla gestione di ingressi e uscite in logica Ladder, fino al collegamento a Database e passando attraverso funzionalità di Motion Control avanzato, il controllore si candida sempre più ad essere il vero e proprio punto nevralgico della linea produttiva, rappresentando il crocevia tra il mondo IT e il mondo OT, necessario per efficientare la produzione e renderla realmente flessibile. I dati disponibili nel controllore devono poter essere condivisi sempre più agevolmente con i livelli superiori della fabbrica, attraverso protocolli sicuri e standardizzati, poiché il tema della Cyber Security non è più una questione prettamente IT, ma rappresenta e rappresenterà un fattore critico anche a livello OT. Pur mantenendo intatte le caratteristiche che hanno reso il PLC un elemento insostituibile nell’Automazione moderna, il controllore dispone quindi oggi della potenza necessaria per svolgere compiti più elaborati, quali ad esempio l’analisi dati in Real Time: implementando algoritmi di intelligenza artificiale direttamente a bordo è infatti possibile modificare il comportamento della macchina per evitare fermi imprevisti. Il controllore sarà un dispositivo sempre più intelligente, capace di riconoscere il comportamento del processo governato e abile nel modificarlo a fronte del cambiamento delle condizioni al contorno. (Alberto Clerici https://omron.it)
Alberto Clerici, Product Engineer Automation di Omron.
LA SFIDA DELLA SICUREZZA
Il PLC, il controllore a logica programmabile che ha rivoluzionato l’industria oltre 50 anni fa, si rivela oggi uno strumento straordinariamente attuale per questa nuova evoluzione digitale del manifatturiero. Il PLC ha saputo rinnovarsi negli anni dotandosi delle tecnologie più aggiornate in abito industriale fino a diventare oggi il fulcro della quarta rivoluzione industriale. Il PLC, raffinato concentrato di tecnologie, è in grado di gestire dalla piccola macchina fino a linee estese di produzione coniugando diversi aspetti dell’automazione industriale. Da perfetto esecutore di istruzioni logiche locali è diventato gestore di numerosi dispositivi collegati in rete che raccolgono grandi quantità di dati che poi convoglia verso software evoluti a scopi nobili quali, solo per citarne uno, la manutenzione predittiva.
Il PLC è diventato anche un valido alleato per garantire l’incolumità delle persone, delle macchine e dell’ambiente: fin dal 1995 Pilz ha commercializzato logiche programmabili di sicurezza che hanno rappresentato una pietra miliare della tecnologia di sicurezza per l’automazione. Oggi la sicurezza è “nelle mani” di logiche programmabili evolute, in grado di gestire dinamicamente le varie fasi di gestione dei beni strumentali, adattando la logica di sicurezza alle condizioni di lavoro e alle abilità di chi approccia la macchina. Nonostante una longeva carriera, la sfida tecnologica del PLC non è finita: esso dovrà evolversi per gestire sempre di più gli aspetti di security degli impianti connessi in rete e sarà sicuramente abile come lo è stato con le altre sfide vinte. (Giovanni Sangiorgio https://www.pilz.com/it)
Giovanni Sangiorgio, Divisional Manager System di Pilz Italia.
Ho iniziato il mio percorso lavorativo a Gennaio 1978, 41 anni fa. Ho praticamente sempre operato nel settore tecnico dell’automazione e controllo, questo mi rende, tecnicamente, più giovane del PLC. Battute a parte, ho avuto il mio primo contatto o forse meglio dire “incidente” con i PLC nell’anno 1989. Allora ero sistemista di DCS per un’azienda che non esiste più perché acquisita da altre... Il mondo dell’automazione iniziava, con non poche difficoltà, a cercare di interconnettere i vari sistemi, soprattutto nel mondo del controllo di processo. Quegli impianti “monster” dove il sistema principale era un DCS che gestiva il processo vero e proprio ma, dove altrettanto vitali erano sistemi di controllo basati sui PLC e dove si intravedevano i primi sistemi che gestivano quella che allora era definita come “emergenza” e che oggi viene riferita in modo più blando (ma normativamente molto più severo) “Safety”. Volendo, potremmo definirli i bei tempi in cui si costruivano ancora impianti green field. Allora l’interconnessione avveniva soltanto in due modi: hardwired; comunicazione seriale (di solito Modbus). Erano i primi confusi tentativi di Industria 4.0.
In questi circa 50 anni di evoluzione, e a volte anche di involuzione, la tecnologia ha galoppato, briglie sciolte, capelli al vento e correre come se non ci fosse un domani... Ok mi sono lasciato trascinare dalla fantasia. Questa corsa sfrenata, dettata da una feroce concorrenza sia tecnologica che commerciale, ci ha portato dove siamo ora. E, secondo me, questa dovrebbe essere la domanda: dove siamo ora? Proviamo a fare il punto. Il PLC, o PAC o qualsiasi altro acronimo preferiate, ha raggiunto livelli impensabili 50 anni orsono. Si è migliorato come hardware, come tempi ciclo, come capacità matematiche ma, soprattutto ha fatto il salto di qualità nella capacità di “interconnettersi”. Infatti, se vi soffermate ad analizzare le richieste degli utilizzatori di PLC raramente si parla di tempi ciclo, o di scan time o altre “bazzecole” ormai date per acquisite. Oggi l’attenzione è tutta orientata alla raccolta dati, alle capacità di analisi degli stessi, alla predittività e sempre più al centro dell’attenzione c’è lei, sua maestà l’Intelligenza Artificiale.
Possiamo senza tema di smentita affermare che “il PLC è morto, lunga vita al PLC”, intendendo con questo che questa potente e versatile “macchina” è passata indenne attraverso tutte le evoluzioni tecnologiche, ai salti generazionali delle prestazioni e alle richieste provenienti da nuove tecnologie informatiche che utillizzano massicciamente i dati di produzione per produrre sempre di più e sempre meglio. Queste “nuove” funzionalità rendono il PLC la soluzione del futuro alle esigenze di automazione così come è stato “la soluzione” nel passato. Però non illudiamoci, il PLC continuerà ad evolversi e domani riuscirà ancora a stupirci con nuove soluzioni, chi si ferma è perduto... e il PLC non si è fermato, tutt’altro! (Marco Rizzi https://www.rockwellautomation.com/it)
Marco Rizzi, Solution Architect-Controllers, Distributed I/O, Safety and Automation Software di Rockwell Automation.
Le esigenze del mondo manifatturiero in termini di qualità, personalizzazione e time to market richiedono tecnologie e approcci alla progettazione in grado di garantire una gestione efficace di questa crescente complessità. L’Intelligenza Artificiale, e in particolare il Machine Learning, consentono di eseguire compiti di automazione semplificando la programmazione della logica di controllo (PLC), rendendo l’automazione più agile, flessibile e addirittura in grado di ottimizzare autonomamente le operazioni.
Una soluzione AI integrata nel PLC può essere adattata in base all’applicazione di destinazione: a livello di macchina sul campo, dove sono necessarie decisioni deterministiche e veloci, oppure su impianti o intere linee di produzione. Seppur diffusa ormai da anni in applicazioni e settori specifici, è una delle innovazioni e tendenze per il futuro del PLC. In Siemens è già realtà! Grazie infatti a Simatic S7-1500 TM NPU portiamo a livello di campo, in modo semplice, potente e veloce un’unità di elaborazione basata su un chip di Intelligenza Artificiale (Intel Movidius) a riprova di quanto condiviso finora, il tutto in un ambiente integrato come TIA Portal. Questa grande innovazione permette, e permetterà sempre con maggiore flessibilità, una riduzione delle normali spese di programmazione e di ingegneria, rendendo la logica di controllo più agile e flessibile rispetto ai cambiamenti delle condizioni “ambientali” e processi produttivi.
Le applicazioni potenziali per il modulo Simatic S7-1500 TM NPU sono estremamente varie, grazie anche alle potenzialità della piattaforma Simatic EDGE e a MindSphere, il sistema operativo aperto per l’IoT basato su cloud di Siemens. (Massimiliano Galli https://www.siemens.com/it)
Massimiliano Galli, Head of PLC Sales and Support di Siemens Italia.
Evidentemente il ruolo del PLC ha subito negli anni molte evoluzioni, passando dalla logica a relè fino alle più recenti necessità di Industry 4.0, con le caratteristiche di predittività ormai necessarie nelle più moderne strutture produttive. Negli ultimi anni il PLC si è reso molto malleabile supportando ogni tipo di applicazione industriale ove sia necessaria un minimo di automazione e, grazie alle sue capacità di comunicazione, viene reso possibile lo scambio dati con qualsiasi sistema. Anche i sistemi di programmazione si sono evoluti, permettendo al programmatore di inserire il PLC in un vero e proprio sistema di sviluppo che comprende PLC, HMI, teleservice, comunicazione, reti…
La tendenza dei sistemi di programmazione è verso linguaggi aperti tipo IEC piuttosto che proprietari, anche se negli ultimi anni si è vista la concentrazione dei maggiori produttori verso soluzioni integrate e proprietarie. Questo fatto secondo noi è in fase di mutamento, considerata la tendenza dei clienti a essere aperti ai linguaggi moderni. Per quanto riguarda la comunicazione, è fondamentale la possibilità di integrazione con sistemi gestionali quali ERP che di solito possono dialogare con protocolli evoluti tipo OPC/UA, ma importante deve essere anche l’apertura ad altri sistemi di comunicazione con terze parti. (Luigi Bernardelli www.vipaitalia.it)
Luigi Bernardelli, CEO di VIPA Italia.
ANCORA PIÙ CONNESSO
Oggi, il PLC è sempre più connesso. Il bus di campo raccoglie sensori e attuatori a livello campo, nell’impianto, nella macchina. I bus di campo più evoluti offrono velocità e affidabilità in tali applicazioni. Ma la connettività è anche verso l’esterno della macchina e dell’impianto: I4.0, ma non solo questa, spinge verso nuove tecnologie con i temi della manutenzione predittiva, dell’integrazione orizzontale e verticale della macchina, del cloud. La digitalizzazione offre alle aziende grandi opportunità per plasmare il loro futuro con successo. Tuttavia, la trasformazione digitale comporta anche sfide che si devono affrontare: networking, analisi, aumento della produttività e nuovi modelli di business. E non ci sono regole rigide per gestire con successo la trasformazione digitale; le aziende hanno bisogno di soluzioni su misura per le loro esigenze specifiche.
Un PLC oggi è tanto più adattabile alle esigenze di impianto quanto più è connesso. In WAGO siamo cresciuti con la cultura della connettività, fin da quando siamo entrati nel mondo dell’automazione di macchina. Dapprima con i sistemi di I/O distribuiti e in seguito con i controllori programmabili. Forti di questa esperienza, oggi offriamo una famiglia di PLC che definiamo ‘connectivity hero’. Offriamo pertanto controllori connettibili verticalmente per mezzo di OPC UA, cloud via MQTT, protocolli Ethernet per scambio dati e file come FTP, protocolli industriali, quali Profinet, EtherCAT, Ethernet/IP, Modbus. (Alberto Poli https://www.wago.com/it) ©ÈUREKA!
Alberto Poli, Product Manager Automazione di WAGO Italia.
Nato per semplificare la gestione delle logiche, il PLC si è trasformato negli anni in un vero e proprio sistema intelligente, dotato di ampie capacità, ma anche di potenzialità ancora da scoprire.
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