Le richieste ed i requisiti concernenti i prodotti usati quotidianamente stanno diventando sempre più esigenti. Ciò diventa evidente, ad esempio, nei sempre più brevi cicli operativi dei nuovi modelli dei prodotti, si tratti indifferentemente di strumenti elettronici come le TV ed i telefonini o dei nuovi modelli realizzati dai produttori automobilistici. 

I costruttori devono rispondere a questa tendenza, e lo fanno creando e modernizzando i  sistemi di prova e produzione progettandoli nell'ottica della massima flessibilità. In queste situazioni si applica sempre la medesima regola: ridurre la diversità in ambito hardware, componenti e software. A prima vista ciò può  apparire in contraddizione con il fatto che il tempo richiesto per l'installazione, l'esercizio e la manutenzione (remota) dei sistemi deve essere considerevolmente abbreviato per mantenere più basso possibile l'insieme dei costi in modo da restare competitivi. Come si può ottenere tutto quanto affermato?

Quest'articolo tratta i seguenti argomenti:

  1. Esigenze di mercato per i sistemi meccatronici e cambiamenti intercorsi nel tempo 
  2. Compiti della moderna tecnologia di controllo
  3. Quali sono i vantaggi offerti dalla tecnologia di misura di alta qualità?
  4. In che modo le Smart Functions (Funzioni Intelligenti) aiutano la tecnologia di misura e produzione?
  5. Concetti di automazione moderna e diagnosi efficiente

1. Esigenze di mercato per i sistemi meccatronici e cambiamenti intercorsi nel tempo

Sono finiti i tempi in cui interi reparti disponevano di risorse per progettare e sviluppare autonomamente prodotti e sistemi di produzione avanzati. Queste soluzioni consistevano spesso in progetti altamente specifici e non riutilizzabili. Frequentemente l'interazione fra i singoli componenti di un sistema era possibile unicamente mediante complicati canali di trasferimento e convertitori d'interfacciamento. Per progettare questi sistemi sempre più complessi e più efficienti, nel corso del tempo vi è stato un consistente spostamento verso l'uniformazione delle interfacce e dei componenti, prendendoli come blocchi strutturali da un sistema modulare.

Similmente, gli sviluppatori dei prodotti ed i pianificatori della produzione cercano sistemi flessibili capaci di consentire la facile integrazione delle nuove tecnologie. Un altro fattore da considerare è che l'uscita di una nuova versione non dovrebbe più richiedere una specifica riqualificazione.
È fondamentale distinguere fra compiti di automazione e compiti di sviluppo prodotti. Lo sviluppo prodotti richiede l'acquisizione di precisi valori di misura con elevate cadenze di registrazione, mentre le applicazioni di automazione necessitano di sequenze da eseguire in deterministico tempo reale per azionare i macchinari in stato operativo ottimale, con bassa priorità dei dati misurati, al contrario dell'elevata priorità di quelli diagnostici. Una volta distinte, queste attività sono da tempo cresciute contemporaneamente nei sistemi meccatronici. I componenti ideali sono quelli con sufficiente flessibilità da poter essere utilizzati in ambedue queste attività. 

2. Compiti della moderna tecnologia di controllo

Lo stesso vale per il software di controllo e prova. Le grandezze misurate nel campo di prova devono essere salvate ed analizzate con un software idoneo. A causa della grande quantità di dati coinvolti, questo software è basato su PC e viene trasferito al calcolatore di misura via interfaccia Ethernet. Le parti ed i metodi del software di valutazione vengono poi riutilizzati nell'ambiente di produzione, in combinazione con le parti della tecnologia di controllo. 

Inoltre, negli ambienti di produzione è sovente richiesta un'attività con alto grado di tempo reale per i sistemi meccatronici, al fine di garantire la corretta interazione senza alcun errore fra tutti i componenti. A tale scopo è ideale un software di controllo che giri direttamente nei sistemi di destinazione, incorporato nello hardware. La pianificazione progetti dovrebbe essere comoda e la ricerca guasti e soluzione dei problemi (debugging) più semplice possibile. A tale proposito, già nel 1990 fu creata la norma IEC 61131 su cui oggi si basano tutti i controllori. Essa nacque essenzialmente per i controllori puramente elettromeccanici di quel tempo, cioè basati su rele e tecnologia di controllo meccanica. 

Con l'avvento dell'elettronica nell'automazione, molti produttori svilupparono i controllori a logica programmabile (PLC) che seguivano detta norma. Per gli utenti ciò costituì un notevole progresso per quanto concerneva la semplificazione. Ma essi erano ancora legati a diversi produttori di PLC, quindi divenne per loro naturale standardizzare le funzioni di controllo disponibili anche come soluzione software. Si è giunti perciò al Soft PLC CODESYS, oggi affermato in tutto il mondo.

Questo software di controllo, reso standard dalla norma IEC 61131-3, fornisce un maturo utensile ideale contenente numerose funzioni e metodi predefiniti a disposizione degli sviluppatori di applicazioni. Sono implementati anche i moderni metodi di programmazione. Dopo la creazione e verifica dell'applicazione, essa viene convertita in codice macchina da un compilatore e trasferita nel sistema di automazione di destinazione. 

3. Quali sono i vantaggi offerti dalla tecnologia di misura di alta qualità?

Il mercato richiede nuovi prodotti dotati di maggiori funzionalità, di qualità più elevata e realizzati in minor tempo. La sfida per i produttori consiste nell'impiego di componenti precedentemente misurati e provati in un ambiente di produzione, per soddisfare i requisiti di qualità e, soprattutto, per essere rapidamente sul mercato (time-to-market). Lo sviluppo e la costruzione dei prototipi richiedono una tecnologia di misura di alta precisione, con classe di accuratezza 0,05 o migliore oltre ad elevate cadenze di campionamento, per essere in grado di misurare e documentare i minimi cambiamenti negli oggetti da misurare. Questo è il solo modo di registrare con precisione le caratteristiche e la  qualità dei prodotti garantendone la ripetibilità. Per poterlo fare, gli strumenti di misura devono possedere l'appropriata qualità di misura del segnale.

Ciò dimostra che crescendo i requisiti di qualità del prodotto finale e dei sistemi di produzione, siano necessari sistemi di sensori e di acquisizione e misura sempre più accurati. I controllori a logica programmabile (PLC) convenzionali non possono ottenere la qualità richiesta. Solo gli amplificatori di misura come il PMX, con alta risoluzione del segnale (24 bit) ed insensibile stadio d'ingresso convertitore possono soddisfare tali requisiti. A tal scopo si raccomanda il metodo a frequenza portante ove i segnali di misura vengono prima modulati e poi amplificati. Ciò elimina le interferenze indotte nel sistema quali il ronzio di rete e le tensioni termoelettriche

Importante: Tutti i canali di misura, indipendentemente dal loro livello di configurazione, vengono registrati con cadenza di campionamento di 19.200 Hz. In tal modo il sistema di misura PMX consente una prestazione complessiva di 400.000 valori misurati al secondo, livello impensabile da raggiungere con i PLC (programmable logic controller) convenzionali. Ciò mostra i limiti di detti sistemi, per cui non possono più essere presi in seria considerazione per compiti di misurazione e controllo di alta qualità.

Inoltre, il sistema di acquisizione dati PMX possiede diverse interfacce da impiegare a seconda dell'applicazione. La Ethernet è disponibile per l'acquisizione dati con il largamente usato protocollo TCP/IP, per salvare grandi quantità di dati su sistemi di valutazione esterni. Per l'automazione, il PMX può utilizzare bus di campo capaci di tempo reale quali CAN, EtherCat, Profinet ed Ethernet/IP. Con la capacità multi-client del PMX, tutti i dati e le informazioni diagnostiche possono essere utilizzati in parallelo a tutte queste interfacce. Tale combinazione, unica nel mondo dell'automazione, consente agli utenti di risparmiare considerevoli risorse per la pianificazione dei progetti e la creazione di applicazioni.

4. In che modo le Smart Functions (Funzioni Intelligenti) aiutano la tecnologia di misura e produzione?

Gli utenti ed operatori dei sistemi hanno famigliarità con la comodità operativa dei moderni strumenti smart (intelligenti) e la usano quotidianamente. Ora, per la prima volta, il PMX porta questa comodità nella tecnologia di misura e prova – un software ed una tecnologia operativa finora conosciuta solo per i telefonini intelligenti (smart) ed i PC tablet. Le interfacce standardizzate forniscono il comodo accesso a tutti i parametri degli strumenti per la configurazione, esercizio ed analisi mediante un terminale con capacità Internet. Il risultato è la massima sicurezza dell'investimento, a prova di futuro per gli utenti del PMX.

Il software PMX basato su browser stabilisce nuovi standard in termini di prestazioni ed usabilità. Tutto ciò che serve agli utenti per operare col software è semplicemente un terminale con capacità Internet. Il web browser dello strumento fornisce rapidamente e comodamente l'accesso a tutti i dati di misura, diagnostica e produzione per i servizi e manutenzioni oppure per valutare i processi

Affidabilità di processo avanzata: tre differenti livelli utente, con i relativi diritti, assicurano la massima protezione contro l'accesso da parte di non autorizzati al PMX ed a tutti i processi. Ciò elimina le installazioni di software ausiliario che portano via tempo e sono soggette ad errori.  Inoltre, la combinazione delle tecnologie Ethernet con Internet consente di effettuare un'economica manutenzione remota. Gli amministratori e gli utenti della produzione traggono notevole vantaggio da tutti questi fattori. 

Browser PMX di facile impiego grazie allo schermo tattile.

5. Concetti di automazione moderna e diagnosi efficiente

Come sopra menzionato, i linguaggi di controllo standardizzati basati sulla IEC 61131-3 sono una norma usata in tutto il mondo nei processi e nell'automazione delle fabbriche. In definitiva, tutti i PLC funzionano con questi linguaggi, comprendendo i sistemi per la produzione di presse, stampa di libri e giornali, nonché produzione di mobili e componenti di veicoli a motore.

L'amplificatore di misura PMX della HBM dispone ora di un'unità di controllo integrata per applicazioni in tempo reale. Essa si basa sulla piattaforma software CODESYS V3 dei sistemi di programmazione 3S ed IEC 61131-3. Sono supportati tutti i linguaggi di programmazione di tali sistemi. Per la prima volta la tecnologia di misura assolutamente esente da interferenze viene associata alla tecnologia di controllo normalizzata in tutto il mondo, aprendo agli utenti la strada per nuove soluzioni di automazione, compresa la visualizzazione dei destinatari e del web. Quali caratteristiche standard sono inclusi gli utensili per garantire l'efficiente codificazione. 

Le applicazioni addizionali annoverano l'automazione dell'energia, l'automazione mobile, l'automazione incorporata e quella delle costruzioni. In questi casi il PMX viene usato per controllare piccoli sistemi solari, centrali idroelettriche, impianti di pesatura e dosaggio integrati, sistemi medicali, illuminazione e monitoraggio dei controlli di climatizzazione. Il CODESYS, completa suite di software per la tecnologia di automazione, comprende tutto ciò che è necessario agli utenti per programmare, i bus di campo (fieldbus), la configurazione I/O, la visualizzazione, il controllo della movimentazione e di tutti gli altri compiti, includendo perfino le funzioni e le librerie proprietarie o personalizzate dagli utenti.



CODESYS: software di sviluppo e visualizzazione Web

 

I singoli moduli implementati nel PMX comprendono:

CODESYS engineering:

Ingegneria professionale delle applicazioni IEC 61131-3 per specialisti ed ingegneri del software, in una piattaforma espandibile. In particolare, il linguaggio di programmazione Structured Text (ST) è per la maggior parte equivalente ai linguaggi ad alto livello come il C/C++. Oltre alle funzioni ausiliarie, quali Intelli-Sense, AutoComplete e la rilevazione degli errori di sintassi, è stata implementata anche la programmazione orientata agli oggetti (OOP), sempre più frequentemente utilizzata dai programmatori innovativi che devono creare e gestire codici di programma nel più breve tempo possibile. Come caratteristica standard, sono compresi gli utensili per assicurare l'efficiente codificazione. Ciò comprende funzioni e librerie, nonché il controllo statico dei codici di programma per l'analisi del codice, un profiler per ottimizzare il codice ed un manager per creare script di prova del codice del programma. 

CODESYS fieldbus:

Supporto integrato nell'utensile IEC 61131-3 (cioè il PMX supporta l'interfaccia CANopen ancora largamente usata). Esso può ricevere i dati (CAN master) o trasmettere i dati CAN data (modo SDO / PDO). Risulta così possibile integrare flessibilmente nel PMX i moduli di campo addizionali, basati sul CAN, ed adattarli ai requisiti rilevanti. I segnali od i valori misurati possono essere letti mediante CAN, per controllare e regolare gli attuatori utilizzando l'interfaccia CAN. 

CODESYS visualization:

Creazione di interfacce professionali di visualizzazione pienamente integrate nel sistema di programmazione del PLC. Elementi indicatori sullo strumento destinatario, sul PC o nel web browser. Il CODESYS contiene una vasta libreria di elementi di visualizzazione e controllo di aspetto moderno, da cui gli utenti possono scegliere quelli più consoni ai requisiti della propria applicazione. L'intera vista può essere facilmente cambiata commutando le pagine di stile. Oltre a quelli predefiniti, l'utente può creare anche i propri stili personali.

CODESYS store:

In questo negozio in linea il programmatore può scegliere da una raccolta di programmi eseguibili e librerie. I codici, funzionanti sotto 3S, sono stati collaudati prima della pubblicazione. Gli utenti possono pubblicare i propri codici e scegliere se altri utenti possono usarli gratuitamente od a pagamento. Questo è un modo molto efficiente per risparmiar tempo ed espandere la funzionalità a noi già familiare ed usato nel mercato consumatori sotto forma di App Store (Negozio Applicazioni).

CODESYS security:

Proteggere il proprio know-how è diventata una priorità per molte società, e ciò comprende le soluzioni software. A tal riguardo, il CODESYS integrato nel PMX offre numerose possibilità. Una è lo application project (progetto applicazione): i file e le librerie del progetto sono criptabili mediante parola d'ordine o dalla CODESYS Security Key (chiavetta USB).

Un'altra è la gestione utente specifica del progetto dei singoli moduli del programma. Una terza possibilità si trova sullo strumento di destinazione (PMX), usando i profili utente per la protezione dell'accesso all'applicazione, unità di controllo e visualizzazione. Altri metodi efficaci includono la criptazione dell'avvio (boot) o la criptazione delle comunicazioni alle applicazioni che stanno girando. 
 
Una licenza CODESYS runtime è già compresa nel PMX con strumento base WGX001. Il CD incluso nella spedizione contiene il software di sviluppo CODESYS V3.5, il relativo pacchetto PMX ed una raccolta di utili programmi campione per generare il codice, visualizzare il web ed integrare i moduli CANopen. Con la HBM gli utenti ottengono tutto da una sola fonte. La HBM fornisce l'intera catena di misura con l'adatta soluzione software. Gli esperti HBM valutano il compito e gestiscono il progetto, dalla creazione del programma all'applicazione finita, fornendo anche tutta la necessaria documentazione.

PMX con controllo CODESYS e visualizzazione Web
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