di Marco de’ Francesco ♦ La multinazionale tedesca dei sistemi di automazione introduce una tecnologia che può rivoluzionare le attività sullo shopfloor in fabbrica. Un’innovazione resa possibile da un software – TwinCat – che trasforma un Pc industriale in un controller real time. Ecco le nuove realizzazioni di questa un’azienda a conduzione familiare da 916 milioni di fatturato
Mover planari svincolati da strutture meccaniche rigide che fluttuano letteralmente sopra speciali piastre. E’ la movimentazione a levitazione magnetica. Il sistema XPlanar della multinazionale tedesca dei sistemi di automazione consente la realizzazione di percorsi mai sperimentati in linee tradizionali, e di suddividere sino all’unità i flussi dei prodotti: i robot per distribuirli non sono più necessari. L’attrito è azzerato, e con esso l’usura dei componenti. Beckhoff Automation – un’azienda a conduzione familiare da 916 milioni di fatturato – ritiene che l’invenzione rappresenti una svolta per il packaging e per l’assemblaggio. Un’innovazione resa possibile da un software – TwinCat – che trasforma un Pc industriale in un controller real time, aggregando funzionalità tipiche del Plc, di motion e altro. E che di recente è stato integrato da soluzioni di machine learning. È il “cervello” che rende sincroni e precisi gli spostamenti dei mover di XPlanar.
Quanto alla comunicazione, le piastre già contengono il sistema EtherCat G, evoluzione di EtherCat, a sua volta avanzamento delle reti Ethernet industriali. Il primo, il cui sviluppo è caldeggiato da un consorzio internazionale guidato da Beckhoff, consente una velocità di trasmissione dati pari a 1 GigaBit al secondo. L’azienda ha annunciato di recente la realizzazione di dispositivi in grado di utilizzare EtherCat G; ma sono attesi progressi di grande portata. Di tutto ciò abbiamo parlato con Duilio Perna, managing director della filiale italiana.
L’approccio di Beckhoff all’automazione
L’idea fondante di Beckhoff è quella di una tecnologia di controllo basata su Pc. Secondo Perna, «la filosofia dell’azienda prevede che un solo hardware incorpori tutte le funzioni di automazione: il controllo delle macchine svolte dal Plc, il posizionamento motion, la sicurezza, le trasformate della cinematica, i sistemi di visione e tanto altro». Tutte queste operazioni sono svolte da un computer industriale, grazie al software fornito dall’azienda. Non occorre altro hardware nello shopfloor per eseguire queste attività. Ciò di per sé comporta un risparmio per l’azienda-cliente. E poi, il sistema è scalabile: per coprire nuove funzioni o per aumentare la potenza di calcolo, basta aggiungere nuovi moduli di software o arricchire quello già presente nel Pc.
Beckhoff Automation è una multinazionale con sede a Verl, nella Renania Settentrionale-Vestfalia. È stata fondata nel 1980 da Hans Beckhoff , attuale managing director. Con 4.300 dipendenti attivi in 38 filiali e 37 sedi di distribuzione diffuse in 75 Paesi, Beckhoff è operativa in quattro settori tecnologici: automazione, Pc industriali, I/O (input/output, e cioè le interfacce informatiche messe a disposizione da un sistema operativo ai programmi, per effettuare uno scambio di dati o segnali) e motion. La filiale italiana ha un fatturato di 39 milioni e 50 dipendenti. Secondo Perna, per la crescita l’azienda deve «puntare su soluzioni meccatroniche e sui sistemi di visione, continuando a sviluppare la rete di partner».
TwinCat, il cuore del sistema
Il software di Beckhoff capace di trasformare Pc compatibili in controller real-time si chiama TwinCat. «È un sistema multi-core – spiega Perna – perché consente di assegnare ad ogni core della Cpu, e quindi ad ogni nucleo elaborativo di un microprocessore, una funzione specifica. Per esempio, un core si occuperà della safety, un altro dei meccanismi di visione, un altro ancora di robotica. Pertanto, è molto efficiente. Supporta tutti i linguaggi standard per l’automazione». TwinCat è anche costituito da ambienti di sviluppo per la programmazione, la diagnostica e la configurazione. Qualsiasi programma Windows, ad esempio Office, può accedere ai dati TwinCat tramite comuni interfacce Microsoft; in questa semplice modalità, si possono eseguire comandi.
Peraltro, ora Beckhoff mette a disposizione una soluzione di machine learning integrata nel software TwinCat 3, una recente versione. Il machine learning è l’apprendimento automatico: il sistema impara dall’esperienza. Grazie a particolari algoritmi, è in grado di svolgere ragionamenti induttivi, elaborando regole generali definite associando l’input all’output corretto. Secondo l’azienda, con il machine learning si fornisce ai costruttori di macchine e ai produttori una base per migliorare le prestazioni di una macchina, per programmare la manutenzione, per ottimizzare automaticamente i processi e per rilevare anomalie. Infine, la versione TwinCat 3 è stata integrata da Beckhoff nell’ambiente di sviluppo Microsoft Visual Studio, un editor di codici per lo sviluppo di applicazioni per computer, smartphone, tablets e altro.
XPlanar, il sistema che fa volare i mover
Oggi chi realizza un impianto manifatturiero ha una possibilità in più. Un’invenzione di Beckhoff è destinata a modificare le applicazioni di movimentazione in ambito packaging, assemblaggio e intralogistica. Il sistema si chiama XPlanar. Comporta un punto di forza: i mover, e cioè i carrelli che trasportano le cose da una parte all’altra della linea perché queste siano trattate, non sono in alcun modo vincolati ad una qualche infrastruttura meccanica rigida. Letteralmente: volano. I mover sono planari, perché fluttuano liberamente sopra piastre disposte a piacere. È la levitazione magnetica, che consente posizionamenti mai sperimentati prima, flessibili e precisi. Gli attriti meccanici sono ridotti a zero, e i trasporto dal punto A al punto B può essere costantemente riconfigurato. L’usura è un concetto superato.
«È un sistema molto pulito, modulare – afferma Perna – particolarmente adatto al food & beverage. È peraltro possibile separare flussi di prodotto in maniera semplice fino al singolo elemento, così da sostituire robot e altri dispositivi meccanici non flessibili necessari in precedenza». Secondo l’azienda, la base del sistema XPlanar è costituita da piastre planari in formato 24 per 24 cm; contengono l’intera elettronica e il sistema di comunicazione EtherCat G, di cui parleremo a breve. Quanto ai mover, ce ne sono di quattro categorie: piccoli, 95 per 95 mm per un carico utile fino a 0,4 kg; standard, 155 per 155 mm per pesi sino a 1,5 kg; lunghi, 155 per 275 mm per carichi sino a 3 kg; e infine grandi, 275 per 275 mm, capaci di trasportare componenti fino a 6 kg. I mover peraltro possono sollevarsi o abbassarsi di 5 mm, inclinarsi di 5 gradi e ruotare di 15 gradi; ma con speciali piastre planari possono ruotare di 360 gradi.
Cambi formato al volo con XTS
Sempre in tema di motion, c’è un’altra tecnologia sviluppata dall’azienda, sulla quale Beckhoff punta molto: XTS. Sta per eXtended Transport System, ed è un sistema meccatronico che, secondo l’azienda, unisce i vantaggi dei sistemi rotativi e di quelli lineari. In pratica, rende possibile definire liberamente un percorso, una traiettoria, associando moduli lineari e altri curvilinei, e cioè quelli che presentano curvature a 22,5 gradi, 45 gradi, 180 gradi. Su questo percorso, i mover si spostano in modo del tutto autonomo e indipendente gli uni dagli altri, «secondo una propria legge di moto», per dirla con Perna. Per la scheda pubblicata dall’azienda, i mover operano con una accelerazione sino a 100 metri al secondo, e con una accuratezza di posizionamento di 0,15 mm.
Secondo Perna, XTS «è un sistema modulare, molto flessibile. Consente di fare il cambio formato “al volo”, circostanza di grande rilievo in un contesti industriali dove si gestiscono lotti sempre più contenuti e dove si sta affermando la customizzazione di massa dei prodotti. Peraltro, XTS fornisce informazioni sull’usura dei componenti, e ciò permette alle aziende di programmare la manutenzione, in forma preventiva o predittiva. Anche i dati sulle performance sono valutati real time». Per i settori alimentare e farmaceutico, infine, è stato infine studiato un XTS Hygienic, completamente incapsulato, con componenti in acciaio e sigillati.
Alla comunicazione ci pensano EtherCat G e G10
Oggigiorno i sistemi motion e quelli di visione producono una quantità particolarmente elevata di dati. Si pone il problema di una comunicazione veloce ed efficace. Le soluzioni, secondo Beckhoff, sono EtherCat G e EtherCat G10, evoluzioni delle reti ethernet industriali e del modello iniziale EtherCat. Quest’ultimo sta infatti per ethernet for control automation technology, ed è un sistema fieldbus, e cioè si riferisce a protocolli di rete di computer industriali per il controllo distribuito in tempo reale delle linee. EtherCat, inventato da Beckhoff, è adatto sia all’elaborazione real time che alla tecnologia di automazione. Qualche settimana fa, l’azienda ha reso noto di essere pronta con EtherCat G, che rappresenta un avanzamento considerevole. Secondo Perna «stiamo parlando di una velocità di trasmissione pari a 1 GBit al secondo, che diventano 10 GBit al secondo con la versione EtherCat G10».
Quella di EtherCat era di 100 MBit al secondo; si riscontra quindi un aumento della rapidità dei flussi da 10 a 100 volte. Considerati però alcuni limiti intrinseci alla propagazione dovuti al passaggio nei dispositivi, EtherCat G consente un incremento della prestazione da due a sette volte rispetto al primo EtherCat. Dunque, secondo il Ceo Hans Beckhoff, «con EtherCat G e G10 consentiamo ai clienti di costruire macchine migliori e più performanti a livello mondiale. Ma non si intende sostituire lo standard EtherCat». In pratica, i due nuovi modelli rappresentano un’integrazione verso l’alto del sistema originale, che però non è destinato, per ora, alla pensione. «Lo sviluppo di questi modelli – afferma Perna – è promosso da un consorzio internazionale di aziende, l’EtherCat Technology Group, aperto a fornitori di tecnologia, produttori di dispositivi e ad imprese utenti. Ad oggi, conta circa 5mila membri. Noi stiamo implementando prodotti compatibili con la nuova rete, ma siamo ancora in fase pioneristica».
I Pc industriali ultracompatti
Tra i prodotti di Beckhoff, i Pc industriali ultracompatti, studiati per soddisfare le specifiche esigenze, come ad esempio la modularità, gli ingombri ridotti all’interno del quadro elettrico, una maggiore potenza di calcolo e la crescente richiesta di contenimento dei costi. Sono certificati Microsoft Azure. La potenza di calcolo può essere scalata in base alle necessità dell’azienda cliente. L’ultimo nato della famiglia è il modello 6032, che misura solo 129 mm per 133 mm per 104 mm. Rispetto al precedente modello 6030, ha una scheda in più. È dotato di processori Intel-Core-i di sesta e settima generazione – fino al Core i7 con quattro core da 3,6 GHz. Secondo l’azienda, è una soluzione adatta ai sistemi di controllo multiasse, a complesse applicazioni di interfaccia uomo macchina e alla gestione di grandi volumi di dati.
