Un moderno macchinario industriale è un apparecchio molto complesso, che spesso combina l’uso di diverse tecnologie per svolgere la sua funzione, dai sottosistemi idraulici ai controllori digitali, dai motori elettrici alla sensoristica. Un fenomeno interessante correlato alle tecnologie di base impiegate nel macchinario è che, a mano a mano che esse diventano più sofisticate, cambia il ruolo dell’azienda che le produce. Essa da semplice fornitore di parti diventa qualcosa di sempre più simile a un consulente, se non addirittura un partner vero e proprio, coinvolto nel progetto del macchinario spesso fin dalle primissime fasi.
Un caso da manuale di questo fenomeno è la partnership creatasi fra Keb Automation, azienda tedesca specializzata nell’automazione integrata, e Automa by Magic, produttore di macchinari per estrusione soffiaggio di materie plastiche con base a Imola.
Automa by Magic nasce ufficialmente nel 2018 dall’acquisizione, da parte di Magic Mp, dello storico marchio Automa, forte di circa 3.500 macchine installate nel mondo in 40 anni di attività. L’azienda imolese voleva realizzare una nuova famiglia di macchine per estrusione soffiaggio, che da una parte superassero le criticità tipiche di quel tipo di macchinari (in particolare, consumi elettrici elevati e rilevante impiego di circuitazioni idrauliche che portano, per esempio, a complicazioni legate alla gestione di grandi quantità di olio) e dall’altra mantenessero i plus delle loro serie precedenti, come affidabilità, costanza di prestazioni e facilità di manutenzione; inoltre, l’azienda voleva creare macchine che fossero in qualche modo “familiari” ai clienti, che si sarebbero sentiti rassicurati dal fatto di ricevere macchinari apparentemente simili a quelli con i quali sono abituati a operare da decenni.
Per progettare questa nuova famiglia di macchine, Automa by Magic ha avviato una partnership con Keb Automation, la quale disponeva delle tecnologie e del know-how necessari per barrare tutte le caselle della check-list, oltre ad avere un’esperienza specifica proprio sulla componentistica per i macchinari a estrusione.
Di fatto, gli uomini di Keb hanno collaborato strettamente con il team di Automa fin dalla definizione del progetto, ottenendo alla fine le macchine che l’azienda di Imola ha battezzato Evo Line: due famiglie di sistemi, per estrusione continua e per accumulo, nelle quali la maggior parte degli azionamenti idraulici è stata sostituita da sistemi dotati di attuatori elettrici, e solo il cilindro principale viene mosso da una piccola centralina idraulica. Il sottosistema di chiusura carro, invece, viene controllato da una servopompa azionata direttamente da un motore brushless. L’innovativa “soluzione mista”, se così possiamo definirla, adottata sulle macchine Evo Line è ora in attesa di brevetto.
L’apporto di Keb Automation nel progetto comprende anche tutta la parte di controllo degli azionamenti, sensorizzazione e connettività, con le cpu di sesta generazione C6 Smart ed F6, i motori serie DL4 realizzati da Brusatori, specialista in motori brushless e partner di Keb, e soprattutto il software per la gestione della servopompa. Quest’ultimo elemento, fondamentale per le macchine per estrusione, è anche uno dei più critici e la sua sostituzione con modelli di nuova tecnologia, ad azionamento elettrico, permette di ridurre consumi elettrici e utilizzo dell’olio, ma rende anche necessario un software di gestione dedicato per ottenere un funzionamento corretto. E questo è appunto ciò che hanno sviluppato gli ingegneri software di Keb Automation.
La prima macchina della Evo Line è stata presentata ufficialmente alla recente Fiera K2022, la maggiore esposizione mondiale dell’industria delle materie plastiche e della gomma, tenutasi a Dusseldorf alla fine dello scorso ottobre. Il macchinario ha avuto un buon successo di pubblico e ora in Automa stanno lavorando per adottare la tecnologia Keb ad azionamento elettrico su tutte le loro macchine.
Nuove esigenze, nuove risposte
Fino a qualche anno fa, le richieste che produttori di oggetti in plastica facevano ai costruttori di macchinari erano sempre le stesse: volevano macchine capaci di lavorare velocemente, di produrre pezzi con la precisione richiesta, di avere bassa manutenzione e tempi/processi rapidi per il cambio formato. Ma da qualche anno, la variabile “sostenibilità ambientale” ha complicato il lavoro dei costruttori di macchinari. Adesso bisogna far sì che le macchine consumino meno energia e impieghino meno olio. Ma per ottenere questo, bisogna superare le tecnologie tradizionali impiegate da decenni. Bisogna per esempio cambiare gli azionamenti idraulici con azionamenti elettrici, e dotare le macchine di sistemi di controllo digitali che le rendano monitorabili in ambito Industria 4.0. Ma per fare ciò bisogna mettere in campo un know-how che spesso queste aziende non hanno. Ecco che diventa fondamentale poter contare su partner che possiedano al loro interno la conoscenza sia delle nuove tecnologie da implementare, sia del settore verticale di impiego.
La partnership che si è stabilita mesi fa tra Automa by Magic, produttore di macchine per l’estrusione di materie plastiche, e Keb Automation, l’azienda tedesca specializzata nell’automazione integrata, è un esempio tipico. Automa da tempo cercava un partner con il quale realizzare macchine per estrusione più in linea con le emergenti esigenze di sostenibilità ambientale, e dopo lunghe ricerche il bagaglio di know-how di Keb è sembrato perfetto. «In Keb abbiamo trovato un partner affermato nel mercato dell’automazione, che ci ha supportato e ha condiviso con Automa by Magic la volontà di innovare i propri modelli di macchina per estrusione soffiaggio, sia a estrusione continua, sia ad accumulo – ci ha detto Gianluca Maini, sales manager di Automa by Magic – un vantaggio e valore aggiunto di Keb è sicuramente l’esperienza su applicazioni simili, già utilizzate in settori diversi ma in qualche modo aventi principi produttivi non così distanti dalle macchine di Automa by Magic. L’esperienza e disponibilità di Keb sono state un valore aggiunto nell’intraprendere un percorso non ancora sviluppato e diffuso dell’applicazione che Automa by Magic ha presentato alla recente fiera di K2022 di Düsseldorf». Come dicevamo in apertura, disponibilità delle tecnologie, conoscenza del mercato target, ma non solo.
«Oggi nel mondo dell’automazione industriale è molto importante offrire una soluzione hardware che possa ricoprire tutti i livelli di un’architettura macchina, ma di fondamentale importanza diventa il valore aggiunto all’interno della soluzione, partendo dalla progettazione e realizzazione dell’architettura di macchina, dallo sviluppo del software, fino all’assistenza e al service offerto ai clienti – conferma Walter Naddeo, head of application management in Keb – Così è nata la nostra proposta e la nostra collaborazione con Automa. La soluzione hardware di Keb parte dalla fornitura di motori elettrici della serie DL4, progettati e realizzati dal nostro partner Brusatori, che offrono in dimensioni compatte alta efficienza e alte performance, gestiti e comandati dai nostri azionamenti di generazione 6, che integrano tutta la tecnologia presente sul mercato, e in questa macchina in particolare integrano il nostro software di gestione della servopompa. Tutto il controllo della macchina, per la parte di elettrificazione, è demandato al nostro controllore C6 Smart, all’interno del quale abbiamo inserito il valore aggiunto di aver realizzato completamente il software».
In effetti, la forte competenza di Keb nel settore dell’estrusione della plastica è stato un aspetto fondamentale della partnership, così come lo è stata la capacità dei progettisti Keb di affiancare il team di Automa in tutte le fasi di progetto.
I vantaggi di una soluzione elettrica
Ma quali sono i maggiori vantaggi nel passaggio da una soluzione “tradizionale”, basata completamente su azionamenti oleodinamici, a una innovativa che impiega azionamenti mossi da motori elettrici e sistemi di controllo digitale? Secondo Maini, «il primo vantaggio dell’applicazione in cui la soluzione Keb è adottata, è l’elettrificazione della soluzione oleodinamica, che ha permesso di convertire in maniera rapida la precedente versione della macchina, che era completamente oleodinamica e presentava consumi elettrici maggiori. Va da sé che l’innovazione principale è quella di aver ridotto drasticamente i consumi della parte oleodinamica rispetto al prodotto precedente. Questo ha permesso di ottenere macchine più parsimoniose nel consumo elettrico, silenziose, performanti grazie alla potenza delle attuazioni oleodinamiche (cilindri) e con una manutenzione semplice per l’utilizzatore, restando molto simile alle macchine precedenti completamente oleodinamiche».
Il vantaggio della riduzione del consumo elettrico si ripercuote anche sulla sostenibilità. «La maggior sostenibilità ambientale di questa applicazione viene anche da una minor quantità di olio impiegato, che è circa del 90% inferiore rispetto alla soluzione precedente – aggiunge Maini – Indirettamente, anche i consumi di acqua per il raffreddamento dell’olio sono stati abbattuti, in quanto il nostro sistema ha eliminato diverse valvole oleodinamiche, artefici della perdita di efficienza dell’olio che ovviamente sviluppa calore durante l’attraversamento della valvola, calore che poi deve essere smaltito con scambiatori ed acqua raffreddata da impianti frigoriferi».
Un altro vantaggio collaterale è il drastico calo della rumorosità del sistema oleodinamico, grazie alla silenziosità delle pompe impiegate e dei motori brushless che comandano i sistemi e le centrali installate.
Anche a livello operativo, la soluzione adottata sulle macchine Evo Line presenta indiscutibili vantaggi, non solo rispetto ai tradizionali macchinari oleodinamici, ma anche nei confronti delle macchine “full electric”. Per esempio, sostituire lo stampo per cambiare produzione non richiede regolazioni. «Le macchine Full Electric, per la geometria delle ginocchiere che sviluppano il tonnellaggio della chiusura stampi, richiedono alta precisione costruttiva e possono anche richiedere regolazioni meccaniche a ogni cambio di formato – puntualizza Maini – La soluzione nelle macchine Evo Line è un cilindro oleodinamico che sviluppa la sua forza assialmente, quindi diretta e senza leverismi da regolare in maniera fine».
Quindi, maggior flessibilità e rapidità del cambio stampo e riduzione dei tempi morti per cambio produzione. Il tutto con consumi energetici pressoché identici a quelli di una macchina completamente elettrica, ma con una maggiore flessibilità produttiva.
«In sintesi, le soluzioni applicate e la gestione dei prodotti Keb ci hanno permesso di creare velocemente una macchina moderna e allineata alle aspettative del mercato, con bassi consumi e semplicità d’uso molto simile alla versione oleodinamica con la quale i tecnici dei nostri clienti hanno dimestichezza» conclude Maini.
Il ruolo del software
Come accade sempre più spesso, il software di gestione rappresenta un fattore chiave per la realizzazione del macchinario. In questo caso, il punto focale è quello del software di gestione della servopompa, ma più in generale tutta la programmazione al servizio degli assi idraulici.
«La soluzione software sviluppata da Keb permette di controllare il sincronismo di posizione degli assi idraulici dello stampo – spiega Stefano Berardi, Application Owner C&A and Software Development di Keb – Grazie al Multifieldbus Interface, siamo trasparenti verso l’architettura già esistente della macchina, quindi il cliente non deve cambiare la logica già sviluppata, e può lasciare a noi la gestione degli assi idraulici. L’algoritmo Servopompa permette di controllare pressione e portata di una pompa a ingranaggi abbinata ad un motore brushless. È stato sviluppato per girare all’interno del firmware del drive, così da avere la risposta più rapida possibile, che si traduce in prestazioni ottimali.
Lo startup della servopompa è reso facile e veloce grazie all’impiego di un’interfaccia grafica Wizard, che permette un utilizzo semplificato dei parametri essenziali dell’algoritmo».
Grazie all’utilizzo combinato di un inverter di frequenza e di un controllore per azionare le pompe, è possibile eliminare un gran numero di valvole e ridurre i tempi di ciclo e l’inerzia complessiva
Gli sviluppi previsti
Dopo la presentazione della nuova Evo Line, e vista la buona accoglienza al primo modello, Automa by Magic conta di estendere la gamma, che in futuro sarà composta da quattro modelli ad accumulo e 5 a estrusione continua. Inoltre, si punta ad estendere l’impiego della tecnologia Keb a tutta la gamma in produzione.
«Automa by Magic vuole commercializzare la serie che abbiamo denominato Evo Line in sostituzione della macchina oleodinamica ancora in produzione – ci ha detto Maini – ma non escludiamo di continuare a produrre la macchina oleodinamica per i clienti che preferiscono ancora il tradizionale per varie ragioni. La soluzione tecnica introdotta in questa linea di macchine sembra incontrare i favori dei tecnici che conoscono bene quanto sia importante avere macchine potenti ed ovviamente che abbiano consumi contenuti. In futuro, puntiamo ad estendere l’applicazione ai vari modelli che attualmente sono ancora completamente oleodinamici, in entrambe le tecnologie di macchine prodotte, estrusione continua e ad accumulo. Prevediamo anche di avere ulteriori step di sviluppo e affinamento dei software, per gestire in maniera sempre più ottimale le movimentazioni gestite». E qui, ovviamente, si chiama in causa nuovamente Keb. Cosa ha in programma l’azienda tedesca per stare al passo con i suoi clienti?
«Nella nostra proposta ci sarà l’integrazione delle nuove Cpu che usciranno sul mercato a partire da quest’anno – spiega Naddeo – con un’infrastruttura completamente rivista per andare incontro alle nuove tecnologie. Quindi saranno basate sul sistema operativo Linux e ingloberanno un’infrastruttura multiservizi, con un unico sistema Fieldbus che raccoglierà i dati dalla macchina, per poi condividerli tramite protocolli standard come OPC-UA, e potrà automaticamente gestire la raccolta del dato in arrivo dal macchinario per condividerla sui sistemi cloud. La fase di raccolta del dato sarà sempre più importante per gli sviluppi futuri, perché consentirà di mettere in connessione le macchine fra di loro e di andare incontro all’ottimizzazione dei processi per gli utilizzatori delle macchine stesse. Completerà l’evoluzione dei nostri prodotti la nuova piattaforma Hmi, che potrà essere integrata sempre all’interno dell’infrastruttura microservice di Keb, e fornirà interfacce snelle, di rapida configurazione, basate su browser, interattive e soprattutto scalabili».
La partnership dunque continua, e nuovi progetti sono già sul tavolo. Parlando della collaborazione con Automa by Magic, Marino Crippa, managing director alla guida della filiale italiana di Keb, ha dichiarato: «Siamo orgogliosi di aver collaborato con Automa by Magic a questo progetto che porta sul mercato una linea di macchine innovativa, che può contribuire al risparmio energetico in un momento difficile sia da punto di vista di approvvigionamento che di costi. La sostenibilità ambientale è un valore in cui crediamo e che Keb porta avanti quotidianamente anche in ambiti diversi dall’automazione come quello della mobilità».
Il produttore di macchinari per estrusione di materie plastiche ha utilizzato gli azionamenti digitali della multinazionale dell’automazione per i motori elettrici della macchina Evo Line
(Ripubblicazione dell’articolo pubblicato il 26 febbraio 2023)
