Come può la manifattura raccogliere i dati intrappolati nelle macchine, analizzarli in modo rapido ed efficiente, migliorare la qualità, ridurre i tempi di fermo e aumentare la produttività? In certi settori, come l’automotive, è sempre più difficile, a causa dell’interconnessione e dell’aumento della complessità dei sistemi e delle linee; e con il Covid, la carenza di manodopera ha evidenziato il problema. Ingenti volumi di informazioni restano inesplorati. Il Cloud, poi, fondamentale per alcune analisi, manifesta alcuni limiti strutturali nei tempi di risposta. Lì dov’è richiesto il real time, il sincronismo perfetto fra IT e OT, bisogna passare per l’Edge, e cioè per l’elaborazione dei dati vicino alla fonte di produzione, accanto alla macchina – e quindi non in un computer centralizzato (Fog) né sulla Nuvola. Tuttavia, l’Edge ha a sua volta mostrato il fianco ad un problema: quello della potenza di calcolo. Gli algoritmi più complessi girano in Cloud. Ma Emerson Automation Solutions dichiara di aver trovato la “quadra”. I suoi Controllori Edge integrano i Plc (controllore logico programmabile) tradizionali con Edge computing ad alte prestazioni e con gli Scada (un software, in genere installato su Pc o server, per la realizzazione, il funzionamento e la gestione di sistemi di supervisione, controllo e telecontrollo senza dover necessariamente scrivere codice con linguaggi di programmazione) in un unico dispositivo industriale.
Emerson Automation Solutions è una delle due divisioni di Emerson, una multinazionale con sede a Round Rock, nel Texas; è guidata da Lal Karsambhai, Ceo e presidente, ed ha revenue per 18,2 miliardi di dollari (+9% sul 2020) e un cash flow operativo di 3,6 miliardi (+16%). La divisione, cui è legato il 60% del turnover, si occupa di software di gestione delle operazioni e per l’automazione; ma anche di sistemi di controllo distribuito, computer industriali, Plc, Scada, nonché di strumenti di misura, di valvole attuatori e altro. L’altra divisione è la Commercial & Residential Solutions (refrigerazione, controllori per l’aria condizionata e altro). In Italia Emerson ha sedi commerciali a Milano e una produttiva, con il marchio Dixell, a Belluno. Di recente Emerson ha acquisito Progea, importante software house modenese.
Ma quali hardware e software possono essere associati per realizzare i Controllori Edge? Il software è soprattutto quello della piattaforma Movicon.Next, che supera un normale Scada sia per l’estensione dei settori di automazione industriale che per l’integrazione con Hmi e Realtà Aumentata; ed è quello di PacEdge, strutturato appositamente per la raccolta e l’esame dei dati at the Edge. L’hardware, invece, è quello di PacSystems, un portafoglio di soluzioni di controllo e automazione industriale, tutte modulari. In particolare RX3i Edge Controller associa tutti questi sistemi. I più recenti sviluppi di PacSystems e Movicon.Next saranno in mostra dal 24 al 26 maggio a Parma, alla fiera dedicata all’automazione e digitale per l’industria Sps Italia, Padiglione 6, Stand C050. Ne abbiamo parlato con l’Italy Leader di Emerson Automation Solutions Martino Caranti.
La strategia di crescita di Emerson Automation Solutions con edge e software per la produzione discreta
1) Perché Emerson Automation Solutions è sempre più orientata all’Edge
Secondo Caranti, se ad esempio si prendono in considerazione le linee di produzione dell’automotive, uno dei principali settori di sbocco per le soluzioni di automazioni di Emerson «sono sempre più automatizzate, sempre più digitalizzate, con macchine che producono una quantità ingente di dati che devono essere esaminati real time». Per Caranti, il real time fa la differenza, «perché consente una piena convergenza tra IT e OT, e per permettere all’IIoT di funzionare a dovere. Per tutto ciò, occorre l’Edge».
L’Edge, per Caranti, «dà finalmente visibilità a variabili chiave nella produzione, che se monitorate possono consentire ai tecnici di comprendere quello che sta accadendo e di migliorare costantemente le operation. Nella Chimica, poi, i processi possono essere simulati all’interno di dispositivi Edge sulla scorta di fattori critici rilevati, ad esempio relativi a pressione e temperatura, con forti risparmi per l’azienda e maggiore sicurezza quanto ai risultati». Quanto agli Edge Controller, «consentono di scaricare tutta la potenza di calcolo direttamente sulla macchina e di gestire i dati nell’apparecchiatura lì accanto o dentro di essa». Nel caso in cui diversi di questi device siano implementati nello shopfloor, ognuno di essi diviene parte di un ecosistema che fornisce agli operatori dati ad alta velocità per alimentare processi decisionali veloci. «È ciò di cui hanno bisogno i tecnici delle linee automatizzate» – afferma Caranti. Dati già strutturati possono essere inviati su applicazioni Cloud per ulteriori analisi.
2) Il software sempre più dedicato all’automazione della produzione discreta
Ovviamente, occorre che i dispositivi Edge siano dotati di potenti algoritmi. «In generale, il software è già una voce importante del fatturato, pari a 2 miliardi di dollari: infatti, realizziamo software per la gestione delle operazioni (gestione del rendimento degli asset, data lake e historian, rilevamento posizione); quello di automazione e controllo (per industrie di processo) e quello industriale avanzato, per singoli settori come il Life Science, il Food & Beverage o altro».
Secondo Caranti, sempre più il software è al servizio dell’automazione del “mondo discreto”, e cioè alla produzione di beni non omogenei (come nell’oil&gas) ma di valore individuale, come l’automotive. Di qui il citato acquisto (ottobre 2020) della Progea di Modena. Emerson era interessata ad «arricchire il proprio portafoglio e assistere i clienti dei mercati finali ibridi e discreti nella loro accelerazione del processo di trasformazione digitale» – rese noto Emerson. L’idea era quella di associare al portafoglio di software integrato e di controllo le capacità di Progea nell’analitica, nella visualizzazione industriale e nell’IIoT.
Movicon.Next, oltre lo scada
Storicamente, i sistemi Scada si sono evoluti come complemento delle soluzioni di automazione fornite dalle principali aziende mondiali del settore (Siemens, Allen-Bradley, Rockwell, Invensys plc, Wonderware, e altre); e sono utilizzati come interfaccia, sia verso operatori che verso altri sistemi, nell’ambito dei sistemi di controllo dei processi industriali o infrastrutturali. «Movicon.Next è qualcosa di più di uno Scada evoluto; in un certo senso, va oltre lo Scada» – afferma Caranti. Si tratta di una piattaforma software concepita per essere utilizzata in qualsiasi settore dell’automazione industriale: factory automation, controllo di processo, infrastrutture e building automation. La fabbrica è anzitutto interconnessa e monitorata su vari livelli: OT, IT, e IoT. Un sofisticato e personalizzabile sistema di allarmi permette di tenere lo shopfloor sotto controllo: con analisi, notifiche e dati storici. Quanto a questi ultimi, poi, sono vagliati grazie a più funzionalità integrate: trend, griglie, grafici, pivot e report.
Grandi volumi di dati, peraltro, possono essere convogliati su data base o su Cloud. «La platform si connette a Mes (Manufacturing Execution System: è un sistema informatizzato che gestisce e controlla la funzione produttiva di un’azienda: dal dispaccio degli ordini, agli avanzamenti in quantità e tempo, al versamento a magazzino; realizza inoltre il collegamento diretto ai macchinari) e Erp (“pianificazione delle risorse d’impresa” un software di gestione che integra tutti i processi di business rilevanti di un’azienda e tutte le funzioni, ad esempio vendite, acquisti, gestione magazzino, finanza, contabilità)» – afferma Caranti; e la connettività si basa sulla tecnologia Opc Ua, uno standard internazionale che consente lo scambio di dati in modo nativo tra qualsiasi dispositivo o modulo applicativo che lo abbia adottato. Quanto alla sicurezza, è garantita sia nella gestione dei dati tra client e server, che in quella relativa a utenti e password grazie a diversi modelli di autenticazione.
Si può accedere all’impianto anche da remoto, per app mobile (IoS e android) grazie alla tecnologia web client di ultima generazione e tramite il browser Html5, compatibile con la platform. Non solo: come si accennava, Movicon.Next può essere integrata non solo con sistemi di visualizzazione Hmi, ma anche con quelli di realtà aumentata, che serve ad arricchire la percezione sensoriale umana mediante informazioni visive ed acustiche fornite elettronicamente. Il valore aggiunto in ambito industriale consiste nel garantire il libero uso della manualità per l’operatore, e della sua mobilità, assicurando al contempo l’aggiunta real time delle indicazioni necessarie al contesto in cui l’utente sta operando. Quanto alla programmazione, la platform dispone di ambiente di sviluppo integrato, con librerie grafiche 2D e 3D e mappe geografiche interattive e dinamiche per i moderni sistemi di telecontrollo.
Pacsystems e Pacedge, soluzioni di controllo e software per la raccolta dei dati
1) Un portafoglio di soluzioni di controllo e automazione industriale
Grazie al portafoglio PacSystems, invece, è possibile monitorare, gestire e regolare la produzione. I controller, sono progettati per essere operativi in ambienti difficili: hanno un design senza ventola, sono resistenti agli urti e alle vibrazioni e dispongono di un rivestimento protettivo come barriera contro inquinamento, umidità e corrosione. Possono resistere a temperature da – 40 a 70 gradi. «Le schede elettroniche sono saldate a quelle madri senza parti in movimento, creando sistemi robusti e durevoli» – afferma Caranti. Utilizzano Profinet (standard per l’industrial ethernet) e sono interoperabili con la maggior parte degli standard di settore aperti. Tutti i sistemi hardware sono modulari, «e tutelati da una cyber security di livello due».
I controller possono essere di diverse dimensioni. C’è una linea large, legata alla famiglia RX3i, che peraltro consente la virtualizzazione e quindi il testing preventivo dei sistemi di controllo da implementare; una compatta, del gruppo RSTi-EP; una “micro”, del nucleo VersaMax; c’è infine PacSafe, dedicato alla safety. Le soluzioni PacSystems vengono fornite con un software di controllo. I dispositivi possono essere configurati in un ambiente di sviluppo integrato, utilizzando standard aperti. L’accesso al software è protetto con password crittografate e autorizzazioni.
2) PacEdge, il software per l’hardware at the Edge
Contemporaneamente al rilascio di PacSystems, l’anno scorso Emerson ha lanciato la piattaforma PacEdge. Come si accennava, si tratta del software industriale perimetrale che consente di raccogliere, analizzare, archiviare e trasmettere in modo sicuro i dati dalla strumentazione fisica dello shopfloor. Permette anche di realizzare applicazioni per usi come il monitoraggio dell’energia, dello stato di salute dei macchinari e della produttività. Ciò avviene in modo relativamente semplice, perché pacchetti modulari di software già contengono le app preconfigurate, sulle quali gli sviluppatori possono lavorare in un ambiente pilota con poche unità iniziali, per poi scalare sino a centinaia o migliaia di unità. Tutto questo senza servirsi di costose infrastrutture di rete e senza preoccuparsi di eventuali incoerenze tra ambienti operativi.
Rx3i edge controller
«È il nostro strumento più avanzato: infatti, mette insieme il software di Movicon e l’hardware e il software di PacSystems. Con l’integrazione di questi due mondi, si ottiene l’elaborazione dei dati in millisecondi, e questo è fondamentale in alcuni contesti manifatturieri dove le operazioni sono sincronizzate» – afferma Caranti.
In pratica, l’ottimizzazione dei processi in tempo reale avviene grazie alla combinazione delle capacità di calcolo deterministiche (quando un algoritmo, in base ad un certo input, ha un’esecuzione standard) e non deterministiche (quando l’algoritmo utilizza più percorsi). Il sistema si presta a controlli multidisciplinari. Dispone di una grande working memory, che consente di utilizzare programmi di elevate dimensioni nonché lo storage di ampi volumi di dati. Supporta Profinet, con velocità di aggiornamento fino a un millisecondo e fino a 64 dispositivi contemporaneamente.
Emerson in pillole: dai ventilatori ai controller
Emerson è stata fondata nel 1890 a St. Louis, Missouri, da due fratelli nati in Scozia, Charles e Alexander Meston, come produttore di motori elettrici e ventilatori. Negli ultimi 100 e più anni, Emerson è diventata un player globale di soluzioni tecnologiche. In tempi più recenti Emerson continua ad espandersi attraverso acquisizioni fondamentali come Rosemount (strumenti di controllo del processo) nel 1976, Copeland (compressori per sistemi di condizionamento e refrigerazione) nel 1986, Liebert (sistema di continuità e sistemi di raffreddamento di precisione) nel 1987 e Fisher Controlli (valvole di controllo del processo e regolatori) nel 1992. Nel 2001 Emerson compie due mosse chiave nei mercati asiatici in rapida crescita, acquistando Avansys, il principale fornitore di energia di rete cinese, e formando Emerson Network Power India Private Ltd. Nel 2006 la società acquisisce Knürr AG con sede in Germania e Artesyn Technologies con sede negli Stati Uniti rafforzando ulteriormente le capacità del suo business di rete elettrica. L’anno successivo Emerson rafforza le sue attività di soluzioni di storage e alimentazione di rete con l’acquisizione, rispettivamente, dell’attività di elaborazione delle comunicazioni integrate di Motorola e di Lionville Systems, produttore leader di carrelli point-of-care per le strutture sanitarie.
Nel 2008 Emerson acquisisce Aperture, fornitore leader di software per la gestione dei data center. L’anno successivo l’azienda introduce il marshalling elettronico DeltaV con tecnologia CHARacterization Module (Charm). Questa nuova soluzione riduce la complessità del collegamento dei sistemi di automazione con migliaia di dispositivi di controllo e misurazione di temperatura, pressione, livello, flusso e altri in una tipica operazione di processo. Nel 2010 Emerson si rafforza con due importanti acquisizioni: Avocent Corporation, leader nella fornitura di soluzioni che migliorano le capacità di gestione integrata dei data center delle aziende e Chloride, che fornisce sistemi e servizi di alimentazione continua commerciale e industriale. Nel 2012 Emerson introduce la piattaforma Trellis, il primo pacchetto hardware e software per la gestione dell’infrastruttura del data center (Dcim) in grado di controllare una gamma completa di apparecchiature per data center e risorse IT da un’unica console.
Nel 2013 Emerson acquisisce Virgo Valves and Controls Ltd di Pune, India, produttore leader di valvole a sfera e sistemi di automazione, ed Enardo Llc di Tulsa, Oklahoma (Usa), produttore di apparecchiature di sicurezza per serbatoi e terminali. Entrambi sono assorbiti dal business Emerson Process Management. L’anno successivo Emerson assume la piena proprietà di Appleton Group (ex joint venture chiamata EGS Electrical Group) che viene incorporata in Emerson Industrial Automation. Nel 2015 Emerson annuncia il riposizionamento del portafoglio sulle due citate piattaforme di core business: Automation Solutions e Commercial & Residential Solutions. Nel 2019, infine, Emerson annuncia di aver completato l’acquisto di Intelligent Platform da General Electric. L’aggiunta delle tecnologie del controllore logico programmabile (Plc) delle piattaforme intelligenti consente a Emerson, leader mondiale nell’automazione industriale e di processo, di espandere le proprie capacità nel controllo delle macchine e nelle applicazioni discrete.
