Come ridurre i fattori di rischio legati all’utilizzo di macchine utensili e industriali? Come aiutare costruttori di macchine e aziende utenti del mondo manifatturiero a velocizzare il processo di selezione delle componenti di automazione e la fase di ingegnerizzazione in conformità a quanto disposto dalle normative di sicurezza?
In questa attività, che vede coinvolte sia le aziende che producono e commercializzano le macchine sia le imprese che le inseriscono nel proprio ciclo produttivo, è oggi possibile impostare una logica costruttiva che da una parte risponde alle normative in essere e dall’altra permette di migliorare e rendere più efficiente ed economico l’assetto della macchina.
Per fornire riposte esaustive e pragmatiche Siemens ha definito un approccio strutturato Safety Integrated che consente di gestire e risolvere tutte le diverse fasi del processo di creazione e immissione sul mercato di nuove macchine. Le fondamenta per realizzare l’architettura di macchine sono le componenti di automazione, di motion e di controllo – plc, drive e hmi – sulle quali Siemens rende disponibili funzioni di sicurezza integrata e tutta una serie di tool – Safety Evaluation e Safety Assesment – che consentono di digitalizzare tutte le diverse procedure per ottenere la marcatura ce, ma in prospettiva si afferma anche la possibilità di implementare funzioni safety attraverso la simulazione, come dimostra il recente annuncio di Sinumerik One, il primo cnc (computer numerical control) nativo digitale.
Un unico controllore, un solo ambiente di sviluppo, una sola comunicazione, sia per automazione standard sia di sicurezza: i concetti chiave della Safety Integrated sono bene evidenziati dall’esperienza di Millutensil – player mondiale nella produzione di presse per la lavorazione della lamiera – che ha utilizzato l’automazione di Siemens per mettere in sicurezza le linee di asservimento. Ecco quanto emerso nel corso della Digital Automation Week promossa da Siemens Digital Industries, l’operating company della multinazionale tedesca leader mondiale nelle tecnologie abilitanti per l’industria, guidata in Italia da Giuliano Busetto.
Le normative di riferimento per la progettazione di macchine ad alta automazione
Nell’ambito dell’automazione industriale, il tema della sicurezza funzionale assume un ruolo particolarmente rilevante. I costruttori di macchine e i datori di lavoro hanno l’obbligo sia dal punto di vista etico, sia legale, di garantire la sicurezza a tutela delle persone. Da un punto di vista normativo deve essere soddisfatta la Direttiva Macchine 2006/42/CE. Recepita da tutti gli stati dell’Unione Europea, rappresenta la legge fondamentale dei macchinari ed è basata sul rispetto degli standard iso 31849 (per la determinazione del performance level) e iec62061 (per la realizzazione di sistemi di comando elettrici). La Direttiva Macchine costituisce quindi la norma di riferimento per la costruzione di macchinari industriali contenente tutti i requisiti cui devono rispondere i costruttori per poter immettere sul mercato il proprio prodotto.
Un unico processo strutturato per la sicurezza di macchine e ambienti industriali
Da un punto di vista operativo cosa deve fare un costruttore per determinare il livello di rischio e i requisiti necessari per poter validare da un punto di vista safety la propria macchina e apporre la marcatura ce?
«Il costruttore» dice Alessandro Sardella, product manager di Siemens «deve eseguire il processo in cinque passi previsto dalla Direttiva Macchine partendo dalla valutazione del rischio, l’entità del danno e probabilità che si verifichi, e quindi le protezioni da adottare e le misure da prevedere nell’automazione per poi procedere alla fase di validazione e attestazione».
«Nello specifico» racconta Aldo Negri, product manager drive & safety di Siemens, «il processo prevede come primo passaggio la valutazione e analisi del rischio in funzione del livello di performance richiesto. Una volta completata questa prima fase, la cui responsabilità ricade sul costruttore, si passa alla determinazione dell’architettura di sicurezza». E’ a questo punto che entrano in gioco tutta una serie di tecnologie che semplificano e accelerano tutto il processo per la messa in sicurezza della macchina. A partire dal Safety Evaluation Tool, software che permette di individuare e selezionare plc, drive e dispositivi elettro-meccanici in funzione del performance level desiderato. «Se tutto è corretto» dice Negri «il software dà il semaforo verde per la procedura di validazione che può essere compiuta con il Safety Assesment Test, tool che digitalizza tutta l’attività di verifica delle singole funzioni di sicurezza che devono essere implementate. Alla fine, l’esito positivo dell’Assesment Test produrrà un documento che verrà integrato nel fascicolo tecnico della macchina e che servirà per ottenere la marcatura ce».
Safety Integrated for Machines, automazione e sicurezza in un unico dispositivo
Come coniugare sicurezza ed economicità? «La piattaforma Safety Integrated for Machines» afferma Piergiorgio Arioldi di Siemens «prevede tutta una serie di funzioni di sicurezza che possono essere implementate nei componenti di automazione per raggiungere alti standard di sicurezza senza hardware aggiuntivo. Questo si traduce in vantaggi sia dal punto di vista costruttivo che di implementazione. La possibilità di avere tutte le informazioni safety integrate in un’unica piattaforma semplifica l’engineering della macchina riducendo costi, time to market ed errori di cablaggio. Il connubio tra automazione (plc) e sicurezza in un unico dispositivo, offre semplicità di realizzazione avendo un numero di componenti ridotti e una maggiore modularità della soluzione. Un unico controllore, un solo ambiente di sviluppo, una sola comunicazione, sia per automazione standard sia di sicurezza». Il concetto di safety secondo Siemens si fonda su due capisaldi: l’integrazione che permette di condurre la fase di ingegneria nel modo più semplice e veloce possibile, e l’utilizzo di un’unica rete Profinet, che consente di alleggerire la struttura della macchina per avere il massimo delle informazioni sulla diagnostica attraverso protocollo ProfiSafe. In questo modo è così possibile avere uno scambio dati veloci tra plc e il drive senza dover scrivere nessuna riga di codice per attivare le funzioni diagnostica.
Integrazione Failsafe a tutti i livelli di automazione
In Safety Integrated sono compresi tutta una serie di dispositivi – componenti di automazione, drive, comunicazione, pannelli hmi, switching technlology – che hanno embedded la parte di security, sia hardware che software.
«La flessibilità del software» afferma Negri «permette di programmare logiche di funzionamento anche complesse, utilizzando funzioni di sicurezza già presenti in librerie dedicate con il vantaggio di poter riutilizzare a tempo e costo zero il programma su applicazioni future».
Nel portafoglio sono incluse funzioni Failsafe Automation Systems per controllori plc (famiglie Simatic e Synumeric); Failsafe Drive Technology, con un’offerta di inverter per diverse tipologie di potenza e di prestazioni; Failsafe Industrial Control per i dispositivi di controllo ovvero relays che appartengono alla famiglia Sirius; Failsafe communication, per la parte Profinet, standard industrial ethernet per l’automazione, che supporta e integra il protocollo ProfiSafe dedicato a funzioni di diagnostica di sicurezza; Failsafe operator control and monitoring, per funzioni safety da applicare ai pannelli di comando hmi. Per i drive vengono per esempio messe a disposizione funzioni per lo stop in sicurezza o la gestione sicura del freno di stazionamento, il monitoraggio della movimentazione, il controllo della velocità. Secondo quanto affermano gli esperti di Siemens, «Tutte le funzioni sono facilmente configurabili in conformità alle normative di settore ec62061». Insomma, un’ampia scelta di funzioni per realizzare macchine sempre più sicure».
L’automazione Siemens per presse in sicurezza. Il caso Millutensil
Fondata nel 1955, la cremonese Millutensil rappresenta uno dei più importanti player mondiali nella produzione di presse prova stampi, apri-stampi e macchinari per la lavorazione della lamiera. Come spiega Andrea Cortelloni, responsabile sviluppo software dell’azienda, «Safety Integrated viene utilizzato per garantire massima sicurezza delle linee di asservimento delle presse. Inserimento coil, carico coil, tutte le operazioni in cui l’operatore è a stretto contatto con le lamiere, tutte le movimentazioni e i motori devono poter essere gestiti in massima sicurezza. Le funzioni da noi implementate sono gestite da plc Siemens». Arresto di emergenza, controllo di ripari mobili interbloccati, controllo sensoristica e monitoraggio, controllo dei pulsanti di limitazione, comandi bimanuali per pulsantiere remote, gestione safety del drive e delle uscite di sicurezza, sono operazioni realizzate con funzioni Safety Integrated. Il vantaggio fondamentale di utilizzare il Safety Integrated di Siemens? «Avere un unico interlocutore che permette di avere un pacchetto completo di funzioni di sicurezza» risponde Cortelloni. «Significa poter ridurre i costi complessivi di gestione e alla stesso tempo semplificare tutta la parte di architettura di automazione nel rispetto degli standard normativi». Come afferma Alessandro Sardella, product manager di Siemens, «il caso Millutensil dimostra che è possibile far convergere su un unico plc sia la parte standard di automazione che la parte di sicurezza». Se alla cpu è demandato il compito di valutare e agire, alle schede di sicurezza è richiesto – tramite loro processore dedicato – di segnalare qualsiasi anomalia. Nello stesso quadro elettrico non deve quindi essere presente un plc per compiti canonici dell’automazione e allo stesso tempo una centralina di sicurezza realizzata mediante relays elettromeccanici. «A differenza di un sistema non integrato – in cui i due circuiti dialogano con difficoltà – la possibilità di avere tutte le informazioni integrate in un’unica piattaforma consente di ridurre i costi di servizio con ricadute positive su tutta la gestione della sicurezza funzionale delle presse», afferma il responsabile sviluppo software di Millutensil.
Sinumerik One, dove il futuro dell’automazione coniuga con il presente
Il digitale avanza a grandi passi influenzando in maniera sempre più incisiva i processi costruttivi. L’implementazione della safety nelle macchine industriali inizia a poter essere realizzata passando attraverso la simulazione. Nel settembre del 2019 Siemens ha infatti annunciato Sinumerik One, il primo cnc (computer numerical control) nativo digitale che si avvale di un software che genera il controllore della macchina e il suo gemello digitale. In questo modo i costruttori macchine possono mappare virtualmente le funzioni di sicurezza che sono state definite in fase di progetto per verificarne la correttezza e validità.
Grazie al modello virtuale della macchina tutte le funzionalità possono essere testate consentendo di apportare le modifiche più opportune. Anche la formazione degli operatori di macchina può essere effettuata con il gemello digitale invece che sulla macchina vera e propria. Sinumerik One rappresenta quindi il nuovo paradigma costruttivo che consente di raggiungere livelli di sicurezza, ambientale e funzionale, coerenti con un utilizzo in un contesto reale. Una nuova tecnologia che secondo Siemens permetterà ai costruttori di macchine di simulare la safety di macchina riducendo in modo significativo i tempi di produzione e il livello ottimale di sicurezza.
