Aumentare l’affidabilità e le prestazioni

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Esempio di Small DCS con un sistema di controllo (C1) e n unità di automazione a logica programmabile (UL1…ULn). Le figure geometriche indicano vari tipi di interfaccia implementati.

Molti ingegneri da piccoli giocavano con i mattoncini da costruzione; quegli elementi modulari riescono a incastrarsi perfettamente tra di loro con forme sempre nuove; pochi tipi di mattoncini bastano per dare libero sfogo alla fantasia. Purtroppo questa esperienza spesso non è applicabile alla progettazione di macchinari reali.

Un macchinario o un impianto industriale consiste di elementi meccanici, elettro-meccanici e elettronica di controllo che interagiscono tra di loro. I macchinari spesso possono essere composti in unità funzionali (UF) indipendenti che collaborano tra di loro. Ad esempio consideriamo una fresatrice: in essa possiamo individuare le seguenti UF: l’unità di fresatura che muove l’utensile; il magazzino porta utensili; l’unità di carico e scarico. Un altro esempio è un impianto fotovoltaico: ogni unità è un insieme di pannelli solari, inverter di produzione, unità di movimento, sensori climatici ecc. Ciascuno di queste unità può essere realizzata in modi diversi con diverse tecnologie: il magazzino può essere lineare o circolare, il caricatore manuale o automatico; identica invece è la loro funzionalità e il modo con cui interagiscono con le altre unità: è possibile definire la loro interfaccia una volta stabilito cosa devono compiere.

Divisione funzionale

È possibile riportare questa divisione funzionale nella progettazione della logica di controllo? Purtroppo non sempre. Problemi di costi, comunicazione e manutenzione impongono l’uso di un’unica unità di controllo, che deve farsi carico del dettaglio di ogni UF; non solo, poiché i progetti evolvono col tempo, deve riuscire a controllare ogni UF in tutte le versioni che si succedono nel tempo. È come se per attaccare un nuovo mattoncino alla costruzione fosse necessario sapere come sono disposti tutti gli altri, ora e nel gioco precedente! Molti dei benefici della progettazione modulare si perdono in questo modo. La ditta ISAC si è posta questo problema. Tra i prodotti ISAC ci sono CNC e Programmable Automation Controller (PAC) utilizzati da anni in molti impianti e macchinari industriali. Tutti i prodotti hanno funzionalità di PLC, Motion Control, e HMI con un unico dispositivo hardware. L’ambiente di programmazione è standard IEC61131, cui si aggiunge ANSI C. I controllori possono interfacciare moduli I/O, inverter e azionamenti con bus di campo: Modbus, CANopen, Profibus, EtherCAT. Il collegamento con un sistema di supervisione è assicurato dalla rete Ethernet su cui sono montate le infrastrutture più adatte: OPC, TCP-IP. Un web server consente di ospitare pagine ASP e scambiare dati tramite web service. Questi dispositivi consentono di eseguire la legge di controllo con funzionalità di Motion Control anche nei modelli di prezzo molto basso, per cui è possibile montarne uno per ogni unità funzionale. Tale risultato è di per sé molto interessante, ma non è sufficiente per consentire una progettazione modulare.

Il servizio proposto

SmallDCS è un servizio real-time nato per risolvere le problematiche rimaste. Attraverso questo servizio i PLC possono collaborare in una rete tra di loro, con un modello d’interazione client-server. Ogni PLC può esporre un’interfaccia operativa che altri PLC possono consumare. Attraverso l’interfaccia possono essere scambiati dati creati con tipi di base definiti dal linguaggio di programmazione, o complessi (strutture, strutture annidate, array ecc.); il client riceve lo stato, o imposta valori di riferimento al server. Possono essere impartiti ordini dal client, e il server comunica l’esito dell’operazione quando è conclusa o è fallita. In caso di perdita di comunicazione, i client e i server ricevono una notifica e possono agire di conseguenza. Tutte le operazioni di comunicazione sono nascoste al programmatore della logica di macchina, che gode solo dei benefici. Questo servizio è simile ad altri esistenti per applicazioni Office (ad esempio DCOM, o web service), ma SmallDCS scambia dati in modo soft-realtime, ed è disponibile tra PAC o CNC anche diversi tra di loro. Creare o usare interfacce di rete è facile, si usa l’ambiente di sviluppo IEC61131, o l’ambiente C; gran parte dei blocchi funzionali (FB) che compongono un programma IEC possono essere trasformati in FB di rete. Il procedimento è automatico, e alla fine le FB di rete sono indistinguibili dalle altre FB. Usare la funzionalità nell’ambiente IEC61131 comporta qualche limitazione intrinseca allo standard, ma il beneficio di continuare a programmare con Linguaggio a Blocchi Funzionali, logica Ladder o Testo Strutturato sono enormi.  Infine sono disponibili FB per trasferire impostazioni e addirittura la logica PLC da un’unità PLC all’altra.

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