Dosatura precisa e veloce

0
597
La riempitrice multi testa retrofittata da RGS Automazioni di Motta di Livenza (TV) dispone di quattordici canali di vibrazione che confluiscono in altrettanti cestelli serviti da bilance Siemens Siwarex.

I sistemi di dosatura sono avidi di risorse per la quantità di segnali da trattare e per la complessità degli algoritmi da elaborare. Da Siemens una soluzione efficace ed efficiente che consente di gestire questo tipo di applicazioni con architetture standard ma prestazioni real time tipiche dei sistemi embedded.

Chi ha provato a scarpinare per sentieri di montagna sa che uno dei problemi principali quando ci si appresta alla partenza è lo zaino. Cosa potrà servire, quali oggetti possono essere lasciati a casa, quanto peserà lo zaino sono le domande che si pone ogni camminatore in salita per minimizzare la fatica e ottimizzare la gita. Il problema del riempimento dello zaino è così diffuso che ha addirittura fornito lo spunto per una generalizzazione matematica, il cosiddetto “Problema dello zaino” o “Knapsack problem” che può essere così enunciato: “dato uno zaino capace di sopportare un determinato peso e dati N oggetti di peso e valore diversi, quali oggetti mettere nello zaino per massimizzare il valore totale senza superare il peso sostenibile dallo zaino stesso?”. Il problema dello zaino, nella sua generalizzazione, rappresenta perciò la procedura di riempimento di un contenitore secondo diverse possibilità ottenendo nel contempo determinate caratteristiche di peso e di contenuto e dunque costituisce la generalizzazione ideale dell’algoritmo di base di molte macchine riempitrici; il “knapsack problem” è proprio l’algoritmo fondamentale sui ci si sono basati i progettisti della “RGS Automazioni” di Motta di Livenza (TV) per il retrofitting di una macchina di dosatura in grado di preparare confezioni di minuterie metalliche con un certo numero e tipo di pezzi ciascuna.

La CPU Siemens EC31 RTX; un vero PC con processore dual core e Windows XP embedded in una struttura PLC S7 300.

Il caso reale

Il reparto di confezionamento dell’azienda proprietaria della riempitrice utilizzava da quasi quindici anni due macchine identiche per le quali il costruttore non era più in grado di fornire assistenza e pezzi di ricambio. Ambedue le macchine erano gestite con sistemi embedded a microprocessore, non più reperibili sul mercato. Ad un primo esame era apparsa immediatamente evidente l’impossibilità di retrofittare il controllo con un semplice PLC a causa dell’enorme quantità di calcoli necessari per una macchina di questo tipo. Il sistema, in effetti una riempitrice multi testa, è infatti dotato di ben quattordici canali vibratori in grado di far fluire il materiale verso i rispettivi cestelli. Nella sua destinazione finale il materiale viene pesato e variamente combinato per ottenere la confezione voluta. La gestione di questo processo richiede l’esecuzione in tempo reale di migliaia di calcoli per valutare tutte le possibili combinazioni di riempimento e garantire le migliori prestazioni della macchina con un tasso di errore prossimo a zero.

PLC o sistemi embedded?

Chi opera nell’automazione industriale sa che ognuno dei due sistemi di controllo presenta vantaggi e svantaggi: i normali PLC costituiscono una piattaforma proprietaria ma assolutamente modulare, flessibile e ricca di possibilità di configurazione, in grado di assolvere praticamente alla totalità dei compiti di controllo senza però eccellere nell’esecuzione real time di algoritmi di regolazione complessi; per contro i sistemi embedded sono certamente più performanti nelle elaborazioni di calcolo risultando però molto meno o non del tutto configurabili, essendo normalmente progettati in maniera specifica per una ben determinata applicazione. RGS Automazioni ha risolto il proprio problema di automazione, che richiedeva sia controllo tradizionale che performance di calcolo, adottando la soluzione S7 EC31-RTX di Siemens, un vero e proprio PC inserito nell’architettura fisica e logica dei PLC S7-300.

Siemens S7 E31, PLC-PC

Con il sistema PLC-PC embedded “S7-EC31” Siemens fornisce ai propri clienti i classici due piccioni riunendo in un’architettura modulare, tipica dei sistemi PLC, le capacità di calcolo di un vero PC. Vediamone in dettaglio qualche caratteristica. Innanzitutto il PC EC31 fa parte di una famiglia di alcuni modelli che differiscono fra loro in relazione alle possibilità operative: EC31-RTX che costituisce il sistema base, EC31-HMI/RTX che integra la possibilità di programmazione e di connessione con pannelli operatore e EC31-RTX F che costituisce la versione ad alta disponibilità del sistema. Le CPU EC31 hanno la stessa struttura fisica dei PLC Siemens S7 300 e possono essere inserite in un rack S7-300 costituito sia da moduli di tipo SM, propri della famiglia PLC Simatic S7, sia da moduli di espansione per costituire un completo sistema di controllo Simatic S7-mEC. Le caratteristiche tecniche sono rilevanti:

  • Processore Intel Core Duo 1.2 GHz con 1 GB di RAM e Windows XP SP2 embedded
  • Livello di controllo PLC realizzato con WinAC RTX 2009
  • Fino a 128000 canali digitali di ingresso e 128000 canali digitali di uscita
  • Fino a 8000 canali analoigici di ingresso e fino a 8000 canali analogici di uscita
  • 2048 contatori e 2048 temporizzatori
  • Due porte USB, due porte Profinet e una porta Ethernet
  • Tempi di elaborazione di 0,004 microsecondi per operazioni a bit e in virgola mobile e addirittura di 0,003 microsecondi per operazioni in virgola fissa
  • Possibilità di programmazione in tutti i linguaggi IEC: KOP, AWL, FUP, SCL, CFC, GRAPH e HiGraph
Francesco Astolfo di RGS Automazioni ha contribuito personalmente al retrofitting dalla riempitrice e allo startup del nuovo sistema di controllo.

Il progetto RGS

La configurazione del sistema di controllo progettata da RGS è di tipo distribuito comprendendo:

  • un rack centrale in cui trovano posto, oltre alla CPU EC31 RTX, alcuni ingressi digitali e analogici e diverse uscite digitali e analogiche
  • una parte decentrata costituita da due morsettiere remote ET200S cui sono connesse le quattordici bilance Siemens Siwarex operanti sui quattordici cestelli di riempimento.

Le connessioni fra i sottosistemi CPU e morsettiere remote è realizzata in Profinet. Il sistema di controllo della riempitrice è poi completato da un pannello per interfaccia utente TP177 Mobile che consente ai tecnici e ai manutentori di operare sulla macchina o in prossimità di essa nella massima libertà e sicurezza. Tutta l’operazione di retrofitting della riempitrice è stata in realtà molto agevole ed è durata il tempo di un fine settimana; questo grazie al fatto di aver precablato il quadro e preparato in precedenza il software di gestione ma, soprattutto, grazie alla semplicità di taratura delle bilance Siwarex e all’immediatezza di messa in servizio della rete Profinet.

I vantaggi della soluzione RGS

Il sistema progettato presenta diversi vantaggi rispetto al precedente: innanzitutto il controllo risulta molto più rapido e performante, gli operatori utilizzano la macchina attraverso l’interfaccia grafica e testuale fornita dal pannello TP177, decisamente più user-frendly e molto più ricca d’informazioni delle semplici pulsantiere precedenti. Da considerare inoltre che la macchina retrofittata, da semplice sistema produttivo stand-alone, costituisce ora un nodo Ethernet, connesso direttamente alla rete aziendale. Ciò significa poter accedere con immediatezza al sistema di controllo per programmare quantità e formati, ricavare dati di produzione, effettuare in maniera semplice diagnostica anche da remoto.

L’ing. Mauro Lefi è uno dei soci titolari di RGS Automazioni e progetta personalmente i lavori più impegnativi.

Il soft PLC WinaAC RTX

Il software WinAC RTx è a tutti gli effetti un PLC software che “gira” su PC; equivale a tutti gli effetti a un PLC hardware e lo si programma nello stesso modo e con gli stessi strumenti dei PLC hardware. Il Software-PLC WinAC RTX viene impiegato quando la soluzione di automazione richiede elevata performance, elaborazione di un grande volume di dati e rigorosa funzionalità in tempo reale. Il sistema runtime ottimizzato consente l’elaborazione di applicazioni PC pesanti e complesse in parallelo al compito di comando. WinAC RTX gira sotto i sistemi operativi Windows XP Professional, Windows 7 o Windows Embedded Standard e impiega il nucleo real-time Interval Zero RTX per assicurare funzionalità in tempo reale e deterministica. Funzionalità in tempo reale significa che la reazione agli eventi di processo avviene entro un tempo certo e predeterminabile. Si possono addirittura definire indici di priorità di tutte le applicazioni che girano in parallelo sotto Windows, compresa, ovviamente, l’applicazione di comando WinAC RTX. Comportamento deterministico significa invece che il programma di comando viene elaborato in un ciclo impostato fisso e, se necessario, le applicazioni elaborate in parallelo vengono interrotte, come nel caso, per esempio, delle regolazioni di azionamento. L’intervallo di tempo che resta dopo l’esecuzione del programma di comando fino alla fine del tempo di ciclo è disponibile per Windows.

Richiedi maggiori informazioni










Nome*

Cognome*

Azienda

E-mail*

Telefono

Oggetto

Messaggio

Inserire questo codice*: captcha 

Ho letto e accetto l'informativa sulla privacy*

LASCIA UN COMMENTO

Please enter your comment!
Please enter your name here