Trasparenza dei dati – la chiave per un processo che funzioni

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smartwire_3d_rz_kicsiSmartWire-DT integra i componenti che compongono la macchina direttamente nelle comunicazioni.

Per ridurre i costi del ciclo di vita di una macchina, è necessario che il maggior numero di componenti  sia in grado di inviare informazioni sul proprio stato. Con un sistema di cablaggio ad intelligenza decentralizzata, anche i componenti di automazione più semplici possono essere trasformati, in modo economico, in dispositivi intelligenti capaci di fornire dati preziosi utili ai fini dell’ottimizzazione della produttività, del monitoraggio delle condizioni operative e della manutenzione predittiva.

In campo ingegneristico, così come in molti altri settori, le attività sono fortemente condizionate dalla cres
cente pressione sui costi, da una concorrenza sempre più agguerrita e dai processi d’internazionalizzazione e globalizzazione in atto. Nell’ingegneria, queste sfide rendono sempre più critici i costi operativi, soprattutto considerando che le macchine vengono generalmente utilizzate per decenni. Di conseguenza, i costi operativi possono arrivare a superare rapidamente i costi di approvvigionamento. In un periodo di osservazione di dieci anni, gli oneri operativi possono essere da cinque a dieci volte superiori ai costi dell’investimento.

Informazioni dettagliate

Al fine di mantenere i costi sotto controllo durante tutto il ciclo di vita di una macchina, la trasparenza dei dati è un aspetto fondamentale. I tempi di inattività possono essere evitati solo attraverso la manutenzione predittiva e l’assistenza, a patto che siano rese disponibili informazioni dettagliate sullo stato del maggior numero possibile di dispositivi coinvolti nella macchina. Allo stesso tempo, queste informazioni possono essere sfruttate per massimizzare la capacità di produzione delle macchine, evitando il rischio di fermi imprevisti. Per poter stabilire delle previsioni verosimili e per prendere decisioni importanti in merito allo stato di una macc
hina, è necessaria poter disporre di un’ampia varietà di informazioni come, ad esempio, le condizioni del sistema, le temperature di esercizio, i tempi di reazione o i consumi energetici.

Generalmente, i dispositivi più complessi di nuova generazione integrano dell’elettronica che può essere utilizzata per registrare i dati e talvolta anche per pre-elaborarli. Tuttavia, la situazione cambia radicalmente se disponiamo di una macchina in cui sono stati installati componenti collegati, tramite un cablaggio di controllo, agli I/O digitali o analogici del sistema di comando in uso. In questi casi, una piattaforma di cablaggio intelligente – come il sistema SmartWire-DT by Eaton – offre una soluzione semplice, rapida e conveniente per raggiungere il livello di trasparenza dei dati desiderato. Per collegare al sistema di controllo i singoli dispositivi di commutazione, i sensori e gli attuatori, tale soluzione non richiede un cablaggio punto-punto tradizionale: tutti i dispositivi sono connessi tramite un flat-cable (verde) a otto poli mediante semplici connettori. Oltre a supportare la trasmissione dei dati, questo cavo fornisce anche l’alimentazione ai dispositivi collegati.

Interfacce SmartWire-DT

Il grande vantaggio di questo sistema – oltre alla rapidità e alla semplicità d’installazione – sono i moduli di connessione SmartWire-DT. Si tratta principalmente di ASIC dotati di un’interfaccia per la trasmissione dei segnali di misura analogici e digitali, di un processore per eseguire degli algoritmi di elaborazione indipendenti e di un potente front-end di comunicazione. Questi moduli convenienti e compatti possono essere utilizzati per registrare e pre-elaborare le informazioni acquisite anche dai dispositivi di automazione più semplici (come salvamotori o interruttori automatici), i quali possono così essere integrati facilmente nel processo di raccolta dei dati. In precedenza, nel caso di salvamotori o interruttori, era richiesta l’installazione di onerosi switch ausiliari dotati di ingressi digitali capaci di acquisire le informazioni. Ciò rendeva più complessi l’architettura e il design della macchina.

Anche le grandi macchine possono essere cablate in modo rapido

I moduli SmartWire-DT consentono l’integrazione nell’ambiente di comunicazione dei dispositivi collegati. Questo vale sia per pulsanti, contattori, finecorsa e sensori, sia per le unità che generano una grande quantità di dati di processo digitali e analogici, come ad esempio salvamotori elettronici, soft starters e drives. A un cavo di lunghezza massima di 600 m possono essere collegati fino a 99 dispositivi. I moduli di I/O IP67 consentono inoltre di cablare rapidamente macchine dotate anche di centinaia di sensori. Nel caso in cui si rendessero necessari successivi revamping, è sempre possibile integrare un ulteriore modulo sulla linea di comunicazione dell’eventuale nuovo sensore. L’utente può collegare i nuovi dispositivi alla linea tramite un connettore a spina e configurarli con la semplice pressione di un pulsante, secondo un processo quasi plug-and-play. L’utilizzo di costosi componenti fieldbus con un grado di protezione elevato può essere quasi totalmente evitato, mentre il cablaggio punto-punto può essere notevolmente ridotto o addirittura evitato.

Valore aggiunto per l’intero ciclo di vita

Il ricorso a questa tecnologia genera un valore aggiunto tangibile per tutto il ciclo di vita della macchina. In fase di progettazione, ad esempio, le unità logiche possono essere pianificate più facilmente ed efficacemente, riducendo il carico di sviluppo del progetto fino al 70%. Parallelamente, durante l’implementazione, le attività di cablaggio, collaudo e messa in servizio possono essere ridotte fino all’85%. In totale, un sistema di cablaggio intelligente è in grado di assicurare una riduzione fino al 30% dei costi associati al ciclo di vita di un impianto elettrico – dalla progettazione alla manutenzione fino all’assistenza. L’aspetto più importante, tuttavia, è che grazie alla trasparenza dei dati ottenuta, i processi di diagnostica e manutenzione migliorano insieme ai livelli di produttività e disponibilità della macchina.

In questo modo, un salvamotore integrato in una macchina tramite SmartWire-DT, ad esempio, può registrare dati molto importanti come la corrente assorbita dal motore, il sovraccarico e dati diagnostici utili. L’utente è quindi in grado di rilevare in tempo gli stati critici di carico e, nel caso di un arresto imminente, agire in anticipo per prevenire l’intervento della funzione di protezione del motore e il guasto dell’unità associata. La registrazione delle correnti del motore consente inoltre di fare funzionare gli azionamenti in modo continuativo e con prestazioni più elevate. Di conseguenza, ciò permette di aumentare la produttività della macchina, senza dover temere tempi di inattività causati da un sovraccarico. In caso di intervento, inoltre, l’avviatore del motore è in grado di fornire informazioni dettagliate sulla causa del guasto, ad esempio originato da un’anomalia di fase.

A livello di dispositivo, il sistema di comunicazione e di cablaggio intelligente consente ai costruttori di macchine e ai system integrators di registrare facilmente e individualmente tutti i dati richiesti dall’operatore al fine di riprodurli in una stazione di monitoraggio.

La base per l’Industry 4.0

Essendo interfacciabile con tutti i bus di campo standard tramite gateway – configurandosi quindi come sistema Internet of Things (IoT) – SmartWire-DT può essere collegato al cloud. Ciò permette di utilizzare i dati in tempo reale per servizi cloud, come ad esempio il monitoraggio delle condizioni operative. Anche se il costruttore della macchina dovesse eseguire delle modifiche in un secondo momento, i dispositivi di campo o il sistema di cablaggio non devono essere riprogettati: in tal caso, solitamente, la sostituzione del gateway è sufficiente. Questo significa che i nuovi standard di comunicazione, come ad esempio OPC UA, sono già supportati. I system integrators possono inoltre accedere ai dati dei dispositivi e della macchina via Internet, utilizzando tali informazioni ad esempio per la diagnostica e la manutenzione.

Grazie alle funzionalità integrate, i moduli di comunicazione SmartWire-DT consentono non solo di ottenere un’elevata trasparenza dei dati, ma anche di trasformare ogni unità in un dispositivo intelligente. Questi dispositivi intelligenti sono in grado di svolgere i propri compiti in modo indipendente e decentralizzato, cioè secondo i concetti alla base di Industry 4.0.

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