Azionamenti e motori: la chiave dell’automazione 4.0

L’utilizzo di motori e azionamenti elettrici interconnessi con lo standard Ethernet è la chiave tecnologica che rende possibile progettare applicazioni coerenti con le opportunità offerte da Industria 4.0. Nidec Control Techniques ha elaborato alcune best pratices che possono guidare i progettisti nella scelta di componenti e prodotti “4.0-ready”, come confermano le indicazioni emerse da un caso applicativo in ambito automotive.

di Fabrizio Dalle Nogare

Aumentare i profitti, ridurre i costi e incrementare i ricavi. Utenti finali e costruttori di macchine perseguono, a ben vedere, gli stessi obiettivi, ma lo fanno in modo diverso e con differenti priorità. Se, infatti, i primi ambiscono ad aumentare e velocizzare la produzione attraverso l’utilizzo di macchine più compatte e in grado di garantire un consumo di energia più efficiente, gli OEM hanno bisogno di rendere più veloce la realizzazione e l’installazione delle macchine stesse, contando su architetture più flessibili, che si adattino a ecosistemi di diversi end-user, e su performance migliori in termini di motion control.

Il ricorso alle soluzioni progettuali rese possibili dall’avvento di Industria 4.0 permette a entrambi gli attori del mondo produttivo di incrementare l’efficienza operativa.

Ma cosa si aspettano utilizzatori e OEM che si approcciano a Industria 4.0? “Secondo una ricerca di mercato che abbiamo condotto di recente – ci spiega Dario Dallefrate, Global PM Controllers and Safety di Nidec Control Techniques – l’aspettativa principale è quella di aumentare l’efficienza operativa attraverso soluzioni quali monitoraggio remoto, diagnostica, condition monitoring o manutenzione preventiva, che devono avvenire in tempo reale e prevedono pochi e precisi passaggi: catturare dati di processo e trasferirli verso altri sistemi, dove vengono archiviati e analizzati”.

Azionamenti elettrici intelligenti per raccogliere ed elaborare i dati

La chiave tecnologica che rende possibile progettare applicazioni coerenti con le opportunità offerte da Industria 4.0 è l’uso di motori e azionamenti elettrici interconnessi con lo standard Ethernet. “Il compito principale dell’azionamento elettrico è controllare il motore ma, in realtà, oggi gli azionamenti elettrici sono veri e propri sensori in grado di gestire enormi quantità di dati provenienti direttamente dal processo”, continua Dario Dallefrate. “Se consideriamo che i motori elettrici consumano circa il 70% dell’elettricità usata nell’industria, è facile capire come sia possibile ottimizzare il consumo energetico di questi componenti grazie ai dati forniti in tempo reale proprio da motori e azionamenti”.

Gli azionamenti elettrici raccolgono anche dati molto rilevanti per migliorare le performance delle macchine automatiche: sono in grado di collezionare fino a 240.000 campioni al minuto di dati quali corrente, velocità, posizione o coppia. “Oggi possiamo parlare di azionamenti elettrici intelligenti, cioè componenti che hanno a bordo un sistema di controllo in grado di archiviare ed elaborare una gran quantità di dati, filtrarli e poi inviarli a sistemi di livello superiore, come controllori di macchina, SCADA e così via, al fine di consentire un’analisi in tempo reale”, aggiunge il Global PM Controllers and Safety di Nidec Control Techniques.

Parlando di azionamenti intelligenti, e nell’ottica di una riduzione dei costi di sviluppo, sono da sottolineare i vantaggi derivanti dall’utilizzo di Standard Ethernet, che veicola i principali protocolli di controllo macchina (Profinet, Ethernet/IP, Modbus TCP/IP), per un’integrazione semplice e uniforme con gli altri dispositivi presenti in azienda.

Tre regole base per scegliere prodotti realmente “4.0 ready”

Alla base della progettazione di applicazioni industriali realmente “4.0-ready” ci sono i prodotti, che vanno selezionati con cura. Dario Dallefrate prova a elencare tre regole base che possono indirizzare tale scelta. “La prima regola potrebbe essere quella di scegliere prodotti intelligenti e scalabili con Standard Ethernet integrata. Si riducono così i costi, per via del minor numero di componenti e di connessioni richieste. Ethernet ha anche il vantaggio di consentire una facile integrazione con tutto il mondo Cloud/IoT abilitante per Industria 4.0. La regola “numero 2” consiste nel prendere in considerazione prodotti il più possibile aperti ai bus industriali e a quelli Ethernet. Dal momento che i sistemi di produzione tendono a diventare sempre più eterogenei, infatti, scegliere azionamenti elettrici che siano in grado di supportare il più ampio spettro di fieldbus di comunicazione – sia tradizionali che i nuovi standard di comunicazione su base Ethernet – permette ai componenti di scambiare informazioni con macchine e dispositivi già presenti in produzione”. Un ultimo suggerimento riguarda la modalità di visualizzazione dei dati, un aspetto sempre più importante in un contesto di fabbrica intelligente. “È sempre più comune far ricorso a dispositivi ormai diffusi nell’ambito consumer – pensiamo a smartphone, tablet o anche smart TV – ormai presenti anche in ambienti industriali. Per quanto riguarda le interfacce uomo-macchina, dunque, l’utilizzo di tecnologie basate sul web rappresenta attualmente lo stato dell’arte”.

Un caso applicativo di successo nel settore automotive

Nidec Control Techniques ha messo in pratica parte di quanto detto finora in un caso applicativo che partiva dalla richiesta di un cliente nel settore automotive. Nello specifico, l’applicazione era una macchina di test per componenti importanti quali le pastiglie dei freni. “Il cliente aveva l’esigenza di analizzare i dati provenienti dalla macchina di test per diverse attività: R&S, certificazione e qualità, test di durata e di produzione”, racconta Dallefrate. “La richiesta di partenza era la condivisione dei dati non soltanto all’interno del reparto di R&S dell’azienda, ma anche con altre sedi produttive geograficamente lontane. Si è quindi deciso di utilizzare prodotti intelligenti e scalabili che consentissero di elaborare localmente i dati provenienti dal test dei freni, analizzarli sempre a livello locale e condividerli con gli altri sistemi. Lo Standard Ethernet permette di archiviare questi dati in sistemi cloud aziendali, mentre la loro visualizzazione è affidata a HMI altamente intuitive e basate sul web”.