La realizzazione di un’automazione dedicata, sviluppata per la gestione di macchine già esistenti, presenta sempre non poche difficoltà dovute alla necessità di adattarsi alla meccanica di macchine già esistenti e alla mancanza di esperienza e documentazione su problemi analoghi. Il lavoro svolto lascia, inoltre, al costruttore solo un know how generale che difficilmente può essere impiegato per altre applicazioni uguali o analoghe. Un nuovo approccio è stato sperimentato dalla ditta MT Tecnologie di Brescia, che ha unito la sua elevata professionalità nel campo della meccanica e della progettazione, a una soluzione di remotaggio e diagnostica degli I/O studiata ad hoc.
L’idea e lo sviluppo
L’obiettivo da raggiungere era l’automazione dell'alimentazione di imballaggi a 6 macchine confezionatrici. Questo compito era complicato dal fatto che il sistema di acquisizione delle scatole e dei coperchi era diverso per ciascuna delle sei macchine; inoltre, il criterio di caricamento doveva essere determinato in modo da veicolare il maggior numero di confezioni per unità di tempo.
Si sono dunque considerate come variabili "l’evento richiesta" e la distanza della macchina chiamante dal punto in cui venivano caricati sul nastro i nuovi imballaggi e coperchi. Inoltre, si è tenuto conto dell'esigenza di mantenere le macchine indipendenti, in modo da permettere loro di funzionare anche singolarmente. Il progetto è stato sviluppato anche in modo da garantire l'esclusione dal ciclo di lavorazione della confezionatrice che dovesse manifestare qualche problema, per consentire un intervento da parte dell'operatore senza rallentare o modificare il funzionamento delle altre.
Dal punto di vista meccanico, la macchina è stata suddivisa in sette parti, di cui una per il caricamento di scatole e coperchi sul nastro trasportatore e sei, simili fra loro, per la distribuzione degli stessi. I sei elementi di distribuzione che devono interfacciarsi con le confezionatrici preesistenti sono stati progettati con filosofie diverse di caricamento.
Si sono sfruttati anche due sofisticati ascensori, comandati da due posizionatori (MSS serie XPM) che, una volta presi i prodotti arrivati su richiesta, li appoggiano lentamente sul piano di caricamento della confezionatrice.
La movimentazione delle scatole e dei coperchi sul piano di caricamento e lungo il nastro trasportatore deve avvenire su richiesta della macchina, ed essere fatta in modo da evitare sovrapposizioni o impaccamenti. MT Tecnologie ha scelto di impiegare servoazionamenti Minas A serie XXV di Matsushita, comandati da scheda assi, che eseguissero le ripartizioni mediante lo spostamento - per un intervallo finito (END function) e ripetuto nel tempo - di un insieme di scatole o coperchi fra loro paralleli.
La logica di controllo
Per quanto riguarda la logica di controllo, si è cercato fra le varie possibilità offerte dai PLC serie FP Matsushita - che vanno dalla classica distribuzione degli I/O a bordo macchina, alle reti di I/O remoti proprietarie, fino alle più rinomate reti Profibus ed Ethernet - una soluzione che consentisse di soddisfare al meglio le specifiche del progetto. Il PLC doveva gestire circa 800 punti digitali, 4 motori brushless e consentire il remotaggio di un elevato numero di I/O.
Si è quindi scelta la serie FP2 che dispone di 1600 punti indirizzabili, schede assi per la gestione di 4 motori indipendenti con uscita impulsi fino a 1Mpps, e schede di I/O remoti standard e proprietarie. Tra le reti proposte, MT Tecnologie ha optato per la rete proprietaria S-Link che, mediante BUS di campo in 485, permette di distribuire fino a 128 I/O remoti per ogni modulo di rete impiegato. S-link è stata valutata come una soluzione valida per molteplici problemi, soprattutto in virtù delle seguenti caratteristiche:
• la semplicità di cablaggio, dovuta a un insieme di connettori e ad una pinza particolare, che realizzano in tempo zero le derivazioni a T e le connessioni verso i modulini remoti;
• la diagnostica integrata, che consente di rilevare il numero di moduli remoti presenti sulla rete, utile in fase di installazione, e l’indirizzo in esadecimale della stazione dove si sono verificati degli errori. Tali informazioni sono disponibili sia a bordo PLC mediante display numerico sia a livello software.
• facilità di programmazione, in quanto ogni punto di I/O viene visto come fosse un I/O a bordo macchina;
• l'autoalimentazione dei moduli remoti, grazie alla possibilità di portare l’alimentazione lungo la rete assieme al segnale.
Queste caratteristiche hanno permesso a MT Tecnologie, tramite l’impiego di 6 reti S-link, di dislocare ben 640 dei 780 punti di I/O lungo la macchina, suddividendo l’intera applicazione nelle 7 parti e rendendo quindi più immediate le operazioni di diagnostica sia in fase di sviluppo che di messa a punto.
Tutte le operazioni avvengono in seguito al verificarsi di un evento remoto e devono controllare e muovere meccaniche gestendo output remoti.
Un esempio può essere dato dalla richiesta di nuove scatole da parte della confezionatrice, con prelevamento dal nastro trasportatore. Queste operazioni sono fortemente correlate non solo allo scan time del programma che deve elaborare gli ingressi e aggiornare le uscite, ma anche alla velocità della rete. L’S-Link presenta una velocità di scambio dati pari a 28,5 Kb/s; si ha, quindi, un tempo di ritardo massimo tra l’eccitazione del contatto remoto e la rilevazione di tale eccitazione da parte della CPU di circa 5 ms, che è inferiore al normale scan time del PLC e quindi non particolarmente critico per il funzionamento.
Conclusioni
Le problematiche affrontate sono sicuramente onerose, in termini di tempo e di risorse umane, per qualsiasi ditta di automazione, ma non irrisolvibili.
L’impiego di appropriati sistemi di automazione, che permettano di frazionare in più sottoproblemi minori un problema altrimenti ostico nel suo complesso, mantiene la sua attualità anche fuori dall’ambiente più strettamente informatico. Disporre quindi di un'automazione distribuita di facile installazione e utilizzo, può essere lo strumento in più per affrontare con successo anche l’automazione su macchine dedicate. E Matsushita Electric Works è pronta alla sfida.
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Automation on board the machine
MT Tecnologie of Brescia has achieved automation of packaging machines, taking advantage of the features of the Matsushita S-link field networks, available for the latest generation series FP0 and FP2 PLCs.
Produced by Matsushita Electric Works Technical Office
The production of dedicated automation developed for the management of already-existing machines always presents more than a few problems, due to the need to adapt it to the mechanics of the existing machines and the lack of experience and documentation on similar problems. Moreover, any work carried out leaves the manufacturer with only general expertise, which can only with difficulty be applied to similar applications.
new approach has been tried out by MT Tecnologie of Brescia, which has linked its high level of expertise in the field of mechanics and design to a solution for the remote control and diagnostics of the I/O studied piecemeal.
The idea and its development
The objective to be achieved was the feeding of packaging into 6 packaging machines. The task was complicated by the fact that the system for picking up boxes and lids was different for each of the six machines; moreover, the loading criteria had to be devised so as to move the greatest number of packs per unit of time.
The variables to be considered were therefore the “required event” and the distance of the receiving machine from the point at which the new packaging and lids were loaded onto the belt. Furthermore, care had to be taken to keep the machines independent of each other, to allow them to function individually. The project was also developed so as to guarantee the exclusion from the cycle of a packaging machine which might cause problems, to allow intervention by the operator without slowing or modifying the functioning of the others.
As far as the mechanics are concerned, the machine was divided into seven sections, of which one was for loading boxes and lids onto a conveyor belt, and the other six, all similar to each other, to distribute the boxes and lids.
The six distribution elements which had to interface with the pre-existing packaging machines were designed with different loading philosophies. Two sophisticated elevators were also used, controlled by two positioning devices (MSS series XPM) which, once they have taken on the products requested, place them slowly on the loading surface of the packaging machine.
The transportation of the boxes and covers on the loading surface and along the conveyor belt must take place at the machine’s request, and be accomplished so as to avoid placing one on top of another or bunching.
MT Tecnologie has chosen to use Matsushita Minas A series XXV servo-activators, controlled by axis cards, which carry out separation of the loading during transportation – at finite intervals (END function) repeated over time – of a combination of boxes or covers kept parallel with each other.
The control logic
Where the control logic was concerned, a choice was made between the various options provided by the Matsushita series FP PLCs – which range from the classic distribution of I/Os on board the machine, to the proprietary remote I/O networks, and to the well-known Profibus and Ethernet networks – of a solution which would best meet the requirements of the project. The PLC had to manage about 800 digital points, 4 brushless motors and permit the remote control of a large number of I/Os. Therefore the series FP2 was chosen, which has 1600 directable points, 4 cards for the management of 4 separate motors with impulse discharges of up to 1Mpps, and standard and proprietary remote I/O cards. From the networks available, MT Tecnologie opted for the proprietary S-link network which, through 485-field BUS, allows distribution up to 128 I/Os for every network module used. S-link is considered to be an excellent solution to many problems, particularly in view of the following features:
• simplicity of wiring, due to a collection of connectors and a special clip which in zero time make derivations to T and connections with the remote modules;
• integrated diagnostics, which make it possible to plot the number of remote modules present on the network, useful at the installation stage, and the station’s esadecimal address where errors are checked. This information is available both on board PLC via a digital display and at the software level;
• ease of programming, in that each I/O point is seen as if it were an on board machine I/O;
• auto-feeding of the remote modules, thanks to the possibility of carrying the feeding along the network together with the signal.
These features have allowed MT Tecnologie, by using 6 S-link networks, to station 640 of the 780 I/O points along the machine, dividing the whole application into 7 parts and thus making diagnostic operations more immediate, both in the development and set-up phases. All operations take place consequent upon the verification of a remote event and have to control and move mechanics managing remote outputs. An example can be given of the request for new boxes by the packaging machine, with collection from the conveyor belt. These operations are closely linked not only to the scan-time of the program which has to work out inputs and update outputs, but also the speed of the network. The S-link has a data-exchange speed of 28.5 Kbps; therefore it has a maximum delay between the activation of the remote contact and the pick-up of this activation by the CPU of around 5 ms, which is less than the PLC’s normal scan-time and thus not particularly critical to its functioning.
Conclusions
The problems faced are certainly onerous, in terms of time and human resources, for any automation company, but not insurmountable.
The use of suitable automation systems, which allow the division into several minor sub-problems of a problem which is difficult as a whole, is relevant even outside the field of information technology.
The availability of distributive automation which is easy to install and use can therefore be one more tool to successfully approach automation of dedicated machines. And Matsushita Electric Works is ready to meet the challenge.
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