Sensori & sicurezza - Idee da SPS IPC Drives Italia

Automazione per l’industria digitale e flessibile in mostra a SPS: alla scoperta dei trend che stanno orientando sviluppo e produzione. Rassegna di soluzioni dedicate al mondo del packaging, con un primo focus sull’evoluzione della sensoristica. Prima puntata.
A cura di  Maurizio Cacciamani

Grande affluenza di pubblico per la recente edizione di SPS Italia, organizzata a Parma da Messe Frankfurt Italia: più di 41500 visitatori hanno infatti affollato gli stand degli oltre 850 espositori dal 28 al 30 maggio scorso. Anche la convegnistica, con una settantina di incontri, ha contribuito all’ennesimo successo della manifestazione, grazie all’attualità degli argomenti e ai workshop dedicati a nuovi prodotti e nuove soluzioni.
Doverosa, a questo punto, una premessa: dato che le innovazioni sono soprattutto in ambito Industry 4.0, la loro applicabilità riveste un carattere più generale, ovvero non sono destinate a un unico settore industriale.
Ecco perché, tra le molte le novità viste in fiera, per ovvi motivi di spazio, presenteremo in questa sede quelle più legate al mondo packaging.

Tendenze di sviluppo: una sintesi
• La propensione degli utilizzatori a realizzare prodotti customizzati si riverbera anche sui produttori di automazione, sempre più orientati a sviluppare soluzioni ad hoc per i costruttori di macchine.

• Un’altra tendenza è lo sviluppo impetuoso del software (di cui parleremo in un prossimo articolo, Ndr), soprattutto delle “app”, ormai messe a disposizione dei  clienti praticamente da tutti i fornitori, dedicate alla manutenzione predittiva e al monitoraggio degli impianti ma non solo.

• Quando si tratta di manutenzione e di monitoraggio entra in gioco la sensoristica, che vede lo sviluppo dei sensori intelligenti collegabili in reti I/OLink standard oramai universalmente accettato.

• Sempre per quanto riguarda la sensoristica, un cenno ai sistemi di visione: di dimensioni sempre più ridotte, sempre più potenti e sempre più integrabili con motion controller, PLC, tutti programmabili con un’unica suite software.

• A proposito di sistemi di visione, essi trovano applicazione, come ben si sa, non solo nel controllo qualità e nella movimentazione, ma ora anche nella sicurezza dei robot. I robot collaborativi vengono infatti tenuti sotto controllo da un sistema di visione sviluppato ad hoc, che impedisce loro di accedere nell’area dove è presente l’uomo.
Si torna a parlare, per esempio, di ripresa da mucchio grazie all’impiego di sistemi di visione e di intelligenza artificiale.

• Un’ultima considerazione sulla sicurezza: oramai sta diventando inscindibile il binomio safety&security. Un fatto, questo, da ascrivere all’attivismo degli hacker che, prendendo di mira gli impianti (e non solo), arrecano danni non solo alle cose ma anche - e in misura pesante - alle persone.

Ed in fiera è stato sottolineato in più occasioni come le azioni indispensabili alla protezione (aggiornamenti dei sistemi operativi impiegando i software anti- intrusione più aggiornati, contratti assicurativi studiati ad hoc a misura di azienda...) spesso non siano intraprese, con gravi danni per le aziende colpite.

SENSORI, SISTEMI DI VISIONE, LETTORI, CONTROLLI: UNA PANORAMICA

• Sistema di visione artificiale completamente integrato. I sistemi di visione di B&R comprendono due diverse telecamere: Smart Sensor e Smart Camera, rispettivamente per una o più funzioni simultanee.
Poiché l’hardware è completamente integrato nel sistema di automazione, le telecamere - e gli illuminatori, in qualunque configurazione - possono essere sincronizzate alle funzioni della macchina con precisione al microsecondo. Il risultato è l’immagine ottimale in qualunque condizione di illuminazione ambientale anche a elevate velocità, garantendo produzioni di qualità senza penalizzare la produttività.

Tre i sensori di immagine da 1,3 a 5 Mpixel disponibili, tutti caratterizzati da pixel di grandi dimensioni, e da un elevato rapporto segnale/rumore. L’illuminazione è integrata e sincronizzata con le camere, ed è a scelta sotto forma di LED incorporati nella custodia della camera o in barre LED esterne, componibili e orientabili o, ancora, in pannelli per la retroilluminazione.
Le camere sono disponibili con lente integrata o con attacco a C standard; le lenti integrate, con lunghezze focali da 4,6 a 25 mm, sono dotate di regolazione elettronica della messa a fuoco.
Le telecamere si connettono alla rete della macchina tramite un solo cavo (con connettore ibrido M12) che fornisce anche la necessaria alimentazione a 24 V. Un secondo collegamento ibrido consente un facile cablaggio a margherita con telecamere aggiuntive o illuminatori B&R.

• La camera 3D rende il cobot più sicuro. Per i robot, ma soprattutto per i cobot (robot collaborativi), la rilevazione di oggetti e persone nel loro ambiente diretto è particolarmente importante. Il cobot può muoversi in modo indipendente e affidabile solo se viene resa disponibile al suo sistema di controllo un’immagine tridimensionale dell’ambiente immediatamente circostante.
Per questo tipo di applicazioni in ambienti industriali, IFM offre ora la nuova camera 3D O3X, con tecnologia ToF che, a sua volta, si basa sulla misura del tempo di volo della luce tra camera e oggetto. La tecnologia è stata sviluppata da Pmd technologies, società controllata di Ifm, e viene utilizzata, tra gli altri, negli smartphone Lenovo e Asus.
La O3X ha una risoluzione di 224 x 172 pixel e una frequenza di ripetizione dell’immagine di 20 Hz e può rilevare oggetti distanti fino a 4 m. Poiché il funzionamento avviene con luce infrarossa, la fotocamera non è sensibile alla luce ambientale ed è indipendente dall’illuminazione. I dati dell’immagine 3D sono forniti tramite l’interfaccia Ethernet integrata. SDK di Windows, Linux Lib e il supporto attivo del sistema operativo robot ROS su GitHub ne facilitano la rapida l’integrazione. La telecamera è montata all’interno di un alloggiamento industriale IP54 delle dimensioni di una scatola di fiammiferi.
Le applicazioni tipiche della nuova fotocamera O3X sono robot in movimento autonomo ad esempio in applicazioni logistiche.

• Lettore di codici a barre ad alta velocità con montaggio fisso e illuminazione avanzata. La nuova serie DataMan 370 di lettori di codici a barre a montaggio fisso di COGNEX raddoppia la potenza di calcolo rispetto ai lettori tradizionali della sua classe. DataMan 370 offre velocità di decodifica più prestante per migliorare la velocità dell’impianto, anche quando le applicazioni devono rilevare più codici e simbologie.
La serie utilizza gli ultimi algoritmi di decodifica Cognex per leggere i codici 1D e 2D, gestendo i danni di stampa, la messa a fuoco sfocata, la bassa risoluzione e altri problemi reali. Questi strumenti sono abbinati alla tecnologia di imaging a elevata gamma dinamica (HDR) per una maggiore profondità di campo e una migliore gestione dei codici a basso contrasto. Infine, la nuova illuminazione integrata combina un’avanzata tecnologia di autofocus con sensori di distanza per garantire sempre la migliore formazione dell’immagine. La messa a punto automatica rapida e affidabile consente agli operatori di configurare nuove applicazioni in pochi secondi.
DataMan 370 condivide le stesse opzioni di luce e lente delle serie DataMan 360 e 470, consentendo aggiornamenti tecnologici senza interruzioni. La nuova serie è facile da installare e presenta un’interfaccia utente intuitiva e feedback delle prestazioni di processo in tempo reale.

• Una famiglia di sensori intelligenti in crescita. Le due nuove serie PNG//smart nei formati 1N (75x32,5x18 mm) e 1P (50x50x20 mm) sono le ultime arrivate nella gamma dei sensori optoelettronici intelligenti di WENGLOR. Facili da gestire e capaci di comunicare grazie alla tecnologia IO-Link integrata, i sensori PNG//smart sono stati progettati per industry 4.0.
Dotati delle stesse caratteristiche tecniche dei modelli PNG//smart 1K che sono in formato miniaturizzato (32x16x12 mm), i PNG//smart 1N e 1P presentano funzionalità innovative come la capacità di integrare fino a sette principi di funzionamento con due diverse esecuzioni in luce blu e rossa: tasteggio diretto con e senza soppressione dello sfondo, distanza ad alte prestazioni con WinTec, reflex, barriera catarifrangente con o senza riconoscimento del trasparente e barriera unidirezionale e per la natura multiapplicativa.

• Tracciabilità e ispezione a protezione del brand. La capacità di monitorare i prodotti durante l’intero processo produttivo si traduce in un controllo completo, a vantaggio della qualità, dell’affidabilità e delle prestazioni. Partendo da questo presupposto OMRON ha mostrato in SPS una demo che integrava le diverse tecnologie in catalogo: dai lettori di codici base ai sistemi di visione più intelligenti per l’ispezione che, nella demo, sono stati integrati con robot (anche quelli mobili LD), con la piattaforma IPC che gestisce i flussi di dati forniti dalla piattaforma Sysmac, dotata di connettività ai database di tipo plug and play. Si tratta di soluzioni ampiamente utilizzate nei settori farmaceutico e alimentare. I vantaggi per i produttori? Abbattimento dei costi, miglioramenti strutturali nel campo delle consegne “just in time”, della riduzione delle scorte, della manutenzione predittiva e del controllo della qualità.
Con la tracciabilità e l’ispezione i produttori possono proteggere i loro brand, migliorare l’efficienza globale delle apparecchiature (OEE), farsi trovare pronti per le normative sempre più rigorose e a rispondere in maniera flessibile alle esigenze crescenti nel campo della supply chain.

• Sensori di posizione a tecnologia magnetostrittiva. Hyperwave di GEFRAN è una nuova gamma di sensori di posizione a tecnologia magnetostrittiva a elevate prestazioni, con una ripetibilità di lettura del segnale di 0,01 mm, un errore di non linearità pari a 0,01%/FS e una corsa fino a 4.000 mm.
L’amplificazione del segnale dell’elemento primario, di 15 volte superiore rispetto ai modelli tradizionali, lo rende immune ai campi elettromagnetici, garantendone un funzionamento preciso e continuo nel tempo. La gamma è composta da due serie: WP (Profile Magnetostrictive Position Transducer) con meccanica a profilo per il montaggio tramite staffe direttamente sulla struttura da misurare e WR (Rod-style Magnetostrictive Position Transducer) con meccanica a stelo da 10 mm in acciaio inox AISI 316L.

• Laser scanner di sicurezza. Dopo il recente lancio del modello SLS-SA5 stand alone, DATALOGIC ora offre una soluzione ancora più completa, orientata alle applicazioni di monitoraggio delle aree di sicurezza singole e multiple, in grado di gestire applicazioni sia statiche orizzontali e verticali (come celle robotizzate, protezione perimetrale macchine utensili e centri di lavoro o protezione varchi di accesso, ecc.) sia dinamiche (muletti e carrelli a guida automatica semplici).
Utilizzando i modelli Master e Slave si possono collegare fino a 4 Laser Sentinel tra loro, comunicanti tra loro su base Ethernet. Gli slave sono collegati al master con un singolo cavo che fornisce anche loro l’alimentazione. La sincronizzazione dei quattro scanner è una funzione integrata e dinamica; non sono necessarie unità di controllo esterne.
Scegliendo i Safety Laser Scanner gli utilizzatori possono beneficiare di diversi vantaggi tra i quali: meno cavi, risparmio di moduli di sicurezza o di ingressi di sicurezza sul PLC, facilità di installazione, manutenzione semplificata e soprattutto migliore  produttività.

Fusione delle funzioni di safety e security
Un solo cenno al nuovo PITmode fusion, di PILZ di cui si parla diffusamente nell'articolo "Dove va la sicurezza". Si tratta di un sistema modulare per la gestione dell’autorizzazione all’accesso e la selezione della modalità operativa. Il sistema è composto dall’unità di lettura PITreader con tecnologia RFID, web server integrato e dall’unità di controllo Safe Evaluation Unit (SEU).

• Non servono fieldbus! I nuovi moduli di sicurezza a relè Preventa XPS Universal di SCHNEIDER ELECTRIC uniscono la facilità applicativa dei moduli di sicurezza cablati con una diagnostica completa - particolarità che in passato richiedeva l’utilizzo delle più complesse e costose tecnologie fieldbus. Con una semplice connessione punto-punto, collegando l’uscita di segnalazione del modulo all’ingresso digitale del PLC di macchina, è possibile inviare oltre quaranta messaggi di stato e/o di errore.
Inoltre, grazie all’uscita di segnalazione smart del modulo XPSU, è possibile elaborare i cicli di test effettuati ed il numero di operazioni rimanenti, prima del fine vita, per tutti i componenti della functional safety.
Come funzionano? I moduli di sicurezza Preventa XPS Universal inviano segnali modulati al controllore di macchina; attraverso due blocchi funzione nel PLC, diagnostica e manutenzione predittiva, è possibile decodificare i segnali e realizzare una diagnostica completa. È disponibile una libreria di blocchi funzione per tutti i software di programmazione dei PLC più diffusi sul mercato oltre che a quelli di Schneider.
Questi moduli sono semplici da utilizzare, perché l’integrazione con il controllore di macchina si basa ancora su connessioni cablate e non servono fieldbus.
La selezione delle funzionalità viene fatta manualmente con un cacciavite, tramite i rotativi posti sul frontale: lo stesso modulo può essere utilizzato per più funzioni di sicurezza semplificando la gestione delle parti di ricambio e della documentazione.
Anche per la gamma Preventa XPS Universal, come per i componenti di sicurezza Schneider, sono disponibili soluzioni Safety Chain certificate, si tratta di esempi applicativi di funzioni di sicurezza in cui è definita l’architettura, lo schema e la valutazione del Performance Level.

• Motori più prestanti per impianti più intelligenti. La nuova linea di smart motor sensors di SICK è composta da motorfeedback che sfruttano Hiperface dsl, il protocollo sviluppato dalla filiale torinese per il mondo dei servodrive. I sensori controllano in real time non solo i motori, ma l’intero impianto. I dati raccolti riguardano posizione, temperatura nel motore e nell’area circostante, velocità, vibrazioni, costanza della tensione e cicli.
Le informazioni vengono visualizzate tramite istogrammi generati ogni minuto, monitorando lo stato del sistema per la manutenzione predittiva. Il tutto con un solo cavo.
EDx35 è l’ultimo nato nella famiglia, si tratta di un sistema motorfeedback digitale disponibile sia in versione SingleTurn sia MultiTurn per motori sincro di taglia 40. Tra le numerose caratteristiche segnaliamo: la risoluzione di 24 bit, l’assenza di batteria tampone, la trasmissione di posizione assoluta - velocità - accelerazione ogni 12µs.
Inoltre, lo storage avviene automaticamente nella EEprom ogni 20 min con istogrammi di controllo. Il sensore, molto compatto, grazie alle diverse taglie in cui è disponibile, può essere utilizzato anche in applicazioni stand alone.
Grazie al protocollo Hiperface DSL  il cablaggio è semplice e veloce: per la messa in servizio bastano due cavi inseriti nell’unico connettore di potenza montato nel motore. Il protocollo è già pronto per i livelli Safety SIL2 e SIL3 per quanto riguarda la posizione.

I rulli del trasportatore funzionano solo quando è necessario
Il modulo G20 ZPA di Pepperl+Fuchs è semplice da integrare in quanto non sono necessari utensili speciali e il meccanismo girevole del modulo ne facilita il riposizionamento, consentendo la costruzione di nastri trasportatori a rulli modulari, immediatamente operativi. Tutte le porte necessarie sono integrate nel modulo sottile, che può essere facilmente fissato alla guida di montaggio.
La logica integrata consente una rapida messa in servizio e una rilevazione di prossimità automatica, compreso il controllo dei motori collegati senza necessità di apparecchi speciali o di programmazione.
Tramite tre selettori rotanti, si determinano la velocità e la direzione di rotazione e una delle sette modalità di funzionamento. È anche possibile utilizzare per la messa in servizio e la diagnostica un analizzatore ZPA opzionale, che genera in automatico un elenco di tutti i dispositivi con le relative impostazioni.
Il nuovo modulo indirizza i rulli solo se necessario, in caso contrario, i rulli sono posti in “modalità di sospensione”, consentendo così di ridurre i costi energetici. Allo stesso tempo, cinque rampe di avviamento e arresto assicurano una graduale accelerazione e decelerazione dei nastri trasportatori, proteggendo a lungo termine gli ingranaggi dei rulli. Il modulo funziona indipendentemente dal bus di campo e consente l’integrazione fino ai un massimo di 256 moduli in serie.