AO SPECIALE Soluzioni di automazione per il beauty & pharma - Beckhoff
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AO
www.automazione-plus.it
384 Settembre 2015 Anno 31 7 4.50
SPECIALE
Soluzioni di
automazione per il
beauty & pharma
In caso di mancato recapito inviare al CMP/CPO di Roserio- Milano per la restituzione al mittente previo pagamento resi - ISSN:0392/8829
RASSEGNA PANORAMA INSERTO Soluzioni
Sistemi di Industria chimica Software per l’industria
acquisizione dati e petrolchimica
AO COPERTINA BECKHOFF AUTOMATION COPERTINA BECKHOFF
L’irresistibile
universalità di TwinCAT
Limiti di memoria programma, obsolescenza dell’hardware, ambienti di
programmazione proprietari, incompatibilità dei protocolli, limitata
interoperabilità: niente più di tutto ciò con TwinCAT 3, la piattaforma di
controllo Beckhoff basata sulle architetture software e hardware più diffuse
al mondo: Windows e il PC
La piattaforma di controllo
PC-based offre la massima
flessibilità e integrazione
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icroprocessori standard e scalabili di ultima gettato per garantire la massima apertura e interoperabilità,
generazione, come la famiglia Intel Core i3, TwinCAT non poteva non integrare tutte le funzioni per la
i5 e i7; sistema di comunicazione robusto e gestione, in modalità sia master che slave, di tutti i principali
ultraveloce su base Ethernet; software di svi- bus di campo diffusi in ambito industriale, ponendo partico-
luppo in ambiente Windows; set di funzioni lare attenzione allo standard Ethernet che, con Ethercat, trova
standard per l’implementazione dei controlli; possibilità di la sua naturale collocazione in tutte quelle applicazioni che
integrare codice proprietario in C/C++ o altri linguaggi. Sono necessitano di combinare le caratteristiche di robustezza e af-
queste, fondamentalmente, le caratteristiche che rendono fidabilità tipiche del controllo industriale con quelle standard
un’applicazione di controllo basata su PC la migliore solu- dell’architettura PC.
zione possibile, poiché progettisti e sviluppatori sono liberi di
scegliere senza essere costretti a scontrarsi con i tipici vincoli Completa integrazione con Microsoft
delle soluzioni proprietarie. Visual Studio
I vantaggi legati all’utilizzo di un’architettura ‘open’ sono Il rilascio da parte di Beckhoff della piattaforma TwinCAT 3 ha
lampanti, a partire dall’ampio supporto che normalmente rappresentato un vero e proprio salto generazionale rispetto
è assicurato dalle comunità di produttori e sviluppatori, le alle precedenti versioni, poiché non solo ne ha arricchito le
cui attività ne favoriscono diffusione, sviluppo e stabilità nel funzionalità, ma ne ha anche esteso di molto le potenzialità.
tempo. Il crescente successo che le soluzioni di PC-based au- TwinCAT 3 offre un ambiente di sviluppo completamente in-
tomation, come quelle proposte da Beckhoff, stanno avendo tegrato all’interno della piattaforma Visual Studio di Microsoft,
nelle applicazioni di controllo, siano esse di tipo industriale o rendendo possibile l’integrazione all’interno di un unico am-
civile, ne è un esempio evidente. biente di sviluppo dei livelli ‘application’ e ‘control’. In pratica,
con TwinCAT 3 una CPU PC-based può essere trasformata in
L’imprescindibile ruolo del software un sistema multi-PLC con algoritmi di motion control inte-
La disponibilità di un’infrastruttura ‘hardware open’, capace grato, il tutto avvalendosi di un ambiente di programmazione
di integrare servizi di comunicazione basati su standard, è IEC 61131-3 su base operativa standard Windows.
sì molto importante, ma non va dimenticato il ruolo chiave L’integrazione di TwinCAT in Visual Studio è fonte di una serie
del software, che rappresenta la vera intelligenza del sistema di vantaggi, in primis la disponibilità di generatori di codice
di controllo e a cui sono legate gran parte delle prestazioni. per il mondo .NET. L’integrazione in Visual Studio consente
Nato a seguito dell’idea di
sviluppare un’estensione
realtime del kernel di Win-
dows, TwinCAT (The Win-
dows Control Automation
Technology) è l’artefice
che consente di trasfor-
mare il PC in una piatta-
forma di controllo ad alte
prestazioni. Avvalendosi
dello standard di pro-
grammazione IEC 61131-
3, TwinCAT, attualmente
giunto alla versione 3.1,
permette di configurare il
PC come controllore PLC
deterministico e multi-
tasking, mettendo inoltre
a disposizione un ampio
insieme di funzionalità
di tipo NC (controllo nu-
merico), che consentono
di implementare appli-
cazioni anche molto sofi-
sticate di motion control
mediante l’impiego di
motori brushless, stepper,
lineari e asincroni.
Dal lato della comunica-
zione, essendo stato pro- TwinCAT 3 offre un ambiente completamente integrato all’interno della piattaforma Visual Studio
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inoltre di accedere al pieno
supporto a livello di kernel
realtime dei sistemi ope-
rativi a 32 e 64 bit, nonché
di essere liberi di scegliere
quale base Windows utiliz-
zare (Win XP, 7, 8 o CE) e su
quale processore lavorare,
incluse le architetture x86
e ARM. Grazie al supporto
delle piattaforme multi-
core, con TwinCAT 3 è pos-
sibile assegnare compiti di
controllo deterministico a
differenti core dello stesso
processore, consentendo
quindi di eseguire le logi-
che di sicurezza diretta-
mente nel PC.
Integrazione di
robotica e motion
control
Tra le funzionalità più avan-
zate di TwinCAT 3.1 vi sono Con TwinCAT Kinematic Transformation livello 4 è possibile realizzare anche cinematiche
quelle offerte da Kinematic complesse, per esempio per un robot verticale a braccio articolato
Transformation Level 4,
una suite che Beckhoff ha espressamente sviluppato per i co- 66025. TwinCAT elabora autonomamente le trasformazioni
struttori di macchine e sistemi robotizzati, attraverso la quale cinematiche inverse e, avvalendosi anche di una speciale fun-
è possibile gestire in maniera integrata funzioni di controllo zione di pre-controllo dinamico, che utilizza i valori di massa
robot e motion classico. TwinCAT Kinematic Transformation e inerzia, calcola i relativi valori nominali di coppia e velocità
consente allo sviluppatore di realizzare catene cinematiche per gli assi, che vengono trasferiti ciclicamente via Ethercat ai
seriali e parallele anche molto complesse, attingendo a un’am- servo azionamenti. Il grande vantaggio di TwinCAT Kinema-
pia serie di librerie che offrono movimenti di base suddivisi in tic Transformation Level 4 è quello di eliminare i costi legati
vari livelli: cinematiche 2D, a cesoia, 3D delta, Scara, seriale a all’impiego di un controllo robot supplementare, in quanto
sei assi e di tipo Stewart. La programmazione del movimento l’intera macchina può essere gestita con una sola CPU di con-
robot può essere effettuata direttamente da PLC, TwinCAT trollo. Avvalendosi di un’unica piattaforma di sviluppo e con-
NC PTP (programmazione punto a punto) o anche attraverso trollo è quindi possibile sincronizzare più semplicemente, e
TwinCAT NC I (interpolazione assi 3D) secondo standard DIN soprattutto in modo integrato, il movimento robot con il mo-
Interfaccia aperta per la generazione automatica del codice
Spesso i costi di engineering e sviluppo del software maniera indipendente dal linguaggio di programmazione
rappresentano le voci più gravose dei progetti di automa- utilizzato. In particolare, in questo modo la realizzazione di
zione: ciò per via di complessità nascoste e/o sottostima un sistema di building si avvicina con un grande balzo an-
dei tempi. Appare evidente come la generazione automa- che al mondo dell’impiantistica. Infatti, TwinCAT Building
tica del software rappresenti la più logica delle soluzioni Automation software permette tempi di sviluppo brevi e
per questo tipo di problematiche, poiché apporta sensibili non necessariamente il coinvolgimento di personale con
benefici in termini sia di tempo, sia di affidabilità del co- formazione da sviluppatore software. Il vantaggio resta
dice. Beckhoff ha implementato in TwinCAT un’interfaccia comunque nel fatto che il sistema mantiene al cento per
per la generazione automatica di codice attraverso la cento l’apertura e la flessibilità che un ambiente di pro-
quale è possibile sviluppare ex-novo, modificare in tutto grammazione offre, tanto che il codice generato nei con-
o in parte applicazioni esistenti (configurazioni incluse) in troller resta in chiaro e aperto a modifiche successive.
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tion di macchina. È per esempio possibile utilizzare le funzioni lersi di Matlab/Simulink per esprimere algoritmi complessi in
di taglio al volo o di profilo camma per eseguire operazioni di modo intuitivo. Grazie al supporto di architetture multi-core
pick&place o di specifiche movimentazioni che sono frequen- in ambiente operativo a 64 bit, TwinCAT 3 apre il mondo del
temente utilizzate in applicazioni di packaging e handling. PC-based control all’ambito delle lavorazioni ad alta velocità
(high speed machining), dove la dinamica rappresenta un
Una soluzione ideale per la fresatura ad elemento chiave per ottenere precisione e massima qualità di
alta velocità finitura delle superfici. Particolarmente interessante è anche
Le potenzialità di TwinCAT 3 vanno ovviamente ben al di là la funzione di Condition Monitoring, che TwinCAT 3 rende
di quello che è il mondo delle macchine automatiche e della disponibile integrata nel sistema di controllo. Le vibrazioni,
robotica. L’architettura aperta e le funzioni disponibili sono in- raccolte dai terminali di comunicazione che aggregano i vari
fatti la base ideale per lo sviluppo di applicazioni CNC tipiche I/O distribuiti a bordo macchina, vengono analizzate dalla
del settore macchina utensile. L’integrazione in Visual Studio Condition Monitoring Library. In tal modo, è possibile inter-
offre un ambiente di engineering completo, dove lo sviluppa- venire con operazioni preventive di manutenzione prima che
tore può implementare o sostituire specifici componenti del si verifichi una causa di guasto, aumentando la disponibilità e
CNC con segmenti di codice propri in C/C++, così come avva- l’efficienza della macchina utensile.
O
USIV
Integrazione impiantistica ed ESCL
efficienza energetica con TwinCAT 3
A tu per tu con Aki Kalajainen,
training & B.A. marketing manager di
Beckhoff Automation, che ci spiega
come le soluzioni di controllo
PC-based possano fare la differenza
nella building automation
Dagli ultimi avveniristici grattacieli fino alle piccole resi-
denze monofamiliari, i temi dell’integrazione impiantistica
e dell’efficienza energetica rappresentano un campo appli-
cativo dove le soluzioni basate su architetture di controllo e
comunicazione standard, come lo sono quelle di Beckhoff,
possono oggi fornire una concreta risposta.
“Se si considera che gli edifici assorbono ben il 41% dei
consumi energetici mondiali, appare chiaro come le tecno-
logie di automazione si riveleranno un fattore sempre più
decisivo, anche alla luce delle potenzialità che esse offrono
in un’ottica di approccio olistico alla gestione del building”
afferma Aki Kalajainen, training & B.A. marketing mana-
ger di Beckhoff Automation in Germania, che abbiamo
intervistato in esclusiva durante il primo Beckhoff Building
Automation Day svoltosi a Lavis (Trento) lo scorso mese di
giugno, alla presenza di oltre cento partecipanti tra tecnici,
Aki Kalajainen, training & marketing
manager di Beckhoff Automation
GmbH & Co. KG
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TwinCAT Building Automation - Engineering efficiente per tutti gli edifici
ingegneri, integratori di sistemi, energy manager e utiliz-
zatori finali. L’approccio olistico, che si basa sull’integra-
zione dei sistemi tecnologici, è senz’altro una condizione
necessaria per raggiungere gli obiettivi di massima effi-
cienza e funzionalità del building, ma non è sufficiente.
“Gestire in sinergia i vari sistemi dell’edificio in un’ottica
di riduzione dei consumi energetici può essere fatto so-
lamente mediante l’impiego di un sistema di controllo
intelligente basato su PC, l’unica architettura in grado
di raccogliere in modo integrato tuttI i dati distribuiti
all’interno di un building, assicurando nel contempo un’a-
deguata sostenibilità nel tempo” sostiene Kalajainen. Il
sistema di controllo e automazione deve infatti garantire
sul medio-lungo periodo, oltre all’affidabilità, la possibilità
di introdurre aggiornamenti in totale stabilità applicativa,
dal lato sia software (sistemi operativi, logiche soft, super-
visione ecc.), sia hardware (I/O e comunicazione). Appare
evidente come questo sia possibile solamente se ci si
avvale di piattaforme standard, come per l’appunto quelle
offerte da Beckhoff.
Il ruolo chiave di TwinCAT
Nella realizzazione di sistemi di building control integrati
ed efficienti, un ruolo centrale è giocato dal software Twin-
CAT, che rende disponibili nelle sue librerie PLC funzioni e
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moduli software EN15232 compliant. Con Beckhoff Building Automation Day: la giornata dedicata alle
TwinCAT Building Automation software tecnologie per l’automazione degli edifici
lo sviluppo delle applicazioni si avvale di
procedure molto semplici, che si avvalgono Automazione PC-based per la gestione
di fogli Excel all’interno dei quali intere integrata degli edifici
parti d’impianto, per esempio il condiziona- Raggiunto in pieno l’obiettivo di offrire una concreta opportu-
mento, possono essere descritte mediante nità di incontro professionale sulle infrastrutture di building:
metalinguaggi di alto livello. sono state numerose le adesioni tra impiantisti, progettisti, sy-
“Ben si comprende come TwinCAT Building stem integrator, energy manager e utilizzatori finali alla prima
Automation software consenta di conse- edizione del Beckhoff Building Automation Day, tenutosi lo
guire un duplice obiettivo: la riduzione dei scorso 9 giugno a Lavis, in provincia di Trento.
tempi di sviluppo da un lato, la piena inte- La manifestazione è stata organizzata con l’obiettivo, da un
grazione delle funzioni di controllo dell’edi- lato, di fare cultura tecnica e, dall’altro, di creare network tra
ficio dall’altro” sottolinea Kalajainen. i partecipanti, evidenziando le potenzialità che l’architettura
A ciò si aggiunge la capacità dell’architet- PC-based di Beckhoff è in grado di offrire al grande e variegato
tura Beckhoff di realizzare soluzioni avva- universo delle infrastrutture di building automation: dagli
lendosi di un’ampia gamma di controllori, edifici residenziali a quelli commerciali, dagli aeroporti agli
I/O e terminali di comunicazione, nonché impianti sportivi, dai grattacieli più avveniristici fino alle piccole
garantendo il supporto di tutti i principali residenze ad elevata efficienza energetica.
sistemi bus, come Bacnet/IP, KNX/EIB, Eno-
cean, SMI, DMX e Dali. La potenza di calcolo,
liberamente scalabile, offerta dall’ampia
gamma di CPU disponibili, consente di re-
alizzare applicazioni in grado di controllare
finanche svariate migliaia di punti di I/O,
gestendo tutta l’impiantistica dell’edificio in
modo integrato (illuminazione, accessi, pre-
senze, sicurezza, comfort, stazione meteo
ecc.), eseguendo applicativi di supervisione
e, se necessario, agendo anche da gateway
verso architetture di ‘cloud repository’.
“La libera scalabilità delle piattaforme,
nonché l’ampio supporto dei fieldbus at-
tualmente in commercio, sono la base più
idonea per soddisfare le svariate esigenze Il controllo basato su PC consente un’automazione sicura
indipendentemente dal tipo di edificio, sia per il futuro in grado di ottimizzare l’efficienza per gli
esso un centro servizi, un museo, un hotel o edifici e le infrastrutture
un centro commerciale, e di standard utiliz-
zati” prosegue Kalajainen. Insieme all’integrazione, il tema dell’efficientamento energe-
Scalabilità, modularità e flessibilità sono tico, con particolare riferimento alle EN15232, è stato il ‘leit
caratteristiche che consentono ai controllori motif’ che ha caratterizzato l’evento. L’incontro ha permesso
PC-based di Beckhoff di essere utilizzati non spunti di approfondimento, anche informali, attraverso la pre-
solo per implementare nuove realizzazioni, sentazione di alcuni casi di successo. In aggiunta agli interventi
ma anche in attività di ‘refurnishment’ (ri- di Mirko Vincenti, infrastructure & building automation ma-
strutturazione di edifici). nager di Beckhoff Italia, e Aki Kalajainen, training & marketing
“Una piattaforma aperta e standard come manager di Beckhoff Automation germania, importanti system
è il PC è la soluzione più ergonomica me- integrator hanno portato la loro esperienza sulle modalità di
diante la quale integrare i sensori, i disposi- impiego e configurazione delle soluzioni che Beckhoff rende
tivi e quant’altro ancora si trovi già installato disponibili per applicazioni di building automation integrata.
nell’edificio” conclude Kalajainen “in una “L’affluenza al Building Automation Day, che ha attirato impor-
nuova, più ampia e potente architettura tanti professionisti del settore, è la conferma che le tecnologie
di controllo che, all’evenienza, può anche di automazione si riveleranno un fattore sempre più decisivo
avvalersi della comunicazione wireless per alla gestione del building” ha affermato Vincenti.
evitare la posa di nuovi cablaggi”.
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