Tecnologia del vuoto per la fabbrica digitale

Terminal compatto SCTMi: Grazie alla struttura modulare, fino a 16 singoli iniettori possono essere controllati e configurati individualmente. La parametrizzazione avviene tramite app. (Immagine: J. Schmalz GmbH)

Il generatore di vuoto elettrico ECBPi con IO-Link e NFC è stato sviluppato per la robotica mobile e le operazioni di manipolazione stazionarie con robot collaborativi (Cobots). (Immagine: J. Schmalz GmbH)

Le componenti a vuoto sono facilmente integrabili nell'ambiente applicativo tramite interfacce come IO-Link, Ethernet o NFC. Consentono un monitoraggio continuo del processo, un rilevamento precoce dei guasti e una manutenzione pianificata e tempestiva. (Immagine: J. Schmalz GmbH)

Affinché i generatori di vuoto elettrici, gli attuatori o i compattegetti siano visibili per la fabbrica intelligente, devono mettere a disposizione dati energetici e di processo digitali in tempo reale. Schmalz integra a tal fine interfacce come IO-Link, Ethernet o NFC nelle sue componenti di vuoto, creando così la base intelligente per la produzione connessa.

I sistemi ciber-fisici sono i protagonisti della quarta rivoluzione industriale. Collegano oggetti reali con virtuali, cioè macchine con sistemi di elaborazione delle informazioni. Il livello di innovazione rispetto alla ondata di automazione iniziata negli anni '70 con elettronica e IT è la comunicazione tra sistemi diversi. Grazie a questa, è possibile realizzare il controllo energetico e di processo, nonché la manutenzione predittiva — se i dispositivi dispongono delle interfacce appropriate.

Appositamente sviluppati per la connessione nell'automazione del vuoto, Schmalz GmbH produce componenti di vuoto che non solo acquisiscono e inviano dati energetici e di prestazione al cloud, ma anche li monitorano e analizzano. Grazie alle interfacce IO-Link o Ethernet industriale, i dispositivi intelligenti sul campo comunicano in modo continuo dall livello sensore e attuatore al controllo superiore (PLC) e oltre, fino al livello di gestione. La comunicazione funziona in entrambe le direzioni: oltre alla trasmissione di dati sullo stato o sul consumo energetico, è possibile modificare i parametri tramite il controllo e trasmetterli al dispositivo intelligente.

Oltre all'interfaccia IO-Link e Ethernet industriale, Schmalz integra nelle sue componenti di vuoto intelligenti anche un'interfaccia NFC (Near Field Communication). Per scambiare informazioni senza fili su brevi distanze, avviene un accoppiamento punto-punto tra il dispositivo intelligente e il dispositivo mobile NFC dell'utente. Per la trasmissione non è necessaria una propria fonte di energia nel componente. Al contrario, è avvolta una bobina che viene eccitata tramite lo smartphone. La bobina induce una tensione in un processore, che poi trasmette le sue informazioni tramite un'antenna. L'utente può così leggere direttamente sullo smartphone dati di processo, informazioni di manutenzione e di servizio. Il dispositivo comunica praticamente in chiaro con l'utente: in caso di arresto, fornisce indicazioni chiare sulla causa dell'errore invece di codici di errore criptici. Anche la parametrizzazione del componente può essere effettuata tramite lo smartphone. A tal fine, Schmalz ha programmato l'app ControlRoom. Le modifiche ai parametri effettuate tramite NFC possono essere trasmesse direttamente al dispositivo o copiate da un dispositivo all'altro.

Un altro vantaggio del NFC è l'associazione diretta tra prodotto e smartphone. Due dispositivi vengono collegati solo tramite una distanza molto breve, massima di due centimetri. In questo modo, l'utente può essere sicuro di non parametrizzare involontariamente dispositivi vicini.

Dal flusso d'aria al flusso di dati

Il valore della digitalizzazione a livello di componenti per l'applicazione del vuoto è mostrato, ad esempio, dallo sguardo al terminale compatto SCTMi. Questo raggruppa fino a 16 generatori di vuoto singoli in un'unità compatta, che dispone di un solo collegamento elettrico e uno per l'aria compressa. Schmalz permette così la gestione simultanea e indipendente di parti diverse con un solo sistema. Il vuoto viene generato con un ugello Venturi e rilevato da un sensore. Il valore esatto del vuoto può essere letto dall'utente tramite i dati di processo IO-Link o sul display del generatore.

Attraverso i dati di processo ciclici, vengono anche controllati gli ejector e vengono trasmesse informazioni aggiornate dal SCTMi. Allo stesso modo, l'utente può accedere tramite la connessione IO-Link a valori di impostazione, parametri, dati di misurazione e analisi. Inoltre, le funzioni di diagnosi e previsione delle componenti di vuoto forniscono informazioni sullo stato dell'impianto e individuano tendenze nella qualità e nelle prestazioni. Trasmesse a una cloud interna o esterna, le informazioni vengono elaborate e analizzate, generando un reale valore aggiunto: se il sistema rileva valori in tolleranza o variazioni lente, queste possono essere visualizzate rapidamente e chiaramente all'utente. Ad esempio, il sistema verifica le perdite e la pressione di stallo per le valutazioni di manutenzione predittiva.

Eventi di monitoraggio delle condizioni vengono attivati, ad esempio, quando i valori di pressione di stallo si discostano, i tempi di evacuazione degli ejector superano i limiti o le tensioni dei sensori sono fuori dal range operativo. La funzione di monitoraggio energetico tiene sotto controllo il consumo energetico dei sistemi di vuoto collegati. Questa sorveglianza si basa sul consumo d'aria misurato, calcolato considerando la pressione di sistema e la dimensione dell'ugello. L'utente può impostare un valore di pressione esterno tramite i dati di processo IO-Link. Quando questo valore è disponibile, l'ejector può misurare anche il consumo d'aria assoluto, oltre a quello percentuale.

Integrazione rapida

Grazie a queste molteplici funzioni, l'utente può mantenere efficiente il proprio impianto, evitare fermi macchina e aumentare la disponibilità dell'impianto. Tuttavia, IO-Link offre anche vantaggi decisivi già durante l'integrazione del terminale compatto nell'ambiente di sistema: Schmalz mette a disposizione un ampio file di configurazione IO-Link IODD (IO Device Description), che include informazioni sull'identificazione, i parametri del dispositivo, i dati di processo e di diagnosi, nonché le caratteristiche di comunicazione. Inoltre, lo scambio di dispositivi viene semplificato, poiché il protocollo IO-Link prevede un automatismo per il trasferimento dei dati. Quando un dispositivo viene sostituito con uno dello stesso tipo, i parametri di configurazione del vecchio dispositivo vengono automaticamente salvati nel master e trasferiti al nuovo dispositivo.

Il terminale compatto SCTMi fa parte di un programma in continua crescita di dispositivi di campo intelligenti. I loro dati di processo e stato rendono possibili i concetti di Industrie 4.0. Gli utenti beneficiano di una messa in servizio rapida, di un funzionamento affidabile e di un minor rischio di guasti. Oltre ai compattegetti speciali, Schmalz ha anche sviluppato l'interruttore di pressione elettronico per vuoto VSi — che misura e monitora le sovrapressioni e le sottopressioni nei sistemi di automazione e movimentazione —, così come il gripper speciale SNGi-AE e il generatore di vuoto elettrico ECBPi con IO-Link e NFC per la fabbrica digitale.