AUTOMAZIONE INDUSTRIALE

La competitività oggi in forte crescita nell’industria richiede prodotti di alta qualità e costanti, a un prezzo competitivo. Per affrontare questa sfida molte industrie valutano nuovi design di prodotto e tecniche di produzione integrate, in parallelo all’uso di dispositivi automatizzati.

Una delle mosse più significative e influenti per rispondere a questa sfida è l’automazione industriale. L’automazione industriale consente di aumentare la qualità del prodotto, l’affidabilità e il ritmo di produzione, riducendo i costi di produzione e progettazione grazie all’adozione di tecnologie e servizi nuovi, innovativi e integrati.

Che cos’è l’Automazione Industriale?

L’automazione fa un passo oltre la meccanizzazione, che utilizza un particolare meccanismo a supporto degli operatori umani per svolgere un compito. La meccanizzazione è l’esecuzione manuale di un compito con macchinari motorizzati che dipendono dalle decisioni umane.

L’automazione, invece, sostituisce il coinvolgimento umano con comandi di programmazione logica e macchinari potenti.

Gerarchia di un Sistema di Automazione Industriale

I sistemi di automazione industriale possono essere molto complessi, con un gran numero di dispositivi che lavorano in sincronia con le tecnologie di automazione. La figura seguente descrive la disposizione gerarchica del sistema di automazione nei suoi diversi livelli.

Livello di Campo

È il livello più basso della gerarchia di automazione e comprende i dispositivi di campo come sensori e attuatori. Il compito principale di questi dispositivi è trasferire i dati di processi e macchine al livello superiore per il monitoraggio e l’analisi. Comprende inoltre il controllo dei parametri di processo tramite gli attuatori. Possiamo descrivere questo livello come gli occhi e le braccia di un determinato processo.

I sensori convertono i parametri in tempo reale come temperatura, pressione, portata, livello, ecc. in segnali elettrici. I dati dei sensori vengono poi trasferiti al controllore per monitorare e analizzare i parametri in tempo reale. Tra i sensori troviamo termocoppie, sensori di prossimità, RTD, misuratori di portata, ecc.

Gli attuatori, invece, convertono i segnali elettrici (provenienti dai controllori) in azioni meccaniche per controllare i processi. Valvole di controllo portata, elettrovalvole, attuatori pneumatici, relè, motori DC e servomotori sono esempi di attuatori.

Livello di Controllo

Questo livello è costituito da vari dispositivi di automazione come macchine CNC, PLC, ecc., che acquisiscono i parametri di processo dai diversi sensori. I controllori automatici pilotano gli attuatori in base ai segnali elaborati dei sensori e alla tecnica di programmazione o controllo.

I Controllori Logici Programmabili (PLC) sono i controllori industriali robusti più diffusi, capaci di fornire funzioni di controllo automatico sulla base degli input dei sensori. Sono costituiti da vari moduli come CPU, I/O analogici, I/O digitali e moduli di comunicazione. Consentono all’operatore di programmare una funzione o strategia di controllo per eseguire una determinata operazione automatica sul processo.

Livello di Supervisione e Controllo di Produzione

In questo livello, dispositivi automatici e sistemi di monitoraggio facilitano le funzioni di controllo e intervento come l’interfaccia uomo-macchina (HMI), la supervisione di vari parametri, l’impostazione degli obiettivi di produzione, l’archiviazione storica, l’avvio e l’arresto delle macchine, ecc.

In questo livello si utilizzano per lo più sistemi DCS (Distribution Control System) o HMI SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition).

Livello Informativo o Aziendale

È il livello più alto dell’automazione industriale e gestisce l’intero sistema di automazione. I compiti di questo livello comprendono la pianificazione della produzione, l’analisi di clienti e mercato, ordini e vendite, ecc. Riguarda quindi più le attività commerciali e meno gli aspetti tecnici.

Le reti di comunicazione industriale sono inoltre l’elemento più rilevante nei sistemi di automazione industriale: trasferiscono le informazioni da un livello all’altro e sono presenti in tutti i livelli del sistema per garantire un flusso continuo di informazioni. La rete può differire da un livello all’altro: tra queste reti troviamo RS485, CAN, DeviceNet, Foundation Field bus, Profibus, ecc.

Dalla gerarchia descritta possiamo concludere che esiste un flusso continuo di informazioni dal livello alto a quello basso e viceversa. Rappresentandolo graficamente, è come una piramide in cui, salendo, le informazioni si aggregano e, scendendo, si ottengono informazioni di dettaglio sul processo.

Automazione Fissa o Rigida

Questo tipo di automazione è impiegato per eseguire operazioni fisse e ripetitive al fine di ottenere alti ritmi di produzione. Utilizza attrezzature speciali o dedicate per automatizzare sequenze fisse di assemblaggio o lavorazione. Una volta implementata, è relativamente difficile modificare o variare il design del prodotto. È quindi poco flessibile nella varietà di prodotto, ma aumenta l’efficienza con ritmi di produzione più alti e riduce il costo unitario.

Alcuni di questi sistemi automatizzati sono i processi di distillazione, i reparti di verniciatura e i convogliatori.

Automazione Programmabile

In questa automazione, una specifica classe di modifiche al prodotto e anche le operazioni di assemblaggio o lavorazione possono essere cambiate modificando il programma di controllo nell’apparecchiatura automatizzata.

Questa automazione è particolarmente adatta ai processi di produzione a lotti dove il volume di prodotto è medio-alto. Tuttavia è difficile cambiare e riconfigurare il sistema per un nuovo prodotto o una nuova sequenza di operazioni: un nuovo prodotto o la riconfigurazione della sequenza richiede tempi di setup lunghi.

Esempi di questo sistema di automazione sono le macchine a controllo numerico, le cartiere, i laminatoi e i robot industriali.

Automazione Flessibile o Soft

Questo sistema di automazione fornisce apparecchiature di controllo automatico che offrono grande flessibilità per apportare modifiche al design del prodotto. Le modifiche possono essere eseguite rapidamente tramite comandi impartiti sotto forma di codici dagli operatori.

Questa automazione consente ai produttori di realizzare più prodotti con gamme diverse come processo combinato anziché separato.

Alcuni esempi di questo sistema di automazione sono i veicoli a guida automatica, gli autoveicoli e le macchine CNC multiuso.