MAGGIO 2014
FIELDBUS & NETWORKS
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Dopo l’introduzione della lamiera, il processo di fabbricazione prosegue
premendo il bottone ‘start’. Le lamiere più grandi vengono inserite dai
robot, che forniscono anche parti più piccole. Il tutto avviene usando un
piccolo buffer dal quale il robot rimuove le lamiere. All’inizio di ogni ciclo
di produzione automatica, la macchina verifica la corretta posizione della
lamiera giusta. Il sistema di trasporto tra le unità di lavoro comprende
monorotaie sospese, rulliere e ascensori; per motivi economici vi sono
pochissimi buffer intermedi.
Fatti e cifre
Nello stabilimento di Dingolfing il lavoro è impostato
su tre turni per cinque giorni alla settimana. Le linee
di assemblaggio si fermano solo durante la pausa
pranzo. Sono coinvolti nella costruzione del corpo
della BMW Serie 7 circa 1.200 robot, così come per
la BMW Serie 5. I robot sono utilizzati prevalente-
mente per la saldatura a punti, ma anche per altri
processi; devono dunque comunicare senza problemi
l’uno con l’altro e scambiare dati con circa 14.500
nodi Ethernet. Sono utilizzati i seguenti prodotti Si-
matic di Siemens: circa 3.600 stazioni distribuite con
I/O standard e di sicurezza Simatic ET 200S I/O, 1.300
processori di comunicazione CP1616, 700 switch
Scalance X208 e X216, 150 accoppiatori PN/PN, 200
controllori Simatic S7-416F-3PN/DP, quattro control-
lori Simatic S7-317-2PN/DP e altrettanti controllori
Simatic S7-319-3PN/DP. In precedenza, le strutture
rilevanti si ottenevano utilizzando diversi sistemi bus;
impiegando Profinet I/O è stato possibile unificare il tutto e usare un unico
bus system. A seguito della scelta di BMW di affidarsi a Siemens quale
fornitore di automazione per l’impianto di Dingolfing, il controllore orien-
tato alla sicurezza Simatic S7-416F è diventato il nucleo di ogni cellula
produttiva. Occorrono dai 60 ai 100 controllori per fabbricare il corpo di
ciascun modello; la produzione del telaio esterno della BMW Serie 7,
che comprende 94 componenti, richiede una superficie di 1.267 m
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. In un
tempo di ciclo di soli 2,1 minuti, 46 robot con 60 pinze di saldatura e 52
‘handling’ effettuano 631 punti di saldatura e 2,3m² di materiale vengono
legati insieme. In passato erano state messe a punto linee di produzione
separate per ogni modello, ma questo tipo di organizzazione della produ-
zione non è più stato utilizzato per i modelli successivi: è più efficiente
utilizzare lo stesso impianto per produrre modelli differenti in un’unica
cella di produzione. Tale mix produttivo è possibile solo se i singoli pezzi
da lavorare sono simili. Questo significa fare in anticipo uno studio detta-
gliato di ogni componente, tenendo in considerazione un potenziale mix
di produzione.
Una connessione uniforme
In passato si doveva configurare o programmare un quadro elettrico per
robot con tre diverse tecnologie di installazione e con diversi strumenti di
messa in servizio. Vi erano connessioni point-to-point (Interbus), un bus di
sicurezza I/O (Safetybus) e una rete Ethernet per i PC di controllo dei robot.
Qualsiasi analisi dei guasti veniva ostacolata dalle diverse rappresenta-
zioni del guasto per ogni sistema bus. Con Profinet I/O abilitato in real-
time tutti i servizi di comunicazione, i PC , i controller, i moduli I/O, i robot
ecc., vengono gestiti tramite un unico bus standard (Industrial Ethernet/
Profinet), il che si traduce nell’uso di una sola tecnologia di installazione
basata su Ethernet e, di conseguenza, in un minore numero di strumenti
di configurazione da impiegare, per esempio un solo ambiente di program-
mazione Step7. Il centro di controllo del robot è una soluzione basata su
PC, dove la scheda Ethernet CP1616 con switch integrato funziona simul-
taneamente come controller Profinet I/O e come I/O device.
I problemi di EMC e la sicurezza
In origine si era deciso di usare cavi in fibra ottica polimera (POF) nelle
aree soggette a interferenze elettromagnetiche, per esempio i bracci ro-
botizzati per la saldatura. Tuttavia, diversi test e misurazioni EMC hanno
mostrato che i cavi in rame Ethernet (Industrial Ethernet/Profinet) funzio-
nano senza errori anche in ambienti con interferenze elettromagnetiche e
con significativi carichi meccanici. Il cablaggio dell’intera cella di saldatura
si può dunque realizzare con cavi in rame Ethernet. Inoltre, si sono potuti
ottenere grandi benefici in termini di tempo e costi grazie alla sostituzione
dei cavi Industrial Ethernet con connettori IE FC RJ45,
utilizzando lo speciale sistema FastConnect. Tutte le
aree di una cella si possono raggiungere con la connes-
sione diretta di dispositivi con lunghezza dei cavi fino a
100 m e senza inserire un costoso media converter. Gli
elevati livelli di sicurezza per il personale e per i macchi-
nari richiesti dagli standard odierni rappresentano una
sfida davvero importante. La categoria di sicurezza SIL3
si ottiene a livello di sistema nelle celle di saldatura. Sa-
rebbe possibile ottenere anche la Cat.4 sulla base dei
sistemi elettrici usati, ma non sono interessati i sistemi
pneumatici, meccanici e robot. Il protocollo di trasmis-
sione Profisafe consente la gestione delle funzioni di
sicurezza via Profinet, garantendo la certificazione IEC
61508 e il rispetto dei più elevati requisiti di sicurezza
dell’industria manifatturiera con SIL3 o Cat.4.
Collegamento d’ufficio uniforme
Ogni cabina di controllo ha una connessione di rete, che
è allo stesso tempo il confine di competenza tra il livello IT e quello di au-
tomazione. Per ragioni di sicurezza, l’IT assegna all’impianto una ‘subnet’,
con il quale gli indirizzi IP possono essere gestiti autonomamente, con
funzionalità Layer 3 implementata attraverso la separazione dei router. La
connessione di tutte le celle di saldatura al sistema di controllo di livello
più elevato e la comunicazione tra questi sistemi individuali e la ‘spina
dorsale’ di livello più alto necessitano di sicurezza tramite l’uso di firewall
e router. In caso contrario, tutti i nodi Ethernet di BMWrisulterebbero non
protetti contro accesso esterni. All’interno delle celle di produzione gli
switch Scalance X-200 sono utilizzati come componenti integrati all’in-
terno di Profinet. In caso di guasto, per esempio la rottura di un cavo, viene
inviato un messaggio automatico al sistema di controllo, o al sistema di
livello più alto nella rete d’ufficio e si può sapere già dove è avvenuta la
rottura del cavo. Per consentire inoltre lo scambio in tempo reale di dati
tra le celle di automazione, queste sono connesse le une alle altre con
accoppiatori PN/PN, in modo che le funzioni di sicurezza, per esempio,
vengano comunicate via bus anche alle celle confinanti.
Una tecnologia robusta e testata
Quando si costruisce un nuovo impianto di produzione, ogni singolo mo-
dulo scelto è soggetto a studi di fattibilità. Da un lato vengono considerati
gli aspetti tecnici, quali vantaggi e svantaggi nell’uso durante la messa in
servizio o la piena attività, dall’altro giocano un ruolo molto importante i
fattori commerciali, come i costi di approvvigionamento e manutenzione.
Una messa in servizio più veloce e più semplice con la nuova tecnologia
di comunicazione Profinet scelta rispetto alla precedente, per esempio,
consente di generare significativi benefici di carattere economico già in
fase di pianificazione. Inoltre, si può ottenere una maggiore disponibi-
lità dell’impianto, perché i guasti vengono identificati e risolti più velo-
cemente. Profinet è già impiegato, oltre che nel sito di Dingolfing, nelle
celle di saldatura a Regensburg e a Monaco.
Siemens -
Gli switch Scalance X-200 sono
utilizzati come componenti
integrati all’interno di ProÀnet
