PC-based ed EtherCAT per soluzioni di automazione intelligenti e macchine digitalizzate

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Lo scorso novembre a SPS di Norimberga, Beckhoff ha presentato un’ampia gamma di interessanti soluzioni PC-based. Tra gli ultimi sviluppi innovativi spicca MX-System, la soluzione per l’automazione senza quadri elettrici, e l’integrazione di ChatGpt nell’ambiente di progettazione TwinCAT 3. Ma le novità non sono tutte qui. Beckhoff, infatti, continua a essere un punto di riferimento nell’industria con questi e molti altri nuovi prodotti per dare vita alle idee dei clienti, ottimizzando i processi e i sistemi esistenti

Durante SPS di Norimberga Beckhoff ha presentato le tendenze per il prossimo anno, concentrando l’attenzione su compattezza, contenimento dei costi e integrazione. Le novità presentate durante la fiera comprendono l’espansione della linea MX per l’automazione senza armadio elettrico e il perfezionamento del sistema XPlanar, senza tralasciare l’ambiente di sviluppo TwinCAT. È stato dedicato ampio spazio a MX-System, costruito sul concetto di una piastra base sulla quale innestare i singoli moduli necessari all’applicazione, grazie al quale è inoltre possibile comporre tutte le funzioni di automazione replicando le caratteristiche di un quadro di controllo convenzionale in maniera compatta, modulare e, soprattutto, ergonomica. Ciò consente di installare i moduli di automazione e controllo direttamente laddove serve: dall’alimentazione elettrica alla protezione e distribuzione, passando per la generazione e il monitoraggio delle tensioni ausiliarie, fino al controllo sequenziale con i relativi I/O, al controllo di motori e attuatori, alla connessione dei dispositivi di campo e così via. La piena integrazione di tutte le funzionalità della macchina viene raggiunta combinando e configurando i moduli richiesti in base alle esigenze della specifica applicazione. All’evenienza, MX-System può anche essere completamente decentralizzato a bordo macchina, consentendo ai costruttori di efficientare le loro attività nonché la disponibilità della stessa macchina, sull’intero ciclo di vita del bene. Con MX è inoltre possibile implementare una soluzione molto più compatta rispetto ai quadri di controllo tradizionali, oltre che nettamente più flessibile, fortemente customizzata e senza spreco di risorse in termini di spazi, ergonomia di cablaggio, semplicità di interventi manutentivi e di contenimento dei costi. Allo stesso tempo, l’approccio sistemico basato su moduli coordinati e certificati, in accordo con tutte le principali norme internazionali, permette di creare sistemi di controllo montati a bordo di macchine e impianti che possono essere esportati in tutto il mondo, riducendo così lo sforzo richiesto per la pianificazione, l’assemblaggio, l’installazione e la successiva manutenzione. In ogni fase del ciclo di vita, non solo del bene ma dello stesso sistema di controllo, la tecnologia MX offre vantaggi significativi rispetto a un classico quadro, non ultimo quello della semplicità. Passando ai principali componenti di MX-System troviamo innanzitutto le piastre base, sulle quali viene costruita l’architettura di controllo. Esse sono disponibili in tre taglie, studiate per consentire l’adattabilità del sistema alle diverse tipologie di applicazione, tutte con classe di protezione IP67 e direttamente fissabili sulla macchina per l’alloggiamento dei relativi moduli. A tale scopo dispongono di interfacce dati (dalla taglia 1) e interfacce di alimentazione (dalla taglia 2); nelle taglie 1 e 2, le piastre base sono disponibili con un minimo di 6 e un massimo di 24 alloggiamenti; la taglia 3 è stata progettata per soddisfare le esigenze più impegnative, ovvero per ospitare moduli che hanno necessità di dissipazione termica particolarmente elevate. Le nuove piastre base e i moduli della taglia 3 possono essere combinati con i moduli delle taglie 1 e 2 nel sistema abituale, ampliando così la gamma di applicazioni in cui è possibile utilizzare MX-System, sinonimo di automazione senza quadro elettrico. La piastra di base MX-System nella dimensione 3 offre una fila aggiuntiva di slot per i dati, aprendo una nuova serie di possibilità: sono disponibili molti più slot per ospitare un numero ancora maggiore di moduli funzionali all’interno della stessa larghezza. La piastra di base è compatibile con tutti i moduli funzionali delle dimensioni esistenti, ma anche con i nuovi moduli funzionali a 3 file. Il principio del raffreddamento passivo rimane invariato nella taglia 3, anche se la maggiore superficie di raffreddamento consente di raggiungere alte prestazioni. I primi moduli di taglia 3 sono un alimentatore a 600 Vc.c. con una corrente nominale di 40 A, un servocontrollore con una corrente nominale di 28 A e un alimentatore in grado di erogare fino a 63 A. In futuro verranno aggiunte altre opzioni basate sulla taglia 3, come moduli per la commutazione di carichi c.a. fino a 16 A o inverter di frequenza fino a 15 kW. Sarà inoltre possibile implementare alimentazioni fino a 125 A. Questa aggiunta al portafoglio aumenta in modo significativo la gamma di applicazioni in cui può essere utilizzato MX-System. Finora le macchine che richiedono elevati input di potenza potevano essere implementate solo in misura limitata e in modo ibrido utilizzando il sistema modulare MX-System. Tuttavia, le piastre di base a 3 file sono ora in grado di sostituire il quadro elettrico per la distribuzione dell’alimentazione che era precedentemente richiesto in questi casi, consentendo a un numero maggiore di macchine di grandi dimensioni di essere configurate completamente senza quadro elettrico. Nella topologia di una macchina, una piastra di base a 3 file sarà probabilmente sempre posizionata sopra le piastre di base a 1 e 2 file disponibili finora, fungendo da punto centrale in una topologia combinata a stella e daisy-chain. Per una macchina piccola e compatta, la piastra di base a 3 file può essere utilizzata per inserire il maggiore numero possibile di moduli di taglia 1 e 2 su una superficie minima, sostituendo completamente il quadro elettrico e consentendo di sfruttare la più ampia gamma di funzioni di MX-System.

TwinCAT Chat integra gli LLM nell’ambiente di automazione

Con TwinCAT Chat gli LLM (Large Language Model), come ChatGPT di OpenAI, possono essere utilizzati comodamente nell’ambiente di progettazione TwinCAT XAE per sviluppare progetti. È quindi possibile sfruttarne il potenziale di efficienza dalla programmazione del controllo alla gestione aziendale. I Large Language Model offrono una serie di vantaggi sia per gli ingegneri dell’automazione, sia per la gestione aziendale: per gli ingegneri dell’automazione hanno il potenziale per rivoluzionare il processo di sviluppo, generando e completando automaticamente il codice, il che accelera l’intero processo. Inoltre, è possibile far creare agli LLM dei tutorial personali e chiedere specificamente di risolvere i problemi che si presentano. Dal punto di vista della gestione aziendale, gli LLM promuovono il trasferimento di conoscenze all’interno dell’organizzazione; possono fungere da base di conoscenza centrale, immagazzinando informazioni preziose e rendendole disponibili quando necessario. Inoltre, possono facilitare il team di assistenza fungendo da primo punto di contatto per le richieste dei clienti. TwinCAT Chat è stato sviluppato per integrare profondamente gli LLM nell’ingegneria di controllo, offrendo agli utenti un chiaro vantaggio rispetto, per esempio, all’utilizzo tradizionale di ChatGPT in un browser web. Questo semplifica notevolmente il processo di sviluppo, poiché la comunicazione e lo scambio di codice sono perfettamente integrati. Inoltre, l’inizializzazione di base dell’LLM è stata adattata in modo specifico alle richieste di TwinCAT: in questo modo è possibile porre direttamente domande specifiche senza dover dire all’LLM che si sta utilizzando TwinCAT e che gli esempi di codice sono previsti in testo strutturato. Inoltre, il codice generato può essere facilmente trasferito, il che non solo fa risparmiare tempo agli sviluppatori, ma evita anche gli errori che si verificano quando si trasferisce il codice manualmente. Per un’interazione efficiente con TwinCAT Chat è possibile utilizzare semplici richieste pre-testate con un solo click, progettate appositamente per migliorare il flusso di lavoro dell’utente. Altre attività di sviluppo in corso comprendono la creazione automatizzata di controlli HMI TwinCAT e un’interfaccia chatbot per l’ampio sistema di documentazione Beckhoff.

C6043: esecuzione di applicazioni AI in un ingombro ridotto con scheda grafica esterna

Il modello C6043 è un’aggiunta particolarmente potente alla serie di PC industriali ultracompatti di Beckhoff, che si caratterizza grazie al secondo livello di scheda madre per un’unità di elaborazione grafica (GPU) Nvidia integrata di fabbrica. Il PC rappresenta quindi la base hardware ideale per applicazioni di calcolo ad alte prestazioni, in particolare nel campo dell’intelligenza artificiale. Grazie allo slot per schede grafiche prestazionali assegnabile in produzione, il modello C6043, che misura solo 132x202x127 mm, può essere equipaggiato con GPU Nvidia disponibili a lungo termine per calcolo parallelo, in abbinamento ai moderni processori Intel Core. Questo lo rende ideale come unità di controllo centrale per le applicazioni più complesse, per esempio quelle che richiedono un elevato carico computazionale sulla grafica 3D, o moduli di visione e intelligenza artificiale profondamente integrati con tempi di ciclo minimi. Il software di automazione TwinCAT 3 può mappare queste funzioni in modo completamente integrato insieme al classico controllore, senza software o interfacce aggiuntive. Grazie allo slot aggiuntivo per moduli PCIe compatti liberamente configurabile, il PC C6043 può essere ampliato in modo flessibile con ulteriori interfacce; l’alimentatore e il sistema di raffreddamento forniscono una potenza sufficiente per sfruttare appieno il potenziale della scheda grafica esterna e dei più recenti processori Intel. Con i processori Intel Core di 12ª e 13ª generazione, il PC C6043 offre già un’eccellente capacità di calcolo anche senza una scheda grafica esterna; per la prima volta, i processori Intel Core i5, i7 e i9 dispongono di un’architettura ibrida. Come nelle precedenti generazioni di processori, Intel Celeron, Pentium e Core i3 offrono i classici core ad alte prestazioni; Core i5, Core i7 e Core i9, invece, hanno rispettivamente 4, 8 e 16 core ad alta efficienza: questa combinazione di core prestazionali (Core P) e a elevata efficienza (Core E) consente di implementare le applicazioni su un totale di 24 core fisici del processore. Se da un lato i core a elevate capacità di esecuzione risultano particolarmente adatti per applicazioni ad alte prestazioni a thread singolo, dall’altro svariati thread aggiuntivi possono essere eseguiti in tempo reale o a livello utente sui core ‘Efficiency’ aggiuntivi. Inoltre, per ogni singolo core può essere singolarmente configurata la frequenza di clock a cui esso viene fatto operare tramite TwinCAT.

TwinCAT MC3: controllo assi di nuova generazione

Il controllo assi è sempre stato un componente essenziale del software di automazione TwinCAT di Beckhoff ed è utilizzato con successo in molti progetti in tutti i settori. TwinCAT MC3 costituisce la nuova generazione di motion control, caratterizzata in particolare da un’architettura modulare e dal supporto multicore e multi-task. Tutte le brillanti caratteristiche delle precedenti soluzioni di controllo del movimento TwinCAT NC2 sono presenti anche in questa nuova generazione. Inoltre, TwinCAT MC3 può funzionare in parallelo con NC2, e gli assi MC3 possono essere accoppiati agli assi NC2 esistenti, il che significa che i nuovi componenti della macchina possono essere implementati con TwinCAT MC3 senza dover adattare i componenti della macchina esistenti. Oltre a ciò, TwinCAT MC3 offre numerosi nuovi vantaggi per il controllo del movimento grazie alla sua architettura modulare, che include in particolare il supporto multi-core e multi-task. Inoltre, non esiste una restrizione fissa sul numero di assi; TwinCAT MC3 può anche essere distribuito su più core della CPU, consentendo la sincronizzazione dei movimenti su tutti i core. In aggiunta a ciò, gli assi possono essere controllati sullo stesso core della CPU con tempi di ciclo diversi, a seconda della loro velocità e funzione. Il core della CPU viene così utilizzato in modo ottimale, poiché l’asse più veloce non imposta più la velocità per tutti gli assi.

TwinCAT Core Boost per maggiori prestazioni in realtime

TwinCAT 3 supporta costantemente la moderna tecnologia dei processori multicore; la funzionalità multi-thread consente di distribuire l’applicazione su più core. Con TwinCAT Core Boost le prestazioni di calcolo dei singoli core in realtime o user-mode possono essere aumentate fino al 50% per ottenere le massime prestazioni dal sistema e adattarlo in modo ottimale ai rispettivi requisiti. La frequenza di clock dei core del processore può essere configurata individualmente e secondo le esigenze, in modo che non debbano più avere tutti la stessa frequenza di clock. La frequenza di clock per core può essere definita per il contesto realtime e per le applicazioni user-mode; è anche possibile far funzionare i singoli core realtime continuativamente in una cosiddetta ‘modalità turbo’. Ciò comporta vantaggi applicativi: fino al 50% in più di potenza di calcolo per uno o più core del processore e possibilità di utilizzare CPU più economiche. Il consumo di energia e la temperatura consentita di ciascun core (e dell’intero sistema) sono monitorati da TwinCAT Core Boost, in modo da garantire un funzionamento affidabile anche quando si utilizza la modalità turbo. Infine, TwinCAT Core Boost può essere utilizzato con tutti i PC industriali con processori Intel Core I dall’11ª generazione in poi.

Piastrelle più grandi per un uso efficiente dello spazio e per applicazioni complesse

Per il sistema di motori planari Beckhoff sono ora disponibili due nuove piastrelle, le cui dimensioni maggiori consentono ai mover XPlanar di larghezza 155 mm di muoversi su 1 o 2 corsie con un ingombro minimo. Il nuovo fattore di forma può ridurre l’ingombro e i costi fino al 50%, soprattutto nelle applicazioni con pesi di trasporto compresi tra 800 e 3.000 g. Inoltre, le nuove piastre consentono la realizzazione di numerose altre applicazioni grazie all’aumento della precisione, della dinamica e della densità di raggruppamento dei mover; sono inoltre disponibili anche varianti con funzionalità STO. Nello specifico, le piastrelle XPlanar APS4244 e APS4242 rappresentano un nuovo fattore di forma del sistema e presentano dimensioni rispettivamente di 320×320 mm e 320×160 mm. Per la prima volta, ciò consente il funzionamento a 1 corsia (APS4242) o a 2 corsie (APS4244) ottimizzato per i mover APM43x0, permettendo di realizzare percorsi più flessibili e significativamente più economici. Le due nuove piastrelle offrono inoltre una maggiore precisione e una riduzione della distanza minima tra i mover, con conseguente aumento della densità dei mover stessi. Inoltre, è presente un potente alimentatore integrato per una maggiore dinamica. A seconda della variante, la funzionalità STO è implementata per consentire, per esempio, la facile integrazione di postazioni di lavoro manuali.

AX8820: recupero intelligente dell’energia per la massima efficienza

L’unità di rigenerazione universale AX8820 di Beckhoff viene utilizzata per reimmettere in rete l’energia recuperata. È adatta all’uso con il servosistema multiasse AX8000, con i servoazionamenti digitali compatti AX5000 e con dispositivi di terze parti. L’energia viene rigenerata in modo sinusoidale, evitando le distorsioni della rete tipiche della rigenerazione block-shaped. L’unità rigenerativa AX8820 è progettata per una tensione di alimentazione nominale da 400 a 480 Vc.a., una potenza nominale di 7 kW e una tensione massima del circuito intermedio di 848 Vc.c.. Per una gestione efficace, l’energia di rigenerazione viene inizialmente immagazzinata nel circuito intermedio; l’unità AX8820 inizia a reimmettere energia in rete solo poco prima che venga raggiunta la soglia di sovratensione dei dispositivi collegati. Diverse unità di rigenerazione AX8820 possono funzionare in parallelo per adattare in modo ottimale la potenza di rigenerazione alle esigenze della macchina. Per il recupero dell’energia non è necessaria alcuna comunicazione via Ethercat, ma con il suo utilizzo, che consente una parametrizzazione estesa, è possibile adattare i livelli di tensione ai dispositivi collegati. Con l’aiuto della diagnostica estesa via Ethercat è possibile analizzare anche l’energia di rigenerazione attuale. I dati online possono essere utilizzati per registrare i tempi dei processi della macchina, per cui è possibile verificare se l’efficienza della macchina può essere aumentata scaglionando i processi.

Serie di servomotori AM8300 con raffreddamento a liquido

I servomotori AM8300 ampliano il portafoglio Beckhoff con una serie di motori modulari con raffreddamento a liquido integrato. Grazie all’efficiente raffreddamento si ottiene una densità di potenza estremamente elevata, in modo da poter fornire una potenza nominale fino a 40 kW nel minore spazio possibile, a seconda della taglia del motore. Rispetto agli analoghi motori convenzionali raffreddati per convezione, la coppia di stallo è 3 volte superiore. In termini di tecnologia, la serie AM8300 si basa sulla collaudata serie AM8000 e sul suo vantaggioso sistema di costruzione modulare con un’ampia gamma di opzioni e una disponibilità costante. I servomotori offrono la massima dinamica, poiché la coppia aumenta con il raffreddamento a liquido, ma il momento di inerzia del rotore rimane invariato; sono particolarmente adatti per applicazioni con requisiti di velocità e coppia più elevati. Sono 5 i codici di flangia, ciascuno con 3 lunghezze diverse; con coppie di arresto da 5,1 a 274 Nm, coprono una gamma estremamente ampia di applicazioni. I motori AM8300 possono essere opzionalmente dotati di un freno di stazionamento a magneti permanenti senza gioco, di una guarnizione di tenuta dell’albero e di una sede per chiavetta. A seconda delle dimensioni sono disponibili con diversi sistemi di retroazione, come resolver o encoder monogiro e multigiro senza batteria con tecnologia One Cable (OCT) o Hiperface. Grazie al sistema di raffreddamento a liquido e all’elevato grado di protezione IP65, il dispositivo AM8300 è adatto anche alle condizioni ambientali più difficili, in particolare a quelle con temperature elevate. A seconda delle dimensioni è dotato di una filettatura da 1/8” o ¼” per il collegamento del circuito di raffreddamento.

Il feedback OCT già integrato rende eccezionalmente facile l’utilizzo dei motori lineari

Le serie di motori lineari AL8000 e AL8100 offrono ora il rilevamento della posizione grazie al feedback integrato. In questo modo l’intero processo di integrazione del motore nella macchina è molto più semplice, in quanto gli utenti non devono più montare la testa di scansione da soli. Inoltre, gli utenti beneficiano di tutti i vantaggi della tecnologia One Cable (OCT) di Beckhoff. Gli azionamenti lineari sono dotati di un sistema di feedback integrato (una testina di lettura e un nastro graduato) per formare un nuovo tipo di unità funzionale. La tecnologia One Cable (OCT) consente la trasmissione del segnale digitalizzato direttamente attraverso la periferia del motore, di conseguenza è necessario un solo cavo di collegamento per la potenza, l’encoder e il sensore termico. Questo non solo riduce il cablaggio verso il quadro elettrico, ma consente anche una messa in servizio estremamente semplice grazie alla targhetta elettronica che contiene tutti i parametri del motore. La testina dell’encoder lineare è inoltre pre-allineata e direttamente accoppiata all’unità primaria di avvolgimento, eliminando le lunghe procedure di assemblaggio e allineamento del sistema di feedback. I motori lineari sono disponibili sia per la gamma 400 V (AL8000), sia per quella 48 V (AL8100); in combinazione con i servodrive ELM72xx, l’unità AL8100 offre quindi per la prima volta una soluzione completa per i motori lineari a bassa tensione.

Serie di PC embedded CX5300: fino al 60% di aumento delle prestazioni di calcolo

La serie di PC embedded CX5300 di Beckhoff utilizza processori Intel Atom della serie x6 (Elkhart Lake), che consentono di offrire una potenza di calcolo superiore fino al 60% rispetto alla collaudata serie CX5200. Ulteriori vantaggi applicativi derivano dalla moderna DisplayPort per l’integrazione dell’HMI, nonché dall’alimentatore compatibile con l’UPS OCT e dall’UPS capacitivo da 1 s. Il modello CX5300 è un PC embedded senza ventola ed è disponibile in due varianti: CX5330 con processore Intel Atom x6214RE (1,4 GHz, 2 core) e CX5340 con processore Intel Atom x6416RE (1,7 GHz, 4 core). Nella configurazione di base i dispositivi sono dotati di 4 o 8 GB di RAM DDR4, 2 interfacce Ethernet Gigabit indipendenti, 4 porte USB 3.1 e 1 DisplayPort. Grazie all’interfaccia opzionale, che può essere installata in fabbrica, e al livello di I/O, che può essere costituito da terminali E-bus o K-bus, si ha a disposizione un’ampia gamma di connessioni opzionali aggiuntive o di funzionalità di gateway. Risulta inoltre possibile collegare un modulo di sistema o un modulo bus di campo della serie CX2000 tramite la connessione ad alte prestazioni sul lato sinistro del dispositivo. Oltre a tutto ciò, il PC CX5300 è caratterizzato da un’unità di alimentazione interna isolata elettricamente con possibilità di collegamento all’UPS OCT, da un UPS capacitivo integrato da 1 s per l’archiviazione dei dati persistenti e da un basso consumo energetico.

Beckhoff Automation – www.beckhoff.com/it-it

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