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impianti servono sistemi di comunicazione in tempo
reale con capacità di elaborazione parallela. Nuovi
software supporteranno l’uso di sensori wireless e
reti peer-to-peer distribuite, che fungeranno da piccoli
sistemi operativi per consentire la comunicazione fra
i nodi. Fabbriche e processi saranno sempre più confi-
gurabili e flessibili. Tutti questi fattori richiedono una
solida infrastruttura di rete, che Ethercat è in grado di
fornire. La visione di una completa automazione della
manifattura comprende la possibilità per i clienti di
effettuare ordini online con transazioni elettroniche,
alle quali macchine intelligenti e robot rispondono
fabbricando velocemente prodotti sumisura in quan-
titativi ridotti fino al singolo pezzo (lotto unico). Per
fare ciò serve un accesso diretto attraverso sistemi di
comunicazione veloci e affidabili a tutti i componenti
di automazione collegati in rete: controlli, interruttori,
valvole, motori, azionamenti ecc. Anche in questo
caso, i componenti hardware compatibili con Ether-
cat possono sfruttare questa tecnologia di comuni-
cazione per rispondere a tali esigenze. Un’altra chiave dell’Industria 4.0 è
la convergenza di informatica e automazione (IT e OT) in un unico flusso
di comunicazione in tempo reale. A questo scopo, ETG e OPC Foundation
hanno recentemente siglato un accordo di collaborazione. Nello specifico,
OPC è uno standard indipendente dalla piattaforma per lo scambio sicuro
e affidabile di dati fra prodotti di diversi fornitori, pertanto è completamen-
tare a Ethercat. Mentre però Ethercat è specializzato nella raccolta dati
in tempo reale dall’impianto, OPC UA consente la comunicazione sicura e
scalabile dei dati raccolti a sistemi di livello superiore. In effetti, l’integra-
zione fra sistemi di controllo e dispositivi in fabbrica è fondamentale, ma
il passo successivo dell’automazione in chiave moderna è estendere la
comunicazione aperta al livello di gestione d’impresa (si veda Figura 2). È
qui che i dati di fabbrica e di campo possono essere aggregati e analizzati
dal sistema di esecuzione della produzione (MES), fornendo una visione
in tempo reale delle attività produttive. I dati ‘in diretta’ sono altrettanto
importanti per i sistemi gestionali (ERP) che devono agire sulla base dei
dati di utilizzo dei materiali e capacità produttiva. All’ultimo stadio, tutte
queste informazioni possono essere inviate a sistemi in cloud per analisi
ulteriori. I dispositivi Ethercat sono ideali per gestire le interconnessioni
a livello di impianto e macchinari. Esistono molte soluzioni di controllo
su PC, pacchetti di supervisione e acquisizione dati (Scada) e opzioni
per accesso remoto/web che girano su queste piattaforme hardware
con OPCUA. Un altro concetto fondamentale dell’Industria 4.0 riguarda la
definizione di sistema cyber-fisico (CPS - Cyber Physical System). Un CPS
è costituito da diversi componenti fisici ed elettronici, che interagiscono
attraverso funzionalità di comunicazione integrate. Le informazioni di di-
versa provenienza vengonomonitorate e sincronizzate fra l’impianto fisico
e il ‘cyber-spazio’ di elaborazione. Applicando tecniche di analisi avanzate
a questo patrimonio di informazioni, le macchine collegate in rete po-
tranno operare con maggiore efficienza. I CPS diventeranno sempre più
importanti nell’industria manifatturiera come strumento per aumentare
l’autonomia e l’affidabilità dei sistemi di automazione. Ethercat supporta
il livello 1 della piramide 5C dei sistemi cyber-fisici (si veda Figura 3). Al
livello 1 ‘Smart Connection’ vengono raccolti dati precisi e affidabili dalle
macchine e dai componenti associati, per essere poi inviati al cloud. Que-
sta procedura è la premessa fondamentale per realizzare un’applicazione
CPS ed Ethercat è la tecnologia che consente di implementare questo
tipo di sistemi.
Motion e controllo I/O su PC con Ethercat
Nel mercato dell’automazione generica le piattaforme su PLC sono
prevalenti fin dalla loro nascita negli anni ’70. Il motivo principale è la
robustezza dei prodotti, che assicurano prestazioni costanti anche negli
ambienti industriali più ostili. I primi PLC erano semplici sostituti delle
funzionalità dei relè, ma in seguito si sono evoluti acquisendo capacità
avanzate di motion control, controllo di processo PIDe sicurezza integrata.
Gli sviluppi più recenti hanno visto l’introduzione di funzionalità tipiche
dei PC, per esempio server web e connettività in rete.
Così, i PLC più evoluti si sono guadagnati il titolo di
PAC (Process Automation Controller), per indicarne le
funzionalità più ampie e avanzate. Per molti anni i PC
hanno svolto la funzione di piattaforme per l’interfaccia
operatore dei PLC. Un’altra tendenza cominciata verso
la fine degli anni ’80 ha visto l’uso di piattaforme PC
per il controllo in tempo reale in sostituzione dei PLC,
svolgendo spesso il duplice compito di interfaccia ope-
ratore. I PC offrono processori più avanzati abbinati a
componenti con costi sempre più bassi rispetto a PLC e
PAC. Inoltre, i PC sono ideali per effettuare calcoli com-
plessi e possono gestire grandi volumi di dati. All’inizio
i PC non avevano la stessa affidabilità dei PLC, ma oggi
lo sviluppo di kernel realtime e software specifici (Soft
PLC) consente ai PC di supportare i compiti e gli algo-
ritmi di controllo più critici. Il numero di applicazioni di automazione su PC
è quindi in aumento. Senza che una tecnologia prevalga sull’altra, PLC,
PAC e PC coesistono nel mercato e stanno di fatto convergendo. Per ora
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FIELDBUS & NETWORKS
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Figura 2 - Ethercat collega i dispositivi dal campo al livello gestionale
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