Meccatronica: un sistema a più funzioni

Dalla rivista:
RMO – Rivista di Meccanica Oggi

Pubblicato il 15 dicembre 2001

Siemens Automation & Drives (A&D) ha annunciato l’introduzione di un nuovo sistema di controllo assi, denominato Simotion, che integra in un’unica infrastruttura funzionalità avanzate di controllo assi e una interfaccia comune per la programmazione delle macchine nel loro insieme caratterizzata dalla semplicità dei PLC. I costruttori di macchine potranno ridurre i costi di produzione tagliando le spese di progettazione conseguenti agli sforzi di integrazione di motori e azionamenti di differenti produttori e di interfacciamento delle diverse tecnologie. Simotion racchiude infatti in un unico sistema tutte le funzioni di controllo, pilotaggio e interfacciamento necessarie alle realizzazione di macchine basate sul controllo assi. Siemens ritiene che l’adozione di Simotion permetterà di ottenere risparmi compresi tra il dieci e il venti percento sul costo totale di una macchina.

L’evoluzione delle macchine

Sono i progressi della microelettronica e le sue applicazioni al controllo assi che permettono di rendere ‘intelligenti’ i sistemi di controllo e di pilotaggio dei motori a tutto vantaggio della flessibilità e della facilità di configurazione di una macchina. La convergenza di meccanica, elettronica e informatica è sfociata in una nuova emergente disciplina, la meccatronica, che, contribuendo a migliorare la produttività e ad aumentare i margini di profitto, si sta affermando anche tra i costruttori di macchine. I moderni sistemi di controllo assi integrano al loro interno le funzioni di controllo tipiche di un PLC (Programmable Logic Controller, controllore in logica programmabile) e un’interfaccia che permette di configurare i diversi parametri in maniera semplice e flessibile. La modularità è un’altra delle caratteristiche che si ritrovano con sempre maggior frequenza in una macchina moderna. Grazie ad una concezione modulare risulta infatti possibile, con un minimo sforzo progettuale, effettuare una personalizzazione della macchina sulla base di esigenze specifiche di un particolare cliente o aggiornarla con le tecnologie più recenti così da prevenirne l’obsolescenza. Il vantaggio è dunque condiviso da costruttori (o integratori di sistemi) e utilizzatori: i primi possono raggiungere più rapidamente il mercato con un prodotto che ha richiesto minori sforzi di progettazione, mentre i secondi possono contare su una maggior durata del proprio investimento in macchinari. Un’analoga situazione di comune convenienza è quella che consegue all’adozione di standard diffusi, sia per la programmazione del sistema di controllo nel suo complesso, sia per l’interfacciamento tra i diversi componenti e verso l’operatore. In questo caso la semplificazione della progettazione e dell’uso di una macchina si traduce in una minore richiesta di risorse per la formazione di progettisti ed operatori. Qualora tutti i componenti siano conformi ai medesimi standard, il software di programmazione viene a giocare un ruolo fondamentale in quanto le diverse procedure scritte per implementare le funzionalità più disparate possono essere riutilizzate nella progettazione di nuove, e differenti, macchine.

Il ruolo della meccatronica

La peculiarità della meccatronica è appunto quella di saper realizzare funzioni meccaniche complesse programmando e configurando opportunamente il software di controllo di componenti meccanici e servoazionamenti standard. Se da un lato i componenti standard contribuiscono alla flessibilità della macchina, alla riduzione delle scorte di magazzino e del numero di parti differenti soggette a usura, è il software la chiave del successo di questo nuovo modo di costruire macchine: grazie ad esso è infatti possibile ottimizzare il controllo assi, effettuare operazioni di manutenzione predittiva, modificare il tipo di lavorazione o la funzionalità di alcune parti della macchina con la semplice pressione di un pulsante. Un uso attento dei moduli e delle librerie software permette inoltre di ridurre drasticamente i tempi di realizzazione di una macchina, limitando le spese annesse alla progettazione. Lo sfruttamento delle potenzialità offerte dalla meccatronica richiede pertanto degli strumenti adatti per lo sviluppo del software di controllo. Tale software deve infatti essere in grado di gestire tutte le funzionalità dell’hardware, qui inteso in senso ampio di componenti meccanici, azionamenti e relativa ‘intelligenza’, e deve permettere l’interfacciamento dei diversi componenti tra loro e con l’operatore. Il software di comunicazione tra uomo e macchina, in particolare, deve mettere a disposizione degli operatori un ambiente di lavoro intuitivo, grafico e basato su un interfaccia coerente e dall’aspetto uniforme.

Tre parti, un unico sistema

Con Simotion, Siemens ha inteso introdurre il primo sistema al mondo ad implementare in maniera radicale i precetti della meccatronica. Simotion è una struttura che permette di includere, per mezzo di un unico software di sviluppo e di interfacciamento, funzioni complesse di controllo assi in un sistema di controllo standard in grado di pilotare diversi componenti meccanici ed elettronici. Il pacchetto Simotion è sostanzialmente costituito da tre parti: un software di sviluppo, denominato ‘Simotion Scout’, che lavora in ambiente Windows su un comune PC; un software di esecuzione che lavora su tre diverse piattaforme hardware; le piattaforme hardware che incorporano meccanica ed elettronica.
Simotion Scout è un ambiente di sviluppo integrato che permette di implementare tutte le funzioni di controllo che hanno a che fare con il movimento di assi o altre parti meccaniche della macchina. La progettazione avviene per la maggior parte in modalità grafica e concerne ogni aspetto del controllo del sistema: dall’ovvio compito di controllo assi, all’interfacciamento, all’elaborazione dei dati raccolti, alle fasi di configurazione e parametrizzazione, fino alla programmazione dei PLC, alla creazione di report e alla diagnostica.
Il software di esecuzione, suddiviso in moduli, è il codice che una volta sviluppato diviene parte integrante della macchina: comprende ovviamente tutte le istruzioni necessarie all’implementazione delle funzionalità del sistema in termini di controllo degli assi e delle apparecchiature accessorie.
Le piattaforme hardware rappresentano il lato ‘fisico’ del sistema Simotion: sono infatti loro ad ospitare ed eseguire il codice dell’applicazione e quello di esecuzione e a permettere l’interfacciamento tra dispositivi che non sarebbero altrimenti in grado di comunicare tra loro. Queste piattaforme sono di tre diversi tipi: Simotion C, che svolge le funzioni di un controllore, Simotion P, che funge da PC industriale e Simotion D, versione basata sugli azionamenti intelligenti. Se Simotion P offre le maggiori garanzie di flessibilità, prestazioni e possibilità di utilizzare componenti di terze parti, è in Simotion D che Siemens intravede le maggiori potenzialità di applicazione.