Gli impianti industriali stanno diventando sempre più intelligenti e connessi, promettendo dunque nuove capacità a livello di controllo degli stabilimenti produttivi e maggiori risparmi sui costi. Questi vantaggi si estenderanno anche alla funzione di manutenzione, poiché i dispositivi intelligenti necessitano di minori interventi di manutenzione, oltre a essere in grado di interagire meglio con i sistemi di asset management per il monitoraggio dello stato e la manutenzione predittiva. Osservando da vicino gli sviluppi recenti relativi ai sistemi elettromeccanici intelligenti, si nota come dispositivi di questo tipo operino una rimodellazione degli impianti produttivi e delle funzioni di manutenzione ad essi associate.
La comparsa degli attuatori intelligenti
In molti impianti le parti in movimento, come gli attuatori, costituiscono i dispositivi più critici dell'intero sistema. Gli attuatori controllano funzioni vitali quali il movimento delle valvole negli impianti di produzione continua e le regolazioni dei nastri trasportatori negli impianti di produzione in serie. La prima generazione di attuatori converte semplicemente una potenza pneumatica o fluida in moto. Questi attuatori forniscono una corsa ad elevata velocità a volumi elevati, ma presentano una precisione limitata oltre ad altri svantaggi. Gli attuatori pneumatici, ad esempio, richiedono un afflusso continuo di aria, un fattore economicamente non efficiente nei casi di automazione di azionamenti discontinui. Gli attuatori idraulici sono più efficienti dal punto di vista energetico, ma richiedono maggiore manutenzione a causa delle potenziali fuoriuscite di fluido. Inoltre, sia gli attuatori pneumatici che quelli idraulici non possono essere inseriti facilmente negli schemi di controllo.
I progettisti di macchine stanno quindi optando sempre più per la sostituzione degli attuatori pneumatici e idraulici con quelli elettromeccanici, che garantiscono una maggiore efficienza energetica e un funzionamento più pulito. Questi attuatori elettrici possono fornire velocità elevata e prestazioni di alta precisione, tuttavia i modelli precedenti non si sono dimostrati economicamente efficienti per l'automazione di attività discontinue. Gli utenti finali hanno pertanto preferito ricorrere ad attività discontinue, come la regolazione dei nastri trasportatori per sostituire manualmente un prodotto, piuttosto che pagare un costo significativamente più elevato per un bene strumentale.
Perché gli attuatori intelligenti si stanno diffondendo
Attraverso l'integrazione di attuatori intelligenti all'interno delle proprie apparecchiature, i progettisti di macchine offrono adesso agli utenti finali la capacità di commutare la direzione del motore all'interno dell'attuatore stesso. Questa possibilità di commutazione di basso livello evita agli utenti di dover controllare un ponte H esterno e installare e gestire il pesante cablaggio necessario a supportarlo. Gli attuatori intelligenti richiedono infatti solo due cavi per l'alimentazione e pochi sottili fili di controllo per comunicare con un commutatore semplice, un elemento finale, un PLC o un altro regolatore. Questa caratteristica consente le comunicazioni con bus di rete come quelli che utilizzano il protocollo bus CAN J1939 per l'integrazione con altre applicazioni.
È la combinazione di tali funzionalità a un prezzo ridotto che rende la nuova generazione di attuatori intelligenti una buona idea per applicazioni di cambio prodotto in cicli di lavoro discontinui. In passato, nei sistemi in cui si utilizzava un attuatore per il controllo dell'altezza di un nastro trasportatore poteva essere necessario un costoso attuatore a elevata precisione, supportato da un complesso sistema comprendente un motore passo-passo o dei servomotori, oltre a dei commutatori esterni; adesso con pochi fili i progettisti di macchine possono collegare con precisione al regolatore di automazione principale un attuatore economicamente conveniente, che può essere programmato come si fa con qualsiasi altra funzione. Purché il sistema riesca a comunicare con l'attuatore, l'azionamento può avvenire indifferentemente una volta o 500 volte al giorno. Gli attuatori intelligenti offrono un'ottima flessibilità, associata a un costo totale inferiore del sistema.
L'automazione e la velocizzazione dei cambi prodotto sono particolarmente importanti per quegli impianti caratterizzati da piccoli volumi di produzione. Tradizionalmente il cambio prodotto su una macchina per imballaggio richiedeva un intervento manuale per il passaggio da un prodotto a un altro. Adesso, invece, è possibile programmare in anticipo una sequenza di più prodotti riducendo i tempi di configurazione.
Vantaggi per la funzione di manutenzione
Con gli stabilimenti che diventano più intelligenti e adottano attuatori intelligenti, che di fatto costituiscono una parte semplice e indolore del sistema globale di automazione, i team di manutenzione saranno sollevati da una parte del loro carico di lavoro. Tecnici addetti alla manutenzione e responsabili di stabilimento non potranno fare a meno di notare come gli attuatori intelligenti siano più puliti e più efficienti dal punto di vista energetico rispetto alle soluzioni a potenza fluida, oltre a richiedere un'attenzione minima al cablaggio esterno.
Tutte le operazioni di manutenzione richieste dagli attuatori intelligenti saranno assistite da informazioni diagnostiche fornite attraverso il bus di rete. L'elettronica integrata può, ad esempio, tracciare il numero di cicli eseguiti dall'attuatore e fornire parametri quali temperatura e consumo di corrente. L'analisi di tali fattori consente di stabilire se un aumento di temperatura o del consumo di energia sia correlato a un'usura anomala del sistema oppure alle esigenze specifiche dell'applicazione. Queste informazioni vanno a vantaggio anche della manutenzione, in quanto è semplicemente possibile interrompere un processo per proteggere l'applicazione ed evitare danni all'attuatore stesso dovuti a surriscaldamento o picchi di corrente.
Alcuni OEM stanno già sfruttando le capacità di comunicazione per monitorare il funzionamento degli attuatori tramite cloud, in modo da supportare gli utenti ai fini di una gestione più strategica di parti di ricambio e sostituzioni di pezzi. Tracciando il numero di cicli eseguiti e prevedendo gli intervalli di sostituzione delle parti, i produttori possono avvisare i clienti in relazione a possibili guasti nonché ordinare, consegnare e persino installare le nuove parti prima che il guasto si verifichi concretamente.
Manutenzione 4.0, IIoT e oltre
La diffusione degli attuatori intelligenti riflette le tendenze che si registrano nella maggior parte degli impianti all'interno degli stabilimenti. Valvole, commutatori, pompe e altri dispositivi stanno infatti diventando sempre più intelligenti e in grado di comunicare sempre meglio. Ciò porterà a una maggiore efficienza e, di conseguenza, a un aumento della produttività e a una maggiore facilità di manutenzione.
