Il tempo è scaduto: Andiamo fuori nei campi

Abbiamo ancora bisogno al giorno d’oggi di un quadro elettrico? Sicuramente molti responsabili di macchine e impianti si sono posti questa domanda. Questo articolo, che tratta il tema della tecnologia di automazione decentralizzata, fornisce la risposta.

Per decenni, il quadro elettrico è stato parte integrante della pianificazione nell'ingegneria meccanica e impiantistica. Allora come mai questo componente sta diventando sempre meno importante nelle considerazioni di molti uffici di progettazione?

Per capirlo bisogna fare un salto indietro di quasi trent'anni. Fino a poco prima della fine del millennio, il mondo era ancora in ordine, almeno dal punto di vista del produttore di quadri elettrici! Fino ad allora, i sensori e gli attuatori erano progettati con tecnologia passiva e per ogni segnale era necessario un cavo con tecnologia a 2/3 fili. Sulla base delle morsettiere in serie installate nel quadro elettrico, anche gli estranei erano in grado di valutare molto bene la complessità di un'applicazione.

Tuttavia, questo approccio era associato a una notevole complessità di realizzazione e a lunghi processi, e non solo per il produttore di macchine e impianti. Lo stesso vale per i loro clienti. Al momento dell'acquisto dovevano pensare attentamente a come controllare i cablaggi tra i quadri elettrici e le macchine. Alcuni di questi sono scomparsi in pozzetti a pavimento, altri furono posati in canali portacavi massicci. Ciò ha influito sui tempi di progettazione e messa in funzione e ha comportato costi considerevoli.

I moduli IO decentralizzati riducono il lavoro di installazione

La pianificazione di macchine e sistemi sempre più complessi hanno infine portato sulla scena diversi produttori di tecnologie di automazione. Questi hanno valutato come ridurre il lavoro di installazione e i fasci di cavi. La loro risposta è stata: moduli IO decentralizzati. La Società Murrelektronik GmbH di Oppenweiler, ad esempio, ha lanciato i primi moduli IO per bus di campo con connessioni innestabili già all'inizio degli anni Novanta. Portavano il nome criptico MSAB, avevano le dimensioni di bricchetti e, grazie al loro elevato grado di protezione IP65, raccoglievano in modo affidabile i segnali dei sensori e degli attuatori direttamente sul posto.

Mentre all'inizio l'industria meccanica non sapeva bene cosa fare con questa nuova tecnologia, l'industria automobilistica ne ha riconosciuto rapidamente i vantaggi. Nei suoi vasti stabilimenti di produzione, l’industria automobilistica ha potuto risparmiare, grazie alla nuova tecnologia, chilometri di cavi e canali portacavi. Inoltre, hanno facilitato l'assistenza e la manutenzione grazie alla ricerca di guasti semplificata e alle connessioni elettriche collegabili.

Si preannunciava così l’allontanamento dei componenti dal quadro elettrico. Sebbene questo continuasse a essere molto pieno, si era imboccata la via della decentralizzazione. I più audaci sognavano già la macchina pronta per l’uso. La loro idea era consegnare una macchina completamente pronta per il funzionamento. Pensavano che nel sito di installazione si sarebbero dovuti collegare solo i cavi di alimentazione e dati e la produzione sarebbe potuta iniziare. Ma tutto ciò per il momento doveva rimanere un sogno.

Lo spegnimento per singolo canale aumenta la disponibilità

Tuttavia, il desiderio di una maggiore disponibilità dell’impianto non era più un sogno. Sebbene i moduli IO decentralizzati raccogliessero ora i segnali dei sensori e degli attuatori nella periferia della macchina, inizialmente avevano un punto debole. In caso di sovraccarico o cortocircuito, l'intero modulo passava in modalità di guasto. Nessuna delle otto porte M12 poteva più inviare o ricevere segnali.

Grazie alla loro attiva partecipazione ai comitati di standardizzazione, i responsabili di Murrelektronik GmbH erano a conoscenza di questo problema. Ma come si può evitare questo comportamento di guasto dell'elettronica IO? L'esperta di automazione dell'area di Stoccarda ha dimostrato ancora una volta che gli Svevi non sono soprannominati "inventori" per niente e nel 2001 ha presentato l'MVK. Il quadro di distribuzione compatto di Murrelektronik è stato il primo modulo a essere dotato di un innovativo sistema di spegnimento per singolo canale in caso di cortocircuito o sovraccarico. Poiché i restanti sette canali restavano operativi in caso di spegnimento, questo approccio ha aumentato la disponibilità dell’impianto arrivando addirittura all’87,5%. Allo stesso tempo, un LED rosso sullo slot segnalava al team di assistenza dove si trovava il problema.

Un modulo IO per tutti i casi

Con la crescente accettazione dei piani di IO decentralizzati nell'ingegneria meccanica, è cresciuto rapidamente il numero di moduli IO disponibili. In definitiva, dovrebbero essere coperte tutte le eventualità e le esigenze.

Tuttavia, questo gran numero di moduli IO decentralizzati ha portato presto con sé un'altra sfida. Per alcuni produttori di macchine, i costi di magazzinaggio sono andati improvvisamente alle stelle perché i progettisti hanno dovuto pianificare molte porte di riserva inutilizzate a causa dei moduli IO comuni come DI8, DO8 o DI4/DO4 per poter gestire tutti i segnali sulla macchina.

Gli ingegneri di Murrelektronik si sono dimostrati ancora una volta creativi e sono stati i primi a lanciare moduli IO multifunzionali. L’aspetto rivoluzionario è che grazie ai pin standardizzati e alla configurazione del software, l'utente era libero di decidere se utilizzare una porta di segnale come ingresso per sensori o come uscita per attuatori. Quindi non importava se aveva bisogno di due ingressi e sei uscite o di cinque ingressi e tre uscite. Questa multifunzionalità ha creato spazio nel magazzino, perché ora improvvisamente tutti i requisiti potevano essere coperti con un solo modulo IO.

Zero Cabinet con Vario-X

Con il progresso della miniaturizzazione e il miglioramento dell'elettronica di potenza, a partire dal 2005 sono diventate improvvisamente possibili soluzioni tecniche che prima sembravano impensabili. Un esempio di ciò sono i moduli di sicurezza che consentono di raccogliere segnali rilevanti per la sicurezza all'esterno sul campo. In seguito sono stati aggiunti alimentatori decentralizzati ad alta efficienza e con un elevato grado di protezione, alimentati con corrente monofase o trifase a seconda delle esigenze e con una tensione di uscita di 24V DC.

Il percorso di decentralizzazione intrapreso più di tre decenni fa e le possibilità offerte da dispositivi sempre più efficienti dal punto di vista energetico hanno permesso a Murrelektronik di compiere nel 2022 il suo grande passo successivo. Con Vario-X presentano la soluzione per l'automazione di macchine senza quadro elettrico. Hanno integrato i componenti fino a quel momento posizionati nel quadro elettrico nella loro piattaforma IP67 flessibile e scalabile.

Questi includono un potente IPC con un processore 4-core. In questo modo è possibile distribuire ai core i componenti di un'applicazione ad alta intensità di calcolo senza la necessità di un PC o di un gateway aggiuntivo, mantenendo così brevi i tempi di ciclo. L'elaborazione delle immagini, un gemello digitale per evitare collisioni o applicazioni di misurazione speciali possono essere distribuiti tra i core, per citare solo alcuni esempi.

Due potenti alimentatori di corrente forniscono la flessibilità necessaria sul campo per realizzare facilmente diverse applicazioni. Mentre per i moduli IO esterni e altri dispositivi periferici sono disponibili 24V DC, un collegamento da 48V DC alimenta di energia la tecnologia di azionamento. L’aspetto saliente è che  quando si utilizzano motori con elettronica di controllo integrata, è possibile utilizzare cavi motore non schermati. Non sono più necessari collegamenti complicati, ad esempio applicando la schermatura, né i costi di acquisto più elevati per cavi schermati.

Vario-X è una piattaforma di automazione modulare e altamente flessibile con la quale è possibile implementare per la prima volta tutte le funzioni di automazione in modo completamente decentralizzato. (Immagine: Murrelektronik GmbH)

Un modulo di alimentazione con interruttore principale integrato, una batteria per il buffering dell'IPC, un modulo master IO-Link 8 porte, uno switch Ethernet e un PLC di sicurezza con IO di sicurezza associato completano la soluzione e costituiscono la base per piani di automazione decentralizzata.

Lo confermano anche gli organizzatori della Fiera industriale svizzera Sindex, che nel 2023 hanno conferito a Murrelektronik il premio Swiss Dinno Award. Hanno motivato la loro decisione, tra l’altro, con l’innovativo approccio dell’automazione, che hanno definito esplicitamente una scelta sostenibile.

Addio al quadro elettrico

Un premio per l'ingegneria meccanica sostenibile! A porte chiuse, si dice che la giuria abbia voluto lanciare un segnale contro l'attuale ondata di esternalizzazione dei quadri elettrici. Non è possibile dimostrare se sia effettivamente così. Negli ultimi anni, tuttavia, le aziende affermate hanno optato sempre più spesso per la via più economica, alla ricerca di un risparmio sui costi, trasferendosi in Paesi con costi della manodopera più bassi. Tuttavia, questa politica comporta che ogni anno migliaia di camion facciano la spola tra Est e Ovest.

Molti reparti acquisti non sono nemmeno consapevoli degli svantaggi di questo percorso scelto. Non solo si cede volontariamente know-how, ma si perde anche flessibilità. È molto difficile apportare modifiche al progetto in un secondo momento.

Ma non è tutto. La soluzione premiata mette a fuoco il livello del campo, che finora è stato ignorato nella maggior parte dei programmi di risparmio sui costi. Questa offre in particolare agli ingegneri meccanici un enorme potenziale per ridurre i costi e aumentare i margini. L'installazione è più rapida del 40% rispetto ai classici sistemi di quadri elettrici e i costi di cablaggio si riducono fino al 75%.

Pertanto, la macchina pronta per l’uso non è più un sogno. Murrelektronik rende tutto questo possibile grazie alla sue soluzioni innovative e leader sul mercato.