Acquisizione dati (condition monitoring e collaudo) a bordo macchina

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"L’utilizzo di un sistema basato sulla piattaforma CompactRIO risulta efficiente, affidabile e agevolmente integrabile con le esigenze di automazione della macchina stessa."

- Alessandro Lugli, SITEM

The Challenge:
Integrare a bordo macchina un sistema di acquisizione dati ad alte prestazioni, affidabile, preciso e ricalibrabile nel tempo, che si possa facilmente integrare con i bus di campo dell’automazione della macchina stessa.

The Solution:
Utilizzo di una soluzione basata su piattaforma NI CompactRIO e di un applicativo realizzato in ambiente NI LabVIEW.

Author(s):
Alessandro Lugli - SITEM

SITEM

SITEM (www.sitemnet.it) è una azienda genovese attiva da 16 anni nel settore del test, della misura e dell'automazione industriale.SITEM è Silver Alliance Partner di National Instruments dal 2000.

Sempre più sovente i costruttori di macchine (sia costruttori OEM di macchine speciali sia costruttori di sistemi di assemblaggio automatico e macchine di produzione in genere) hanno l'esigenza di integrare, a bordo della macchina stessa, sistemi di misura che siano affidabili in termini di precisione della misura nel tempo (ricalibrabili) e che possano essere facilmente integrati all'interno del processo di controllo della macchina, che tipicamente può essere gestita da un PLC o PAC(Programmable Automation Controllers). Le norme relative alla qualità e le necessità del cliente finale infatti impongono sempre di più produzioni in regime costantemente controllato e pertanto i sistemi di collaudo e misura rappresentano sempre di più un elemento di valore della macchina, unitamente alla velocità di lavoro della stessa.

Inoltre molti clienti finali oggi si affacciano al mondo del condition monitoring, ovvero ritengono utile ed economicamente vantaggioso disporre sulla propria macchina di un sistema in grado di monitorare on-line lo stato di funzionamento della macchina stessa. Per esempio, leggendo e interpretando, con tecniche più o meno complesse di analsi del segnale, alcune grandezze specifiche, quali vibrazioni, emissioni acustiche, temperature e correnti, è possibile avere indicazioni sul come e quando una macchina può avere un comportamento deteriorato e quindi pianificare al meglio,ed in economia, interventi manutentivi.

Una soluzione che consente di coniugare al meglio tutti questi aspetti è certamente l'uso di un'architettura PAC di National Instruments basata sulla piattaforma NI CompactRIO. CompactRIO offre caratteristiche uniche che lo rendono la piattaforma ideale: alta resistenza a urti e vibrazioni, compatezza e facilità di integrazione all’interno del quadro a bordo macchina, doppia interfaccia di rete (una verso il campo ed una verso il supervisore), un'ampia scelta di moduli di acquisizione dati (accelerometri, microfoni, analogici, temperature) e controllo (relè, PWM, output analogici) e una vasta gamma di bus di campo interfacciabili (Profibus, Profinet, Modbus, Ethernet, etc.). Inoltre la tecnologia FPGA, alla base della piattforma, assicura loop di controllo estremamente veloci, affidabili e a elevate frequenze di acquisizione.

Alcuni esempi applicativi

SITEM ha sviluppato numerose applicazioni per diversi costruttori e ha realizzato numerose applicazioni di acquisizione dati a bordo macchina, con differenti finalità. In tutti i casi il sistema si interfaccia con la macchina sia per scambio di parametri/stati di funzionamento, sia per scambio di dati di misura/esiti/allarmi. In alcuni casi si è trattato di implementare una comunicazione Profibus in una delle due configurazioni possiili, come illustrato nelle fig. 1 e 2. In altri casi si è gestita una comunicazione diretta su I/O fisico verso il PLC dell’automazione, sempre utilizzando il sistema CompactRIO.

Relativamente al collaudo, è utile prendere due applicazioni come esempio. La prima effettua un collaudo in linea di produzione di differenti tipologie di candelette di preriscaldamento per una azienda leader mondiale nel settore delle forniture automobilistiche. Qui il sistema di acquisizione, che dialoga con l’automazione con un bus di campo, si fa carico di leggere temperature e correnti di dieci DUT simultaneamente sotto test mentre a livello FPGA vengono generate rampe di tensione di riferimento verso alimentatori di potenza, realizzando pattern temporali che sono generati nell'ordine del nanosecondo.

Una seconda applicazione riguarda la determinazione di parametri meccanici in cuscinetti a sfera. L’applicazione è stata realizzata per una azienda leader mondiale nel settore. Qui il sistema acquisisce su due canali analogici (100khz/canale) altrettanti treni di impulsi (da encoder e fotocellula), realizzando un’analisi on-line di entrambe le tracce che determina il valore del parametro richiesto in meno di un secondo. Il sistema dialoga con il processo di automazione tramite I/O diretto. In questo caso, è stata proprio l’analisi estremamente più veloce rispetto ai sistemi esistenti sul mercato a rappresentare il vantaggio competitivo per il costruttore.

Nell'ambito del condition monitoring è esplicativa un'applicazione per un costruttore italiano di pompe di diverse taglie per differenti applicazioni (energia, dissalazione, oil&gas). In questo caso, pur non avendo l’esigenza di interfacciamento con il processo di automazione, si è scelto di utilizzare una piattaforma CompactRIO per le sue specifiche (temperature di esercizio e caratteristiche vibrazionali) e per la possibilità di implementare algoritmi localmente. È stato sviluppato uno strumento che può fungere sia da sistema installato in maniera fissa (monitoraggio continuo di singola macchina) che da sistema portatile (monitoraggio periodico di più macchine). Per studiare le risposte e i comportamenti della macchina, è possibile acquisire sia segnali lenti (pressione, portata, termoresistenze) che segnali dinamici (vibrazioni, spostamento assiale, velocità). Le analisi effettuate su questi dati danno all’operatore la possibilità di comprendere il comportamento della macchina sulla base delle differenti armoniche vibrazionali.

RISULTATI
L’esperienza maturata da SITEM nell’ambito dei sistemi di acquisizione dati a bordo macchina dimostra che l’utilizzo di un sistema basato sulla piattaforma CompactRIO risulta efficiente, affidabile e agevolmente integrabile con le esigenze di automazione della macchina stessa.

Author Information:
Alessandro Lugli
SITEM

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