Come scegliere un sistema HMI e Motion Stack EtherCAT di Omron

Omron Inoltre, il suo approccio all'automazione del confezionamento si basa su macchine flessibili, scalabili, connesse, sicure e affidabili, che è esattamente la direzione in cui molti OEM e integratori stanno cercando di muoversi.

La parte difficile non è decidere se EtherCAT è potente. La parte difficile è scegliere il giusto mix di Interfaccia uomo-macchina, servo, invertitore, I/O remoti e progettazione di rete senza costruire un sistema più costoso, più difficile da gestire o più lento da reperire di quanto la macchina effettivamente necessiti.

Questo è il vero problema dell'acquirente. Un produttore di imballaggi potrebbe desiderare un'unica piattaforma per confezionatrici, inscatolatrici e moduli di trasporto. Un integratore di sistemi potrebbe aver bisogno di modernizzare una macchina mantenendo in funzione alcuni dispositivi sul campo.

A un distributore potrebbe essere richiesto un pacchetto di prodotti disponibile al momento, ma che rimanga valido anche per ordini successivi tra sei mesi. In tutti e tre i casi, "migliore" non significa "più avanzato". Significa tecnicamente corretto, commercialmente realistico e supportabile nel tempo.

Questo articolo è rivolto a chi si occupa professionalmente di acquisto e progettazione di sistemi di automazione industriale: distributori di componenti per l'automazione, costruttori di macchine, società di ingegneria di progetto, integratori di sistemi e appaltatori specializzati.

L'obiettivo è semplice: aiutarvi a confrontare le diverse opzioni architetturali, ridurre i rischi del ciclo di vita, controllare i costi e scegliere i fornitori con maggiore sicurezza.

Perché questa scelta è importante

L'architettura influisce su più delle sole prestazioni

Quando gli acquirenti sentono parlare di "sistema di movimentazione EtherCAT", di solito si concentrano su velocità, sincronizzazione e controllo degli assi. Questi aspetti sono importanti, ma rappresentano solo una parte della decisione.

La configurazione influisce anche sulla disposizione del pannello, sulle ore di cablaggio, sullo sforzo di avviamento, sulla visibilità degli allarmi, sulla politica relativa ai pezzi di ricambio, sulla formazione dei tecnici e sulla complessità del prossimo intervento di ammodernamento.

Una buona architettura semplifica la messa in servizio e la gestione della macchina. Una cattiva architettura, al contrario, produce l'effetto opposto.

Ciò crea piccoli problemi che si sommano: troppi tipi di dispositivi, gestione incoerente degli allarmi, moduli di interfaccia aggiuntivi, soluzioni alternative non documentate e maggiore dipendenza da un unico programmatore che "sa semplicemente come funziona".“

Questo aspetto ha un'importanza maggiore in fabbrica di quanto molti acquirenti si aspettino. Se una macchina si ferma durante il turno di notte del martedì, a nessuno importa che il progetto originale sembrasse elegante nella proposta.

Ciò che conta è se la manutenzione riesce a individuare rapidamente il guasto, se lo schermo dell'operatore mostra informazioni utili e se il componente guasto è sufficientemente standard da poter essere sostituito senza dover avviare una procedura di approvvigionamento d'emergenza.

Cosa valutano realmente gli acquirenti B2B?

La maggior parte degli acquirenti professionisti deve gestire sei cose contemporaneamente:

• Qualità e affidabilità nell'ambiente reale, non solo sulla carta.
• Conformità e preparazione della documentazione per il mercato di riferimento.
• Flessibilità nella quantità minima d'ordine (MOQ) per prototipi, lotti pilota e ordini di produzione.
• Tempi di consegna e disponibilità a magazzino.
• Costo totale durante l'intero ciclo di vita della macchina.
• Collaborazione a lungo termine con un fornitore che continui a rispondere al telefono anche dopo la chiusura dell'ordine di acquisto.

Ecco perché la selezione tecnica e la selezione dei fornitori dovrebbero avvenire di pari passo. Se l'ufficio tecnico sceglie un'architettura eccellente che l'ufficio acquisti non è in grado di fornire in modo prevedibile, l'azienda ne risente comunque.

Se l'acquisto impone una soluzione più economica che rende la messa in servizio complicata e l'assistenza costosa, anche l'azienda ne risente. La soluzione giusta sta nel punto di incontro.

Cosa include un sistema HMI e di gestione del movimento Omron EtherCAT

A livello pratico, la pila di solito include un Interfaccia uomo-macchina Omron, un controllore di macchina, servoazionamenti E motori per movimenti precisi, inverter per funzioni a velocità variabile che non necessitano di un comportamento servo completo, I/O remoti e componenti di rete che collegano il tutto.

In questo contesto, Omron descrive EtherCAT come una rete di campo per la connessione di azionamenti, sensori intelligenti e I/O, e la sua offerta EtherCAT più ampia comprende controllori, servoazionamenti, inverter, I/O, sicurezza, visione e rilevamento.

Può sembrare un concetto ampio, ma la decisione d'acquisto diventa più semplice se si ragiona in termini di classi di macchine anziché di famiglie di prodotti.

Una singola macchina compatta potrebbe necessitare di un controllore, un'interfaccia HMI modesta, da due a quattro assi servoassistiti, alcuni inverter e un ingombro ridotto di I/O remoti. Una piattaforma OEM modulare potrebbe invece richiedere un modello di controllo riutilizzabile, scalabile in base alle dimensioni della macchina.

Una linea di confezionamento ad asse alto potrebbe richiedere un coordinamento più preciso, una maggiore diagnostica e, in futuro, spazio per stazioni di ispezione o moduli di movimentazione aggiuntivi.

Un intervento di ammodernamento potrebbe richiedere il mantenimento di alcuni cablaggi di campo, configurazioni dei motori o dispositivi periferici esistenti, poiché i tempi di fermo impianto sono troppo ristretti per una riprogettazione completa.

È qui che EtherCAT inizia ad avere senso. I materiali di Omron relativi a EtherCAT sottolineano la velocità di comunicazione, la stretta sincronizzazione, il cablaggio RJ45 standard e l'ampio supporto di dispositivi sulla stessa rete.

In parole semplici, ciò significa che un'unica architettura può spesso coprire molte funzioni della macchina senza la complessità derivante dall'assemblaggio di isole separate per il movimento, gli I/O e i dispositivi.

Tuttavia, non tutte le macchine necessitano della stessa profondità di elaborazione. Un errore comune è presumere che se EtherCAT può fare di più, il progetto debba necessariamente utilizzarne di più. È così che gli acquirenti finiscono per pagare per la capacità del controller, le funzionalità di movimento o la complessità dell'interfaccia HMI che gli operatori non utilizzano mai.

Come valutare lo stack

Iniziate dalla macchina, non dal catalogo.

Prima di confrontare i codici dei componenti, è necessario definire il comportamento effettivo della macchina.

Quanti assi sono effettivamente coordinati? Quali movimenti sono controllati solo in velocità e quali richiedono un posizionamento preciso o la sincronizzazione? L'operatore ha bisogno di gestire le ricette?

Si tratta di una macchina con un solo schermo e allarmi di base, oppure la manutenzione richiede funzionalità diagnostiche e di assistenza più avanzate? La stessa piattaforma verrà riutilizzata per diversi modelli?

Una buona regola è quella di scrivere il brief di selezione in linguaggio operativo prima di tradurlo in linguaggio hardware. Ad esempio:

• Durante il trasferimento del prodotto, i due assi devono rimanere sincronizzati.
• La velocità dei nastri trasportatori può variare, ma non necessita della precisione di un servomotore.
• Gli operatori necessitano di cambi di formato basati su ricette in meno di tre minuti.
• Il personale addetto alla manutenzione deve poter visualizzare la cronologia degli allarmi e lo stato del dispositivo senza aprire il pannello.
• La stessa architettura di base dovrebbe funzionare su tre diverse dimensioni di macchine.

Questo tipo di brief obbliga il team a distinguere i veri requisiti tecnici dalle abitudini e dalle supposizioni.

Adattare l'interfaccia HMI al flusso di lavoro dell'operatore

Sottodimensionare l'interfaccia uomo-macchina (HMI) è uno dei modi più costosi per "risparmiare". Non perché lo schermo in sé sia costoso, ma perché un'HMI scadente si traduce in costi maggiori per l'assistenza, errori dell'operatore e tempi di ripristino più lunghi.

Se la macchina gestisce più SKU, l'HMI deve gestire la selezione delle ricette in modo chiaro e prevenire modifiche accidentali. Se il cliente esporta le apparecchiature, la lingua dello schermo e le autorizzazioni a livello utente sono importanti. Se la manutenzione della macchina viene effettuata da tecnici locali, i messaggi di allarme devono indicare le azioni da intraprendere, non limitarsi a visualizzare i codici di errore.

Dal punto di vista della produzione industriale, una buona interfaccia uomo-macchina (HMI) svolge tre funzioni contemporaneamente:

1. Aiuta gli operatori a utilizzare la macchina correttamente.
2. Aiuta la manutenzione a ripristinare rapidamente il funzionamento della macchina.
3. Aiuta gli ingegneri a standardizzare l'esperienza utente tra i vari modelli.

Quest'ultimo punto è più importante di quanto sembri. Se una piattaforma OEM utilizza strutture di schermate, nomi di allarme e pagine di manutenzione comuni a tutti i modelli, la formazione diventa più semplice, la messa in servizio più rapida e i distributori hanno meno difficoltà a fornire assistenza ai clienti abituali.

Utilizzate i servomotori dove è necessario, gli inverter dove risultano più convenienti in termini di costi.

Non tutti i dispositivi rotanti sono adatti al controllo servoassistito. Il servo è la scelta giusta quando l'applicazione richiede posizionamento, sincronizzazione precisa, allineamento o profili di movimento ripetibili.

Gli inverter sono generalmente la scelta più economica per ventilatori, pompe, nastri trasportatori semplici e altre applicazioni a velocità variabile in cui la precisione del movimento non è il fattore determinante per il rapporto qualità-prezzo.

Questo è uno dei modi più semplici per controllare i costi della distinta base senza compromettere la qualità della macchina. Un'architettura mista spesso è superiore a un'architettura interamente servoassistita perché applica la precisione solo dove è effettivamente vantaggiosa.

Ad esempio, su una macchina confezionatrice, la temporizzazione delle ganasce di saldatura, la registrazione dell'alimentazione del film o il movimento di indicizzazione possono giustificare l'utilizzo di un servomotore. I nastri trasportatori di alimentazione, i nastri trasportatori di scarico o gli azionamenti ausiliari possono invece richiedere solo un controllo stabile della velocità.

Se si utilizzano servomotori ovunque, aumentano i costi dell'hardware, la complessità dell'installazione, il carico di lavoro relativo ai pezzi di ricambio e le esigenze di formazione dei tecnici. Se invece si utilizzano inverter ovunque, si rischia di compromettere la qualità del controllo proprio dove è più importante. Chi acquista con criterio non sceglie una sola tecnologia, ma assegna ciascuna di esse all'applicazione specifica.

Verifica la scalabilità prima di averne bisogno

La panoramica di Omron su EtherCAT evidenzia il supporto per un elevato numero di dispositivi, il cablaggio standard e una rete unica che, nell'architettura appropriata, può includere comunicazioni con funzionalità di sicurezza.

Anche se la tua prima macchina non necessita di grandi espansioni, questo è importante perché le piattaforme di successo raramente rimangono di piccole dimensioni.

Forse la macchina di oggi ha tre assi e un'interfaccia uomo-macchina (HMI). L'anno prossimo il cliente potrebbe volere un sistema di ispezione visiva, più ingressi/uscite remoti o l'aggiunta di un secondo modulo alla linea. Se il progetto di rete originale non prevede margini di crescita, la successiva revisione diventa rapidamente problematica.

Scalabilità non significa acquistare il controller più potente fin dal primo giorno. Significa selezionare un'architettura di base che possa crescere senza richiedere una riscrittura completa. Gli acquirenti dovrebbero chiedersi:

• Possiamo aggiungere gli assi in seguito senza dover riprogettare tutto?
• Possiamo riutilizzare lo stesso concetto di interfaccia uomo-macchina (HMI) su macchine di dimensioni maggiori?
• È possibile espandere la rete ad altre isole o stazioni di I/O?
• Questa piattaforma può diventare il nostro standard per diverse famiglie di macchine?

Confronta il costo totale, non il prezzo dell'hardware.

È qui che molti progetti falliscono. La soluzione più economica sulla carta può rivelarsi la più costosa nell'arco di due anni.

Il costo totale comprende:

• Ore di lavoro di ingegneria per la configurazione e il debug.
• Gestione dello spazio occupato dai pannelli e del calore.
• Manodopera per l'impianto elettrico.
• Tempo di messa in servizio.
• Attività di formazione per i team di assistenza.
• Complessità dei pezzi di ricambio.
• Esposizione al rischio di tempi di inattività quando i pezzi di ricambio sono difficili da reperire.

Immaginiamo due opzioni. L'opzione A è più economica dell'8% in termini di hardware. L'opzione B utilizza una configurazione di rete più pulita, standardizza il modello HMI e riduce di due giorni i tempi di messa in servizio per ogni macchina. Se il produttore spedisce dieci macchine all'anno, l'opzione B potrebbe generare un margine maggiore anche prima di considerare l'assistenza post-vendita.

Ecco perché gli acquirenti esperti parlano di "costo sostenibile", non solo di prezzo d'acquisto. Una macchina più facile da costruire e da riparare tutela meglio il margine di profitto rispetto a una che risulta più economica solo sul primo preventivo.

Scenari di acquisto reali ed errori comuni

Un produttore OEM di imballaggi che realizza macchine avvolgitrici, inscatolatrici e nastri trasportatori di vario tipo trae in genere vantaggio da una piattaforma di movimento comune, una filosofia di progettazione HMI unificata e una topologia di rete ripetibile.

Il posizionamento di Omron nel settore degli imballaggi punta esplicitamente su una progettazione delle macchine flessibile e scalabile, in linea con questo tipo di strategia di standardizzazione. Il vantaggio non risiede solo nella coerenza tecnica.

Il vantaggio consiste in minori costi di riutilizzo ingegneristico, maggiore familiarità dei tecnici con le soluzioni e una gestione più semplice delle scorte di componenti comuni.

Un integratore di sistemi che esegue un ammodernamento si trova di fronte a una realtà diversa. Il progetto tecnicamente ideale potrebbe non essere compatibile con la finestra di fermo impianto.

In tal caso, la decisione migliore potrebbe essere una migrazione graduale: sostituire prima il controller e l'HMI, mantenere temporaneamente alcuni dispositivi di campo, quindi standardizzare il resto in una seconda fase.

Non si tratta di un "compromesso" in senso negativo. Si tratta piuttosto di adattare le ambizioni architettoniche ai vincoli del progetto.

Un distributore che deve supportare l'assemblaggio urgente di una macchina ha un'ulteriore priorità. Il cliente potrebbe richiedere uno stack basato su Omron, ma in realtà ciò che intende è: "Fornitemi un'architettura affidabile che posso reperire ora e supportare in futuro".“

Questo cambia completamente la prospettiva. Disponibilità, alternative, documentazione e stabilità dei tempi di consegna sono importanti quanto le prestazioni.

Gli sviluppatori specializzati in ambienti di sicurezza o ad accesso controllato spesso attribuiscono grande importanza alla manutenibilità e alla documentazione.

Potrebbero non avere il numero di assi più elevato, ma hanno rigide aspettative in termini di tempo di attività e subiscono pressioni da parte degli utenti finali per le revisioni. In tal caso, un'architettura gestibile con manuali completi, disegni chiari e una logica di sostituzione ripetibile può essere più preziosa che spremere fino all'ultimo centesimo di prestazione in termini di movimento.

Gli errori più comuni commessi dagli acquirenti sono prevedibili:

• Scelta basata esclusivamente sul prezzo unitario.
• Specifiche eccessive per il sistema di movimentazione.
• Specifiche insufficienti per l'interfaccia uomo-macchina (HMI).
• Ignorare i tempi di consegna fino al congelamento del progetto.
• Mescolare componenti senza uno standard.
• Mancanza di pianificazione per il ciclo di vita e l'obsolescenza.

La soluzione è inoltre prevedibile: definire la classe della macchina, mappare le funzioni di movimento reali, documentare le esigenze dell'operatore, valutare tempestivamente il rischio di fornitura, standardizzare il nucleo e testare l'architettura prima di implementarla ovunque.

Come scegliere un fornitore, più le domande frequenti degli acquirenti

Un fornitore Omron affidabile dovrebbe comprendere molto più dei semplici codici articolo. Dovrebbe essere in grado di discutere di architettura del movimento, dimensionamento dell'interfaccia uomo-macchina (HMI), potenziali rischi di approvvigionamento e limiti di sostituzione.

Devono essere chiari riguardo alle scorte, realistici sui tempi di consegna della fabbrica e in grado di gestire sia quantità di prototipi che ordini OEM ripetuti.

Prima di ordinare, ponete domande specifiche:

• Quali prodotti sono disponibili in magazzino al momento?
• Quali sono i tempi di consegna dalla fabbrica per gli altri articoli?
• Esistono requisiti di quantità minima d'ordine (MOQ) per prototipi o progetti pilota?
• Potete gestire ordini collettivi o rilasci programmati?
• Quale documentazione accompagna l'ordine?
• Cosa succede se una parte selezionata viene vincolata?
• Potete garantire il supporto per build ripetute nei prossimi 12-24 mesi?

I segnali di allarme sono altrettanto importanti. Diffidate dei fornitori che sono vaghi sulla tracciabilità, promettono tempi di consegna che non possono documentare, propongono hardware sovradimensionato senza spiegarne il motivo o spariscono dopo la fase di preventivo.

Per gli acquirenti, una semplice lista di controllo per la valutazione funziona bene:

• Capacità di supporto tecnico.
• Flessibilità commerciale.
• Profondità dell'inventario.
• Supporto all'esportazione ove necessario.
• Tempo di risposta.
• Coerenza dell'ordine ripetuto.