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I dati corrono sul... filo
Articolo tratto da "Automazione Oggi", numero 279 - Aprile 2005

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Il processo di lavorazione dei filati porevede diverse fasi per la preparazione del filo da porre sul telaio

Un controllo combinato con l'utilizzo del bus in ambito tessile ha migliorato i livelli qualitativi del prodotto finito di Val Lesina Spa.

A cura di Luca Cavagnari

La società Val Lesina, fondata nel 1973 con l'obiettivo di produrre filati e titoli fini per l'industria tessile, ha realizzato una macchina per il trattamento dei filati operativa 365 giorni l'anno, 24 ore su 24. A breve distanza dalla sua fondazione, infatti, Val Lesina è stata indotta ad aumentare la propria capacità produttiva in seguito alla crescita della domanda da parte della clientela. Invece di installare macchinari di tipo convenzionale, che difficilmente avrebbero consentito di soddisfare le esigenze emerse, Val Lesina ha progettato e costruito per uso proprio un impianto compatto di filatura. Design innovativi e continue sperimentazioni hanno poi portato alla creazione di modelli d'impianto per la filatura particolarmente versatili; ciò ha comportato la nascita della divisione engineering, che vende impianti di filatura ai produttori di fibre di tutto il mondo. Attualmente, l'azienda vanta una gamma ampia e diversificata di prodotti, tra cui filati lisci e tesaurizzati su subbi incollati per tessitura, filati per trama normali e microbava Micrell, filati lisci su subbielli per maglieria, Poy-Hoy e nuovi filati in via di sviluppo. Nel 1989 si è fusa con Gruppo Radici.
Le fasi del processo
Il processo di lavorazione dei filati parte da una bobinatrice; il filo viene sottoposto ad una serie di trattamenti che gli conferiscono le caratteristiche richieste per la creazione di un ordito base, pronto per il telaio. La linea prevede diverse sezioni. Il filato viene dapprima svolto a tensione costante con l'ausilio di due motori, quindi viene immesso in una sezione della macchina in cui viene impregnato con un materiale che crea una pellicola protettiva. Scopo di questa fase è aumentare la resistenza del filo in vista della successiva lavorazione su telaio. Viene poi la volta dell'essiccatura, che permette al filo di fissarsi. Infine, il filato viene avvolto, asciutto e a tensione controllata, su di un subbio telaio montato sulla testata dell'impianto, con l'ausilio di motorizzazione di traino e avvolgimento. Complessivamente la macchina si sviluppa su circa 20 m; su queste dimensioni si è ritenuto che un approccio tradizionale non potesse essere conveniente, a causa della necessità di lunghi cablaggi tra il quadro di controllo e la macchina e delle distanze che potevano raggiungere i 30/40 m. Si è quindi scelto di adottare soluzioni atte a sfruttare a pieno le potenzialità della tecnologia disponibile. Val Lesina ha scelto come partner Beckhoff Automation, con cui aveva già avuto rapporti di lavoro. La società le ha fornito non solo l'hardware e il software di base, ma anche supporto e collaborazione durante le fasi di sviluppo del progetto, dalla scelta dei sistemi alle prove sul campo.
L'approccio su bus di campo
Punto di partenza del progetto è stata la necessità di eliminare i lunghi cablaggi adottando una soluzione basata su bus di campo Profibus a 1,5 Mbps.

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Il sistema prevede una rete che si sviluppa su circa 80 m, con 19 punti di riferimento

Il sistema prevede una rete che si sviluppa su circa 80 m, con 19 punti di riferimento o dispositivi in rete. La parte di controllo è costituita da pannelli CP7010 sulla macchina e da PC industriale C6130 e CP6502 di Beckhoff, con scheda master Profibus su bus ISA e PCI con porta Ethernet. Il pannello di controllo, in contenitore di alluminio, con tastiera integrata e display TFT, è collegato al PC industriale tramite l'interfaccia CP-Link incorporata, che implementa una tecnologia di trasmissione con data rate nell'ordine dei Gigabit, utilizzando due cavi coassiali. Sono inoltre presenti due pannelli operatore alfanumerici con Profibus incorporato, uno per la raccolta sulla testa, dove viene impostata la larghezza del pettine, e uno sulla parte di stiro e deposito dell'impregnante. Per la parte I/O sono stati posti in rete 9 accoppiatori di bus BK9000 e BC9000. Questi moduli di logica distribuita, elemento base della distribuzione del controllo, rappresentano singoli nodi, ciascuno costituito da un accoppiatore di bus con interfaccia verso il bus di campo, più moduli di I/O digitali e analogici per termocoppie e moduli seriali, un modulo periferico finale. La scelta è stata motivata dalle caratteristiche di questi moduli periferici, dotati di una struttura aperta e neutra nei confronti del bus di campo e di diverse opzioni disponibili a seconda delle caratteristiche dell'applicazione da realizzare. È risultata particolarmente utile l'assenza di vincoli nella composizione dell'I/O, sia come numero, sia come valori di corrente e tensione, nonché la loro disponibilità per segnali digitali e analogici. I componenti sono caratterizzati da un robusto contenitore, da un sicuro collegamento dei contatti e da un sistema elettronico stabile. Il collegamento è a scatto, per montaggio su guida a profilo normalizzato, con la possibilità di sostituire singolarmente ogni modulo periferico.
La parte software
Il software dell'applicazione può essere suddiviso in due: la supervisione realizzata con Super-Flash e il controllo attuato con TwinCat di Beckhoff Automation. Il primo, con struttura interna a 32 bit, è un generatore di applicativi per la supervisione sotto Windows 95/98/NT che è stato integrato con TwinCat. Il driver per TwinCat è stato sviluppato da Automa, fornitore di Super-Flash . Nelle prime versioni l'interfacciamento avveniva con OCX; poi si è passato a OPC Server di Beckhoff. È stata sviluppata una pagina di lavorazione organizzata a menu, tramite la quale l'addetto imposta i parametri e i valori necessari al processo, i quali vengono poi forniti alla macchina in alcuni casi via TwinCat, in altri direttamente ai driver interessati. Le operazioni di verifica, quindi la fase di supervisione vera e propria, prevedono l'accesso a tutti i dati significativi e la loro pratica visualizzazione. Per la parte di controllo è stato adottato un approccio PC-based tramite il software TwinCat, softlogic per multitasking real-time. Non è solo un software d'automazione, bensì una suite di prodotti con funzionalità multi-PLC (fino a 4) a standard IEC 1131-3; posizionamento assi NC, sia point-to-point, sia interpolazione secondo lo standard DIN 66025; interfaccia utente; diagnostica via modem; integrazione di programmi sviluppati su standard Microsoft e di hardware PC e interfacce per tutti i principali bus di campo.

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La parte software utilizza una supervisione realizzata con Super-Flash di Automa e il controllo attuato con TwinCat di Beckoff Automation

Lo sviluppo e il runtime avvengono in un unico ambiente che integra la capacità di controllo real-time e il software Microsoft Windows. La piattaforma di TwinCat è costituita da un PC standard e da un sistema operativo Windows NT/2000/NT embedded o CE. Nell'applicazione per Val Lesina è stata utilizzata la funzionalità PLC, ossia TwinCat PLC, ambiente di sviluppo standard IEC 1131-3 e runtime per il software PLC, con la disponibilità dei linguaggi IL, LD, FBD, SFC, ST e integrabilità di moduli funzionali sviluppati in C e gestione librerie. Si possono usare fino a 4 PLC contemporaneamente su un PC, con ogni PLC in grado di avere 4 task proprie. Particolarmente utili nello sviluppo del progetto si sono rivelate le funzionalità di debug e analisi, tra cui la modifica on line di programmi e dati, il monitoraggio, il forcing e il setting on line di variabili. È stato inoltre possibile realizzare una calibrazione ottimale dei cicli, attribuendo un comportamento deterministico al sistema. Infatti, se in un PLC tradizionale i programmi si eseguono in modo ciclico, con l'aggiornamento dell'I/O che si alterna con le previste elaborazioni, in un contesto di controllo PC-based, in cui non esiste un hardware PLC o NC bensì l'equivalente software, avviene la stessa cosa, ma i cicli devono essere deterministici. In TwinCat l'elaborazione del software PLC e dell'interfaccia utente HMI, o supervisione, avviene tramite una gestione di task, con allocazione di risorse PC alle singole task PLC e HMI. Ogni task, ossia unità di lavoro che il processore può eseguire e sospendere, prevede uno specifico modulo o segmento software che ha un tempo di ciclo proprio e una sua priorità.
Nell'architettura client/server di TwinCat, dei segmenti individuali di software, ad esempio il modulo che realizza un PLC virtuale, possono essere considerati come dispostivi indipendenti. I server sono unità attive sotto forma di software (device virtuali) che, per quanto concerne il comportamento operativo, corrispondono ad unità hardware.
I client, invece, sono programmi che richiedono servizi ai server, ad esempio per la funzione di visualizzazione delle informazioni. Il sistema TwinCat consiste in moduli server, o sistemi runtime, per l'esecuzione real-time dei programmi di controllo, e in moduli client per la programmazione, l'analisi e la configurazione del sistema.
Obiettivi centrati
L'incremento dei livelli qualitativi del processo, una migliore regolazione delle sezioni dell'impianto, la riduzione nei tempi e dei costi di cablaggio, nonché la possibilità di eseguire rapidi aggiornamenti e modifiche, senza bisogno di interventi onerosi sull'hardware, erano i principali obiettivi di Val Lesina. Le prestazioni della macchina e le sue modalità operative sono state definite considerando le esigenze e la comodità degli addetti, in quanto la macchina viene utilizzata per la produzione interna all'azienda. Gli obiettivi sono stati raggiunti; rispetto ad un approccio tradizionale il vantaggio registrato sui costi è stato dell'ordine del 15-20%. Inoltre non si sono mai verificati blocchi in oltre un anno di attività dell'impianto, 24 ore su 24. Infine, la comodità progettuale e l'ottimizzazione nella fase di messa a punto dell'impianto sono state notevoli.
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