Il tema Industria 4.0 è ormai onnipresente e ha raggiunto livelli pervasivi tali da non poter non essere preso in considerazione dal management delle aziende. Il fatto è strutturale: Industria 4.0 non è più un puro e semplice approccio tecnologico, ma è diventato strategico. Si rivela quindi necessario ridare importanza e priorità ai giusti step: prima si fissano le strategie, poi si valuta il posizionamento e solo dopo si pensa alle strutture abilitative informatiche e di automazione. Un processo che deve vedere coinvolto in primis il manager e poi la struttura dei collaboratori ciascuno per livello di responsabilità e competenza.

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3. INDICE
04
Evoluzione Industria 4.0
08
Industria 4.0 di Beckhoff
10
IoT & Analytics
12
Smart Factory
19
Glossario

4. PAD-PAPER 4.0
4

5. PAD-PAPER 4.0
5
Il tema Industria 4.0 è ormai onnipresente e ha raggiunto livelli pervasivi
tali da non poter non essere preso in considerazione dal management
delle aziende.
Il fatto è strutturale: Industria 4.0 non è più un puro e semplice approccio
tecnologico, ma è diventato strategico.
Si rivela quindi necessario ridare importanza e priorità ai giusti step: prima
si fissano le strategie, poi si valuta il posizionamento e solo dopo si pensa
alle strutture abilitative informatiche e di automazione.
Unprocessochedevevederecoinvoltoinprimisilmanagerepoilastruttura
dei collaboratori ciascuno per livello di responsabilità e competenza.
EVOLUZIONE
INDUSTRIA 4.0

6. 6
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N
on importa che Industria 4.0 sia una
vera rivoluzione o semplicemente
l’evoluzione delle tecnologie
informatiche e di automazione,
quello che è sicuro è che si tratta
di un’opportunità importante
che, cambiando radicalmente le
condizioni esistenti, offrirà benefici ai costruttori
di macchine e agli utenti finali.
Ascoltare i bisogni dei clienti è un fattore critico di
successo, ma questa predisposizione va abbinata
all’attenzione per le nuove tecnologie. Questo mix
conduce a nuove idee e innovazioni che generano
rivoluzionari cambiamenti.
L’innovazione portata dalla quarta rivoluzione
industriale sarà frutto dei nuovi sviluppi e dei
bisogni espressi dal mercato.
Cerchiamo di analizzare i punti nodali.

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8. 8
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Innovazione = Benefici del Cliente + Nuovi Sviluppi
Industria 4.0 di Beckhoff
L’essenza del modello Industria 4.0 è la
convergenza del mondo IT con quello
dell’automazione.
Di questo paradigma Beckhoff è stata
pioniere, essendo la prima azienda a
proporre sul mercato negli anni ‘80 la
tecnologia di controllo basata su PC,
la piattaforma che nativamente offre
i connettori per la comunicazione e
l’integrazione con il mondo gestionale
e il cloud.
L’obiettivo dell’Industria 4.0 è aiutare
le aziende ad acquisire maggiore
competitività.
La competitività, in particolare per
le imprese italiane, sarà il risultato
dell’azione congiunta volta ad aumentare
l’internazionalizzazione delle aziende e
la loro digitalizzazione. Beckhoff offre gli
strumenti agli imprenditori per creare siti
produttivi intelligenti in linea con i principi
dell’Industria 4.0.
L’obiettivo della Smart Factory è
migliorare le performance in termini di
produttività ed efficienza, riducendo
il costo del ciclo di vita degli impianti,
introducendo alta flessibilità e
personalizzazione nella produzione.
Infine, sulla base dell’esperienza
acquisita nel campo, vi è l’esigenza di
sfruttare informazioni utili per ottimizzare
la progettazione delle nuove macchine.
Questi bisogni trovano fondamento e
supporto nelle tecnologie innovative
quali Internet of Things, Internet of
Services e Big Data, che permettono
di accumulare, trasferire, gestire ed
elaborare un enorme volume di dati,
al fine di aiutare il management nel
prendere decisioni di business basate
su scelte informate. Siamo nella
fase iniziale di un nuovo percorso
di innovazione tecnologica che si
consoliderà nei decenni futuri: questa
rivoluzione entrerà nel vivo il giorno in
cui le macchine intelligenti costituiranno
lo standard industriale e saranno
ampiamente diffuse.
Beckhoff contribuisce a indirizzare lo
sviluppo tecnologico in ambito Industria
4.0, proponendo soluzioni ready-to-
use, che arricchiscono le macchine e
gli impianti di funzionalità intelligenti
capaci di creare immagini di processo,
condurre analisi di grandi dati, di
effettuare Condition e Power Monitoring.
Il portafoglio prodotti di Beckhoff aiuta
gli utenti a costruire l’infrastruttura
appropriata per l’implementazione
della Smart Factory, introducendo nuovi
prodotti che rispondono all’esigenza di
una produzione intelligente: TwinCAT
IoT, TwinCAT Analytics e un’ampia
gamma di controllori e accoppiatori IoT.

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Infine, l’enorme quantità di dati archiviata e
tracciata, serve a fare valutazioni per il re-design
della macchina finalizzate ad ottimizzazioni.
Si tratta di un potente tool che va incontro sia
all’esigenza dei costruttori di macchine che
possono così implementare flessibilmente kit di
analisi di dati da sviluppare presso gli utenti finali,
al fine di catturare informazioni per migliorarne
le prestazioni, sia a quest’ultimi che possono
monitorare l’impianto, per ricostruire le cause di
eventuali malfunzionamenti e a prevenire guasti,
attivando per tempo azioni di manutenzione
predittiva. Il pacchetto Analytics è modulare
e aperto: essendo integrato nell’ambiente
Microsoft Visual Studio®
di TwinCAT, permette
di incorporare codice scritto in C/C++ e MATLAB®
/
Simulink®
, dando al programmatore la possibilità
di inserire algoritmi proprietari di Condition
Monitoring. Inoltre, sfruttando TwinCAT HMI, il
software di interfaccia uomo-macchina, si può
creare un sinottico personalizzato, indipendente
dalla piattaforma, basato su web e sul moderno
linguaggio di programmazione HTML5.
Grazie a TwinCAT IoT i dati di
processo possono essere scambiati
con qualsiasi dispositivo intelligente
indossabile.
TwinCAT IoT può essere usato
anche su impianti esistenti e ciò
offre la possibilità di ammodernarli,
sviluppando opportune strategie di
manutenzione.
TwinCAT Analytics permette di archiviare
ciclicamente tutti i dati dell’impianto, generando
l’immagine di processo. Il software consente di
effettuare analisi online e offline dei dati acquisiti:
è possibile analizzare le tempistiche dei cicli di
lavorazione per fornire informazioni sul tempo
massimo, minimo e medio. Il riconoscimento di
pattern, identificando ripetizioni e regolarità nel
trend dei dati registrati, permette di studiare il
comportamento delle macchine. Il tool supporta
algoritmi per il Condition ed il Power Monitoring
che consentono l’implementazione di strategie di
manutenzione predittiva delle macchine.
IoT & Analytics

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TwinCAT Analytics può essere installato su PC
o su server locale, su cloud pubblico o privato,
garantendo la comunicazione con i servizi web più
conosciuti, quali SAP HANA®
, Microsoft Azure™
e Amazon Web Service™, grazie al supporto dei
protocolli di comunicazione aperti, standardizzati
e protetti, MQTT e AMQP.
Beckhoff ha inoltre lanciato TwinCAT IoT, il tool
che permette di instaurare la comunicazione di
dati con cloud pubblici e privati, sfruttando, in
aggiunta ai già citati MQTT e AMQP, il protocollo
di comunicazione standard OPC-UA. Questo
permette l’interoperabilità all’interno della fabbrica
intelligente di piattaforme di vendor diversi e la
comunicazione con software gestionali (SCADA/
ERP/MES).
TwinCAT IoT utilizza la comunicazione basata
sul meccanismo publish/subscribe che,
mediante l’intermediazione di un message
broker, disaccoppia di fatto i partecipanti della
comunicazione che diventano tutti client; tutte le
comunicazioni risultano in uscita e sono quindi
inoffensive per i firewall. Grazie a TwinCAT IoT
i dati di processo possono essere scambiati
con dispositivi indossabili intelligenti, come
smartglass, quali Microsoft HoloLens™. TwinCAT
IoT può anche essere utilizzato su impianti
esistenti offrendo la possibilità di ammodernarli,
sviluppando opportune strategie di manutenzione.
A completamento della famiglia di prodotti
ispirati all’Industria 4.0, Beckhoff ha presentato
l’accoppiatore IoT EK9160 che permette di fornire
dal campo direttamente su server locali e su cloud
dati di processo, rendendoli subito fruibili grazie ai
protocolli di comunicazione standardizzati e sicuri;
al contempo è in grado di scrivere informazioni
nella macchina che lavora su cloud. Contenendo
meccanismi di crittografia, questi accoppiatori
modificano la classica visione dell’automazione
di fabbrica per livelli.

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Al fine di facilitare la comprensione
dei benefici del modello Industria
4.0, Beckhoff ha creato un
dimostratore tecnologico, che
evidenzia come la tecnologia di
controllo PC-based rende possibile
oggi l’integrazione tra diversi
oggetti e moduli di un sistema di
produzione che possono scambiare
informazioni sia tra di loro sia verso
l’alto con il livello di controllo e di
pianificazione della produzione.
Il dimostratore sviluppato
comprende due processi
produttivi separati - due Smart
Factory - che comunicano tra di
loro via Internet. Il primo simula
un processo costituito da due
stazioni intelligenti; il secondo è
un sistema pick & place con XTS
per lo smistamento e il trasporto di
prodotti.
L’obiettivo primario della rete
di produzione è operare con
efficienza, affidabilità e disponibilità:
essa raccoglie dati da tutti gli attori
coinvolti nel processo (dal sensore
al cloud), li analizza a ciascun
livello e li utilizza per ottimizzare
il processo. La Smart Factory
consente di analizzare dal cloud i
consumi energetici, compresi quelli
dei singoli moduli, al fine di rilevare
e ridurre picchi di assorbimento.Allo
stesso modo ciascun
sistema di produzione
monitora il proprio
consumo energetico e
stato al fine di rilevare
usura, e proattivamente
prende misure contro
l’aumentato consumo
energetico, per evitare
fermi macchina non
pianificati o errori di
lavorazione.
La base per un controllo
intelligente di reti di
automazione è fornito
dal concetto di Scientific
Automation. Essa si
riferisce all’integrazione
di conoscenze di
ingegneria e di varie
scoperte dai diversi campi di
applicazione della tecnologia di
automazione.
Il dimostratore evidenzia la
capacità di raccogliere e analizzare
direttamente nel controllore i
dati di processo derivanti dalle
cinematiche per la gestione del
robot e dalle funzioni dei sensori.
Il dimostratore include varie
interfacce uomo-macchina che
supportano operatori, staff di
manutenzione, programmazione
e gestione della produzione.
Il dimostratore tecnologico copre diversi sotto-processi di una Smart Factory:
• Comunicazione affidabile dal sensore al cloud
• Comunicazione M2M (machine-to-machine) via IoT
• Nuovi concetti operativi e di diagnostica mediante consolle e smartglass
basati su web
• Affidabilità di processo mediante tecnologie di misura integrata e
Condition Monitoring
• Sostenibilità della produzione con monitoraggio e gestione dell’energia
• RFID come base per la tracciabilità dei prodotti intelligenti
• Integrazione di robotica e tecnologie innovative di azionamento
• Produzione flessibile ed efficiente utilizzando il posizionamento altamente
dinamico del sistema di trasporto lineare XTS
• Integrazione di safety e security
• Tempi di messa in servizio ridotti grazie alla simulazione in real-time
• Manutenzione da remoto di siti produttivi sparsi nel mondo
Smart Factory

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I servizi cloud possono essere utilizzati per
la diagnostica da remoto, la manutenzione e
la comunicazione tra i sistemi e tra i sistemi e
l’operatore.
Queste sono le prime soluzioni che sviluppano
il concetto di Social Automation: il confluire di
nuovi sviluppi dell’informatica e di comunicazione
nell’ambito della tecnologia di automazione,
rendendo fruibili le informazioni a tutti i livelli
della Smart Factory. L’orientamento agli oggetti,
la modularità e le interfacce permettono di rendere
liberamente configurabile e flessibile il sistema di
produzione.
I due processi produttivi sono centralmente
controllati da un PC industriale multi-core C6930
e l’ambiente runtime è offerto dalla piattaforma
software TwinCAT 3. Il PC industriale comunica
con i sistemi sovraordinati ERP/MES via cloud.
Grazie al controllo centralizzato dei sistemi si
ottengono vantaggi per l’engineering, la gestione
dati e la diagnostica.
Questa soluzione permette di semplificare la
sostituzione dei singoli moduli dell’intero sistema,
perché il solo controllo centrale deve essere
riadattato al cambiamento introdotto nel processo
produttivo. Ogni macchina controllata localmente
sarà integrata all’interno di un’architettura di rete
secondo il modello Industria 4.0.
L’architettura modulare di TwinCAT supporta
inoltre le piattaforme multi-core, consentendo
l’assegnazione di ogni modulo software, e quindi di
una funzionalità, al singolo core. Diversi processi
di macchina possono così essere eseguiti in
parallelo sullo stesso controllo, aumentandone
le performance e i tempi di esecuzione.
Controllo PC-based al centro della
comunicazione orizzontale e verticale nella
Smart Factory
In ambito IoT sia XTS (eXtended Transport
System) che le singole parti delle stazioni di
produzione possono essere visti come utenti
Internet, i quali scambiano dati mediante
servizi cloud. I PC industriali Beckhoff dotati di
processore Intel, interfacce Ethernet, sistema
operativo Windows e software di automazione
TwinCAT 3, che supporta le interfacce OPC e
ADS, permettono la connettività web del pick &
place e del sistema produttivo.
Comunicazione affidabile dal sensore al cloud
La necessità di analizzare i dati in real-time su
cloud sarà un trend sempre più diffuso.
Il cloud è il luogo dove le informazioni sullo stato
di una lavorazione, il consumo di energia, lo stato
del pick & place con XTS e dei sistemi produttivi
vengono immagazzinati, analizzati e resi disponibili
all’utente mediante moderne interfacce uomo-
macchina. Il controllo PC-based utilizza TwinCAT
ADS e OPC-UA per gestire la comunicazione dal
sensore al cloud. Lo scambio dati tra i database e
TwinCAT 3 avviene mediante TwinCAT Database
Server. All’interno di TwinCAT la comunicazione

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tra diversi moduli software (motion control,
visualizzazione, PLC, etc) avviene tramite il
protocollo ADS. L’EAP (EtherCAT Automation
Protocol) permette di trasmettere dati di processo
tra master EtherCAT nell’ordine di grandezza dei
microsecondi, sfruttando il meccanismo publish/
subscribe.
TwinCAT OPC-UA consente di implementare un
protocollo standard di comunicazione basato su
web per l’integrazione col mondo MES e ERP.
Comunicazione con il livello gestionale: MES/
ERP
Attraverso EAP,ADS e OPC-UAl’automazione del
processo produttivo dialoga con i sistemi gestionali
di alto livello come il MES e l’ERP, dove i requisiti
di gestione delle tempistiche sono meno stringenti,
andando da pochi millisecondi al secondo. D’altra
parte, questo tipo di comunicazione deve essere
conforme ad altri requisiti che emergono dalla
complessità dell’ambiente di produzione e dal
suo grado di strutturazione come la protezione,
l’autenticazione, la gestione di allarmi, trend, dati
storici e altro ancora.
Comunicazione ad elevata performance dal
livello di campo al livello di controllo
Per la comunicazione via EtherCAT tra il livello di
campo e il livello di controllo, il PC industriale di
Beckhoff è dotato di interfacce Gigabit Ethernet.
Il PC industriale, l’accoppiatore EtherCAT dei
moduli I/O e i servoassi per controllare il robot
pick & place sono collegati mediante cavi
standard Ethernet, mentre TwinCAT fornisce i
moduli software per la comunicazione. Poiché
l’elevata performance di EtherCAT assicura un
flusso di dati affidabile e veloce in condizioni
real-time, il sistema di comunicazione supporta
il processo produttivo e non lo intacca con ritardi
Dimostratore tecnologico di una Smart Factory

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1. Lettore RFID
Il lettore RFID acquisisce dall’etichetta posta su ogni pezzo i
dati di lavorazione o di trasformazione del ciclo di lavorazione.
Il lettore è collegato ai terminali di ingressi/uscite con bus
EtherCAT oppure, se equipaggiato di interfaccia OPC-UA,
può dialogare direttamente con il controllore (M2M via IoT)
secondo le modalità predefinite.
2. Robot Pick & Place
Questo robot è responsabile del prelievo e riposizionamento
dei pezzi da lavorare; li afferra con un elettromagnete e
li riposiziona nel punto desiderato. Per realizzare questi
movimenti con elevata dinamica, il robot pick & place è
equipaggiato con azionamenti AX5000 e motori brushless
AM8000 caratterizzati da elevata precisione e velocità. Il
movimento del robot si basa su cinematiche delta e viene
configurato e parametrizzato utilizzando il software di
automazione TwinCAT.
In questo modo, tutti i movimenti sono eseguiti all’interno
del PC industriale C6930, senza la necessità di alcuna CPU
dedicata per il robot. Le funzioni motion di “taglio al volo” e
camma elettronica, contenute in TwinCAT, sincronizzano il
robot con il trasportatore XTS in modo che il pezzo possa
essere prelevato e posizionato perfettamente. Il robot è in
grado di interagire con il pick & place per velocità fino a 7
m/s e accelerazioni fino a 9g. Il controllo utilizzato assicura
elevata precisione di tutti i movimenti, anche a dinamiche
così elevate.
L’adozione di un solo software di automazione, che unisce
ambiente di sviluppo e runtime, porta benefici in termini
di semplicità di programmazione, di installazione e di
parametrizzazione con conseguente miglioramento della
diagnostica e relativa riduzione di costi.
3. Sistema di trasporto lineare ad alta dinamica XTS
Il sistema di trasporto lineare XTS è la soluzione innovativa
che consente di operare a velocità elevata: il dispositivo
è infatti progettato per trasportare, assemblare, afferrare,
accumulare, lavorare ed etichettare materiali e prodotti. Nei
segmenti rettilinei, per esempio, la velocità può aumentare
mentre può ridursi in prossimità del lettore RFID, in modo
che l’etichetta possa essere letta correttamente. Nel caso in
cui un pezzo debba essere nuovamente processato in una
stazione produttiva, il trasportatore può riportarlo indietro
in tempo reale.
Approfondiamo passo passo il ruolo
dei diversi componenti lungo l’intero
processo
di tempo. EtherCAT raccoglie
velocemente dati e in maniera
deterministica li rende disponibili,
indipendentemente che si tratti
dei sensori, del robot pick &
place e di XTS. Tutti i player della
rete comunicano direttamente su
EtherCAT e possono raggiungere
tempi di risposta inferiori ai 100
microsecondi. Grazie all’elevata
potenza computazionale, un
controllo PC-based è capace di
gestire le cinematiche del pick
& place, l’elevata dinamica del
sistema di trasporto XTS, oltre
che il controllo della totalità
del sistema produttivo. A tal
proposito XTS fa leva sull’alta
velocità e ampiezza di banda di
EtherCAT per generare nel PC
il modello elettromagnetico del
motore.
Produzione personalizzata di
lotti di quantità unitaria
Una volta inseriti gli ordini, il
sistema produttivo li processa
secondo le priorità e i tempi di
consegna.
Per ogni singolo ordine sulla linea
di produzione si iniziano le attività
di realizzazione: il robot pick &
place preleva il pezzo da lavorare
e lo posiziona nel trasportatore
del sistema di trasporto XTS. Il
pezzo passa per l’identificazione
a radiofrequenza (RFID). Le
diverse attività di lavorazione
così acquisite vengono distribuite
alle sottostazioni della linea
di produzione. Il pezzo viene
poi trasportato nelle singole
sottostazioni per il controllo
qualità. Se idoneo, il pezzo
viene inviato al magazzino per
le consegne, altrimenti segue la
pianificazione prevista per le non
conformità (scarto/revisione).
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Il sistema è particolarmente intelligente, poichè
offre facilità di montaggio che si traduce in ridotti
tempi di installazione e messa in servizio. XTS
è robusto e affidabile, garantendo all’utilizzatore
finale disponibilità elevata. Inoltre il sistema di
monitoraggio anti-collisione è attivo durante
l’esecuzione dei movimenti di tutti i moduli
trasportatori, dando garanzia di sicurezza. Il
sistema è cable-free e questo implica la riduzione
di errori e tempi di cablaggio, minimizzando lo
spazio di installazione.
Stazione di lavorazione
Ipotizziamo che la lavorazione da effettuare
contempli la perforazione dei pezzi. A seconda
della dimensione del foro da realizzare sono
disponibili due stazioni distinte: la prima esegue
fori piccoli, la seconda fori grandi. Ciascuna
stazione è dotata di servomotori AM8023 con One
Cable Technology (OCT) che sovraintendono a
un mandrino con asse di avvitamento. Gli assi
sono pilotati via terminali EtherCAT EL7211 con
interfaccia OCT. Numerose funzioni integrate
permettono di operare in sicurezza: sovra/
sotto-tensione, sovracorrente, temperatura del
terminale, carico del motore con il calcolo del
modello I2T. In questo caso, lo stato dell’arte
dell’elettronica di potenza permette di dissipare
nel circuito intermedio la potenza di frenatura. In
particolare il terminale EtherCAT EL9576, grazie
alla sua elevata capacità interna, stabilizza la
tensione di alimentazione. Il consumo energetico
delle stazioni di perforazione viene registrato con il
terminale EtherCAT EL4303; il dato viene valutato
dal sistema di monitoraggio energetico.
In questo modo l’utente ha la possibilità con il
controllore PC-based di fruire di una piattaforma
universale in grado di incorporare, alle ben note
funzioni già descritte, altre funzioni di Scientific
Automation: HMI, visione, safety, tecniche di
misurazione, diagnostica avanzata, Condition
Monitoring, calcolo dei consumi energetici,
simulazione, robotica, programmazione C++/C#,
comunicazione, storage e analisi dei dati di
processo.
Poiché si andrà verso la convergenza tra il mondo
IT e dell’Automation Technology, il controllore
PC-based insieme ai prodotti IoT e Analytics,
offrono gli strumenti per comunicare su cloud in
modo semplice, affidabile e sicuro, contribuendo a
indirizzare la gestione dei Big Data. Gli utenti con
i propri strumenti smart (tablet, orologi, occhiali)
avranno accesso in modo granulare nel processo
produttivo. Si potrà così avere la delocalizzazione
della control room. Beckhoff conduce numerosi
progetti di ricerca e sviluppo che hanno già portato
alla creazione di piattaforme hardware e software
complete e potenti in grado di soddisfare i requisiti
di automazione unificata e universale.
L’automazione PC-based aumenta affidabilità,
disponibilità ed efficienza del processo
L’obiettivo finale della Smart Factory è generare
competitività per le aziende, aiutandole a realizzare
prodotti di qualità, garantendo affidabilità e
disponibilità degli impianti produttivi.
Per gli utenti finali è necessario ridurre il time-to-
market, aumentare la produttività, migliorando la
capacità di manutenzione predittiva. Il sistema
di controllo PC-based di Beckhoff è in grado
di raccogliere ed elaborare dati in real-time sul
consumo energetico, lo stato del sistema produttivo
nella sua globalità e la qualità di ciascun pezzo
nel corso della lavorazione. Il dato è disponibile in
locale nel controllore, nel cloud privato o pubblico.
Tutto ciò permette di effettuare regolazioni in real-
time. Il sistema rileva infatti picchi di consumo
energetico sulla rete di “oggetti” ad essa collegati
e identifica requisiti necessari per effettuare azioni
di manutenzione.
Ciascun player della rete viene monitorato al
fine di identificare il consumo totale, i picchi e
gli sprechi di energia. Gli assorbimenti vengono
registrati con il terminale EtherCAT EL3403 che
calcola la potenza misurando tensione, corrente
e fattore di potenza.

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Il sistema di pre-elaborazione all’interno del
terminale EL3403 fornisce i valori nell’immagine
di processo, occupando una minima parte della
potenza di calcolo del controllo. Questi valori sono
scritti in una memoria non volatile del terminale e
sono disponibili anche dopo un eventuale black-
out. Inoltre, visto che i dati sono trasmessi su
EtherCAT al controllore, queste informazioni sono
rese disponibili al sistema sovraordinato (ERP/
MES). TwinCAT Scope permette all’utente di
interpretare e trarre conclusioni sui dati riguardanti
i componenti che registrano picchi o incrementi
dell’assorbimento di energia. TwinCAT Scope,
integrato nell’applicazione dell’utente, offre la
lettura di tensione, corrente, potenza ed energia
nel tempo nella forma grafica, tabellare, in

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real-time per singolo componente e per l’intero
sistema. L’utente può decidere la frequenza con
cui campionare l’informazione per controllare lo
stato di salute: ogni minuto, ora o giorno.
Carenze di qualità o perfino fermi macchina
possono avere diverse cause: una delle più
frequenti è il danneggiamento nei cuscinetti dei
meccanismi di trasmissione meccanica. Per
diagnosticare questo problema, le stazioni di
lavorazione del dimostratore di Beckhoff sono
dotate di un sistema di Condition Monitoring. Dal
momento che difetti costruttivi o guasti possono
essere identificati dall’analisi delle vibrazioni, i
cuscinetti sono dotati di sensori, i cui dati sono
registrati nel terminale EtherCAT EL3632. Questi
dati sono poi analizzati nel PC Beckhoff con i
blocchi funzione della libreria Condition Monitoring
di TwinCAT. Quindi, sulla base di analisi statistica
dei trend, è possibile stimare quando e dove un
guasto potrebbe accadere; quando un cuscinetto
dà segni di usura, l’analisi spettrale mostra
l’emissione di impulsi modulati. Nel campo delle
basse frequenze le vibrazioni procurate dal guasto
sono coperte da quelle ordinarie, per cui il loro
rilevamento è difficile. Il calcolo delle ampiezze,
svolto dal tool di TwinCAT, permette di identificare
gli shock su un ampio range di frequenze,
identificandole e associandole a componenti
statici o rotanti dei cuscinetti. TwinCAT processa
e analizza le misure in modo tale che sia facile
integrarle nel display dell’applicazione del cliente.
Dispositivi HMI indossabili,
software IoT e Analytics, Cloud
Beckhoff ha reso disponibili ambienti software che
permettono di scambiare i dati di processo con
cloud pubblici o privati e di effettuare analisi online
e offline, pattern recognition, analisi temporali sul
ciclo di lavorazione, Condition e Power Monitoring.
È quindi possibile generare sinottici e basi dati a
supporto delle decisioni. Le due suite Beckhoff
(TwinCAT IoT e TwinCAT Analytics), utilizzano i
protocolli di comunicazione più comuni (MQTT e
AMQP), integrandosi con le infrastrutture cloud
più diffuse (Amazon, Microsoft, SAP, ecc.). Una
relazione che mette in grado gli operatori e i
costruttori di sviluppare manutenzione predittiva,
ottimizzare le performance e fare un re-design sulla
base dei risultati dal campo. Grazie all’architettura
di automazione PC-based di Beckhoff, l’operatore,
al centro della comunicazione e del controllo della
produzione interconnessa in rete, può fruire di
tool semplici ed efficaci che migliorano la qualità
dell’interfacciamento uomo-macchina. L’operatore
può controllare i consumi di energia di parti del
processo produttivo, lo stato di ogni stazione di
lavorazione, può inserire nuovi ordini di lavoro
e, infine, ha la possibilità di monitorare l’intera
linea produttiva, godendo di una panoramica
aerea dell’intero processo, controllando i dettagli
delle singole stazioni di lavorazione con semplici
operazioni di zoom. Inoltre è possibile utilizzare
occhiali digitali (smartglass) che completano le
opzioni possibili per l’operatore con un mix di
interazione touch e realtà aumentata. Gli occhiali
comunicano con un web server basato su cloud,
che mette a disposizione le informazioni sullo stato
della macchina puntata dal sistema di visione.
Questa tecnologia offre la possibilità di salvare,
raccogliere dati, manualistica, documentazione,
aprire chat o usufruire di sessioni video per
interagire con persone in remoto. L’operatore
può anche utilizzare smartphone, tablet e PC
per acquisire messaggi d’errore e informazioni
sulla disponibilità del sistema, consumi d’energia
e stato degli ordini. Inoltre grazie agli strumenti
smart l’operatore può accedere ai dati di macchina
su cloud.

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ADS: Automation Device Specification
L’architettura del sistema TwinCAT
consente di trattare ciascun modulo del
software come un dispositivo indipendente
(es. TwinCAT PLC, TwinCAT NC...). I
messaggi tra questi oggetti sono scambiati
attraverso interfacce ADS che dialogano
per mezzo di un “message router” che
gestisce e distribuisce tutti i messaggi nel
sistema su protocollo TCP/IP.
CLOUD: Tecnologia informatica che
permette di rendere fruibili on-demand
su Internet risorse informatiche per
l’archiviazione, l’elaborazione e la
trasmissione di dati.
CNC: Computer Numerical Control
Macchine a controllo numerico per
lavorazioni ad alta precisione diffuse e
impiegate in diversi ambiti della meccanica.
CONDITION MONITORING: Processo di
monitoraggio dei parametri di condizione
(vibrazioni, temperatura, ecc.) di una
macchina, al fine di identificare una
variazione significativa che potrebbe
generare un guasto. L’adozione di
tecnologie di Condition Monitoring permette
di pianificare la manutenzione, evitando
improvvisi fermo macchina con le relative
conseguenze. Si tratta di un elemento base
della manutenzione predittiva.
EAP: EtherCAT Automation Protocol
Protocollo publisher/subscriber non real-
time per la comunicazione tra dispositivi
master.
ERP: Enterprise Resource Planning
Sistema di gestione che integra tutti i
processi di business rilevanti di un’azienda
(vendite, acquisti, gestione magazzino,
contabilità, risorse umane ecc.).
EtherCAT: Ethernet for Control Automation
Technology
Sistema di bus di campo basato su
Ethernet sviluppato da Beckhoff. Il
protocollo, standardizzato secondo IEC
61158, è adatto per requisiti real-time nella
tecnologia di automazione.
ETHERNET: Tecnologie standardizzate
per le reti locali. Ethernet attualmente è
il sistema LAN più diffuso perché facile
da utilizzare, economico e idoneo a
trasmissioni TCP/IP.
HMI: Human-Machine Interface
Dispositivo di interfaccia uomo/macchina.
IoT: Internet of Things
Indica una famiglia di tecnologie il cui
scopo è rendere qualunque tipo di oggetto
un dispositivo collegato ad internet, in
grado di godere di tutte le caratteristiche
che hanno gli oggetti nati per utilizzare la
rete.
M2M: Machine-to-Machine
Termine in continua evoluzione che viene
ampiamente usato per descrivere l’insieme
di tecnologie e servizi che permettono
il trasferimento delle informazioni da
macchina a macchina con limitata o
nessuna interazione umana.
MES: Manufacturing Execution System
Sistema informatizzato che ha la principale
funzione di gestire e controllare la funzione
produttiva di un’azienda.
OCT: One Cable Technology
Tecnologia per la trasmissione di potenza
e segnale encoder in un unico cavo del
motore.
OPC: Open Platform Communications
Piattaforma di comunicazione industriale
standard per lo scambio sicuro e
affidabile dei dati tra dispositivi di controllo
di fornitori diversi.
OPC UA: Open Platform Communications
Unified Architecture
OPC UA costituisce un set di specifiche
applicabili al software industriale in
diversi ambiti: i dispostivi di campo, i
controlli, i sistemi MES e ERP. OPC
UA costituisce un modello comune di
infrastruttura che facilita lo scambio di
informazioni tra sistemi che agiscono
sul sistema produttivo. Rilasciata nel
2008, è un’architettura orientata ai servizi
indipendente dalla piattaforma che
integra tutte le funzionalità delle singole
specifiche OPC Classic in un framework
estensibile.
PLC: Programmable Logic Controller
È un dispositivo per la gestione ed il
controllo dei processi industriali che
esegue un programma, acquisendo in
ingresso i segnali digitali e analogici
provenienti dai sensori ed aggiornando
i segnali in uscita diretti agli attuatori
presenti in un impianto industriale.
PUBLISH/SUBSCRIBE: Termine
informatico che si riferisce allo
stile architetturale utilizzato per la
comunicazione asincrona fra diversi
oggetti o agenti. In questo caso il mittente
ed il destinatario dell’informazione
dialogano tramite un intermediario.
RFID: Radio-Frequency IDentification
Tecnologia per l’identificazione
e/o memorizzazione automatica di
informazioni inerenti oggetti, animali
o persone basata sulla capacità di
memorizzazione di dati da parte di
particolari etichette elettroniche e
sulla capacità di queste di rispondere
all’interrogazione a distanza da parte di
appositi apparati fissi o portatili.
SCIENTIFIC AUTOMATION: integrazione
all’interno delle tecnologie di controllo
dei ritrovamenti scientifici e tecnologici
condotti in svariati campi, es.: Condition
Monitoring, RFID, visione, comunicazione,
sistemi di auto-apprendimento.
SOCIAL AUTOMATION: Integrazione
di nuovi sviluppi dell’informatica e
dell’informazione in ambito di tecnologia
di automazione.
TwinCAT: The Windows Control and
Automation Technology
Il software di automazione di Beckhoff
è al centro della tecnologia di controllo
PC-based. Basato sul sistema operativo
Windows di Microsoft, trasforma qualsiasi
PC industriale in un sistema dotato
di capacità real-time che incorpora
funzionalità PLC, NC, CNC, HMI e
safety. Offre la possibilità di sfruttare,
oltre allo standard IEC 61131, anche i
linguaggi C/C++ per la programmazione
di applicazioni real-time, unitamente a
MATLAB®
/Simulink®
XTS: eXtended Transport System
Sistema di trasporto lineare ideato da
Beckhoff nel 2012.
Glossario
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20. PAD-PAPER 4.0
Manara, 2
(MB)