Progettazione Elettronica

Necessità delle macchine moderne – Progettazione Elettronica

Logging, Database

Sensors and Signal Conditioning

HMI

Modern Machine

Mechanical Design

Networking Discrete and Sequential Logic

Embedded System Design Motors and Actuators

Machine Condition Monitoring

Machine Vision

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Motion Control Design

Piattaforme di Controllo Macchina Tradizionali Single-Board Computer (SBC)

Programmable Logic Controller (PLC)

Custom Hardware

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Punti di forza delle piattaforme di controllo macchina tradizionali SBC

PLC

•Computer Embedded •Architettura PC •Vari fattori di forma

•Molto affidabile •Controllo standard •Logica Ladder •Reti industriali

Hardware Custom •Completamente flessibile •Controllo dei COG •Formato esatto

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Sfide delle piattaforme di controllo macchina tradizionali SBC

PLC

•Richiede integrazione HW e SW •Assenza del packaging

•Scarsa flessibilità •Software poco •Potente •I/O non veloce

Hardware Custom •Sforzo di sviluppo significativo •Manutenzione difficile

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La piattaforma ideale di controllo macchina

•Molto affidabile •HW e SW integrati •Time to market rapido •Potente e flessibile •Produzione a basso costo •Manutenzione e aggiornamento semplificati •Controllo, monitoraggio e salvataggio combinati

Programmable Automation Controller (PAC)

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Evoluzione dei PAC PC IBM PC 1981

Windows 3.1 1992 Internet 1983

Windows 95 32 bit OS 1995

PLC

PAC

GM richiede un “controllore macchina standard” 1968

Chip

Allen Bradley SLC 1991

Modicon 084 1969

Single-Chip CPU 1971

Intel Pentium 1993 FPGA 1986

ARC definisce il PAC 2001

High-Resolution ADCs 1989

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Programmable Automation Controller (PAC) di NI • Robustezza e affidabilità dei PLC • Apertura e preformance del PC • Flessibilità dell’hardware custom con FPGA

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LabVIEW

Caratteristiche dei PAC per i costruttori di macchine • Misure ad alta velocità e accuratezza • Matematica ed analisi avanzate • Connettività a reti standard • Interfaccia Utente grafica • Prestazioni da HW personalizzato con gli FPGA

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PAC basati su FPGA (Field Programmable Gate Array)

Processor

FPGA

•FPGA riconfigurabile per I/O e controllo con la flessibilità dell’hardware custom • Moduli di I/O per connessione diretta a sensori/attuatori industriali • Processore per misure, analisi, connettività e controllo affidabili

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Field-Programmable Gate Array (FPGA) • Cos’è – Chip di silicio con gate non connessi

• Come funziona – Comportamento definito via software – Compilazione e download sull’hardware

• Vantaggi – Progettazione riconfigurabile – Affidabilità – Esecuzione parallela

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LabVIEW FPGA per l’Automazione di Macchina Progetti che richiedono: • Prestazioni – Un singolo chip può sostituire varie schede e circuiti

• Introduzione sul mercato più rapida – Progettazione, prototipazione, e rilascio con strumenti LabVIEW

• Affidabilità – Esecuzione della logica di controllo su hardware dedicato (senza sistema operativo)

• Programmabilità “sul campo” – Riconfigura l’FPGA nel sistema con LabVIEW senza cambiare hardware 11

Sistema di taglio laser per prodotti igienico sanitari Ing. Paolo Pasqualoni Fameccanica.Data SpA La Sfida: • •

• •

•

Versatilità nelle forme/profili da tagliare Drastica riduzione dei tempi morti di produzione, dovuti alle operazioni di cambio delle unità di taglio meccanico standard Ottimizzare e stabilizzare il processo produttivo Fornire ai clienti produttori un sistema di taglio ad alta versatilità, reimpiegabile su macchine e/o prodotti differenti. Consolidare l’immagine di leader tecnologico di Fameccanica.Data

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La Soluzione

Realizzare una piattaforma hardware/software in grado di supportare il cliente finale nelle operazioni di : – – – – –

Importazione del profilo da tagliare Configurazione del taglio Calibrazione della macchina Dialogo con le altre periferiche PLC-Based della macchina Controllo in Tempo reale (con un loop rate di 10us) dei punti sparati

Grazie alla piattaforma LabVIEW è stato possibile realizzare sia il sistema di controllo che quello di supervisione semplificando le attività di cambio prodotto e rendendo il cliente finale LIBERO di disegnare QUALSIASI profilo (cosa non possibile con le normali lame meccaniche)

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Curva di “produzione”

Flessibilità e Prezzo di Sistema

I/O I/O I/O

PXI RIO

Processor

FPGA

Custom I/O

PCI RIO CompactRIO

Acquistare

Costruire 32-bit µP

CompactRIO Integrato Single-Board RIO

Numero di Sistemi Prodotti 14

LabVIEW Real--Time Real

LabVIEW FPGA

LabVIEW Touch Panel

LabVIEW for ADI Blackfin

LabVIEW for ARM

Tecnologia LabVIEW Embedded Processori Real--Time Real

FPGA

HMI Industriali

Microprocessori

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Microcontrollori

Integrazione tra differenti piattaforme Per macchinari esistenti • Retrofit per estenderne la vita

16

Connettere LabVIEW a qualsiasi rete industriale e PLC

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Architettura di Movimentazione assi distribuita

Deterministic Bus

Intelligent Drive

Motor

Intelligent Drive

Motor

FieldBus

Real-Time Operating System

Deterministic Bus FieldBus

SoftMotion Controller

18

Panoramica sulla movimentazione assi Motion Controller

Drive or Amplifier

Motor

Mechanicals

Encoder

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La proposta di National Instruments Software Prototyping Motion Assistant

Controllers

Drives

Motors

Centralized PCI/PXI

Brushed DC Servo Drive Module

Custom SoftMotion Dev Mod

Single axis Stepper

Distributed • EtherCAT • SoftMotion Controllers for CANopen

Multi-axis Stepper/Servo

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Stepper Motors NEMA 17, 23 and 34

Configura la movimentazione assi con CompactRIO Brushed Servo

Motor

Drive NI 9505

Brushed or Brushless Servo

Motion Controller Motor

Motor Drive

Interface to Drive

AO NI 9263

Stepper Motor

Motion Controller

DIO NI 9401

Stepper Drive

Motion Motor Controller

Motor Drive

Interface to Drive

DIO NI 9401 NI 9411 21

Motion Controller

Vantaggi dell’architettura FPGA per la movimentazione assi • Intelligent Fault Handling (risposta nano/micro-secondi) – – – –

Decellerazione Stop Cambio traiettoria Sequenza di shutdown in esecuzione

• Completa affidabilità – SICUREZZA HARDWARE – Nessun sistema operativo presente nel sistema, solo hardware

• Elevate performance – 200 kHz o 5 us servo update rates

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Gestione sistema di raffreddamento delle matrici per estrusione di alluminio tramite azoto liquido Ing. Enea Mainetti Software Analyst Developer A.T.I.E. Uno Informatica Srl La Sfida: • •

• •

Aumentare la velocità di estrusione Possibilità di pianificare estrusioni più lunghe con conseguente diminuzione dei cambi matrice, soprattutto con leghe a bassa estrudibilità Migliorare sensibilmente la qualità delle superfici, aumentare la vita delle matrici Ottimizzare e stabilizzare il processo produttivo

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• La Soluzione Il sistema progettato è costituito da NI

CompactRIO completo di moduli di ingresso analogico (per i segnali di temperatura dell’estruso e delle billette, velocità e pressione della pressa), di uscita analogica per il controllo della valvola criogenica, di ingressi e uscite digitali per interfacciarsi all’impianto.

PLC

PAC

HMI

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