In qualità di fornitore leader a livello mondiale, il Gruppo Krah produce, tra l’altro, resistenze di potenza per l’industria automobilistica. Nella produzione vengono impiegate ad esempio macchine di saldatura laser automatiche. Per l’inoltro dei dati dei sensori basato su Profinet, in passato si utilizzavano soluzioni con connettori ad innesto. Poiché nelle applicazioni mobili questi dispositivi sono suscettibili di interferenze e si usurano rapidamente, oggi si preferisce la soluzione di trasmissione di energia ed Ethernet NearFi contactless, quindi non soggetta ad usura.
Il Gruppo Krah è un’azienda indipendente di medie dimensioni a conduzione familiare che dal 1970 produce componenti elettronici – come le resistenze di potenza – per l’industria automobilistica, l’automazione e la tecnologia energetica, la produzione di dispositivi e l’impiantistica, l’elettronica di potenza, l’ingegneria meccanica e i settori dei trasporti e della logistica. Oltre alla gamma standard, l’azienda è specializzata nella produzione di prodotti sviluppati insieme al cliente. La sua sede centrale si trova in Germania a Drolshagen, nella regione del Sauerland. Circa 2000 dipendenti lavorano a livello internazionale in sedici siti di sviluppo e produzione in Europa, Asia, Sud e Nord America. Il Gruppo Krah è anche membro fondatore dell’organizzazione di promozione Automotive Center Südwestfalen e.V. (Acs) per affrontare le sfide dell’industria automobilistica, dalla ricerca sui materiali alla mobilità elettrica.
Soluzione contactless per applicazioni mobili
L’azienda progetta e automatizza, ad esempio, i propri macchinari per produrre componenti per l’industria automobilistica. In qualità di responsabile del team del reparto automazione e tecnologia di controllo, Oliver Krause è responsabile dell’automazione nello stabilimento di Drolshagen e afferma: «Per una nuova saldatrice laser, ho cercato alternative al tradizionale scambio di dati tramite connettori ad innesto, soggetti ad interferenze ed usura. Il problema dei connettori è che i contatti si piegano o si rompono e l’insieme cavo-tubo si allenta a causa dei frequenti movimenti. La fiera di Hannover 2022 ha rappresentato una buona opportunità per avere una panoramica delle potenziali soluzioni. Durante una visita allo stand del nostro partner commerciale di lunga data Phoenix Contact, sono venuto a conoscenza della nuova tecnologia contactless NearFi per la trasmissione dati, capendo subito come fosse proprio l’approccio giusto per risolvere i nostri problemi nell’utilizzo dei connettori nelle applicazioni mobili».
La saldatrice laser elabora un pezzo in quattro fasi, ruotandolo in un ciclo circolare verso le rispettive stazioni di lavorazione. Prima vengono inseriti i pezzi, quindi viene effettuato l’allineamento tra loro, successivamente vengono controllate le tolleranze e vengono saldati i pezzi. Nella fase finale, il pezzo finito viene accoppiato ed etichettato con un codice a barre. In ogni stazione di lavorazione sono presenti sensori i cui dati sono rilevati da un modulo I/O Profinet e comunicati al sistema di controllo. Si tratta essenzialmente degli stati della macchina e delle posizioni del pezzo nelle varie fasi di lavorazione. L’inoltro dei dati dai moduli I/O Profinet al PLC e l’alimentazione dei moduli I/O avvengono senza contatto, e quindi senza usura, tramite gli accoppiatori NearFi.
Messa in servizio semplice senza necessità di configurazione
Per lo scambio di dati ed energia sono sempre necessari due dispositivi: un accoppiatore di base e un accoppiatore remoto. A differenza delle convenzionali soluzioni di connettori ad innesto, questi connettori possono essere collegati tra loro da qualsiasi direzione e possono ruotare. Inoltre, l’utente non deve centrare i dispositivi in modo preciso: essi possono trovarsi l’uno di fronte all’altro scostati o con un angolo tangenziale, riducendo significativamente i requisiti di precisione per il movimento meccanico di due parti indipendenti del sistema. In un connettore ad innesto, invece, spina e presa devono essere scrupolosamente posizionate, onde evitare il rapido danneggiamento dei sensibili pin. La segnalazione ottica circolare con Led ad alta intensità luminosa indica la disponibilità operativa della sezione di accoppiamento da qualsiasi angolazione spaziale.
L’utilizzo degli accoppiatori NearFi riduce quindi gli interventi di assistenza e i costi di manutenzione, aumentando così la disponibilità del sistema. La diminuzione dei costi e l’ottimizzazione dei processi produttivi riducono notevolmente i tempi di ammortamento dei dispositivi. “Il grande vantaggio della soluzione NearFi risiede nella facilità di messa in esercizio senza necessità di configurazione, poiché gli accoppiatori possono essere messi in funzione pressoché come un connettore ad innesto”, continua Oliver Krause. “Finora sul mercato esistevano solo soluzioni di accoppiamento induttivo che, ad esempio, trasmettevano il protocollo IO-Link senza contatto ma che, tuttavia, richiedevano la configurazione e l’indirizzamento dei dispositivi. Gli accoppiatori NearFi inoltrano il protocollo Ethernet a 100 Mbit/s in modalità full duplex e trasparente, per cui vengono meno sia configurazione sia programmazione”, spiega Oliver Krause. “Inoltre, per noi era importante che la soluzione contactless supportasse la funzione Profinet Fast-Start-Up per evitare ritardi nella creazione della comunicazione”.
Comunicazione Ethernet indipendente dal protocollo senza tempi di latenza significativi
Nell’odierna automazione industriale, la trasmissione dei dati è solitamente basata su Ethernet con una velocità di trasmissione dati di 100 Mbit/s. Alcuni standard di comunicazione, come Profinet Irt o Ethercat, sono protocolli real time che richiedono una trasmissione di dati con latenza particolarmente bassa. La tecnologia NearFi consente una connessione Ethernet senza contatto e indipendente dal protocollo, senza tempi di latenza significativi. Poiché la comunicazione radio in campo ravvicinato avviene su una distanza ridotta, non c’è praticamente alcuno spettro di interferenze in prossimità dei dispositivi e ciò consente l’utilizzo in parallelo di numerosi sistemi NearFi e la coesistenza con le tecnologie radio esistenti, come Wlan o Bluetooth. Gli accoppiatori trasmettono 50 watt di energia (24 volt, 2 ampere) e dati Ethernet in tempo reale attraverso un traferro di pochi centimetri. Grazie alla robusta custodia IP65 con connessioni M12 per Ethernet e tensione, gli accoppiatori NearFi possono essere utilizzati anche in ambienti difficili.
L’ampia gamma prodotti di Phoenix Contact comprende soluzioni wireless da oltre 20 anni. «Gli accoppiatori NearFi si rivelano la soluzione ideale per applicazioni mobili in cui le tecniche di comunicazione basate sul contatto sono troppo suscettibili alle interferenze e causano frequenti interruzioni delle macchine», conclude Oliver Krause (figura 5).
Riquadro:
I vantaggi dell’accoppiatore NearFi in sintesi:
- Ethernet in tempo reale
NearFi inoltra i dati Ethernet con una velocità di trasmissione dei dati fino a 100 Mbit/s senza latenza. - Indipendenza dal protocollo
Gli utenti possono utilizzare tutti i comuni protocolli Ethernet. Anche i futuri sviluppi di Ethernet possono essere facilmente trasferiti con NearFi, rendendo la tecnologia un investimento a lungo termine. - Trasmissione induttiva di energia
Gli accoppiatori consentono anche uno scambio di energia induttivo. Grazie alla regolazione attiva, la potenza viene mantenuta costante a 50 watt per l’intero campo di lavoro. - Immunità alle interferenze elettromagnetiche e ad altri sistemi radio presenti nelle vicinanze
Poiché la comunicazione radio in campo ravvicinato avviene su una distanza ridotta, non c’è praticamente alcuno spettro di interferenze in prossimità dei dispositivi e ciò consente l’utilizzo in parallelo di numerosi sistemi NearFi e la coesistenza con le tecnologie radio esistenti. Nemmeno gli spettri di interferenza industriali sono in grado di influenzare la tecnologia NearFi. - Elevata libertà di montaggio
A differenza delle soluzioni di connettori ad innesto convenzionali, gli accoppiatori NearFi possono essere collegati tra loro da qualsiasi direzione o anche in rotazione. Non è necessario che siano esattamente allineati uno sopra l’altro, ma possono essere rivolti l’uno verso l’altro con un angolo sfalsato o tangenziale.
