La tecnologia invisibile di macchine e impianti per sviluppare soluzioni Industrial IoT? I sensori IO-Link. Svolgono un ruolo cruciale nella raccolta e trasmissione di dati in tempo reale dai dispositivi di campo ai sistemi di controllo e supervisione, on edge e in cloud, rendendo possibile il condition monitoring per la manutenzione predittiva. Nel corso deli ultimi anni, con il boom delle macchine connesse, dell’analisi ed elaborazione big data, la domanda di questi dispositivi è stata esponenziale. Secondo UnivDatos il mercato globale IO-Link è stimato a 13,5 miliardi di dollari e si prevede possa crescere da qui al 2032 a un tasso medio annuo del 29%, fornendo le basi per l’interconnessione e l’interoperabilità all’interno di sistemi smart factory. Tra i leader e pionieri di questo mercato, Balluff, multinazionale tedesca della sensoristica e dell’automazione. «Collaboriamo con i machine builder nello sviluppo di applicazioni di monitoraggio e di diagnostica remota con l’obiettivo di rilevare anomalie o livelli di stress che possono comportare fermi macchina o un calo delle prestazioni», afferma Fabio Rosso, technical support and solutions di Balluff. Attività che vengono estese e consolidate con la seconda generazione di sensori Bcm (Balluff Condition Monitoring) progettata per attività di condition monitoring. In questo caso il sensore rileva vibrazioni, temperatura, umidità relativa e pressione ambientale, informazioni che l’interfaccia di campo IO-Link trasferisce ciclicamente all’edge permettendo di elaborare più misure contemporaneamente. «I dati vengono trasportati attraverso l’intero processo di produzione dando vita a una comunicazione senza soluzione di continuità dal sensore intelligente al cloud», spiega Rosso. In ultima analisi, la modalità automatizzata di misura abilitata dai sensori consente di impostare soglie di allarme principale o di semplice avviso, procedendo così all’invio di un messaggio di avvertimento che mette gli operatori nella condizione di prendere le opportune decisioni in una logica di miglioramento continuo delle prestazioni. Un’offerta che si evolve di anno in anno, con dispositivi a costi sempre più contenuti, realizzati con plastica e materiali riciclabili per dare vita a un Industrial IoT sostenibile.
Balluff, 100 anni di storia di automazione è un pioniere della sensoristica industriale con stabilimenti in Messico, Cina, Germania e Ungheria dove vengono prodotti oltre 8 milioni di sensori all’anno
Azienda a conduzione familiare da 4 generazioni, oggi capitanata dalla famiglia Hermle, Balluff è stata fondata nel 1921 da Gebhard Balluff come officina meccanica per la riparazione di biciclette, motociclette e macchine. Sede a Neuhausen, vicino a Stoccarda, ha un fatturato di 599 milioni di euro nel 2023 e siti produttivi in Germania, Ungheria, Cina, Stati Uniti e Messico. Un pioniere della sensoristica industriale. Nel 1969 Balluff ha portato sul mercato il primo sensore induttivo, nel 2019 ha prodotto la prima generazione di sensori per il condition monitoring e nel 2021 ha introdotto la sensoristica wireless. Sensori fotoelettrici, induttivi, magnetici, a ultrasuoni, di visione artificiale e di misurazione per il rilevamento di oggetti, posizionamento, controllo di qualità. All’ampia offerta di sensori si affiancano sistemi di identificazione Rfid, soluzioni di connettività e software per la diagnostica e il monitoraggio, in grado di risolvere i problemi più complessi dell’automazione industriale.
General Manager della filiale italiana, che ha sede a Torino (Venaria Reale) è Carlo Gementi. Continuano intanto gli investimenti per rafforzare la produzione a livello globale. Nel 2023 è stato infatti inaugurato il nuovo stabilimento di Aguacalientes in Messico, ed stato ampliato lo stabilimento di Chengdu in Cina, dove vengono prodotti oltre 4 milioni di sensori all’anno, una capacità produttiva pari a quella dello stabilimento in Ungheria.
Il sensore multifunzionale di condition monitoring Bcm acquisisce diverse variabili fisiche come vibrazioni, temperatura, umidità relativa e pressione ambientale, le elabora a bordo e fornisce i dati desiderati a un sistema host tramite IO-Link.
L’adozione della tecnologia IO-Link nelle applicazioni delle macchine utensili migliora la precisione, l’efficienza e la flessibilità delle operazioni di produzione
Nei centri di lavoro a controllo numerico i sensori IO-Link forniscono un feedback in tempo reale sull’usura degli utensili, sullo stato della macchina e sul posizionamento del pezzo, consentendo agli operatori di ottimizzare i processi di lavorazione e ridurre al minimo gli scarti. Il che vuol dire acquisire maggiore produttività e produrre pezzi di qualità superiore. «La novità più significativa è che non lavoriamo più solo nel dominio del tempo ma riusciamo a fare un’analisi delle vibrazioni anche nel dominio della frequenza, dice Rosso. In questo modo, grazie a un software che assiste gli operatori nella configurazione di macchina, Balluff riesce a sviluppare una manutenzione predittiva sull’usura o eventuale danneggiamento dei cuscinetti. «Acquisendo i dati di vibrazione sulle varie bande di frequenza è possibile accorgersi se c’è un’anomalia sull’anello esterno piuttosto che su quello interno o sulle sfere del cuscinetto, prevenendo il fermo della macchina, dice Rosso. I sensori misurano le vibrazioni e altre grandezze, come temperatura, umidità, pressione atmosferica e stato dei fluidi e danno origine ai dati per produrre informazioni su dashboard operatore, accessibili via Hmi, tablet o smartphone, che danno l’evidenza di quello che sta succedendo nell’area di lavoro».
Fabbrica 4.0, un puzzle tecnologico che può essere realizzato solo utilizzando standard industriali
L’IO-Link sta diventando sempre più popolare nell’automazione industriale grazie ai suoi numerosi vantaggi in termini di comunicazione bidirezionale, diagnostica, affidabilità, standardizzazione e miniaturizzazione. «La flessibilità è la chiave di volta per il successo della fabbrica digitale. Si devono ormai proporre soluzioni che possono essere implementate in modo incrementale, in funzione del percorso di trasformazione che l’impresa sceglie di intraprendere. «Fabbrica 4.0 è un enorme puzzle e ogni singolo tassello può essere parte del tutto se aderisce a uno standard industriale. Occorre sempre pensare in logica open. In era di digitalizzazione industriale dove l’interconnessione è tutto, la tecnologia proprietaria è improponibile, afferma Rosso. La nostra esperienza ci insegna che il percorso verso una smart factory è fatto di tanti piccoli passi. La si costruisce tassello per tassello in base a esigenze produttive. Non è un progetto che ha un inizio e una fine, è un’attività continua il cui obiettivo è raggiungere nuovi livelli di efficienza, qualità, flessibilità e trasparenza dei processi», racconta Rosso. «Non basta fornire una macchina IoT ready, servono soluzioni capaci di coniugare software e piattaforme in una logica di standard industriale. Altrettanto importante, aggiunge Rosso, è saper configurare l’architettura IoT in modo equilibrato, definendo quali dati vanno elaborati in cloud e quali on premise e quale l’intelligenza di analytics e machine learning, sia corretto implementare».
Sensore di monitoraggio delle condizioni. La nuova generazione Bcm IO-Link
Con i nuovi sensori di monitoraggio delle condizioni è possibile evitare i tempi di inattività non programmati e i malfunzionamenti nel processo di produzione. Come dice Rosso, «I sensori forniscono dati che possono essere utilizzati per automatizzare costose ispezioni manuali». Una sensoristica che non è un semplice lifting della prima generazione, ma una piattaforma completamente nuova con hardware e firmware ancora più potenti. «Le migliori prestazioni di misura, in combinazione con algoritmi più sofisticati, consentono al sensore di rilevare i più piccoli cambiamenti di condizione in modo ancora più precoce e accurato rispetto al passato, dice Rosso. Non solo. Grazie al nuovo concetto di montaggio con una sola vite l’installazione è più semplice. Un enorme vantaggio, soprattutto per le soluzioni di retrofit». In sintesi, rispetto alla prima generazione, sensori e algoritmi intelligenti permettono a Balluff di raggiungere un livello di prestazioni più elevato e tecniche di montaggio più sofisticate ed efficienti.
Vantaggi chiave dell’utilizzo dei sensori intelligenti IO-Link nell’IIoT
I sensori IO-Link, progettati per resistere in ambienti industriali difficili, possono essere utilizzati per monitorare le vibrazioni, la temperatura e altri parametri delle macchine, consentendo di identificare potenziali malfunzionamenti e prevenire guasti, facilitando la manutenzione predittiva e la risoluzione dei problemi. A differenza dei sensori tradizionali unidirezionali, permettono una comunicazione bidirezionale tra il sensore e il sistema di controllo. Ciò consente di configurare, diagnosticare e monitorare il sensore da remoto, migliorando la flessibilità e la manutenzione predittiva. Ed essendo uno standard industriale garantisce l’interoperabilità tra sensori di diversi fornitori, semplificando l’integrazione e la gestione dei dispositivi in un’architettura IIoT.
La sensoristica wireless per la robotica, l’industria alimentare e applicazioni di saldatura
Le sequenze di movimento dinamico su tre assi, come quelle utilizzate nella robotica, rendono complesso e costoso il cablaggio. In questo caso i contatti sono soggetti a forti sollecitazioni, di flessione e torsione, che possono causare dei guasti. Ecco, quindi, la possibilità di associare alla robotica una sensoristica wireless, tecnologia che si dimostra utile anche in altre aree applicative. Alcune industrie, come quella alimentare, necessitano di ambienti estremamente puliti e per evitare rischi di contaminazione il wireless è spesso la tecnologia ottimale. Come dire, eliminando i cavi si facilita la pulizia e la sanificazione delle aree di produzione. Anche nel settore della saldatura prevalgono condizioni ambientali difficili. Per questo motivo, le rotture e i guasti dei cavi sono più frequenti. Come dicono gli esperti di Balluff, i cavi devono essere sostituiti frequentemente, il che può comportare tempi di inattività non pianificati e perdite di produzione. Ridurre il numero di cavi utilizzando le soluzioni IO-Link Wireless può quindi portare a una minore manutenzione e a un risparmio sui costi. Ulteriore e finale considerazione: rispetto alle reti cablate le reti wireless consentono una maggiore flessibilità nella disposizione dei macchinari e delle linee di produzione, facilitando l’adattamento a modifiche future. Un motivo in più per valutare attentamente quale tecnologia implementare.
