Bus di campo

Per quali motivi la Pear ha adottato il bus di campo?
Fatalmente le macchine utensili sono diventate sempre più complesse con un corrispondente aumento del cablaggio a bordo macchina.
 
Il bus di campo consente, tramite dei concentratori di dati diffusi a bordo macchina, di ridurre in maniera sensibile le connessione elettriche verso il Cn oltre a consentire tutto un insieme di prestazioni di diagnostica, anche da remoto, altrimenti non possibili.

Un po’ di storia
Storicamente e logicamente, due sono gli elementi che entrano in gioco per pilotare una macchina a controllo numerico:
 
a) Il controllo numerico. È la parte “nobile” dell’elettronica, quella che provvede ad interpolare gli assi e a muoverli alla velocità programmata.
 
b) L’interfaccia macchina. In una macchina a controllo numerico non c’è solo da spostare gli assi; immaginiamo solo per un istante tutte le complicazioni che comporta la sostituzione dell’utensile. Oppure, nelle macchine di costruzione più recente, quanto fatto per cambiare automaticamente il pezzo in lavoro. Ci sono quindi tutta una serie di elettrovalvole, cilindri ma anche assi secondari da pilotare. Per assi secondari intendiamo degli assi che vengono semplicemente posizionati a quote prefissate. Le funzioni dell’interfaccia macchina all’albore della macchina utensile erano svolte da una serie “infinita” di relais che venivano cablati in modo opportuno per realizzare le funzioni previste. Se era necessaria modificare una o più prestazione di logica macchina, bisognava prendere il cacciavite e modificare il cablaggio a dei vari relais relativi a tale funzione.
 
Fine anni ’60
Fanno la comparsa sul mercato i primi PLC (Programmable Logic Controller). Venivano programmati facendo leggere un nastro perforato (forse c’è ancora chi si ricorda delle vecchie telescriventi usate per inviare i Telex)

Per modificare la logica macchina era quindi sufficiente modificare il testo che conteneva le relative istruzioni e perforare un nastro. Niente cacciavite! Fu già un bel passo in avanti.
 
Inizi anni ’70
Il costruttore di Cn ECS (Firenze) fu fra i primi se non addirittura il primo ad avere l’intuizione di conglobare il PLC direttamente all’interno del Cn pur rimanendo un’unità logica separata. Il costruttore della macchina quindi poteva modificare la logica della macchina semplicemente a monitor (all’epoca minuscolo). Questa architettura è rimasta invariata fino alla data odierna a prescindere dal costruttore di Cn prescelto e probabilmente rimarrà nella grande maggioranza delle macchine utensili per moltissimi anni a venire. Va precisato che si possono avere dei Cn in cui la scrittura della logica macchina non è consentita al costruttore della macchina. Per ragioni tecniche e/o commerciali la logica macchina viene scritta solo dal costruttore del Cn. A questo riguardo va sottolineato che lo scrivere in modo errato una o più righe di logica macchina può provocare gravi danni alla macchina. Anche questa può essere una motivazione che ha spinto alcuni costruttori di Cn a non consentire il libero accesso alla loro logica programmabile. Come Pear noi da sempre, come scelta aziendale, scriviamo la nostra logica macchina al nostro interno. Ci sono numerose parti di logica macchina di produzione corrente la cui scrittura risale ad oltre 30 anni fa.
 
E i PLC che fine hanno fatto?
In prima battuta dal momento che i PLC sono stati conglobati all’interno del Cn, si potrebbe immagine che tali unità siano sparite dal mercato. Niente di più falso!
 
Qui però va fatta una precisazione importante. Ci sono oggettivamente sul mercato un certo numero di macchine a controllo numerico in cui la logica macchina è scritta su un PLC separato. Varie possono essere le motivazioni che hanno spinto tali costruttori a seguire tale configurazione. Ad esempio poter offrire più Cn di costruttori diversi e poter scrivere però tutto il soft logica macchina una volta sola su questi PLC esterni. A nostro avviso sono scelte tecnicamente sbagliate sopratutto da quando la teleassistenza tramite Internet si è resa disponibile. Il costruttore della macchina deve poter accedere da remoto su tutte le funzioni macchine e le deve poter modificare direttamente. Cosa questa che con un PLC separato non sarebbe possibile.
 
Tornando ai PLC questi non solo non sono spariti ma hanno avuto uno sviluppo enorme. Parlando di automazione industriale il mondo dei Cn è veramente una piccola cosa. Sicuramente in televisione avrete visto questi mega magazzini automatici che provvedono a smistare in automatico centinaia di ordini l’ora. Provate un po’ ad immaginare la complessità di connessioni elettriche che ci sono dietro a tali impianti. Ma anche un semplice (per modo di dire!) distributore di bevande o snack ha dietro un’elettronica di primordine.
 
Dovendo collegare centinaia/migliaia di connessioni elettriche fisicamente anche molto distanti fra di loro hanno cominciato a pensare (questo alla fine degli anni ’90) ma perché non dividiamo questi mega impianti elettrici in tanti “nodi” e colleghiamo questi noti fra loro tramite rete? All’epoca le reti aziendali (LAN) erano già largamente diffuse e quindi fu facile immaginare qualche cosa di similare. Il dividere il cablaggio in questo modo l’avrebbe reso sicuramente più economico (cosa non così importante) e sopratutto più flessibile. Immaginiamo un po’ in un magazzino automatico se ad un certo punto si dovessero aggiungere dei sensori il problema che ne verrebbe fuori dovendo portare tali fili fino all’armadio elettrico centralizzato. Se invece tali cavi in più dovessero essere cablati solo localmente diventerebbe un problema marginale. Per svolgere queste nuove funzioni non è stata utilizzata la rete aziendale eventualmente disponibile, ma è stato utilizzato (a mio avviso giustamente) un “bus di campo” realizzato allo scopo.
 
E qui si è scatenato “l’inferno”. Bus di campo diversi fra loro, con specifiche diverse, alcuni proprietari ed altri invece aperti. Quando c’è un’innovazione è anche logico che ci possano essere idee ed interessi diversi. Ma ormai sono passati oltre 20 anni e piano piano la nebbia che c’era si è in gran parte dissolta.
 
E i costruttori dei CN come hanno reagito rispetto all’affermazione dei bus di campo?
Tendenzialmente hanno ignorato il problema. Per quanto complessa una macchina utensile possa essere non è così complessa come, ad esempio, un impianto di smistamento automatico di colli.
Tutte le schede di ingresso/uscita di un Cn poi sono costruite direttamente dal costruttore del Cn. Sono schede relativamente parlando molto economiche e super affidabili (caratteristica questa che nel mondo della macchina utensile è molto importante). Se ci fosse un problema sarebbe immediatamente individuato il responsabile vale a dire il costruttore del Cn.
Il bus di campo presuppone la presenza di più costruttori, da un punto sistemistico è sicuramente un’architettura molto più complessa. In caso di malfunzionamenti si porrebbe immediatamente il problema di individuare il responsabile o i responsabili di tali malfunzionamenti.
 
Ma implementare il bus di campo anche a livello di macchina utensile comporta dei vantaggi non trascurabili. Prima di tutto maggiore flessibilità nell’adeguamento della macchina alle specifiche esigenze del cliente che sono diventate e lo diventeranno sempre più variabili. All’atto pratico ogni macchina tende a diventare sempre di più “one off”. In assistenza remota poi (da Internet) è possibile avere molto maggiori dati. Il funzionamento della singola elettrovalvola, ad esempio, è testabile da remoto. Se dovesse essere necessaria l’aggiunta di altri componenti a consegna macchina avvenuta anche questo diventerebbe molto più semplice.