Gestione del segnale e cablaggio, la soluzione è IO-Link

L’azienda vicentina Essebi Automation ha progettato e realizzato una macchina in grado di assemblare ogni 13 secondi un connettore per diffusore di profumatore d’ambiente o repellente per insetti destinato al mercato americano. Grazie alla collaborazione con Balluff e all’utilizzo di un modulo IO-Link è stato possibile risolvere le problematiche di gestione e comunicazione dei segnali provenienti dalla macchina, semplificando notevolmente il cablaggio sulla tavola rotante principale, il cuore dell’impianto.

di Fabrizio Dalle Nogare

Pochi fronzoli, concretezza, idee chiare. E voglia di sperimentare, di testare soluzioni innovative. Bastano poche parole per capire quali sono le qualità che consentono a Essebi Automation di stare, da oltre 10 anni, sul mercato dell’automazione di processo, progettando e realizzando macchine che sono al lavoro in tutto il mondo.
Le porte dell’azienda, a Brendola, nel vicentino, ce le apre Giovanni Bisognin, che insieme al fratello Stefano gestisce una realtà di circa 20 persone, suddivise tra progettisti meccanici ed elettrici, operatori di assemblaggio e programmatori. Alle origini di Essebi Automation c’è la specializzazione nell’ambito del software, anche se sin dall’anno successivo alla sua fondazione, nel 2008, l’azienda ha iniziato a costruire in proprio le macchine, vista la richiesta pressante da parte dei clienti.
Si tratta, manco a dirlo, di macchine speciali di automazione, nella gran parte dei casi isole robotizzate con robot a sei assi o SCARA. Oltre all’assemblaggio (linee a tavola rotante, pallet o manipolazioni veloci), le applicazioni realizzate nel corso degli anni spaziano dall’asservimento alle macchine utensili o alle presse di stampaggio – nel settore della plastica, in particolare – fino alle macchine per la manipolazione di componenti farmaceutici.

Monitoraggio e tracciabilità non solo nell’automotive
A Bisognin chiediamo se, in tempo di Industria 4.0 e produzione digitalizzata, il fatto di essere nati come specialisti del software è un vantaggio importante per l’azienda. “Certamente può essere un vantaggio – risponde – ma è essenziale non perdere il passo con le tecnologie che stanno emergendo, specialmente negli ultimi anni. L’avvento di Industria 4.0 ha concentrato l’attenzione su elementi quali l’interfaccia uomo-macchina o la comunicazione della macchina stessa con la rete del cliente. Noi vediamo che aumentano anche le esigenze di monitoraggio e tracciabilità perché è il cliente finale ad averne sempre più bisogno, e non solo in un comparto storicamente attento a questo aspetto come l’automotive. Oggi, anche nel caso di prodotti più semplici, c’è la necessità di fornire la tracciabilità completa del ciclo produttivo, e le nuove tecnologie rendono possibile tutto questo”.
Parlando di trend che caratterizzano il settore è quasi d’obbligo menzionare il tema della flessibilità, un’esigenza – espressa, anche questa, sempre più spesso dai clienti in fase di discussione della commessa – che va tuttavia bilanciata con il tempo ciclo, quindi con la produttività della macchina. “È difficile, in questo senso, fare delle generalizzazioni perché dipende sempre fortemente dalla singola applicazione – aggiunge Giovanni Bisognin -. Di certo il cliente oggi investe sempre più in soluzioni che gli permettano di produrre non un singolo prodotto, ma un ventaglio di particolari o varianti che potrebbe dover realizzare in un futuro. La maggiore flessibilità, però, non deve pregiudicare il tempo ciclo, da stabilire naturalmente in fase di offerta. Si cerca, insomma, di lavorare in parallelo su entrambi i piani, tempo ciclo e flessibilità”.

Tre tavole rontanti per l’assemblaggio di un connettore
Un termine, flessibilità, che ritorna anche parlando della macchina che Essebi Automation ha realizzato per un importante cliente. Si tratta di una macchina – composta da tre tavole rotanti, una delle quali con un livello di complessità decisamente superiore rispetto alle altre – per l’assemblaggio di un connettore per diffusore di profumatore d’ambiente oppure repellente per insetti. Mentre la macchina, che assicura la realizzazione di un connettore stampato, assemblato e finito ogni 13 secondi, è già al lavoro in Cina, il prodotto è pensato per il mercato americano.
“Il progetto – racconta Bisognin – presentava una problematica non di poco conto in termini di tecnologia di rete e di cablaggio. Occorreva, infatti, implementare la comunicazione a 128 bit avendo a disposizione solo 4 fili, dovendo in più gestire componenti come elettrovalvole e sensori. Per questo abbiamo ritenuto che la soluzione migliore fosse il master IO-Link di Balluff Automation, da integrare insieme ai vari slave. Questo ci ha permesso di monitorare e controllare in modo efficace tutte le sotto-stazioni”.

Dai sensori al master IO-Link
Una collaborazione, quella tra Essebi Automation e Balluff, iniziata alcuni anni fa, nel 2015, utilizzando i sensori della casa tedesca. Il rapporto, fondato anche sul supporto commerciale e tecnico fornito da Balluff e sull’ampiezza della gamma di soluzioni proposte, si è evoluto e consolidato con l’utilizzo delle soluzioni IO-Link, lo standard pensato per consentire lo scambio affidabile e flessibile di informazioni provenienti dai sistemi di produzione che, dopo una prima inevitabile fase di lancio, si sta diffondendo tra i costruttori di macchine. “La capacità di monitorare in modo più efficiente il singolo sensore, ma anche la garanzia di una certa flessibilità, sono stati i fattori che ci hanno spinto inizialmente a provare questa tecnologia”, racconta il titolare di Essebi Automation. “Il cablaggio, poi, è più snello e veloce e offre una maggiore possibilità di controllo sul singolo elemento. IO-Link è una tecnologia che permette di mettere in comunicazione più prodotti anche di tipologia diversa (penso alla componentistica pneumatica, per esempio) per poi processare tutti i dati in un’unica soluzione. Noi la stiamo utilizzando sempre di più sulle nostre macchine proprio per agevolare il monitoraggio e lo scambio di dati. In più – aggiunge Giovanni Bisognin – è possibile in pochi passaggi integrare questa tecnologia anche su sistemi già esistenti”.

Dall’assemblaggio delle parti al controllo
Passando al ciclo di lavoro della macchina di assemblaggio, il punto di partenza è la singola resistenza, selezionata tramite un sistema apposito e posta su una prima tavola rotante. Tramite una saldatura, la resistenza è unita al corpo del connettore che, una volta completo, viene inserito su una base di plastica tramite saldatura a ultrasuoni. Una stazione di test elettrico per il controllo della conducibilità è stata quindi predisposta prima dello scarico, con un sistema per il riconoscimento degli scarti.
La macchina prevede due tipi di controllo: uno visivo, per mezzo di un sistema di visione, e uno elettrico, appunto, per essere certi che il prodotto rientri in determinati parametri forniti ovviamente dal cliente.
“La tavola rotante principale, che conta otto stazioni ed è gestita da un giunto rotante elettropneumatico, è stata realizzata utilizzando soltanto sei cavi grazie alle soluzioni di connessione come lo standard IO-Link e al protocollo di comunicazione Profinet”, spiega Bisognin. “La soluzione adottata ci ha anche permesso di adattarci alla velocità della tavola rotante senza attendere l’arrivo del segnale tramite altri protocolli”.
Seguendo l’esigenza del cliente, la macchina è predisposta per un rapido cambio formato, funzionale alla produzione di varianti diverse del prodotto: il profumatore d’ambiente e il diffusore di insetticida hanno, infatti, caratteristiche differenti anche a livello dimensionale. Il cambio formato avviene modificando alcuni componenti meccanici, come i posaggi, e intervenendo sull’interfaccia uomo-macchina e sul software.

Nel video, la macchina per l’assemblaggio dei connettori in azione.
L’Ing. Fabio Rosso di Balluff spiega caratteristiche e potenzialità dello standard IO-Link.