Marshalling elettronico per il controllo dei sistemi pneumatici

I sistemi pneumatici sono componenti essenziali di molti impianti di processo, specialmente di quelli che prevedono l’uso di macchine accessorie, spesso non collegate con il sistema di controllo del processo. Un eventuale problema con i sistemi pneumatici della macchina, quindi, potrebbe non essere comunicato al sistema di controllo, provocando possibili rotture della macchina stessa. Per evitare questi inconvenienti, Emerson ha introdotto una soluzione integrata di controllo basata sul marshalling elettronico.

di Cesare Pizzorno

I sistemi di controllo del processo sono generalmente in grado di integrare i sistemi pneumatici attraverso l’implementazione di una rete fieldbus aggiuntiva, come PROFIBUS-DP® o Modbus® TCP. Questo approccio, tuttavia, può aggiungere complessità a causa della mappatura dei dati e, mentre una diagnostica supplementare è possibile, un secondo ambiente di programmazione, con i relativi costi, non sarebbe invece auspicabile e potrebbe non supportare con facilità la ridondanza nei sistemi di comunicazione e alimentazione.
Emerson ha introdotto nel 2016 il marshalling elettronico per i sistemi pneumatici: una soluzione che consente agli utenti di integrare con facilità le isole di valvole ASCO Numatics della serie 580 con il sistema di controllo DeltaV di Emerson per una soluzione di sistema I/O e pneumatico Emerson Automation completa.
Eliminando le operazioni che richiedono molta manodopera, il marshalling elettronico rende possibile mappare ogni canale I/O verso ogni controller. Emerson gestisce questa mappatura con i suoi CHARM (CHARacterisation Modules), ovvero schede di conversione da analogico a digitale che possono essere caratterizzate per eseguire qualsiasi funzione di segnale (AI, AO, DI, DO, RTD e così via). I moduli sono agganciati a schede CHARM I/O (CIOC), che sono a loro volta montate su morsettiere su guida DIN in cui viene disposto il cablaggio in campo; il dispositivo da campo viene identificato e la scheda CHARM appropriata viene configurata e smistata elettronicamente mediante un bus digitale nascosto verso qualsiasi controller presente nel sistema. Il collegamento della comunicazione e dell’alimentazione completamente ridondante è incluso e il rilevamento automatico di ogni canale I/O permette un’esecuzione facile delle modifiche relative a identificazione, configurazione, diagnostica e progettazione da parte del sistema di controllo distribuito.

Più facile preventivare i costi di hardware e progettazione
La tecnologia offre svariati vantaggi, dalle prime fasi della progettazione alla messa in servizio e per tutta la durata della produzione. Dal momento che è possibile collegare a controller specifici ingressi e uscite analogici o digitali di qualsiasi tipo in ogni fase del progetto senza il ricablaggio manuale, è più facile preventivare i costi dell’hardware e della progettazione fin dall’inizio. Le modifiche alla progettazione, come l’aggiunta o la modifica di I/O, possono essere realizzate senza dover ricorrere a una manodopera intensiva e a costi di ricablaggio particolarmente alti. I progetti diventano così più gestibili e più sicuri.
La configurazione e la diagnostica sono eseguite da un’unica piattaforma software integrata: DeltaV Explorer di Emerson. È importante ricordare che i costi complessivi di proprietà vengono notevolmente ridotti in considerazione dell’aumentata affidabilità e sicurezza dei processi produttivi e della conseguente diminuzione dei tempi di fermo macchina.

Integrazione delle isole di valvole nei sistemi di automazione
Il CHARM della serie 580 consente ai Control Engineer e ai responsabili di progetto che lavorano su progetti di produzione a ciclo continuo o in lotti di adottare un approccio semplice, economico e rapido all’integrazione dei sistemi pneumatici all’interno dell’ambiente di controllo del processo. Il nodo facilita il collegamento singolo dal campo al sistema di controllo distribuito DeltaV di Emerson offrendo funzioni di marshalling elettronico, configurazione nativa e diagnostica, oltre alla ridondanza incorporata, per un’architettura di sistema completamente integrata. Con l’introduzione del nodo CHARM 580 di ASCO Numatics, per la prima volta è possibile effettuare l’integrazione dei sistemi pneumatici con il marshalling elettronico all’interno di un’unica piattaforma di rete, soluzione con un solo pacchetto e un unico fornitore. Il nodo CHARM 580 si collega direttamente al sistema DeltaV attraverso la base di supporto CHARM e combina in maniera nativa il rilevamento automatico e il marshalling elettronico mediante un collegamento di comunicazione e alimentazione ridondante, consentendo di sfruttare appieno le capacità diagnostiche native del DeltaV. Dal sistema di controllo distribuito, ogni valvola pilota è gestita nello stesso identico modo degli altri ingressi e delle altre uscite del sistema. Il sistema di controllo distribuito è in grado di identificare e smistare tutti i collegamenti pneumatici mediante un unico collegamento ridondante con fino a 48 uscite di elettrovalvole collegate a ogni nodo CHARM. Il nodo CHARM 580 si interfaccia con le isole di valvole della serie 500 ASCO Numatics. Queste valvole di controllo direzionale “plug-in” ad alte prestazioni offrono la massima portata comparata alla loro dimensione e contribuiscono a mantenere compatto l’ingombro della macchina ed a ridurre i costi del sistema, oltre a essere accompagnate da una gamma completa di accessori e opzioni che semplificano l’installazione, la configurazione e la modifica.

I costi e i benefici a lungo termine dell’architettura semplificata
Se confrontata con un sistema di processo produttivo caratterizzato da cross-marshalling manuale per scenari di produzione a ciclo continuo e in lotti, i vantaggi offerti da una soluzione basata sulla tecnologia CHARM con marshalling elettronico sono palesi e convincenti. Quando i sistemi pneumatici richiedono un’integrazione e la soluzione è comparata con l’introduzione di un fieldbus come PROFIBUS-DP®, i vantaggi sono ancora più convincenti grazie all’ambiente di engineering facile da usare e task-based offerto da DeltaV.
L’eliminazione di una rete secondaria consente di ridurre notevolmente componenti, I/O associati, cablaggio e tempo necessario per la messa in servizio. La soluzione a rete singola di Emerson sottintende una responsabilità unica per prodotti, documentazione e supporto, con risparmi per personale, risorse di programmazione e formazione del sistema. Il numero ridotto di componenti e il collegamento diretto equivalgono a un minor rischio di guasti del sistema. Le modifiche alla progettazione nel corso dello sviluppo del progetto e la risoluzione dei problemi sono più semplici grazie al controllo intelligente integrato e dotato delle funzioni di autorilevamento e di diagnostica semplificata della stazione di lavoro. Il tempo di fermo macchina è notevolmente ridotto grazie alla diagnostica integrata direttamente sull’isola di valvole o visualizzata sulla stazione di lavoro dei sistemi DeltaV. L’affidabile collegamento ridondante garantisce la sicurezza e riduce i tempi di inattività richiesti per eseguire la manutenzione. Tra gli altri vantaggi sono inclusi la flessibilità nel controllo di processo, grazie al fatto che ogni CHARM I/O, dai sensori di corrente e tensione agli allarmi e alle valvole pilota, condivide la stessa configurazione DeltaV Explorer, e sono disponibili nel Cloud su ogni controller nella rete.
L’insieme di questi fattori crea una soluzione fortemente integrata per gli ingressi e le uscite e per le isole di valvole pneumatiche che fornisce una certezza operativa e di progetto più completa, un’ottimizzazione generale del controllo e un’elaborazione affidabile.