Marzo 2018
IMA PHARMA is divided in 3 brands
• Handling
• Granulation
• Tableting
• Capsule filling
• Capsule Banding
• Handling
• Granulation
• Tableting
• Capsule filling
• Washing/Blowing
• Sterilizing
• Aseptic processing
• Freeze Dryng Equipment
• Blister & Tray Packaging
• Tablet & Capsule counting
• Tube filling
Introduzione
C’è un punto di unione ?
Per i vari settori dove Ima è presente, si producono e vendono soluzioni (macchine e linee) basate sulla tecnologia dell’automazione industriale.
Compiere scelte progettuali che consentano di considerare quindi le molteplici varianti dovute ai vari modelli, alle versioni, alle opzioni e alla produttività richiesta, richiede un approccio ingegneristico.
Ovviamente non sarebbe possibile ipotizzare uno scenario dove per ogni cliente e per ogni esigenza, per la progettazione e lo sviluppo della soluzione si debba ricominciare da zero.
Visione generale e generica di una macchina
PC HMI (Windows)
PC HMI (Windows)
PC or PLC Machine control
PC or PLC Machine control
Motion control Motion control
Ethernet
LAN
I/O interface I/O interface
Un esempio : Adapta
Elementi chiave
Adapta è il risultato di 50 anni di esperienza e di oltre 5000 installazioni di macchine di riempimento per capsule consegnato nel mondo.
Queste conoscenze ed esperienza hanno consentito a Ima di adattarsi (adapt) alle richieste del mercato.
Un elemento chiave è la configurazione flessibile: Le stazioni possono essere rimosse o aggiunte secondo le esigenze del cliente.
Flusso di lavoro
7 6 4 5
3 2 1
12 11 10 9
8
1. Empty capsule feeding
2. Capsule presence control (optional) 3. Dosing station (removable)
4. 100% in-line dosage control or dosing station (optional)
5. Dosing station (removable)
6. 100% in-line dosage control or dosing station (optional)
7. Dosing station (fix or removable) 8. 100% in-line dosage control (optional) 9. Rejection of unopened capsules
10. Capsule closing
11. Ejection of filled capsules 12. Cleaning of transport bushes
• HMI (Human Machine Interface)
• PLC & PC
• Sensori/Trasduttori
• Attuatori
• I/O Interface
• Fieldbus
• Motion Control
• Azionamenti (Drive)
• Motori
Composizione di un sistema di automazione
Sensori/Trasduttori
Con il termine sensore si definisce un dispositivo che trasforma una grandezza fisica che si vuole misurare in un segnale di natura diversa (tipicamente elettrico).
Servono per la rilevazione o per la misura.
Sono :
fotocellule,
proximity,
sonde per la misura della temperatura,
encoder
attuatori
Fotocellule
La fotocellula é un dispositivo elettronico, basato sull'effetto fotoelettrico, per la rilevazione della luce e della sua intensità.
Esistono in commercio diverse configurazioni e modi di utilizzo e connessione.
Fotocellula a
Riflessione Fotocellula a
Tasteggio
Di diverse forme
Esempio di connessione Fotocellula a
Tasteggio
Fotocellule
1
Proximity switch
Il sensore di tipo “proximity” è in grado di rilevare la presenza/assenza di un oggetto, solo grazie alla vicinanza, ma senza contatto. Può essere di tipo induttivo oppure capacitivo oppure magnetico.
Un sensore induttivo è un tipo di sensore di prossimità in grado di rilevare la presenza di un oggetto metallico ad una distanza ravvicinata.
Solitamente di forma cilindrica; son referenziati con il diametro del corpo del sensore,ad esempio da M8/M12/M18/M30. Possono essere schermati o non schermati.Con connessione a 2,3 o 4 fili.
Con campo di lettura che può variare da 0,6 mm a 4 mm!
Proximity switch - Capacitivo
I sensori capacitivi, oltre agli oggetti metallici, riconoscono quasi tutti i materiali e vengono impiegati in diverse applicazioni, per es. per il monitoraggio diretto del livello di riempimento o del flusso di passaggio.
Son esteticamente molto simili a proximity induttivi, ma solitamente hanno dimensioni maggiori: M18/M30.
Il campo di lettura è leggermente superiore potendo arrivare fino a 15/20 mm.
Proximity switch - Magnetico
I sensore magnetici, riconoscono la presenza di un magnete permanente.
Solitamente son chiamati “reed” in virtù del principio di funzionamento utilizzato per rilevare la fonte del campo magnetico.
Il contatto Reed è un interruttore a lamina (normalmente aperto) che si chiude in presenza di un campo magnetico.
Il campo di applicazione principale è nella rilevazione della posizione dello stelo di cilindri pneumatici.
Sonde per la misura della temperatura
Esistono sul mercato diverse soluzioni per la misura della temperatura.
Sonde per la misura della temperatura
In automazione ed elettronica un termistore (o termoresistenza) è un resistore il cui valore di resistenza varia in maniera significativa con la temperatura. Il termine deriva dalla parola inglese thermistor, che è una combinazione delle parole thermal e resistor.
I termistori sono ampiamente utilizzati come limitatori della corrente di spunto, sensori di temperatura e per la protezione di circuiti.
I termistori si possono classificare in:
NTC (Negative Temperature Coefficient) (resistenza che decresce con l'aumentare della temperatura);
PTC (Positive Temperature Coefficient) (resistenza che cresce con l'aumentare della temperatura).
Ad esempio Pt100 , Pt500,Pt1000.
Per Pt100 si intende un sensore con una resistenza nominale di 100 Ohm (Pt100) a 0°C.
Encoder
L’encoder è un trasduttore di posizione che fornisce una posizione sottoforma di codice digitale.
Esistono dispositivi utilizzati per fornire posizioni angolare (rotary encoder) oppure per posizioni lineari (linear encoder).
Il dispositivo equivalente, ma in grado di fornire una informazioni in formato analogico è chiamato Resolver.
Gli encoder possono essere catalogati in tre categorie: Tachimetri, Relativi (Incrementali) , Assoluti ( Mono e Multigiro).
Encoder - Assoluti
Encoder - Incrementali
Attuatori
Con il termine Attuatore si definisce un dispositivo che uno spostamento e/o una movimentazione lineare.
Possono essere elettrici, pneumatici, oleodinamici.
I/O Interface
Per I/O Interface si intende l’insieme delle soluzioni tecniche in grado di fornire uno scambio di informazioni fra il PLC/PC e la periferia della macchina e/o dell’impianto (Bordo macchina). Son disponibili anche soluzioni per la gestione di ingressi e uscite di sicurezza.
HMI (Human Machine Interface)
Il concetto di Human Machine Interface risponde all’esigenza di “semplificare” l’attività dell’operatore che sarà chiamato ad agire sulla macchina, per svolgere le sue mansioni:
Che mansioni può svolgere l’operatore:
Alcuni esempi:
Gestire l’avviamento dell’impianto e/o della singola macchina,
Gestire un cambio formato, cambio lotto,
Effettuare regolazioni necessarie al funzionamento ottimale,
Gestire le eccezioni (errori e/o problemi)
Interfaccia di comunicazione fra la macchina e l’operaratore, può essere un personal computer in ambiente windows con opportuno programma grafico o un semplice terminale.
HMI (Human Machine Interface)
Quindi l'interfaccia trasporta:
messaggi visivi - generalmente forniti da uno schermo o monitor messaggi sonori - altoparlanti, sirene, ricetrasmittenti
e permette: azioni di controllo – Tastiere, Pulsanti, Interruttori
Son disponibili sul mercato diverse soluzioni tecniche in grado di permettere la realizzazione di soluzioni in grado rispondere alle esigenze della macchina o dell’impianto.
Possiamo trovare Pannelli Operatori commerciali, Pannelli operatori Custom, e Soluzioni Touch Screen (Monitor, Table, Smartphone)
azion
HMI – Pannello Operatore
azion
Il Pannello operatore è un terminale (più o meno evoluto) tramite il quale si interagisce con la macchina che integra:
uno schermo
uno o più dispositivi di input (es. tastiere, dispositivi di puntamento, ecc.)
HMI – Pannello Operatore Grafico
azion
Il pannello operatore grafico è uno schermo touch dietro cui di norma si nasconde un PC Esegue software (scritto o configurato) per la presentazione e la gestione dei dati macchina Può supportare diversi protocolli di comunicazione con il controllore (standard o proprietaria) Possibilità di uso di altri dispositivi di input (solitamente non necessari), tastiera, pennini, mouse.
HMI
Quindi, ogni macchina ha il proprio controllore (PC o PLC)
Ogni macchina oltre alla propria HMI a bordo macchina può essere controllata da dispositivi remoti (PC, tablet, telefoni) con funzionalità differenziate secondo l’ubicazione del dispositivo d’accesso
Come approcciare un problema ? …...Divide et impera
Suddividere il problema di partenza in varie componenti, a loro volta scomponibili fino ad arrivare ad un approccio semplice e circoscritto.
La soluzione del singolo elemento consente di definire la migliore soluzione applicabile e garantire la modularità.
Quindi prima di applicare soluzioni di problem solving è necessario definire il problema.
Ossia è necessario che si possa descrivere fino al minimo dettaglio che cosa viene richiesto.
L’analisi degli elementi descrittivi consentirà la formulazione più idonea per evadere la richiesta.
E’ necessario destrutturare la richiesta iniziale.
Esempi applicativo:
Descrizione della macchina:
La macchina è composta da due trapani e un pressore per bloccare la parte da lavorare.
che eseguono in contemporanea due fori, e un pressore tiene in posizione il foglio di lamiera da forare.
L’operatore ha due pulsanti, start e stop per controllare la macchine , una segnalazione d’allarme per segnalare problemi.
Input
Pulsante di start Pulsante di stop Pressa chiusa
Trapano 1 in posizione alta Trapano 1 in posizione bassa Trapano 2 in posizione alta Trapano 2 in posizione bassa
Output
Comando per la pressa
Comando di attivazione del trapano 1 Comando di salita trapano 1
Comando di discesa trapano 1
Comando di attivazione del trapano 2 Comando di salita trapano 2
Comando di discesa trapano 2
Descrizione del ciclo di lavoro
1. Al power up i trapani devono posizionarsi in alto
2. Le operazioni iniziano con il posizionamento manuale di un pezzo e con la pressione del pulsante start
3. Attendere il corretto posizionamento del pezzo nella pressa 4. Eseguire il ciclo di foratura
5. Riposizionare i trapani in posizione di riposo 6. Ritornare al punto 2
Come approcciare il problema ?
Una possibile rappresentazione del problema si può ottenere tramite il ricorso al Grafcet.
Cos’è il Grafcet ?
Il Grafcet, diagramma funzionale standardizzato dall'UTE (Union Technique de
l'Electricité) che fa uso del concetto di Stato, Transizione e di Collegamento Orientato, consente di strutturare un problema secondo livelli di astrazione successiva, offrendo inoltre la possibilità di traduzione diretta della sua struttura in uno dei linguaggi a basso livello normalmente utilizzato nella programmazione dei PLC (ad esempio il linguaggio grafico LADDER o il linguaggio assembler dei PLC).
Il Grafcet è assimilabile ad un diagramma degli stati o ad un diagramma di flusso.
Nel Grafcet uno Stato è individuato da un insieme di Azioni, mentre una transizione tra due stati è condizionata ad un evento che determina la fine di un'azione e l'inizio della successiva. Al contrario di molti diagrammi di flusso, inoltre, più stati possono essere contemporaneamente attivi e la possibilità di coordinazione di questi è una delle più importanti proprietà di questo linguaggio.
DEFINIZIONE DI STATO
Lo STATO è una precisa CONDIZIONE OPERATIVA di una parte del sistema complesso.
OSSERVAZIONI
Lo STATO è una condizione INVARIANTE del sistema in esame, che può modificarsi o essere
modificata soltanto in seguito ad un EVENTO. Durante l’evoluzione dinamica del sistema complesso, un qualsiasi STATO di una qualsiasi parte del sistema può trovarsi solo in due possibili condizioni:
ATTIVO o INATTIVO. Dal punto di vista del SISTEMA DI CONTROLLO che si occupa di eseguire il PROGRAMMA di controllo LOGICO-SEQUENZIALE, uno STATO corrisponde ad una o più PROCEDURE
DEFINIZIONE DI AZIONE
Tutte le OPERAZIONI eseguite dal sistema in esame quando si trova in una precisa CONDIZIONE OPERATIVA (STATO) vengono chiamate AZIONI.
OSSERVAZIONI
Ogni STATO del sistema in esame è composto da un insieme determinato di AZIONI. Dal punto di vista del SISTEMA DI CONTROLLO che si occupa di eseguire il PROGRAMMA di controllo LOGICO- SEQUENZIALE, una AZIONE corrisponde ad una o più PROCEDURE, ovvero da un INSIEME DI ISTRUZIONI che vengono eseguite in maniera seriale fintanto che lo STATO è ATTIVO, ovvero fino a quando un EVENTO non cambia lo STATO del sistema in esame.
DEFINIZIONE DI AZIONE
Tutte le OPERAZIONI eseguite dal sistema in esame quando si trova in una precisa CONDIZIONE OPERATIVA (STATO) vengono chiamate AZIONI.
OSSERVAZIONI
Ogni STATO del sistema in esame è composto da un insieme determinato di AZIONI. Dal punto di vista del SISTEMA DI CONTROLLO che si occupa di eseguire il PROGRAMMA di controllo LOGICO-
DEFINIZIONE DI TRANSIZIONE
Il PASSAGGIO da uno STATO PRECEDENTE ad uno STATO SUCCESSIVO a seguito di un evento, è detto TRANSIZIONE.
DEFINIZIONE DI CONDIZIONE
La verifica di tipo LOGICO che determina il verificarsi o meno di un EVENTO è detta CONDIZIONE.
OSSERVAZIONE
Ogni CONDIZIONE è associata ad una TRANSIZIONE. Ogni CONDIZIONE è espressa sotto forma di una FUNZIONE LOGICA, ovvero tramite una ESPRESSIONE BOOLEANA che può essere VERA o FALSA.
Esempio applicativo
Come convertire in codice l’analisi compiuta ad esempio con la rappresentazione tramite stati (Grafcet) ?
Storicamente i vari produttori di PLC avevano sviluppato metodiche di programmazione (ambienti e linguaggi) dedicati ai loro dispositi.
Pro: elevata ottimizzazione delle prestazioni
Contro: Difficoltà a migrare da un produttore ad un altro
Per ovviare a problematiche di migrazione e di riutilizzo del software è stato introdotto uno standard.
IEC 61131
Come convertire in codice l’analisi compiuta ad esempio con la rappresentazione tramite stati (Grafcet) ?
Storicamente i vari produttori di PLC avevano sviluppato metodiche di programmazione (ambienti e linguaggi) dedicati ai loro dispositi.
Pro: elevata ottimizzazione delle prestazioni
Contro: Difficoltà a migrare da un produttore ad un altro
Per ovviare a problematiche di migrazione e di riutilizzo del software è
stato introdotto uno standard.
Definizioni e richiami della norma IEC61131-3
Lo standard IEC 61131-3 `e la terza parte di una norma più generale (IEC 61131) che fornisce una standardizzazione dei PLC:
IEC 61131-1 Definizione del dispositivo PLC.
IEC 61131-2 Architettura hardware e software dei PLC.
IEC 61131-3 Linguaggi di programmazione per implementare i controlli di sequenze sui PLC.
IEC 61131-4 Linee guida per l’utente.
IEC 61131-5 Descrizione dei servizi di messaggistica.
IEC 61131-6 Comunicazione tramite bus di campo (fieldbus).
IEC 61131-7 Programmazione di controllo a logica sfumata (fuzzy logic)
IEC 61131-8 Linee guida per l’applicazione e l’implementazione di linguaggi di programmazione.
Lo standard IEC 1131-3 fornisce una definizione dei linguaggi di programmazione per i controllori a logica programmabile, allo scopo di far evolvere verso una
normalizzazione di tali linguaggi in modo che il programmatore possa astrarre il più possibile dall’architettura del particolare controllore che verrà utilizzato.
Per la medesima ragione si sono definite una serie di caratteristiche comuni a tutti i
linguaggi, relative in particolar modo alla sintassi di dichiarazione di variabili
Partenze del PLC
GESTIONE DEI TASK
LINGUAGGIO IL : INSTRUCTION LIST
LINGUAGGIO LADDER
LINGUAGGIO FB
LINGUAGGIO LADDER LINGUAGGIO SFC
LINGUAGGIO ST
LINGUAGGIO LADDER
LINGUAGGIO LADDER
LINGUAGGIO LADDER
LINGUAGGIO LADDER
Le procedure di Homing
La funzionalità di Homing consente di definire la configurazione di partenza di un dispositivo.
Per un sistema automatico, composto da più componenti quali attuatori (elettrici, pneumatici, ecc.) significa garantire il raggiungimento di una configurazione nota.
Questa configurazione nota consentire al sistema una ripartenza da condizioni note.
Esistono per esigenze applicative, differenti modalità di homing.
- Homing con posizione assoluta definita da un sensore (Home Abs Switch) - Homing definito da uno sensore (Home limit switch )
- Homing definito con il controllo di sforzo (Home block)
- Homing tramite la lettura di una tacca di zero di un encoder (Home Ref Pulse) - Homing diretto
- Homing assoluto
