La digitalizzazione della generazione del vuoto consente la manutenzione predittiva dei sistemi di movimentazione robotizzati

A supporto delle funzionalità di Industria 4.0, Piab ha aggiornato il proprio prodotto di punta, cioè l’eiettore per vuoto serie piCOMPACT®. Grazie alla connettività tra i dispositivi tramite IO-Link, ai sensori intelligenti per l’acquisizione e la raccolta di tutte le informazioni utili sul processo e all’intelligenza integrata, la movimentazione in depressione non diventa solamente più intelligente, ma anche più sicura. Uno degli elementi chiave di questo sviluppo è la manutenzione predittiva, in quanto contribuisce a prolungare la vita utile della macchina, velocizzare la manutenzione e ridurre i costi.

Per manutenzione predittiva, generalmente si intende il monitoraggio delle prestazioni e delle condizioni di un’attrezzatura durante il normale funzionamento. Di conseguenza, ora non è più sufficiente che gli eiettori per vuoto integrati siano solamente efficienti, affidabili e sufficientemente compatti. Infatti, ora gli eiettori per vuoto che alimentano i sistemi di presa robotizzati come ventose, gripper in spugna tecnica ecc. per le applicazioni di pick and place più comuni ad es. nei reparti di stampaggio automobilistici devono funzionare anche da interconnessione tra gripper e robot, consentendo un funzionamento lineare di entrambe le parti. Digitalizzando il proprio prodotto di un punta in una versione più intelligente, il team di ricerca e sviluppo di Piab ha posto particolare attenzione alle esigenze di manutenzione predittiva dei clienti, per aumentarne la competitività. Infatti, ora l’eiettore piCOMPACT®23 SMART combina le tecnologie più all’avanguardia per garantire sempre il massimo livello di efficienza possibile di ogni sistema.

La connettività consente la comunicazione con gli altri dispositivi e con il cloud tramite IO-Link. IO-Link offre l'indipendenza dal fieldbus e costituisce quindi un ulteriore sviluppo della tecnologia di connessione tra sensori e attuatori preesistente e ampiamente collaudata. Le impostazioni dei parametri sono automatizzate e gli operatori possono leggere e scrivere i parametri per le varie funzionalità anche durante il funzionamento. Questo livello elevato di controllo del processo in tempo reale permette di gestire i potenziali problemi prima che abbiano un impatto reale sulla produzione. L’opportunità di diagnosi del sistema consente di individuare e risolvere i problemi in modo più facile e veloce. Di conseguenza, può contribuire ad aumentare considerevolmente la produttività. Uno dei fattori chiave alla base di questa capacità diagnostica è che, al contrario della tecnologia convenzionale, IO-Link offre anche una funzione di salvataggio dei dati. Questo consente agli operatori di determinare all'istante se e perché un dispositivo o un'operazione può non aver funzionato correttamente, ad esempio durante il turno di notte. In questo modo è possibile individuare la causa del guasto, come ad esempio un dispositivo difettoso da sostituire o semplicemente un collegamento elettrico errato. Inoltre, in caso di collegamento di un dispositivo sostitutivo identico, i parametri del dispositivo precedente vengono trasferiti automaticamente al nuovo, con un evidente risparmio di tempo.

L’analisi dei big data richiede la misurazione di varie caratteristiche per generare informazioni analizzabili e utilizzabili per ottimizzare il sistema. A tal scopo possono essere utilizzati sensori in grado di raccogliere le informazioni necessarie per incrementare la produttività e ridurre i tempi di fermo macchina, oltre a facilitare il monitoraggio delle condizioni e la manutenzione predittiva. Tutto questo impone l’integrazione di sensori per misurare direttamente le caratteristiche durante il funzionamento dell’eiettore per vuoto, per individuare prontamente eventuali problemi di natura operativa, come ad esempio perdite nel sistema o anomalie di funzionamento dell’eiettore, consentendo quindi la manutenzione predittiva. Gli utenti possono impostare limiti di allarme specifici, e naturalmente in caso di superamento di questi limiti significa che è necessario un intervento di manutenzione al più presto. In questo modo è possibile ad esempio preparare i ricambi per tempo, oltre ad evitare il rischio di fermi macchina imprevisti.

Il team di ricerca e sviluppo di Piab ha quindi deciso di equipaggiare direttamente piCOMPACT®23 SMART con diversi sensori diagnostici a supporto della manutenzione predittiva, per la misurazione di temperatura, corrente e tensione del sistema, accelerazione e numero di cicli, oltre alle funzionalità di autodiagnosi. Ogni variazione dei parametri può quindi indicare un potenziale guasto alla cella robotizzata o all’impianto. In questo modo, piCOMPACT®23 SMART contribuisce a monitorare l’intero sistema di automazione e prevenire eventuali problemi alle attrezzature connesse o periferiche, oltre ad ottimizzare l’efficienza di funzionamento dell’eiettore.

Ad esempio, un sensore che mostra la temperatura di esercizio in tempo reale permette di verificare all’istante se il parametro è fuori range, indicando eventuali problemi nelle immediate vicinanze dell’eiettore. L’integrazione di questa funzionalità permette da un lato di prolungare la vita utile dell’eiettore e ottimizzarne il funzionamento, ma anche di poter verificare immediatamente le cause alle base dell’aumento di temperatura. Un sensore di tensione controlla la potenza in ingresso e determina quindi lo stato operativo. Questa funzionalità è stata introdotta specificatamente per evitare danni al sistema in caso di caduta di tensione, prolungandone la vita utile. Inoltre, in caso di “bassa tensione” viene inviata automaticamente una notifica.

Un elemento importante per la manutenzione predittiva dei sistemi di gripper a vuoto robotizzati è rappresentato dalla loro pulizia. Questo vale in particolare nelle applicazioni più polverose in cui i filtri del vuoto si contaminano con il passare del tempo, comportando perdite di carico indesiderate che possono rallentare il processo o addirittura portare a falsi segnali. Una soluzione per monitorare questo fattore consiste nel controllo del livello di perdita di carico incorporato nel sistema a vuoto, che nel caso di piCOMPACT®23 SMART è denominato Free-running Vacuum Level (FVL). Quando e se il livello FVL inizia a diminuire rispetto allo stato iniziale, viene attivata automaticamente la funzione Fresh Free-running Vacuum Level (FFVL) del sistema, per disintasarlo.

Un altro modo per consentire la manutenzione predittiva dall’inizio a una perdita di carico in un sistema a vuoto, ad es. per la rottura di un tubo, di un attacco oppure di una ventosa, è tracciare il tempo di evacuazione ad un determinato livello di vuoto. A tal scopo, piCOMPACT®23 SMART è dotato di una funzionalità denominata First Time To Hit (FTTH), che in un sistema di vuoto perfettamente funzionante misura il tempo di evacuazione più rapido dal livello Fresh Free-running Vacuum Level (FFVL) a ulteriori -15 kPa. Quando e se i cicli successivi richiedono un tempo più lungo per l’evacuazione allo stesso livello (-15 kPa), monitorato e registrato come Time To Hit (TTH), probabilmente il sistema presenta una perdita e di conseguenza necessita di manutenzione.

Con attenzione particolare all’industria automobilistica, caratterizzata da un livello elevato di automazione e movimentazione di particolari grandi e pesanti, la sicurezza operativa riveste un ruolo importante sia quando le macchine sono in funzione che durante la manutenzione. Tutto questo ha portato allo sviluppo di domini di alimentazione separati per attuatori e sensori. Infatti, i sistemi di questo tipo consentono all’operatore di alimentare separatamente i sensori per provvedere alla manutenzione oppure alla ricerca dei guasti all’interno della cella robotizzata, lasciando gli attuatori scollegati dall’alimentazione elettrica per evitare il rischio di movimento accidentale dei particolari ad es. in caso di cortocircuito. Un altro vantaggio dei domini di alimentazioni separati è la possibilità di utilizzare eiettori più compatti senza gruppi di valvole separate. In questo modo si riducono i costi di installazione, oltre al fatto che generalmente non sono necessari adattamenti particolari o moduli aggiuntivi costosi per gli eiettori compatti.

Un’altra funzionalità di sicurezza innovativa è costituita dal bit complementare o PDO (Process Data Output). Infatti, per attivare il vuoto o il controsoffio, oltre al segnale ordinario deve essere attivata anche questa funzionalità. Inoltre, contribuisce ad evitare un’attivazione del vuoto “troppo rapida” e di conseguenza una situazione pericolosa, se il resto del programma non è ancora stato caricato oppure in caso di problemi di funzionamento o comunicazione.

Rendendo possibile la manutenzione predittiva, piCOMPACT®23 SMART non velocizza solamente i tempi di funzionamento del sistema a vuoto, ma anche dall’intero sistema di automazione, in quanto provvede a monitorare tutte le condizioni ambientali che influenzano le prestazioni del sistema.