Tutto sotto controllo
Bonfiglioli Engineering, leader nel settore della costruzione di macchine automatiche per il controllo di microperdite (Leak Testing Machines), ha sede a Vigarano Pieve in provincia di Ferrara. L’azienda è nata nel 1974 da una felice intuizione di Giuseppe Bonfiglioli, fondatore ed attuale presidente, che si è impegnato nella realizzazione della prima macchina automatica a movimenti alternati.
Due divisioni
L’azienda si è orientata inizialmente alla progettazione e produzione di macchine da collaudo per il settore dei contenitori metallici e di plastica. Successivamente, le attività si sono sviluppate anche nel settore farmaceutico e nell’industria alimentare. Attualmente sono quindi operative due divisioni: la prima, che ha mantenuto la denominazione Bonfiglioli Engineering, si occupa dei settori metallico, plastico e alimentare; la seconda divisione, denominata Bonfiglioli Pharma, si occupa unicamente del settore farmaceutico, la cui normativa richiede un’attenzione particolare nel montaggio delle macchine, nella cura dei particolari e nei materiali utilizzati. Le due divisioni trovano un minimo comune denominatore nei sistemi di controllo, che sono stati unificati. “In questo modo abbiamo ottenuto un’unica piattaforma hardware e software che viene installata su tutte le nostre macchine”, afferma l’ingegner Davide Formenti, responsabile Ricerca e Sviluppo presso Bonfiglioli Engineering e Bonfiglioli Pharma Machinery.
Test avanzati
Ma vediamo qualche esempio concreto. Iniziamo dal Laser Vacuum Analisys , introdotto recentemente per il rilevamento del livello di vuoto e umidità all'interno di flaconi. Si tratta di una macchina innovativa in grado di garantire l'omogeneità nel rilevamento dei livelli di vuoto e la possibilità di effettuare test su prodotti relativi al settore dei liofilizzati, consentendo l'inserimento del sistema nel ciclo di produzione senza rallentarlo.
La tecnologia laser utilizzata risolve gli inconvenienti dei sistemi basati su scariche elettriche ad alto voltaggio, che possono danneggiare sia i contenitori sia il prodotto, alterandone le proprietà.
Le macchine automatiche RLD 400/EOE permettono invece il rilevamento di microperdite utilizzate nel settore food & beverage. “Esse soddisfano, nello specifico, le esigenze di quelle aziende che devono effettuare una verifica su contenitori dopo la fase di riempimento e chiusura”, riferisce Formenti. “Possono arrivare a collaudare 2000 contenitori/min con un’affidabilità garantita superiore al 99%.
Tecnologia PAC per il collaudo di microperdite
“Quando siamo entrati nel settore farmaceutico, producevamo già macchine da laboratorio per il collaudo di fiale o flaconi in vuoto o in pressione”, riferisce l’ingegner Formenti, “ma i nostri primi prodotti, le macchine serie LF, erano ingombranti e pesanti ed avevano potenzialità decisamente limitate, essendo basati su hardware dedicato e sistema operativo DOS”.
Quando un importante cliente ha richiesto a Bonfiglioli Engineering di reingegnerizzare le macchine per ridurne le dimensioni e migliorarne le prestazioni, l’azienda ha deciso di compiere un decisivo passo avanti, riprogettando anche l’elettronica di controllo.
In particolare, Bonfiglioli Engineering ha scelto il CP 306 ETH Phoenix Contact, PLC con integrato il panel PC della macchina, sistema operativo Windows CE ed interfaccia Ethernet integrata, completo di software di supervisione.
La macchina è composta da due sezioni: la base, che rimane fissa, e la testa di collaudo personalizzabile (il cosiddetto tool). In base al prodotto da testare è possibile variare le dimensioni della testa di collaudo, all’interno della quale si vengono a creare le condizioni di vuoto o pressione necessarie, dando al cliente la possibilità di testare il proprio prodotto in modi diversi.
La porta Ethernet e la memoria Compact Flash integrate del PLC permettono inoltre lo scambio dati veloce con protocollo TCP/IP, la programmazione della macchina e l’esecuzione di test. Inoltre, il software della macchina rimane pressoché costante nelle sue varie versioni.
Massima versatilità per il fine linea
La stessa macchina è stata utilizzata anche al di fuori del settore farmaceutico, per un cliente che doveva testare delle scatole di cartone contenenti latte in polvere. Utilizzando la stessa base, è stato realizzato un tool speciale che gonfia una guarnizione ‘blow seal’ attorno alla parte superiore della scatola, mette la scatola sotto pressione ed esegue il riconoscimento di eventuali microfori. Il nuovo tool è stato quindi montato sulla base, realizzando la macchina rotante definitiva che viene utilizzata alla fine di una linea di produzione per il controllo al 100% sul prodotto del cliente.
“Integrare il PLC con il PC e la parte HMI (Human Machine Interface) ha portato vantaggi non solo sul piano dimensionale, ma anche su quello realizzativo”, riferisce l’ingegner Formenti. “Infatti, non abbiamo dovuto combinare tecnologie diverse, con i problemi di interfacciamento che questo può comportare. Per esempio, l’interfaccia HMI è programmata con un linguaggio basato su VB Script, mentre per la parte di controllo real-time, realizzata tramite la suite di automazione PC Worx a norma IEC 61131, è utilizzato il linguaggio di testo strutturato (ST).Tuttavia, essendo le due parti prodotte dallo stesso fornitore, non abbiamo perso tempo nel cercare di farle dialogare tra loro, proprio perché l’integrazione era già stata realizzata a monte. Questo ci ha permesso di consegnare ai primi di Marzo una macchina che ci era stata richiesta a fine Dicembre”.
Un altro dei motivi che hanno portato a scegliere l’hardware Phoenix Contact per le macchine LFS è stato la presenza di porte analogiche sull’ICP 306 ETH. “Dato che sulle nostre macchine vi sono sensori di pressione, è importante che la precisione e la velocità di conversione siano adeguate”, aggiunge Formenti. “I moduli Phoenix Contact ci permettevano di soddisfare perfettamente tali esigenze. Inoltre, poiché l’ICP 306 ETH utilizza un linguaggio di programmazione strutturato conforme allo standard IEC 61131.3, esso permette di sfruttare la logica sviluppata per la precedente configurazione della macchina, basata su PLC. Nello sviluppo del software real-time non abbiamo incontrato particolari difficoltà, perché le istruzioni sono quelle tipiche di un linguaggio strutturato. Eventuali dubbi sono stati immediatamente risolti dall’help online”.
Da sottolineare anche la facilità di registrazione dei dati di funzionamento, che possono anche essere trasferiti sulla porta USB integrata nel modulo PAC e portata all’esterno della macchina. I dati dei collaudi appena eseguiti possono quindi essere scaricati su un pen drive ed elaborati in un foglio Excel o archiviati in un database.
PLC per il collaudo di blister
Bonfiglioli Engineering ha utilizzato la tecnologia Phoenix Contact anche in un’altra serie di macchine, per il collaudo di blister. Si tratta di una struttura da laboratorio che utilizza una tecnologia di collaudo molto innovativa.
In questo caso, l’elettronica della macchina è composta da due parti di base: un PC sul quale è installata l’interfaccia HMI e una parte di controllo a bordo macchina, basata sul PLC ILC150 ETH di Phoenix Contact. Piccolo ma molto potente, il PLC è stato provato da Bonfiglioli Engineering, prima di essere installato sulla macchina, per verificare le caratteristiche riportate nelle specifiche tecniche. “Volevamo verificare soprattutto il numero di task attivi in parallelo, le tempistiche ed il jitter dichiarati nella documentazione”, spiega Formenti. “Collegando un oscilloscopio alle uscite del PLC abbiamo avuto piena conferma. Questa nuova CPU è veramente interessante, soprattutto per macchine medio-piccole e da laboratorio, e pertanto la riutilizzeremo senz’altro”. Anche la programmazione dell’ILC150 ETH viene realizzata da Bonfiglioli Engineering utilizzando il linguaggio in testo strutturato presente nella suite di automazione PC Worx, perché l’azienda ha deciso di standardizzare tale linguaggio per gli algoritmi di collaudo. “Si tratta di un linguaggio molto simile al C, che nel reparto Ricerca e Sviluppo conosciamo tutti”, prosegue Formenti. “In futuro, quando costruiremo macchine basate su queste tecnologie, l’idea potrebbe essere quella di combinare il linguaggio strutturato con il linguaggio a contatti (ladder), tipico dei PLC. Questo darà la possibilità ai nostri tecnici trasfertisti di mettere le mani sui programmi ladder per la gestione del bordo macchina, mentre gli algoritmi di collaudo, nei quali è concentrato il nostro know how, rimarranno in linguaggio in testo strutturato e saranno gestiti solo dal nostro reparto”.
Un PLC di classe superiore
“Per gestire macchine di processo dotate di un elevato numero di teste potremo utilizzare un PLC Phoenix Contact di classe superiore”, afferma Formenti. “Ci siamo già attrezzati per lo scopo e abbiamo già messo sotto test un altro dispositivo, l’RFC 430 ETH-IB, equivalente all’ILC 150 ETH ma con prestazioni molto superiori. Esso dovrà alimentare il sistema di controllo quando, a breve, realizzeremo la prima macchina rotante per elevata produttività che verrà installata negli Stati Uniti”. Poiché tutti i PLC Phoenix Contact sono programmati dallo stesso ambiente di sviluppo, sarà possibile riprendere gli stessi programmi, le stesse routine e gli stessi Function Block già scritti per le macchine monotesta e riutilizzarli o moltiplicarli per le macchine più grandi. Lo stesso potrà avvenire per la gestione dei segnali analogici: essendo Interbus, il bus di campo integrato in tutti i PLC di Phoenix Contact, un sistema altamente deterministico e realtime con jitter minimo, anche aumentando il numero di ingressi analogici è sempre possibile calcolarne in anticipo, e garantire, la velocità di aggiornamento di tutti i dati. Inoltre, nel caso specifico della macchina che verrà consegnata negli Stati Uniti, vi sarà la possibilità di collegare un PLC non Phoenix Contact al sistema di controllo, grazie alla disponibilità della connessione Ethernet, rispondendo alle esigenze del cliente.
E’ da notare, infatti, che i PLC Phoenix Contact nascono con Interbus integrato. “Abbiamo apprezzato la disponibilità di Interbus perché è veloce, è real-time ed è semplice”, afferma Formenti. “Quindi, per macchine che devono avere determinate prestazioni questi sono tutti punti vincenti. Tutte le macchine che abbiamo descritto, per esempio, utilizzano Interbus al loro interno”.
Uno dei vantaggi che avranno le nuove macchine sarà il setup semplificato. Avere la possibilità di campionare l’intero sensore del vuoto o della pressione all’interno della camera di collaudo, di avere l’intera curva di comportamento durante l’intero ciclo di collaudo e i visualizzarla sul PC di controllo macchina rappresenterà un notevole vantaggio rispetto ad oggi. “Oggi, infatti, possiamo semplicemente visualizzare dei numeri che scorrono su un monitor e solo un’analisi più accurata permette di verificare se eventuali anomalie riscontrate durante il test sono da imputarsi al contenitore in esame o alla testa di collaudo”, riferisce Formenti.
I motivi della scelta
“In generale, abbiamo scelto Phoenix Contact per la versatilità dell’offerta, ed in particolare del parco moduli, che ricopre in modo soddisfacente tutte le nostre esigenze”, afferma Formenti. “Anche i costi sono contenuti, e comunque competitivi, mentre, come abbiamo visto, le prestazioni dichiarate nelle specifiche sono reali. “In Phoenix Contact abbiamo trovato un unico fornitore e un’unica piattaforma per i PLC e i PAC”, conclude l’ingegner Formenti. “Grazie agli ottimi risultati raggiunti, la collaborazione con Phoenix Contact è destinata a proseguire nel tempo.