Strategie per la progettazione di sistemi di controllo macchina avanzati in alternativa alle soluzioni hardware custom

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2 Strategie per la progettazione di sistemi di controllo macchina avanzati in alternativa alle soluzioni hardware custom NI Embedded Technology Summit

3 Il mondo dei costruttori di macchine Macchine con alto volume produttivo Competizione globale Bassi consumi energetici, efficienza più elevata Produzione a luci spente Progettare Macchine Intelligenti Produzione flessibile Innovazione o morte Massimizzazione dell uptime 2 Qualità più elevata, tolleranza zerodifetti

4 Cos è una macchina intelligente Operatività autonoma Attrezature di produzione modulare Grado elevato di affidabilità Consapevolezza ambientale Errori di processo evitati e corretti Capacità di auto-analisi e auto-riparazione Modifica al volo dei piani di processo Apprendimento e anticipazione Controllo model-based, controllo adattativo Simulazione Interazione con altre macchine/sistemi Sistemi interconnessi fabbrica intelligente Strutture dati comunemente condivise 3

5 Tecnologie chiave per macchine intelligenti Sistemi di monitoraggio e controllo embedded Strumenti di progettazione software I/O analogici e speciali Analisi e processamento di segnale IP di controllo avanzato e simulazione Visione artificiale Movimentazione multiasse complessa 4

7 Opzioni di monitoraggio e controllo embedded Programmable Logic Controller PC industriali Single Varianti Board PC Computer Soluzioni Computer on Module Progettazione Custom PLC VME ATX ComExpress PCB PC-based PLC/ SoftPLC cpci Eurocard Semi-custom PLD 6

8 Tendenze nei sistemi di controllo macchina Il rapporto tra il costruttore di macchine OEM e l utente finale L OEM si assume maggiori responsabilità Maggiori requisiti di prestazioni Soluzioni multi-controllore Crescente importanza dell offerta di servizi Soluzioni customizzabili standard commerciali Sfruttamento delle tecnologie più recenti Strumenti software di alto livello 7

9 Approccio ibrido alla progettazione Hardware NI RIO e LabVIEW I/O Processore FPGA I/O I/O I/O Piattaforme che offrono caratteristiche di progettazione custom con produttività standard commerciale (COTS) 8

10 Scalabilità della piattaforma NI RIO Processore Intel Dual Core i GHz HMI integrato tramite grafica VGA Possibilità di scaricare LabVIEW Real-Time o Microsoft Windows Embedded Standard 7 Connettività estesa e opzioni di espansione o MXI Express, dual Gigabit Ethernet, seriale, USB Processore PowerPC Freescale 400 MHz Architettura RIO su singola scheda Sistema operativo LabVIEW Real-Time FPGA Xilinx Spartan-6 Connettore RIO Mezzanine Card (RMC) Disponibili schede con differenti opzioni di I/O Ottimizzazione dei costi per applicazioni OEM 9

11 Hardware NI RIO PXI/NI FlexRIO Processore FPGA I/O I/O I/O I/O Custom PC RIO/Serie R Multicore CompactRIO Novità CompactRIO NI Single-Board RIO

12 Piattaforma di monitoraggio e controllo embedded Supporting Elements Measurement Modules Platform Core Motion Vision LabVIEW Real-Time LabVIEW FPGA Timing Synch Controllers Chassis Communication HMI Services 11

14 Strumenti di progettazione software La progettazione grafica di sistemi di NI offre una piattaforma software e hardware riconfigurabile per sviluppare più velocemente qualsiasi sistema che includa misura e controllo 13

15 Un ambiente di sviluppo grafico altamente produttivo per ingegneri e tecnici Librerie hardware e comunicazione Librerie integrate Interfacce utente custom Target di destinazione & simulazione Astrazione tecnologica Approcci di programmazione 14

16 Nuova generazione di lettino inclinabile controllata da remoto A. Biasini CAT Medical Systems LA SFIDA Trovare un unico sistema di controllo della movimentazione del lettino e della comunicazione con il radiografo e con un unica interfaccia utente per il medico 15 LA SOLUZIONE Dopo uno studio prototipale basato su CompactRIO, la soluzione è stata quella di utilizzare la sua verisione OEM con equivalenti potenzialità: Single-Board RIO. La piattaforma Single-Board RIO gestisce attraverso l acquisizione e la generazione di segnali analogici, digitali e digitali industriali tutta l automazione del lettino e, inoltre, comunica via seriale, CAN e Ethernet con i dispositivi esterni per fornire tutti i dati necessari all interfaccia utente, anch essa creata in LabVEW.

18 Benefici degli I/O analogici e speciali Portare misure performanti nel loop di controllo Applicazioni di retroazione in forza Sensori speciali Condition Monitoring Monitoraggio di processo Machine Condition Monitoring Aggiungere ispezione di qualità 17

19 Moduli di misura 7 anni +100 moduli Accelerometri Estensimetri Automotive Celle di carico I/O digitali e protocolli Microfoni Isolierte I/O Termocoppie 4-20mA Memorie salvataggio RTD Resistenze Wireless Drive motori Interfaccia drive Acquisizione immagini Bus di campo Ingressi per encoder 18

20 Moduli bus di campo Moduli Serie C NI-XNET CAN alta velocità a 1 porta Interfaccia reti PROFIBUS DP Master/Slave Modbus TCP/IP e seriale integrati EthernetIP Modulo 232/485/422 19

21 I/O custom MDK 2.0 per moduli Serie C CompactRIO Oltre 50 moduli terze parti ad oggi Sviluppo semplificato di moduli terze parti Integrazione migliorata di moduli terze parti in LabVIEW RIO Mezzanine Card (RMC) per NI Single-Board RIO Permette la customizzazione per I/O per applicazioni specifiche Ideale per OEM & Partner embedded 20

23 Benefici di processamento di segnale, analisi & calcolo Machine Condition Monitoring Monitoraggio di processo Controllo avanzato Incrementare uptime Ridurre parti di ricambio e tempi di riparazione Allungare il ciclo di manutenzione Evitare fermi non programmati Prevenire guasti catastrofici Evitare lesioni e danni ambientali Ridurre scarti e uso di materie prime Aumentare qualità del prodotto Aumentare capacità produttiva Ottimizzare prestazioni ed efficienza di macchina Includere informazioni aggiuntive nel loop di controllo Forzare la retroazione Sopprimere le vibrazioni 22

24 Ampie librerie di funzioni di analisi e processamento di segnale Misure di vibrazioni Analisi tachimetrica Order Analysis Limit Testing 23

25 NI CompactRIO è il cuore del controllore digitale ad alta velocità ProMistic per condizionamento vapore e bypass turbina Leonardo Fusi - CCI La sfida Sviluppare un sistema di controllo a prestazioni elevate adatto ad ambienti severi ed in grado di gestire processi di controllo dove siano richiesti determinismo, velocità ed accuratezza La soluzione NI CompactRIO dentro ProMistic ottimizza il processo di controllo in modo da evitare perdite di produzione di energia elettrica e di vapore e per prevenire possibili danni all impianto stesso, riducendo I costi di manutenzione. Gli algoritmi di controllo ottimale, implementati in LabVIEW, sono eseguiti in real-time con risposta deterministica per applicazioni critiche 24

27 Visione artificiale Selezione ad alta velocità Tracciabilità & identificazione Lettura Bar code OCR, classificazione data matrix Ispezione reti Guida robot o sistemi Pick & place Ispezione imballaggi Rilevazione difetti Ecc. 26

28 Prodotti di Visione di NI Sistemi di visione basati su PC Sistemi di visione PXI Compact Vision System Embedded Vision System Sistemi CompactRIO ad alte prestazioni Smart Camera Prestazioni Smart Camera Sistemi di visione stand-alone Sistemi di visione Basati su PC Dimensioni 27

29 Librerie software Migliorare Ispezionare Individuare Identificare Misurare Calibrazione immagine Filtraggio rumore Rimozione distortione Misurare intensità Contare particelle Confrontare colori Confrontare pattern Confrontare geometrie Individuare bordi Riconoscere testi (OCR) Leggere codici a barre 1D e 2D Classificare forme Individuare bordi Misurare distanze Calcolare geometrie 28

31 Benefici del controllo assi Astrazione della complessità nel controllo assi Generazione traiettorie Controllo di supervisione Sincronizzazione multi-asse Funzioni di movimentazione avanzate Capacità di personalizzazione Simulazione Integrazione con altri task di automazione 30

32 Elementi di controllo macchina basati su Software e Hardware NI Strumenti Sviluppo NI LabVIEW LabVIEW SoftMotion LabVIEW Real-Time LabVIEW FPGA Piattaforme target Desktop PXI crio Embedded Motori e drives Stepper Servo Drive NI Terze parti 31

33 La proposta di valore di National Instruments Macchine con alto volume produttivo Bassi consumi energetici, efficienza più elevata Produzione a luci spente Massimizzazione dell uptime Integrazione di sistema, singolo fornitore Time-to- Market / Produttività Reputazione e stabilità aziendale Valore NI per costruttori di macchine OEM Manutenzione, gestione ciclovita Formazione, supporto, servizi Macchine più intelligenti 32 Prezzo / costo totale di sistema Prestazioni / Qualità / Longevità Competizione globale Produzione flessibile Innovazione o morte Qualità più elevata, tolleranza zerodifetti