La tecnologia TSN (Time Sensitive Networking) trova impiego ideale nelle applicazioni di motion complesse, che richiedono rapidità nell’invio dei comandi di posizione a un numero elevato di servo-azionamenti. La precisione nel controllo assi è garantita anche nelle applicazioni superveloci o ad alta precisione, come il converting, la stampa, il packaging e la meccanica di precisione.
La tecnologia TSN (Time Sensitive Networking) è nata per realizzare controlli hard real-time su rete standard Ethernet grazie al determinismo dello scambio ciclico di dati, riducendo quindi drasticamente latenza e jitter, senza compromettere la possibilità di gestire messaggi transitori aciclici. In tal modo il TSN risulta particolarmente adatto per applicazioni di controllo Motion dove la rapidità dell’invio comando di posizione a un numero elevato di servo-azionamenti è tanto importante quanto l’esatta ripetitività dell’aggiornamento comando, per ottenere movimenti assi fluidi e sincronizzati tra loro. Le implementazioni del TSN nei protocolli Industrial Ethernet sono in via di sviluppo da alcuni anni. In particolare il CC-Link IE TSN era già disponibile dall’anno 2019 su una ampia gamma di prodotti come PLC, IO remoti, servo, inverter, robot e dispositivi vari di campo, tra cui valvole, encoder, ecc. Il consorzio globale di aziende che supporta la diffusione e lo sviluppo del protocollo CC-Link IE TSN, denominato CLPA, si occupa di fornire le specifiche per l’implementazione e di verificarne l’applicazione mediante certificazione dei prodotti compatibili. Le prestazioni attuali della rete con frequenza ad 1 Gigabit/s, realizzabile in linea, ad anello o a stella mediante switch compatibili con la sincronizzazione TSN, consentono di gestire sino a 256 servo-azionamenti con una scansione di rete minima di soli 31,25 µs. La precisione del controllo assi è quindi garantita anche in applicazioni ultraveloci come il converting, la stampa, il packaging o super accurate come la lavorazione meccanica fine. Un ulteriore aspetto che consente la semplificazione del sistema di controllo macchina è la gestione dei segnali riguardanti la sicurezza funzionale in modo totalmente digitale, grazie al profilo Safety supportato dalla rete CC-Link IE TSN. I settori di mercato dove questa tecnologia è impiegata per il controllo Motion sono svariati: l’automotive, in particolare per la produzione di batterie al litio per veicoli elettrici; l’industria alimentare e farmaceutica per il confezionamento; il manifatturiero di tipo elettronico, elettrico, tessile e meccanico.In tutti questi settori la sfida è diventata oggi la digitalizzazione (Industria 4.0) e l’efficientamento energetico (Transizione 5.0) per risultare moderni e competitivi. Per questo motivo la convergenza dei sistemi OT e IT deve partire dal basso, “dal sensore all’ERP” come si dice, e la banda larga della rete è essenziale per raccogliere tutti quei dati che consentono di ottimizzare i parametri di regolazione grazie ai software sempre più dotati di algoritmi di Intelligenza Artificiale.
Promuove l’innovazione nelle tecnologie di stampa industriale
Un paio di esempi in cui la tecnologia TSN è stata applicata in processi di lavorazione ultraveloce sono la stampa industriale (serigrafia e tampografia) e la produzione di batterie agli ioni di litio per smart-phone, tablet, auricolari, e così via. Si tratta di applicazioni di Motion Control tra le più esigenti, poiché utilizzano assi multipli che devono essere sincronizzati perfettamente per lavorare con efficacia a velocità straordinarie e con un’alta ripetibilità. Queste funzioni richiedono comunicazioni altamente deterministiche e in tempo reale, per tutti i diversi assi. L’esclusiva soluzione sviluppata dall’azienda K, che combina serigrafia e stampa a caldo su oggetti cilindrici, si avvale di un sistema di automazione industriale che incorpora la tecnologia di rete CC-Link IE TSN verso i servosistemi per offrire prestazioni all’avanguardia. In tal modo è stata utilizzata la combinazione vincente tra il TSN e la larghezza di banda gigabit offerta dalla rete, per fornire un sistema che possa garantire un controllo completamente deterministico su 128 assi. Inoltre, ha consentito un’accuratezza di sincronizzazione estrema, nell’ordine dei microsecondi. Questo consente alla macchina di fornire stampe di elevata qualità mantenendo una velocità di 3.000 unità all’ora, con un piano che prevede di raggiungere in futuro le 3.600 unità. La macchina offre agli utenti finali una soluzione modulare e versatile che garantisce maggiore produttività, economicità e flessibilità con un’elevata qualità di stampa. Inoltre, la configurazione è scalabile, poiché può incorporare fino a 8 colori diversi (e i relativi assi necessari) ed è completamente riconfigurabile. Può essere ampliata con moduli di stampa aggiuntivi per ottenere un sistema altamente integrato. Il risultato finale è una macchina all’avanguardia nel settore, abilitata da una tecnologia Industrial Ethernet aperta altrettanto innovativa.
I vantaggi della tecnologia TSN nella produzione di batterie LiB
Nel secondo caso, la tecnologia di rete CC-Link IE TSN ha permesso ad un’azienda leader nel settore delle batterie LiB di semplificare i propri sistemi di produzione, rispettando allo stesso tempo le rigidissime specifiche previste per questo tipo di prodotto. La produzione di batterie LiB segue un processo complesso suddiviso in più fasi, gran parte delle quali basata su consolidati principi di converting. Una volta miscelato, uno strato sottile di impasto elettrolitico viene applicato su una lamina metallica, che viene seccata e poi sottoposta a una complessa serie di attività di taglio, avvolgimento e incisione al fine di produrre la cella finita. Tali attività richiedono precisissime operazioni di Motion Control multi-asse, sincronizzate per assicurare la qualità richiesta ed evitare sprechi. Le prestazioni della cella finita in termini di capacità, resistenza interna e affidabilità dipendono in larga misura da parametri come l’uniformità del rivestimento, la tensione del film e così via. Inoltre, poiché la domanda di litio e altre materie prime continua esponenzialmente a crescere, è chiaro che anche gli sprechi di materiale causati da prodotti fuori specifica devono essere minimizzati quanto più possibile. Incrementando le sfide applicative, le lamine e i relativi rivestimenti diventano sempre più sottili poiché i produttori di batterie continuano a cercare di aumentare la capacità delle celle. Per raggiungere questo obiettivo, la gestione Motion dei materiali deve essere sempre più veloce per soddisfare obiettivi di produzione stimolati da un mercato altamente esigente. Infine, i processi critici di controllo Motion devono essere associati nelle fasi di produzione a una serie di operazioni macchina che garantiscano le funzionalità richieste. Queste includono l’ispezione visiva del rivestimento, la tensione del film, la saldatura delle linguette, il controllo generale della macchina e i sistemi di sicurezza. Per affrontare queste sfide serve una tecnologia Industrial Ethernet aperta che offra alte prestazioni e convergenza di rete, in modo da raggiungere gli obiettivi di produttività e prestazioni, semplificando allo stesso tempo la progettazione delle macchine grazie alla combinazione di più tipi di traffico in un’unica struttura di rete. Innanzitutto, la larghezza di banda gigabit permette di gestire con facilità grandi volumi di dati di produzione senza influire sulle prestazioni delle macchine o sulla produttività della fabbrica. Inoltre, poiché i dati vengono condivisi a velocità gigabit, questa configurazione offre una soluzione scalabile in grado di soddisfare continuativamente le crescenti esigenze dei produttori di batterie LiB. In ultimo, gestire il funzionamento ad alta velocità di rete permette la sincronizzazione tra più assi di movimento a livello di microsecondi e assicura un livello di qualità dei processi mai raggiunto prima.
