Innovazione e Standardizzazione per il laboratorio Bonfiglioli di Forlì.
Il progetto di rifacimento delle celle di prova si inserisce nel contesto del laboratorio prove della sede di Forlì del Gruppo Bonfiglioli.
Questa struttura è un centro di eccellenza per la ricerca, sviluppo e test di sistemi di trasmissione di potenza e soluzioni meccatroniche avanzate.
Nel laboratorio, sono effettuati test critici e rigorosi su riduttori, motoriduttori e altre apparecchiature meccaniche ed elettroniche, con l’obiettivo di garantire la massima affidabilità e performance dei prodotti.
Il rifacimento delle celle di prova, che prevede l’installazione di 10 cRIO per controllare 10 Banchi e 20 postazioni, rappresenta un importante potenziamento delle capacità operative e di test del laboratorio, allineandosi agli elevati standard di qualità e innovazione che caratterizzano il marchio.
Il progetto pilota che ha definito il percorso per la realizzazione delle successive, si è concluso con successo, iniziando la realizzazione di una seconda cella per l’anno in corso.
Lo sviluppo delle successive celle segue un percorso di realizzazione e validazione di una cella per volta, garantendo la funzione operativa per le celle non coinvolte e una rifinitura successiva durante la realizzazione delle nuove.
In questo contesto, la soluzione basata su cRIO 9045 di NI(National Instruments) offre un’infrastruttura tecnologica avanzata che risponde alle specifiche esigenze di controllo e automazione del laboratorio, contribuendo a migliorare ulteriormente la qualità dei test e il livello di innovazione.
Sfida e richieste
Le richieste e gli obiettivi del progetto di rifacimento delle celle di prova includono:
1. Un miglioramento significativo nella creazione dei profili di test, rendendola più veloce e intuitiva, con tempi di acquisizione e salvataggio dei dati minore di 5 ms.
2. La realizzazione di un buffer per garantire la registrazione continua dei dati pre e post guasto, assicurando una raccolta completa delle informazioni critiche.
3. Implementazione di un sistema di allarmi, sia ciclici che globali, per monitorare in tempo reale le condizioni di funzionamento e segnalare eventuali anomalie.
4. Un aumento dell’efficienza operativa attraverso l’ottimizzazione dei processi di test, permettendo l’esecuzione simultanea di più prove.
5. Maggiore affidabilità e precisione nei risultati dei test, in linea con gli standard di qualità richiesti nel settore.
Soluzione
La soluzione per il rifacimento delle celle di prova prevede l’utilizzo della tecnologia CompactRIO 9045 di National Instruments, progettata per rispondere alle esigenze di controllo e automazione nei test di laboratorio.
Grazie all’integrazione di FPGA e Real-Time (RT), il sistema consente di raggiungere tempi di acquisizione e salvataggio dei dati < 4 ms, garantendo prestazioni elevate e un’accuratezza nei risultati.
Utilizzando un architettura basata su sistema LinuxRT e un controllore dedicato, il sistema operativo e di interfacciamento I/O, è svincolato dagli aggiornamenti di sistema, necessari ai PC Windows in rete, che in questo caso sono limitati ad una funzionalità di Editor dei profili e HMI più genericamente, svincolandosi da problematiche di aggiornamenti driver o parti operative del software.
Le moderne cRIO hanno una capacità di elaborazione, memoria che hanno reso possibile l’esecuzione e il controllo di due postazioni per ogni singolo quadro di controllo.
L’esperienza dei Tecnici Bonfiglioli sulle prove, ha suggerito l’implementazione di meccanismi di allarme, Buffer pre Trigger e diversi livelli di salvataggio.
L’utilizzo di LabVIEW, insieme all’integrazione con una versione dedicata del framework ByteQX permette un servizio di ubiquità e disponibilità dei dati.
E’ stato scelto Python per lo sviluppo di API e servizi OPC-UA per realizzare una dashboard basata su Tag OPC disponibile sul network aziendale.
In sintesi, questa soluzione offre un approccio completo alle esigenze del laboratorio, migliorando l’efficienza e l’affidabilità dei test e allineandosi agli standard qualitativi richiesti nel settore.
Dettagli del sistema
- Adozione di CompactRIO 9045 con LinuxRT, FPGA integrata e I/O modulari.
- Architettura deterministica per l’esecuzione di due postazioni per cRIO.
- Editor profili su PC Windows, HMI dedicata e runtime isolato da aggiornamenti di sistema.
- Integrazione con LabVIEW e framework ByteQX per disponibilità e ubiquità dei dati.
- Servizi e API in Python con OPC UA per dashboard e integrazione OT/IT.
Sistema Distribuito
- 10 cRIO-9045, ciascuno a servizio di due postazioni indipendenti (“A” e “B”).
- Piano di esecuzione a tre livelli:
- FPGA: acquisizione/condizionamento veloce, encoder, protezioni hard real-time.
- Real-Time: controllo deterministico, esecuzione profili, allarmi, logging.
- Servizi: HMI, API, OPC UA, orchestrazione job, sincronizzazione e diagnostica.
- Pipeline dati a doppio percorso: alta frequenza per buffer evento e media frequenza per logging continuo.
Dettagli Postazione singola
- Controller CompactRIO 9045 con FPGA di classe Kintex e CPU multi-core per carichi RT e comunicazione.
- Moduli C Series tipici per un banco tipo:
- Coppia/forza: bridge e celle di carico (es. 9237 per estensimetri).
- Analogico generale: AI differenziali per pressioni/portate (es. 9205), AO per comandi (es. 9263).
- Temperatura: TC K/J per cuscinetti e olio (es. 9213).
- Vibrazioni: IEPE per accelerometri (es. 9234/9250) dove richiesto.
- Velocità/posizione: encoder/counter (es. 9411/9361).
- Digitali: DI per consensi e interlock (es. 9425), DO per consensi, valvole e segnalatori (es. 9476/9478).
- Attuazione e azionamenti:
- Integrazione verso azionamenti/dinamometri tramite I/O analogico, con canali di sicurezza dedicati.
- Interlock hardware: E‑Stop, guard‑door, STO, over‑speed, termiche su linea ausiliaria indipendente dal software.
Software PATH e integrazione RT/FPGA
Adattato alle richieste dei tecnici del laboratorio, PATH funge da orchestratore deterministico delle prove, coordinando editor HMI, core RT/FPGA e interfacce IIoT per l’esecuzione affidabile di profili time‑stamped.
Consente di definire profili di funzionamento e sequenze di esecuzione per prove di endurance e cicliche, includendo rampe, dwell/hold, duty cycle e condizioni di avanzamento, con piena tracciabilità.
L’integrazione di allarmi, buffer pre/post evento e logging continuo abilita monitoraggio in tempo reale e analisi post‑prova, supportando campagne di durata ripetibili e standardizzate.
- FPGA
- Loop a bassa latenza per encoder, trigger e protezioni locali.
- Filtri FIR/IIR leggeri e downsampling, DMA FIFO per trasferimento verso RT.
- Real-Time (LinuxRT)
- Loop deterministici separati per postazione A/B con priorità dedicata e isolamento risorse.
- Motore profili a stati: ramp, hold, dwell, sweep, soak, condizioni di avanzamento e abort.
- Motore allarmi con severità, hysteresis/deadband, latching e ack.
- Logger con compressione leggera, file rotation e controllo backpressure.
- Comunicazione tramite Network Streams/Shared Variables per HMI e supervisione.
- Servizi
- Server OPC UA in Python come “aggregatore” di tag per 10 banchi/20 postazioni.
- API per gestione job, anagrafiche, ricette, firma elettronica e tracciabilità.
- Connettori verso ByteQX per replica dati e servizi di reporting.
Risultati
I risultati e gli obiettivi raggiunti dal primo prototipo di cella realizzato, rappresentano un significativo passo avanti in termini di efficienza e qualità, con un’integrazione mirata alle esigenze di Industria 4.0.
- Creazione dei profili, tempi più brevi e semplicità
- Riduzione dei tempi di acquisizione e salvataggio dati
- Miglioramento della qualità del monitoraggio
- Implementazione di un sistema di allarmi efficiente
- Innovazione in ottica Industria 4.0
- Automazione e gestione avanzata
Questi risultati assicurano una maggiore efficienza operativa, una riduzione dei tempi di esecuzione dei test, e un netto miglioramento nella qualità e nella disponibilità dei dati, abilitando una gestione più intelligente e interconnessa, in linea con i requisiti di Industria 4.0.