L’automazione comprende tutti i processi e strumenti di lavoro che consentono un funzionamento autonomo degli impianti. Vi rientrano macchine, apparecchi, attrezzi e altri dispositivi. Gli interventi dell’uomo si riducono al minimo.

La disciplina ingegneristica segue un approccio interdisciplinare che comprende la costruzione di macchine e l’elettrotecnica. Lo scopo dell’automazione è automatizzare le macchine e gli impianti al punto tale da permettere loro di lavorare autonomamente in modo efficiente e con una bassa quota di errori. A seconda della complessità degli impianti, si possono raggiungere diversi gradi di automazione. Quanto più il livello di automazione è alto, tanto meno l’uomo è chiamato ad intervenire nel controllo dei processi. Un contributo importante al rendimento crescente dei sistemi arriva dall’ulteriore sviluppo di componenti centrali. Per quanto riguarda soluzioni di azionamento di alta qualità per il controllo dei sistemi di automazione, Harmonic Drive AG si afferma come partner competente.

Vantaggi dell’automazione: alleggerimento del lavoro e maggiore rendimento

I sistemi automatizzati offrono numerosi vantaggi. Sgravano l'uomo da lavori pericolosi e fisicamente pesanti. Le macchine si occupano anche di compiti di routine stancanti. Non senza motivo il progresso dell’automazione è strettamente legato alla crescita della popolazione. Con l’aumento del numero di persone, infatti, è cresciuto anche il fabbisogno di beni di alta qualità, il che ha dato vita alla produzione di massa.

Oltre all’alleggerimento del lavoro dell’uomo, l’automazione industriale offre anche altri vantaggi: le macchine producono prestazioni costanti ad alto livello. Il loro ritmo di lavoro supera sensibilmente la velocità dei processi manuali. L’automazione industriale migliora inoltre la qualità dei prodotti riducendo i costi per il personale.

Le prime origini dell’automazione industriale

Le origini dell’automazione industriale risalgono al 18° secolo. Nel 1785 Edmond Cartwright inventa il telaio di tessitura meccanico. Grazie a tavolette di legno forate, si riuscì a produrre tessuti con disegni uniformi. L’azionamento del telaio era prodotto spesso da due uomini robusti tramite manovella azionata a mano. Con il principio base della meccanizzazione il telaio costituì un passo decisivo verso l’industria tessile.

Già nel 1788, James Watt gettò le basi della moderna tecnica di regolazione, trasferendo il principio del regolatore centrifugo, utilizzato per i mulini, alla costruzione di macchine. Tale componente serviva a regolare in modo costante il numero di giri della macchina a vapore.

Campi di applicazione dell’automazione industriale

L’automazione e i suoi sistemi sono ormai utilizzati in quasi tutti i campi della vita. L’automazione dei prodotti domestici è diventato imprescindibile, se si pensa ad esempio alla lavastoviglie. Nei veicoli, il sistema antibloccaggio e la trasmissione automatica assicurano maggiore sicurezza e comfort di guida. L’automazione è diffusa anche nel settore dell’elettronica di intrattenimento – ne è un esempio moderno la cosiddetta smart home.

Tuttavia, è nella produzione che l’automazione riveste un’importanza fondamentale. Ad esempio, sia gli impianti legati alla tecnologia dei processi che gli impianti nelle centrali elettriche e nelle linee di lavorazione contengono tecnologie automatizzate. I settori che puntano in ampia misura sulle suddette soluzioni sono tra l’altro l’industria automobilistica, le costruzioni meccaniche, l’industria elettronica e anche la costruzione di aerei. Il fabbisogno di sistemi di automazione intelligenti da parte dell’industria continua a crescere e non stagnerà tanto presto.

Struttura dei sistemi automatizzati

Un sistema automatizzato è costituito da un impianto da controllare, dal sistema di controllo tramite computer di automazione e dai sistemi di periferia. Tale ambiente dispone di sensori, che raccolgono i dati di controllo, e di attuatori, che applicano i comandi. Un altro elemento è costituito dai bus di campo di interconnessione, che connettono i diversi componenti del sistema di automazione tra loro e con l’unità di controllo.

Funzioni del sistema di automazione

I sistemi della tecnologia di automazione comprendono diverse funzioni chiave, tra cui le funzioni di misurazione e di controllo. Altri compiti del sistema sono la regolazione e la comunicazione. In quanto sistema tecnico di guida, la centrale di controllo costituisce l’area preposta al monitoraggio di tutti i processi. Si tratta della cosiddetta interfaccia uomo-macchina.

I singoli sottosettori dell’automazione industriale contengono particolari componenti tecnici. Ad esempio, la misurazione avviene per lo più mediante sensori, che determinano le caratteristiche fisiche e chimiche, come ad esempio l’umidità, la pressione o il calore. Si distingue tra sensori passivi e attivi. Per la misurazione è disponibile un’ampia scelta di sensori, sviluppati appositamente per i sistemi automatizzati.

Il controllo degli impianti nel settore dell’automazione industriale è affidato a un sistema di controllo digitale flessibile a logica programmabile (PLC). I comandi giungono al sistema tramite attuatori, quali motori, valvole o magneti. In passato i sistemi contenevano controller a logica cablata in cui i collegamenti erano preprogrammati. Ogni modifica alla programmazione comportava anche il cambiamento dei cablaggi. Nel PLC è sufficiente modificare il programma. Questo controller è stato sviluppato nel 1968 negli USA e introdotto in Europa nel 1973.

Durante la regolazione la grandezza da regolare viene costantemente misurata e confrontata con i valori desiderati. Se il risultato della misurazione si discosta da tali valori, si effettua una correzione. Questa procedura è computerizzata.

L’automazione industriale dispone di un sistema di comunicazione complesso a cui concorrono numerosi sensori e attuatori diversi. L’interconnessione dei componenti è affidata a bus di campo, quali Profibus o CAN-Bus. In base a protocolli standardizzati, il sistema regola il modo in cui diversi utenti utilizzano la linea. Oggigiorno la comunicazione nell’ambito dell’automazione industriale avviene anche tramite Ethernet. Tramite la connessione a Internet la manutenzione degli impianti può essere effettuata da remoto.

Comando e osservazione tramite la Human-Machine-Interface

Gli utenti interagiscono con i sistemi della tecnologia di automazione tramite l’interfaccia utente. Mentre utilizzano questa Human-Machine-Interface (HMI), ottengono in tempo reale un quadro d’insieme di tutti i processi operativi fondamentali. Possono osservare l’impianto, comandare la macchina e intervenire nei processi disponendo di una base decisionale certa. I responsabili hanno accesso alle informazioni tramite un quadro di comando o la visualizzazione dei processi. Il quadro di comando è dotato di spie, pulsanti e display. La visualizzazione basata su software avviene tramite pannello operatore. In linea di principio, nell’automazione industriale le moderne tecnologie HMI possono essere integrate dai gestori dell’impianto mediante interfacce aperte e standardizzate.

Componenti di alta qualità nei sistemi di automazione

Al sistema di controllo e di regolazione dell’automazione industriale concorrono numerosi componenti, come ad esempio speciali tecnologie di azionamento. Per i gestori di impianti è consigliabile una collaborazione con un fornitore qualificato ed esperto. Harmonic Drive AG sviluppa, progetta e realizza soluzioni individuali per azionamenti, anche per il settore della robotica e dell’automazione. I riduttori, motori e altri componenti di alta qualità sono utilizzabili come elementi modulari.

Requisiti di sicurezza nell’utilizzo dei sistemi di automazione

Quando si verifica un guasto su un impianto automatizzato, ad esempio in una fabbrica chimica, ne derivano rischi per la sicurezza. Ecco perché i requisiti per un esercizio affidabile nel settore in questione sono molto alti. Nell’automazione industriale esistono pertanto numerose direttive e disposizioni in materia di sicurezza. La direttiva VDI/VDE 2180 dell’Associazione degli ingegneri tedeschi, ad esempio, contiene molte disposizioni importanti riguardo all’impiego dei sistemi di controllo dei processi.

Se gli impianti sono connessi a Internet, gli esperti informatici dovrebbero mettere in sicurezza le strutture della comunicazione per evitare possibili attacchi e azioni di spionaggio.

Il futuro: Industria 4.0

L’automazione industriale è considerata l’industria chiave per l’Industria 4.0. Questo termine indica sistemi intelligenti, interconnessi in forma digitale, che consentono una produzione industriale ampiamente autonoma. In una Smart Factory l’uomo, gli impianti, i prodotti e la logistica sono interconnessi con un sistema di comunicazione. L’approccio è noto anche come quarta rivoluzione industriale.