Benvenuto (o bentornato se già conosci questo sito) tra le pagine dedicate all’automazione industriale; oggi confrontiamo le macchine CNC, o meglio i controllori CNC con i controllori logici programmabili PLC.
Entrambe queste apparecchiature eseguono dei programmi per svolgere i compiti a essi assegnati, tuttavia vedremo come questi lavorano in ambiti molto diversi tra loro, anche se non assolutamente scollegati.
Ecco gli argomenti di questa lezione:
Le aree di impiego dei PLC e delle macchine CNC.
Cosa si può produrre con le macchine CNC.
Il controller CNC, cuore delle macchine a controllo numerico.
Che cosa controllano i PLC e cosa i controllori CNC.
Come nascono i progetti PLC e quelli CNC.
Come si programmano i PLC e i sistemi CNC.
La simulazione dei PLC e dei sistemi CNC.
Le aree di impiego dei PLC e delle macchine CNC.
Chi si occupa d’automazione industriale quasi sempre si avvicina ai PLC, i controllori di processo utilizzati in diversi settori per automatizzare linee di produzione e macchinari.
Le aree di impiego dei PLC sono molteplici, vanno dalle linee di processo alimentari, al petrolifero, al packaging, all’automobilistico, alla robotica e altro; in pratica ovunque ci sia da interfacciarsi con il campo e le apparecchiature in esso contenute (sensori e attuatori), e attuare della logica.
Nella figura che segue troviamo cinque tra i PLC compatti più diffusi al mondo, prodotti da marchi come Siemens, Rockwell Automation, ABB, Schneider e Omron.
Un controllore CNC invece, viene utilizzato per rendere automatiche le macchine di lavorazione, come quelle per i metalli o il legno; tra queste macchine CNC troviamo i diffusissimi torni e le frese, ne vediamo due modelli nell’immagine che segue.
Cosa si può produrre con le macchine CNC.
Tantissimi oggetti che incontriamo ogni giorno nella vita quotidiana o parte di essi sono costruiti e lavorati con macchine a controllo numerico.
I torni permettono di ottenere oggetti cilindrici, mentre le frese di qualsiasi forma.
nell’immagine sotto vediamo un pistone per motore, una valvola a farfalla di tipo manuale, oltre che delle parti per automotive. Questi sono solo alcuni esempi tra la miriade di oggetti che le macchine CNC lavorano.
Con le macchine CNC qualsiasi idea vogliamo realizzare, viene tradotta in un programma comprensibile dalla macchina, la quale lo esegue e ci fornisce il prodotto finito a partire da un grezzo.
Il controller CNC, cuore delle macchine a controllo numerico.
Il controllore della macchina CNC lo identifichiamo dai tastierini e spesso dal monitor di interfaccia per l’operatore; nell’immagine quì sotto troviamo un controller della Siemens, il modello è il Sinumeric 808.
A differenza dei PLC, i controllori CNC hanno quasi sempre un’interfaccia grafica abbinata, nei sistemi PLC invece l’interfaccia grafica è progettata a parte, e funziona su pannelli operatore HMI oppure sistemi più grandi chiamati SCADA, i quali funzionano su PC.
Che cosa controllano i PLC e cosa i controllori CNC.
Dato che i PLC possono essere impiegati in moltissime aree produttive, questi si interfacciano con il campo raccogliendo dati attraverso i sensori, e comandando attuatori e motori.
Per esempio tra i sensori troviamo le sonde di temperatura e pressione, i misuratori di portata, le fotocellule e altro; per quanto riguarda gli attuatori abbiamo valvole, elettrovalvole, motori asincroni, motori passo passo, servo motori e altro.
Una macchina CNC fondamentalmente deve muovere gli utensili verso il pezzo da lavorare e controllare parametri come velocità e rotazione di frese e mandrini; il movimento lineare avviene per mezzo di servo motori, e le posizioni vengono rilevate da encoders.
Tutto sommato la macchina CNC è solitamente un sistema chiuso, dove il CONTROLLER sta alla macchina come il PLC sta all’impianto.
Come nascono i progetti PLC e quelli CNC.
I progetti per PLC nascono dall’analisi di ciò che l’impianto deve fare, creando poi uno schema di flusso P&ID e uno schema elettrico.
Questi diagrammi sono fondamentali per ogni programmatore PLC, sullo schema di flusso si identificano i componenti in campo, e con lo schema elettrico si definiscono i vari collegamenti con le apparecchiature presenti sia in campo che nel quadro elettrico.
Per quanto riguarda le lavorazioni CNC, il processo è decisamente diverso, e lo possiamo vedere nella prossima figura.
Partendo dall’idea dell’oggetto da progettare o lavorare, si utilizza un software di disegno CAD per cominciare a disegnare il pezzo stesso; in questa fase si definisce la sua geometria iniziale, se ne delineano i contorni, e la superficie.
Il passo successivo avviene con il software CAM (CAD meccanico), con il quale si selezionano gli utensili che sono necessari per la lavorazione del pezzo, e si genera un file che contiene il percorso che gli utensili devono seguire per lavorare il pezzo stesso.
C’è poi la fase di verifica del file percorso utensili, la quale permette di rilevare eventuali errori nei percorsi, le collisioni degli utensili, e di controllare la geometria della lavorazione; dopo questa fase si può provvedere alla correzione del programma CAM.
Ecco un esempio di sistema CAD/CAM offerto dalla Autodesk, il programma si chiama Fusion 360, e offre una soluzione completa per la progettazione e la produzione meccanica.
Come si programmano i PLC e i sistemi CNC.
Come tutti gli apparecchi programmabili di tipo sofisticato, i PLC e i sistemi CNC si programmano per mezzo di linguaggi specifici.
I PLC adottano il diffusissimo linguaggio ladder e altri linguaggi come quello a blocchi di funzione FBD, e quello di testo strutturato ST, quest’ultimo più ad alto livello.
Nell’immagine che segue vediamo il particolare di un pezzo di programma scritto in linguaggio ladder; notiamo che somiglia a uno schema elettrico, e identifichiamo infatti dei contatti e delle bobine.
Le macchine CNC, attraverso i controllori, interpretano il linguaggio ISO 6983, chiamato anche “G-CODE”, e azionano la macchina per lavorare con precisione il pezzo.
Il programma viene creato dal modulo “post processor” che traduce le istruzioni del programma CAM in istruzioni comprensibili dalla macchina.
Ecco un esempio di programma G-CODE nell’immagine che segue.
Il linguaggio ISO si compone di codici e coordinate, che permettono al controller di guidare gli utensili sul pezzo ed effettuare ciò che ci si è prefissati.
La simulazione dei PLC e dei sistemi CNC.
Sia i programmi PLC che quelli CNC possono essere oggi simulati, la simulazione permette di provare in modo sicuro il programma e i processi gestiti dal PLC, e la lavorazione gestita dai controllori delle macchine a controllo numerico.
Con il simulatore non c’è bisogno di avere le apparecchiature collegate al PLC, o la macchina CNC in funzione; ne consegue che possiamo mettere a punto i programmi senza spreco di materiale, o senza movimentare gli impianti quando lavoriamo con il PLC.
Nella figura qui sotto troviamo il simulatore CNC Sinutrain di Siemens, e il simulatore per PLC sempre della stessa casa tedesca.
