Lo sviluppo di nuove prospettive per l’automazione impone alle aziende di affrontare sfide inedite legate al tema della sicurezza.
La diffusione dell’IoT nel mondo industriale e l’avvento dell’Industria 4.0 aprono una serie di interrogativi sulla sicurezza funzionale di macchine e impianti. Con lo sviluppo di nuove prospettive per l’automazione le aziende devono affrontare sfide inedite legate a questo aspetto: i sistemi di produzione sono sempre più connessi in reti che coinvolgono un gran numero di persone, componenti di automazione e macchine. La rete permette di ottimizzare i processi e lo scambio di informazioni tra i diversi componenti con il grande vantaggio di poter disporre di impianti che agiscono sempre più con logiche predittive e in modo autonomo. A fronte di uno scenario così nuovo, caratterizzato da una presenza del digitale sempre più pervasiva, le aziende devono sviluppare un concetto di sicurezza funzionale capace di ragionare su più livelli di protezione, offrendo una copertura integrata e adeguata a ciascun macchinario e dispositivo fisso e mobile in azienda, per arrivare a coprire tutte le componenti del sistema produttivo.
di Anna Guida
Lo sviluppo di nuove prospettive per l’automazione obbliga le aziende ad affrontare sfide inedite legate al tema della sicurezza: i sistemi produttivi sono sempre più connessi in reti che coinvolgono un gran numero di persone, componenti di automazione e macchine e che permettono di ottimizzare i processi e lo scambio di informazioni tra i diversi componenti, con il grande vantaggio di poter disporre di impianti che agiscono sempre più con logiche predittive e in modo autonomo. A fronte di uno scenario così nuovo, caratterizzato da una presenza del digitale sempre più pervasiva, le aziende devono sviluppare un concetto di sicurezza funzionale capace di ragionare su più livelli di protezione, andando a offrire una copertura integrata e adeguata a ciascun macchinario e a ciascun dispositivo fisso e mobile in azienda.
TANTE OPPORTUNITÀ E QUALCHE RISCHIO
Finalmente abbiamo anche in Italia un piano di politica industriale, che sicuramente faciliterà gli investimenti e l’avvicinamento delle nostre fabbriche al nuovo paradigma noto come Industria 4.0. Si preannuncia una trasformazione significativa nel nostro modo di produrre, che, potenzialmente, dovrebbe cambiare le carte in tavola sotto diversi aspetti. A livello di sistema, si sperimenterà un aumento della complessità dell’insieme composto da macchine, impianti e relative interfacce, a livello di progettazione e messa in funzione. Per affrontare questo aumento di complessità, i progettisti e i tecnici coinvolti dovranno essere più preparati. Le università si stanno già muovendo per proporre corsi, master, corsi di formazione specifici, e anche le aziende fornitrici di tecnologie sono già molto attive su questo fronte. Tutta questa offerta potrà portare alla rinascita di una figura che si era un po’ persa negli anni nel nostro panorama industriale, quella dell’esperto di sistemi. Si creeranno posti di lavoro ad alto valore aggiunto, e questo a sua volta porterà a un cambiamento culturale all’interno delle aziende, che sposteranno la loro attenzione e la loro visione dalla singola macchina e dal singolo dispositivo all’intero sistema e a tutti i processi ad esso legati. In un circolo virtuoso, ci si può aspettare che le aziende protagoniste di questo allargamento di vedute e di competenze diventino sempre più aperte, più curiose, più capaci di recepire e affrontare futuri cambiamenti tecnologici.
A livello di singolo lavoratore, invece, si sperimenterà una maggiore semplicità. Chi utilizzerà queste macchine smart sarà facilitato a livello di utilizzo e soprattutto a livello di apprendimento. Come conseguenza, i lavoratori si troveranno in condizioni di maggiore comfort, e la job rotation potrà avere luogo con maggiore facilità, portando con sé maggiore soddisfazione (e di conseguenza produttività) per i lavoratori stessi.
Tratteggiato questo macrocontesto, delineiamo ora quali effetti si potranno realisticamente sperimentare sulla sicurezza. Partiamo dalle persone, e quindi dalla sicurezza sul lavoro. Le macchine e gli impianti, più intelligenti, saranno sempre più in grado di autoproteggersi e di proteggere i lavoratori, e di segnalare tempestivamente eventuali anomalie o rischi. Al tempo stesso, però, la semplicità che il lavoratore sperimenterà e la percezione di un ambiente sempre più favorevole e protetto potrebbero portarlo ad abbassare drasticamente l’attenzione rispetto ai rischi. E quando gli incidenti avvengono in una situazione di forte disattenzione, di norma sono più gravi. In altre parole, il lavoratore sarà più protetto dal sistema e quindi gli incidenti saranno meno frequenti, ma quando avverranno saranno potenzialmente più pericolosi. Perciò, chi produce tecnologie dovrà prestare particolare attenzione ad aumentare di pari passo tutto ciò che è controllo attivo e passivo della sicurezza sul lavoro.
Se dalla sicurezza sul lavoro passiamo alla sicurezza delle macchine e degli impianti, non è ancora chiaro se l’evoluzione andrà verso una maggiore interdipendenza dei sistemi – e quando gli elementi dipendono sempre più uno dell’altro, il sistema è potenzialmente più fragile dal punto di vista della safety – oppure se si andrà verso l’indipendenza e/o ridondanza – cioè la presenza di elementi di backup che interverranno nel caso alcuni elementi si guastino. Lo scenario più realistico è simile a quello che abbiamo delineato per la sicurezza sul lavoro: il sistema, composto da macchine sempre più evolute, sarà maggiormente capace di autoproteggersi, ma quando avverranno degli incidenti saranno probabilmente più gravi, perché in grado di oltrepassare tutte le barriere previste. L’aumento delle tecnologie disponibili e il relativo repentino cambiamento potrebbero portare anche a un aumento di norme e di standard. Le aziende sperimenteranno in genere un crescente peso collegato alla necessaria conoscenza di tali norme e standard, ma questa potrebbe essere un'importante occasione per alcune aziende per entrare nel gioco attivo della normazione, anche in termini di sicurezza.
Ci sono poi almeno due possibili effetti collaterali all’avvento dell’Industria 4.0. Il primo effetto è la deriva dell’investire a prescindere: alcune aziende senz’altro decideranno di investire in nuovi macchinari semplicemente sulla base dell’esistenza di agevolazioni del Governo, senza condurre un’adeguata valutazione degli investimenti. È vero che questa scelta produrrà comunque un rinnovamento del parco macchine in favore di impianti più evoluti e più sicuri, ma è vero anche che la rincorsa all’investimento porterà a una modifica sostanziale del sistema produttivo in un tempo molto breve, e questo potrà avere come conseguenza in molti casi una carenza di controllo del sistema stesso. Il sistema nel suo complesso potrà quindi risultare più fragile, e quindi meno sicuro. Il secondo effetto è la deriva efficientista, cioè la possibile tendenza che l’investimento in tecnologia sia finalizzato al solo obiettivo di aumentare l’efficienza delle proprie macchine, storicamente legata alla produttività. Di fatto, puntando esclusivamente a un aumento della produttività, si potrebbe mettere in secondo piano proprio la sicurezza (www.polimi.it). (Guido J.L. Micheli)
Guido J.L. Micheli, Assistant Professor in Industrial Plants Design and Management, Politecnico di Milano.
LA PROTEZIONE DEI CIRCUITI PRIMA DI TUTTO
La protezione dei circuiti è un elemento imprescindibile della sicurezza degli impianti industriali e il rispetto delle normative internazionali in materia è fondamentale. A questo proposito, è importante che le tante aziende che esportano macchine e impianti in Nord America conoscano a fondo i requisiti del nuovo NEC2017 (National Electrical Code), riguardanti la corrente nominale di cortocircuito (Short-Circuit Current Rating, SCCR).
L’SCCR fissa un criterio essenziale per la sicurezza nelle installazioni industriali, allo scopo di ridurre i rischi associati a un guasto. Tale valore indica la massima corrente di corto circuito che i componenti o un sistema sono in grado di sopportare senza mettere a rischio gli operatori. Le macchine con una corrente nominale di cortocircuito insufficiente costituiscono un rischio per il personale e per loro stesse e possono addirittura provocare incendi.
La nuova normativa nordamericana, entrata in vigore lo scorso gennaio, sancisce che, nota la corrente di cortocircuito presunta nel punto di installazione, gli equipaggiamenti elettrici (quadri) delle macchine debbano essere marcati con un valore di corrente nominale di cortocircuito maggiore o uguale a tale corrente.
Studi recenti indicano che, nella produzione “Control Panel”, il 50% dei costruttori di macchine e impianti si conforma al solo valore minimo di SCCR, pari a 5 kA. Qualora – fatto non inusuale – la corrente di cortocircuito presunta nel punto di installazione superi i 5 kA, il sistema non è idoneo, va rivisto e si possono innescare seri problemi, in quanto la revisione in loco è costosa e talvolta estremamente complicata.
Pertanto, è fondamentale che i costruttori di macchine prendano in considerazione l’SCCR già nella fase iniziale del progetto, in modo da ottimizzarne tempi e costi, nella certezza di raggiungere l’obiettivo di avere un SCCR finale soddisfacente. Eaton (www.eaton.it) offre ai propri clienti un percorso omnicomprensivo verso la conformità, attraverso la disponibilità di risorse tecniche sul campo, oltre a un’ampia gamma di prodotti omologati e di soluzioni che consentono di soddisfare i requisiti posti dalla normativa. (Gianpiero Tomassini)
Gianpiero Tomassini, Technical Manager Industrial Components Italia di Eaton.
SICUREZZA INTEGRATA PER LA MASSIMA FUNZIONALITÀ
La sicurezza rappresenta ovviamente una funzione necessaria sia nelle macchine automatiche di fabbrica, per la tutela dell’operatore, che negli impianti di processo, per la salvaguardia delle persone, dell’ambiente e della produzione. Automazione e sicurezza, legate sempre più tra loro, rivestono quindi un’importanza centrale all’interno degli ambienti di produzione più evoluti e concorrenziali. La crescente diversificazione delle produzioni, con lotti sempre più piccoli e variazioni più frequenti, unita all’aumento delle funzionalità e delle complessità delle macchine, porta a un incremento delle variabili che le soluzioni di sicurezza devono essere in grado di gestire.
L’integrazione di tecnologie d’automazione e di sicurezza in un unico sistema consente di potenziare l'efficienza e l’efficacia dei sistemi. Una soluzione integrata consente infatti un monitoraggio costante delle condizioni di impiego e delle funzioni macchina, fondamentale per abilitare un’immediata reazione di fronte a eventi minori e impedire imprevisti maggiori.
Per questo, la nuova serie di CPU Safety iQ-R di Mitsubishi Electric (www.mitsubishielectric.com), installabili direttamente sulla piattaforma multiCPU MELSEC iQ-R, consente il controllo di programmi sia di logica standard che di sicurezza all’interno dello stesso sistema, consentendo una facile integrazione delle funzioni di safety in sistemi di controllo nuovi o preesistenti.
La possibilità di gestire dispositivi di sicurezza senza la necessità di strutturare una rete dedicata separata, ma semplicemente collegandoli tramite la normale rete d’automazione, nello specifico CC-Link IE, permette inoltre di ottenere due vantaggi fortemente ricercati dall’industria, ovvero la riduzione degli spazi e dei costi di cablaggio.
Il ricorso a un unico strumento di programmazione, ovvero il software GX Works3, assicura infine un contenimento del costo di realizzazione delle soluzioni di sicurezza e permette di sfruttare l’interfaccia utente intuitiva e le funzionalità di manutenzione integrate nella piattaforma stessa. GX Works3 permette infine di contenere programmi operativi e di sicurezza all’interno dello stesso progetto, eliminando la necessità di gestire più cartelle di progetto, a tutto vantaggio dell’efficienza di programmazione. (Alberto Griffini)
Alberto Griffini, Product manager Advanced PLC & SCADA di Mitsubishi Electric.
MINIATURIZZAZIONE E MODULARITÀ
Varie sono le tendenze in atto nel mercato sul tema della sicurezza degli impianti industriali sulla base delle diverse necessità di gestione delle sue diverse funzioni. Per applicazioni con poche funzioni di sicurezza e poche interrelazioni tra le stesse, si preferisce ancora la classica soluzione costituita da moduli di sicurezza monofunzione e non configurabili. In questo caso, la richiesta più pressante è la miniaturizzazione dei dispositivi.
Per quel che riguarda soluzioni di tipo configurabile, la predominanza è ancora a favore di soluzioni, anche modulari, di tipo con cablaggio parallelo anche se è comunque in crescita l’interesse verso soluzioni con cablaggio a base seriale (moduli di I/O remotabili), stante anche la tendenza di queste ultime di prevedere soluzioni più semplici, flessibili e meno costose. Soluzioni via bus di campo sono più circoscritte ad applicazioni con elevato numero di dispositivi e di interrelazioni tra funzioni di sicurezza.
Phoenix Contact (www.phoenixcontact.com) è ovviamente attenta a tutte le esigenze di mercato e, dopo aver inserito solo un paio d’anni fa la nuova famiglia PSRmini, indiscutibilmente la famiglia di moduli di sicurezza con le più compatte dimensioni di ingombro su guida DIN (alcuni modelli sono larghi solo 6,8 mm), ha recentemente esteso ancor di più la propria offerta di soluzioni su base seriale con l’introduzione del modulo IB IL SAFE2. Questa soluzione ibrida, pur potendo essere inserita nella famiglia dei moduli di I/O remoti INLINE, prevede una possibile gestione locale delle più comuni funzioni di sicurezza, in modo estremamente flessibile e senza alcuna necessità di programmazione/configurazione.
Da sempre specializzati nella fornitura di dispositivi dedicati alla gestione della logica di sicurezza, il nostro sforzo è sempre stato quello di poter offrire al mercato una soluzione adeguata per qualsiasi necessità, con un rapporto costi/prestazioni ottimizzato e sempre, ovviamente, nel pieno rispetto delle caratteristiche tecniche necessarie per poter garantire la rispondenza ai riferimenti legislativi e normativi attinenti. (Raffaele Esposito)
Raffaele Esposito, Product Manager Safety I/0 & Networking di Phoenix Contact.
STRUTTURE DI SISTEMA DI LIVELLO ELEVATO
L’evoluzione tecnica degli ultimi anni applicata ai sistemi che gestiscono la sicurezza funzionale intesi sia come logiche di sicurezza sia come sensori di sicurezza ha portato ad avere sempre più dati disponibili per il controllo e la diagnostica, scambiati attraverso sistemi di comunicazione basati sugli stessi standard Ethernet e Internet. Questo nuovo approccio, ormai sempre più comune nei grossi impianti, permette di realizzare strutture di sistema di livello elevato collegate in rete che coinvolgono numerose persone, sistemi IT, componenti di automazione e macchine. Questo scenario apre nuove sfide relative alla modularizzazione, al collegamento in rete e alla distribuzione di funzioni di controllo in subfunzioni sempre più specifiche. La tendenza verso l’Industria 4.0 non è naturalmente priva di problemi: le macchine di processo e tutti i relativi sottosistemi diventeranno sempre più interdipendenti e la complessità dei sistemi crescerà rapidamente. Questo trend potrebbe essere percepito come rischioso da molte realtà industriali, se non adeguatamente supportato. Nel prossimo futuro ci saranno prodotti che necessariamente garantiranno livelli di performance sempre migliori e allo stesso tempo saranno sempre più complessi. Questo aprirà la porta a nuove problematiche legate ai rischi sulla sicurezza informatica (security): la convergenza di dati e informazioni espone le industrie a rischi sul know-how aziendale, sui dati commerciali.
I costruttori di dispositivi dovranno quindi focalizzarsi sempre di più su come proteggere dalla manomissione i dati di produzione e quelli dei propri clienti, su come condividere le informazioni che conviene condividere, senza rivelare invece quelle sensibili. Allo stesso tempo l’introduzione dell’Industria 4.0 porterà flessibilità, qualità ed efficienza della produzione garantendo inoltre una manutenzione predittiva delle macchine in uso, evitando guasti e inutili fermi macchina dovuti a problemi sia della parte standard che alla parte safety. Pilz Italia (www.pilz.it) vede le migliori prospettive in quei mercati dove l’export delle proprie macchine è molto marcato e in quei clienti che vogliono presentarsi al mercato globale con un partner con una riconosciuta affidabilità e reperibilità in tutto il mondo. Le prospettive di crescita vengono inoltre aiutate dagli ultimi aggiornamenti normativi che sensibilizzano i costruttori di macchine, i system integrator e ancor più gli utenti finali a un miglioramento della sicurezza funzionale delle proprie macchine e dei propri impianti. (Marco Pelizzaro)
Marco Pelizzaro, Certified Machinery Safety Expert (TÜV Nord), Product Manager di Pilz.
CRESCENTE INTEGRAZIONE
Nell'ambito dell’evoluzione tecnologica dell'automazione, emerge sempre di più il ruolo rappresentato dalla sicurezza funzionale. I costruttori di macchine e gli operatori sono tenuti, sotto un profilo etico e legale, a garantirla a tutela delle persone e dell’ambiente, in un’accezione più ampia. La prevenzione degli incidenti, così importante per il rispetto della persona e delle norme di legge, comporta anche risvolti economici positivi per l’industria.
I trend tecnologici indicano una crescente integrazione delle funzionalità di sicurezza nei componenti standard di automazione. I benefici della Safety Integrated di Siemens sono evidenti: oltre alla semplicità di integrazione dei diversi componenti, è possibile sviluppare le funzionalità di sicurezza congiuntamente ai compiti di automazione. Pertanto, i compiti di protezione per le persone, per i macchinari e per l’ambiente possono essere realizzati in modo flessibile, coniugandoli con le esigenze diagnostiche e con la conformità agli standard di sicurezza. In particolare, le direzioni verso cui si stanno muovendo oggi le soluzioni di sicurezza funzionale sono: la flessibilità, che si traduce in facilità di apportare cambiamenti o espansioni; l’installazione veloce grazie a funzioni già certificate; meno hardware, meno cablaggi, quadri più piccoli.
Alessandro Sardella, Product Manager Safety in ambito automazione di Siemens Italia.
L’integrazione della sicurezza funzionale nelle soluzioni di automazione standard permette di conciliare le prestazioni e la produttività delle applicazioni. Siemens (www.siemens.it) realizza tale integrazione attraverso un ampio portfolio di prodotti, dalla sensoristica al Motion Control, progettabili in un ambiente di sviluppo integrato. Nel mondo dei controllori logici programmabili troviamo ad esempio Simatic S7-1200F compatto e adatto per applicazioni sicure direttamente su macchina, Simatic S7-500F per il controllo completo in sicurezza di architetture complesse di macchine o impianti, passando per ET200SP- F CPU perfetto per macchine modulari, con spazi limitati. Inoltre tramite la tecnologia PROFIsafe, che sfrutta i bus di campo come Profibus o Profinet, è possibile effettuare una trasmissione sicura di dati tra più macchinari. Ciò comporta vantaggi decisivi sia per i costruttori di macchine sia per gli operatori. Con il concetto di Safety Integrated, Siemens contribuisce ad accelerare la realizzazione di macchine sicure e produttive, in conformità allo stato dell’arte tecnologico e alle normative di sicurezza. (Alessandro Sardella) ©ÈUREKA!
Le imprese devono sviluppare un concetto di sicurezza funzionale capace di ragionare su più livelli di protezione, offrendo una copertura integrata e adeguata a ciascun macchinario e a ciascun dispositivo fisso e mobile in azienda.