OMAC PackML: supporto all’integrazione di macchine automatiche


Autori: Luca Bernardini (LIAM), Felice Gnerre (LIAM)
Articolo pubblicato su Automazione Integrata – Giugno 2013

Nata nel 1994 con il nome di Open Modular Architecture Controls, poi cambiato in Organization for Machine Automation and Control nel 2008, l’OMAC è una organizzazione che mette insieme costruttori di macchine automatiche, utilizzatori finali e fornitori di sistemi di automazione con lo scopo di cercare soluzioni comuni e condivise alle questioni che pone lo sviluppo di infrastrutture di controllo aperte e modulari. All’interno dell’OMAC, l’OMAC Packaging Work Group (OPW) si occupa di promuovere e migliorare standard e linee guida per lo sviluppo di macchine per il packaging con lo scopo di aumentare la flessibilità e ridurre i costi di integrazione. L’OPW è organizzato in cinque comitati: PackLearn e PackAdvantage si occupano di migliorare la comunicazione tra gli addetti ai lavori del settore stilando un linguaggio condiviso per descrivere problematiche comuni e promuovendo lo standard con proposte di formazione specifica riguardo le tematiche trattate; PackConnect si focalizza sulle modalità di comunicazione tra i dispositivi presenti in una macchina automatica; PackML è oggetto di approfondimento in questo articolo; PackSoft ha l’obiettivo di individuare quali standard sono da adottare per lo sviluppo della logica di controllo e proporre nuovi componenti di libreria che soddisfino funzionalità comuni alle macchine per il packaging. Il frutto del lavoro dei cinque comitati ha prodotto il documento “Guidelines for Packaging Machinery Automation” [GPMA06] di cui l’ultima versione è datata novembre 2006.

Figura 1 - PackML V3 Demo in MS Excel OMAC-OPW

Un aspetto di indiscusso rilievo che ha interessato l’attività di ricerca Architetture software machine indipendent & platform indipendent del LIAM è il tentativo dell’OMAC di tracciare una linea guida che definisca una convenzione sulla nomenclatura da adottare per rendere “open” l’architettura software di controllo di una macchina in modo da integrarla facilmente in una linea di produzione. In particolare il comitato PackML (Packaging Machine Language) dichiara che: “the primary goals are to encourage a common ‘look and feel’ across a plant floor and to enable and encourage industry innovation”.

Un primo impegno del comitato PackML è stato quello di individuare i diversi tipi di linee di produzione. Sono state identificate quattro categorie: macchine autonome che reagiscono alle condizioni presenti sul campo tramite la propria sensoristica; linee composte da macchine in grado di comunicare tra loro attraverso I/O digitali e analogici e reti di dati; linee dotate di un sistema SCADA o un controllore con il ruolo di supervisore; linee integrate in sistemi ERP per la gestione aziendale. Il lavoro centrale di questo comitato è stato definire il nome degli stati e le modalità operative (detti anche “modi macchina” o “Unit control mode”) in cui si trova ad operare la macchina e la transizione tra essi, lavoro interessante soprattutto per realizzare linee di produzione composte da diverse macchine e per agevolare chi si interfaccia con la macchina, come le applicazioni HMI a cui accedono gli operatori o i sistemi di supervisione e raccolta dei dati di produzione, quali i sistemi di Production Data Acquisition (PDA) e Manufacturing Execution Systems (MES).

PackML definisce quindi un automa a stati finiti di riferimento (illustrato in Figura 1) che modella il comportamento della macchina in una determinata modalità operativa. Lo stato attivo definisce la condizione reale e corrente della macchina, e le transizioni di stato sono innescate da segnali esterni alla logica di controllo, come le azioni dell’operatore o consensi da altre macchine, o segnali interni come il completamento di una operazione o il sopraggiungere di un fault macchina. Per ogni diversa modalità operativa si deve predisporre uno specifico automa che può essere costituito da un sottoinsieme degli stati previsti dal PackML. Ad esempio per ipotesi il modo macchina Producing necessita di tutti gli stati mentre il modo Semi-Auto solo di una parte di essi. La transizione tra i modi macchina deve essere regolata da un gestore (detto Unit Mode Manager) che determina come e in quali stati macchina può avvenire il cambio di modalità operativa (vedi Figura 2).

Figura 2 - Cambio modalità operativa

Il comitato PackSoft, oltre a raccomandare l’adozione dello standard IEC61131-3 per la programmazione dei controllori e l’uso della libreria standard PLCopen per il motion control, ha definito dei moduli software, raccolti in una libreria chiamata PackAL Packaging Application Function, tra i quali vi sono l’implementazione della macchina a stati PackML e il gestore delle modalità. Un ulteriore impegno del PackML è stato definire un insieme di tipi di dati, detti PackTags, che modellino i segnali di comando e di stato per controllare la macchina a stati, e le principali informazioni utili alla raccolta dei dati di produzione. Le macchine e i diversi sistemi di supervisione che implementano lo standard possono scambiarsi questi PackTags.

Il lavoro di OMAC ha stimolato i fornitori di tecnologie di controllo a sviluppare delle librerie software di supporto conformi allo standard, come l’iniziativa di Procter&Gamble che nel novembre 2009 ha rilasciato una guida all’implementazione del PackML riconosciuta dall’OMAC, che include un programma software realizzato con una piattaforma commerciale. Queste librerie, che sono oggetto di studio del LIAM, sono create con lo scopo di aiutare i progettisti software a recepire la proposta PackML. Quest’ultima però non può essere considerata un’architettura completa da utilizzare come template di riferimento per la progettazione del controllo logico di una macchina automatica data la carenza di design pattern specifici del dominio applicativo del packaging. Tuttavia il merito di OMAC è quello di sensibilizzare il settore dell’automazione sulla progettazione di sistemi software aperti e modulari.

Riferimenti:
OMAC-OPW – www.omac.org/content/packaging-workgroup
OMAC Guidelines for Packaging Machinery Automation Version 3.1 (Release Date: 5/11/06)
ISA-TR88.00.02-2008 Machine and Unit States: An Implementation Example of ISA-88

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