Integrazione dell'Informazione nell'Automazione Industriale Vantaggi dell'integrazione delle informazioni: ottimizzazione e pianificazione dei processi produttivi: migliore utilizzo delle risorse riduzione del tempo di produzione semplificazione dell'installazione e manutenzione ad esempio taratura a distanza e rilevamento guasti massima flessibilità di produzione riconfigurazione del sistema a nuove lavorazioni in tempi brevi miglioramento del controllo della qualità controllo di ogni singolo prodotto invece che solo alcuni campioni

Integrazione dell'Informazione nell'Automazione Industriale Integrazione delle informazioni nei sottosistemi di lavorazione: uso di dispositivi di controllo il più possibile standardizzati dal punto di vista dei segnali I/O gestione dei flussi informativi tra i vari dispositivi (hardware/software) coordinamento e supervisione

Computer Integrated Manufacturing CIM E' il modello di riferimento per la realizzazione dell'integrazione delle informazioni Si basa sul concetto di dividere le attività in livelli gerarchici Vengono definiti gli scambi informativi all'interno di ciascun livello Vengono definiti gli scambi informativi tra i livelli

Computer Integrated Manufacturing CIM Piano di Officina (Sensor/Actuator Area) Sistemi di Controllo (Field Area) Supervisione di Cella (Cell Area) Supervisione Integrata Gestione Stabilimento Gestione Azienda Flusso Informativo Tipico di Ciascun Livello:   Quantità di Dati Durata della Trasmissione Frequenza della Trasmissione Gestione e Supervisione MByte Ore/Minuti Giorni/Turni Area di Cella KByte Secondi Area di Campo (Field) Byte Centinaia s... 100ms 10..100 ms Area Attuatori/Sensori Bit s...ms ms

Sistemi di Comunicazione nell'Automazione Industriale Sono necessari differenti sistemi di comunicazione per soddisfare le differenti esigenze di trasmissione nei livelli del CIM informazioni semplici ma ad alta frequenza, nei livelli bassi; informazioni complesse ma con minore frequenza, nei livelli alti Non è necessaria la corrispondenza uno-a-uno tra ciascun livello CIM e un sistema di comunicazione Un sistema di comunicazione può essere utilizzato per gestire il flusso informativo di uno o più livelli adiacenti

Sistemi di Comunicazione nell'Automazione Industriale In genere possono essere individuate tre categorie di reti: Rete per le Informazioni Rete per il Controllo Rete per il Campo

Sistemi di Comunicazione nell'Automazione Industriale In genere possono essere individuate tre categorie di reti: Rete per le Informazioni Comunicazione tra dispositivi dedicati alla Supervisione Integrata e alla Gestione dello Stabilimento e dell'Azienda I dispositivi utilizzati sono PC e/o Workstation Le informazioni trasmesse sono complesse, e composte da molti bytes Le frequenze di trasmissione non sono alte e non è necessario assicurare la trasmissione entro intervalli tempo-critici Tipicamente sono utilizzate: Ethernet+TCP/IP Rete per il Controllo Rete per il Campo

Sistemi di Comunicazione nell'Automazione Industriale In genere possono essere individuate tre categorie di reti: Rete per le Informazioni Rete per il Controllo Comunicazione tra dispositivi a livello di Supervisione di Cella e di Field Area I dispositivi utilizzati sono PC, PLC, DCS (Distributed Control System) Le informazioni trasmesse non sono complesse Le frequenze di trasmissione sono alte (sec o centinaia di msec) E' necessario assicurare la trasmissione entro intervalli tempo-critici Possono essere utilizzati sistemi tradizionali (come RS 485 e 4-20mA) o reti orientate all'automazione industriale Rete per il Campo

Sistemi di Comunicazione nell'Automazione Industriale In genere possono essere individuate tre categorie di reti: Rete per le Informazioni Rete per il Controllo Rete per il Campo Comunicazione tra dispositivi al livello di Field Area e all'Area Sensori/Attuatori I dispositivi utilizzati sono PLC, sensori ed attuatori Le informazioni trasmesse sono molto semplici (bits) Le frequenze di trasmissione sono molto alte (msec.) E' necessario assicurare la trasmissione entro intervalli tempo-critici (schedule dell'ordine di msec.) Possono essere utilizzati sistemi tradizionali (come RS 485 e 4-20mA) o reti orientate all'automazione industriale

Soluzioni Classiche di Comunicazione Soluzione Analogica: collegamenti analogici punto-punto (standard 4-20 mA) generalmente per collegare sensori/attuatori a PLC (Reti per il Campo)  Soluzione Digitale: collegamenti digitali Master/Slave con seriale (standard RS 232, RS 422, RS 485) generalmente per collegare PLC con PLC/PC (Reti per il Controllo)

Standard 4-20 mA Nasce dalla: necessità di trasportare segnali analogici da sensori verso PLC e da PLC verso attuatori diversità dei segnali analogici generati dai sensori e da inviare agli attuatori (valori in tensione o in corrente, e diversità di intervalli di valore) necessità di una standardizzazione dei segnali

Standard 4-20 mA Caratteristiche dello Standard 4-20 mA: si basa su codifica basata su corrente, perché un segnale analogico rappresentato da corrente elettrica è meno sensibile ai rumori rispetto un segnale rappresentato da tensione un segnale analogico è rappresentato da una corrente che può assumere valori compresi tra 4 e 20 mA. Esempio: un sensore di pressione fornisce valori di pressione tra 0 e 10 bar. Una pressione di 8 bar viene rappresentata dalla corrente di valore pari a: (20-4)*8/10+4 = 12.8+4 = 16.8 mA

Standard 4-20 mA Schema di collegamento a due fili tra il trasmettitore ed il ricevitore l'alimentazione DC (24-30 V) non è quasi mai disponibile nel trasmettitore (sensore ad esempio). Generalmente l'alimentazione è locale al ricevitore (PLC ad esempio) la corrente viene convertita in tensione (tramite opportuna resistenza) localmente al ricevitore vantaggio della codifica del minimo valore di corrente (4 mA): nel caso di guasto (trasmettitore guasto o interruzione di linea) il valore di 0 mA viene convertito in 0V, permettendo l'individuazione del guasto. Trasmettitore Ricevitore DC + - 4-20 mA

Standard Seriale di Comunicazione RS 232, RS 422, RS 485 Caratteristiche comuni: Standard per trasmissioni binarie (maggiore immunità ai disturbi) Codifica del segnale digitale in valori di tensione

Standard Seriale di Comunicazione RS 232 Definito dallo standard ANSI/EIA-232-D "Interface Between Data Terminal Equipment and Data-Circuit-Terminating Equipment Employing Serial Binary Data Interchange“ Ideato per la connessione DTE-DCE (PC-modem) Può essere utilizzato anche per la connessione DTE-DTE Utilizza la tipologia di trasmissione "Unbalanced": Vi è una sola linea per la trasmissione Il valore logico trasmesso è codificato dal valore della tensione della linea riferita alla terra

Standard Seriale di Comunicazione RS 232 Ha un limite sulla distanza massima (50 ft.15 m) Ha un limite sul bit/rate (20 Kb/s) Numero di Trasmettitori (T) = 1 Numero di Ricevitori (R) = 1 Esempi di valori di tensione riconosciuti dal Ricevitore: Valore Logico 0 +3  +25 Volts Valore Logico 1 -3  -25 Volts Zona di Indecisione -3  +3 Volts T R

Standard Seriale di Comunicazione RS 422 Definito dallo standard EIA RS-422-A "Electrical Characteristics of Balanced Voltage Digital Interface Circuits “ Ideato per la connessione di più dispositivi (un Trasmettitore e più Ricevitori) Utilizza una tipologia di trasmissione "Differenziale". Vengono usate due linee per la trasmissione di un segnale. Il valore logico trasmesso è codificato dal valore relativo delle tensione delle linee. “La trasmissione "Differenziale" ha il vantaggio di essere più immune ai disturbi

Standard Seriale di Comunicazione RS 422 Valore Logico Tensione Linea A 1 Negativa rispetto alla Tensione sulla Linea B Positiva rispetto alla Tensione sulla Linea B T R A B

Standard Seriale di Comunicazione RS 422 La maggiore immunità ai disturbi permette di: raggiungere distanze di 4000 ft 1.2 Km. avere bit/rate superiori (10 Mb/s) Numero di Trasmettitori = 1 Numero di Ricevitori (max) = 10 Esempi di valori di tensione: Valore Logico 0 per il Ricevitore VAB +200mV+6Volts Valore Logico 1 per il Ricevitore VAB -200mV-6Volts Zona di Indecisione per il Ricevitore VAB -200mV+200mV

Standard Seriale di Comunicazione RS 485 Definito dallo standard EIA 485 "Standard for Electrical Characteristics of Generator and Receivers for Use in Balanced Digital Multipoint Systems“ Ideato per la connessione di più dispositivi (più Trasmettitori e più Ricevitori) utilizza una tipologia di trasmissione "Differenziale" distanze di 4000 ft. bit/rate di 10 Mb/s numero di Trasmettitori (max) = 32 numero di Ricevitori (max)= 32

Standard Seriale di Comunicazione RS 485 E' possibile creare reti multidrop caratterizzate dalla presenza di 32 coppie di ricevitori/trasmettitori (al massimo) E' necessaria la presenza di un Master (schema di comunicazione Master/Slave) Ogni Trasmettitore deve prevedere un ingresso di Enable, al fine di poter disconnettersi dalla trasmissione (Tristate) La realizzazione di reti con un numero di stazioni > 32 può essere realizzata tramite ripetitori (es. Profibus DP)

Standard Seriale di Comunicazione RS 485 Valore Logico Tensione Linea A 1 Negativa rispetto alla Tensione sulla Linea B Positiva rispetto alla Tensione sulla Linea B T R A B Enable

Half-Duplex (due fili) Architetture per la Connessione Seriale basata su RS 485 Half-Duplex (due fili) Full-Duplex (quattro fili)

Reti di Comunicazione Orientate all'Automazione Industriale Nascono dai limiti delle soluzioni classiche: complessità nel cablaggio, documentazione e manutenzione (4-20 mA) costi del cablaggio (4-20 mA) difficoltà nell'espansione e nella riconfigurazione (4-20 mA & RS-485) assenza di protocolli di comunicazione standard Problema della codifica dei dati (soprattutto con RS-485) Gestione Errori di Trasmissione Gestione dell'accesso al mezzo fisico condiviso (e.g.RS-485) Servizi di comunicazione standard per lo sviluppo di programmi (e.g.dll) Interoperabilità e intercambiabilità

Reti di Comunicazione Orientate all'Automazione Industriale Sono sistemi di comunicazione tipicamente basati su trasmissione digitale seriale (RS-485) A volte possono integrare anche standard 4-20mA Hanno tipicamente topologia a bus Possono presentare connessioni a stella (4-20mA) Oltre alla definizione di uno standard di comunicazione di tipo Fisico, presentano alcuni dei livelli OSI Livello Fisico Livello Data Link Livello Application

Reti di Comunicazione Orientate all'Automazione Industriale Sono dotati di funzioni utente (User Level) assai complesse ed orientate all'automazione industriale: Sincronizazione Schedulazione Real-Time Gestione di anomalie e taratura di dispositivi Facilitazione nelle installazione e rimozione di dispositivi Comunicazioni uno-a-uno, uno-a-molti, uno-a-tutti Distribuzione del controllo, basata su dispositivi "intelligenti" Sensore di temperatura con funzionalità di diagnostica interna Valvola dotata di regolatore di portata di tipo PID, con auto diagnostica

Reti di Comunicazione Orientate all'Automazione Industriale Area di Utilizzo: collegamento di dispositivi di controllo industriale e di supervisione (Cell Area e Field Area) collegamento di dispositivi di controllo industriale e relativi all'area sensori/attuatori (Field Area e Sensor/Actuator Area) Attuali Limiti: costi dei dispositivi difficoltà "mentale" e "tecnica" nella modifica degli impianti attuali mancanza di un unico standard di comunicazione (IEC 61158: uno, nessuno e una decina ! )

Reti Orientate all'Automazione Industriale Le diverse esigenze presenti nei livelli CIM ha determinato la nascita di tre tipologie di reti: Bus di Sensori  Collega dispositivi non intelligenti Lunghezza tipica dei messaggi è inferiore al byte Collega dispositivi non intelligenti e quelli con funzioni "intelligenti" di diagnostica Bus di Dispositivi Lunghezza tipica dei messaggi è inferiore a 16-32 byte Bus di Campo Orientato a dispositivi "intelligenti" Gestione Real-Time di Schedulazione e accesso data base distribuito Lunghezza tipica dei messaggi è di centinaia di bytes.

Reti Orientate all'Automazione Industriale Sensori PLC, dispositivi intelligenti PLC Controllo, Supervisione bit bytes messaggi file 8 30 256 Bus di Sensori Bus di Dispositivi Bus di Campo BatiBus, InterBus-S, CAN (DeviceNet), LONWorks InterBus-S, CAN, LONWorks, Profibus DP-PA-FMS, WorldFIP Profibus PA-FMS, WorldFIP, FieldBus Fondation Ethernet