AUTOMAZIONE DI FABBRICA

Per far operare in modo funzionale e sicuro una fabbrica moderna, è necessario implementare una combinazione di sistemi diversi con varie funzioni per garantirne il funzionamento. L'IoT industriale (IIoT) non solo interconnette tutte le apparecchiature di produzione ma fornisce anche istantaneamente informazioni sulla produzione e sulle apparecchiature al responsabile della produzione per evitare potenziali errori e ridurre le possibilità di guasti alle apparecchiature. Oltre al "Sistema principale", sono necessari anche molti sistemi secondari (di supporto), come la prevenzione di incendi, lo sfiato dell'aria e delle acque reflue, l'illuminazione e il trasporto, la sicurezza e la gestione del personale, ecc. Con l'unicità di ogni prodotto e settore, i sistemi si suddividono in Sistema principale e Sistema ausiliario.

Questi sistemi includono vari controller e sensori che si combinano con le apparecchiature e i macchinari industriali per ottenere la stabilità del Set Point. Quello che sta dietro a queste apparecchiature automatizzate sono reti Ethernet interconnesse che consentono comunicazioni e collaborazione.

I principali sistemi sono i seguenti:

1. FMCS (Facility Monitoring Control System)
2. DCS (Distributed Control System)
3. Sistema di movimentazione delle materie prime
4. Sistema di misurazione della qualità/produzione
5. Sistema di misurazione
6. ESD (Emergency Shut Down System)
7. Allarme antincendio/Monitoraggio
8. Sistema di trattamento dell'acqua/rifiuti
9. Sistema di gas/stoccaggio/pompaggio
10. Sistema chimico
11. PS (Power Supply System)/Backup PS
12. Monitoraggio ambientale/Sistema di scarico
13. Sistema di monitoraggio del rilevamento delle perdite
14. Altro

 

I sistemi ausiliari sono considerati come segue:

1. HVAC (heating, ventilating, and air conditioning)
2. BAS (Building Automation System)
3. AGV (Automated Guided Vehicle)
4. Movimentazione/stoccaggio delle materie prime
5. Sistema di illuminazione/trasmissione
6. Gestione/sicurezza umana
7. Monitoraggio da remoto
8. Monitoraggio/manutenzione del dispositivo
9. Controllo accessi/Sistema di sorveglianza IP

 

I sistemi principali/ausiliari possono implementare il concetto IoT attraverso una pianificazione e una progettazione adeguate per garantire un giusto equilibrio tra costi e domanda. I concetti di progettazione IoT possono essere suddivisi come segue:

1. Alimentatore principale e di riserva
2. Sistema principale e di backup
3. Ridondanza dei supporti o ridondanza del sistema
4. Manutenzione e riparazione e costi correlati
5. Monitoraggio intuitivo e da un'unica finestra
6. Misurazione della produzione e delle prestazioni

 

Esempio 01. Controllo di processo - DCS (Sistema di controllo distribuito)

Il DCS viene utilizzato per gestire il controllo di processi di produzione complessi e di grandi dimensioni. Applicazioni comuni includono impianti di trattamento chimico (petrolchimici), impianti di cracking di nafta (cracker), centrali termoelettriche, impianti di trattamento delle acque reflue, che necessitano di sistemi di controllo su larga scala per funzionare. Tali sistemi in genere si collegano tramite HMI/SCADA a numerosi controllori di campo tramite Ethernet industriale e quindi dai controllori attraverso la rete di campo per collegare migliaia o milioni di sensori, switch di campo o bracci meccanici per il funzionamento del sistema. Una volta che il sistema è operativo, verrà raggiunto un rendimento fisso per la produttività ottimale dell'impianto definito Set Point. Un volume di produzione troppo alto o troppo basso avrà un impatto significativo sui costi di produzione e sul carico del sistema. Durante la pianificazione del sistema è vivamente consigliato l'utilizzo dell'architettura Double Tree, che utilizza un sistema di rete duale per collegare i sistemi di gestione della produzione, in modo che un eventuale guasto parziale di un sistema non influisca sul funzionamento complessivo dell'impianto. Questo vale soprattutto per impianti ad alto valore economico o di grande influenza come impianti petrolchimici, centrali elettriche, ecc. Si prega di fare riferimento allo schema seguente per la progettazione del sistema.

Esempio 02: Controllo di processo – Sistema PLC (controllore logico programmabile)

Il sistema PLC, a differenza del DCS, viene utilizzato per gestire sistemi di controllo di processo di impianto relativamente piccoli o di bassa complessità, pertanto i terminali di gestione sono relativamente meno numerosi. I vantaggi sono la facilità d'uso, il basso costo di sistema e l'ampia gamma di applicazioni. Applicazioni comuni includono sistemi di automazione degli edifici, sistemi di controllo delle emissioni (inquinamento), sistemi di ventilazione (aria esausta), sistemi di monitoraggio dei serbatoi di carburante/gas, sistemi di monitoraggio delle pompe, sistemi di apertura/chiusura dei cancelli (controllo dei cancelli) e così via.

Rispetto al DCS, i requisiti applicativi del sistema PLC in termini di produttività, immediatezza e stabilità del sistema sono molto inferiori. Nei sistemi PLC, generalmente si utilizza un host sorgente di backup singolo o doppio con un design di rete ad anello singolo; il sistema è più semplice da utilizzare e mantiene la flessibilità e la facilità di manutenzione. Lo switch di rete ISON offre una varietà di interfacce di comunicazione per soddisfare le esigenze di ogni cliente. Linee Ethernet intrecciate o in fibra ottica possono essere combinate in base alle diverse distanze. In abbinamento alla funzione di ridondanza IA Ring, IA Chain Ring (Redundant Ring Network), la rete può raggiungere la ridondanza all'interno di un sistema per evitare che il PLC host venga danneggiato da eventuali dispositivi di rete difettosi. Si prega di fare riferimento allo schema seguente per la progettazione del sistema.

Esempio 03: FMCS (sistema di monitoraggio e controllo delle strutture)

Il sistema di controllo della produzione FMCS è diverso dal sistema DCS e dal sistema PLC. Molto meno simile in termini di dimensioni e complessità al DSC, ma richiede un backup più elevato rispetto ai sistemi PLC, il che richiede una progettazione del sistema più incentrata sulla ridondanza piuttosto che sulla capacità di elaborazione. Tale requisito è comune nei grandi impianti ad alta tecnologia, come impianti di semiconduttori o impianti di pannelli (TFT/LCD/LED), fonderie di acciaio (acciaio/alluminio), stabilimenti automobilistici, ecc. Nei sistemi di rete industriale, in genere due o tre sistemi sono progettati per essere utilizzati in parallelo. In abbinamento a sistemi di rete a doppio anello (Dual Ring) o persino a triplo anello, si evitano tempi di fermo causati da anomalie del sistema. In particolare, per l'elevata efficienza e la produzione continua degli impianti ad alta tecnologia, è un investimento necessario. Il sistema di rete ad anello ISON, con computer host o PLC, per applicazioni industriali modulari, può offrire ai clienti un'elevata ridondanza di sistema e assenza di errori. Si prega di fare riferimento allo schema seguente per la progettazione del sistema.

Esempio 04. Sistema di movimentazione delle materie prime

Sebbene il sistema di approvvigionamento delle materie prime in una fabbrica non sia importante quanto il sistema FMCS, con l'aggiunta di tale sistema, una fabbrica può risparmiare notevolmente sui costi di manodopera e aumentare l'efficienza. Quando i materiali originali vengono consegnati allo stabilimento, devono essere sottoposti a movimentazione, stoccaggio o persino trasporto verso le unità di produzione pertinenti all'interno dello stabilimento; se tale processo viene gestito automaticamente, l'efficienza può essere notevolmente migliorata. Al contrario, un guasto improvviso di tale sistema non comprometterà comunque seriamente il funzionamento dell'impianto, che passerà semplicemente alla modalità manuale e continuerà a funzionare normalmente. Questo tipo di applicazione è frequente nelle fabbriche. In altre parole, è importante, ma non essenziale.

Tra sistemi di monitoraggio, quali lo stoccaggio di materie prime, i sistemi di trasporto (a nastro), i sistemi di sollevamento, generalmente viene adottato un metodo più semplice per gestire il sistema di pianificazione. Il suo obiettivo principale è collegare le stazioni meccaniche o di console di ciascuna stazione tramite un sistema ad anello singolo (Single Ring) o una combinazione di reti internet wireless (Wi-Fi o Zigbee). A seconda della distanza tra le aree della stazione, è possibile combinare l'uso di linee RJ45 o in fibra ottica. Infine, le informazioni rilevanti possono essere raccolte sull'HMI lato campo e, inoltre, possono essere acquisite su richiesta tramite il sistema di controllo dell'impianto collegato per la registrazione e l'archiviazione dei dati.

Per la progettazione del sistema fare riferimento allo schema seguente.

Esempio 05. Sistema di misurazione/ispezione della qualità

Una volta che un prodotto esce dalla linea di produzione, viene sottoposto a test e controllo qualità. Attraverso metodi scientifici e attrezzature specializzate, si identificano i prodotti difettosi e si utilizzano le informazioni raccolte per migliorare la qualità del prodotto e la resa produttiva. Solitamente, un sistema di controllo qualità di questo tipo si collega al sistema di assistenza clienti al fine di garantire la soddisfazione del cliente. Tale attività è solitamente autonoma, meno complessa, meno immediata e senza problemi di backup di rete o di sistema. Questi sistemi utilizzano in genere reti di tipo bus, che collegano macchine di ispezione, strumenti e librerie. Un semplice switch non gestito può essere molto utile in questi ambiti. Fare riferimento allo schema seguente per la progettazione del sistema.