Vantaggi dell'integrazione delle informazioni:

1
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

2
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

3
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

4
Computer Integrated Manufacturing CIM

• Flusso Informativo Tipico di Ciascun Livello

5
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

6
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

7
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 EthernetTCP/IP
• Rete per il Controllo
• Rete per il Campo

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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

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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

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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)

11
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

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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)8/104 12.84 16.8 mA

13
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.

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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

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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

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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

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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

18
Standard Seriale di Comunicazione RS 422
19
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

20
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

21
Standard Seriale di Comunicazione RS 485

• E' possibile creare reti multidrop caratterizzate
  dalla presenza di 32 coppie di ricevitori/trasmett
  itori (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 gt 32 può essere realizzata tramite
  ripetitori (es. Profibus DP)

22
Standard Seriale di Comunicazione RS 485
23
Architetture per la Connessione Seriale basata su
RS 485

• Half-Duplex (due fili)

• Full-Duplex (quattro fili)

24
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

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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

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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

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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 ! )

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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.

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Reti Orientate all'Automazione Industriale
BatiBus, InterBus-S, CAN (DeviceNet), LONWorks
InterBus-S, CAN, LONWorks, Profibus DP-PA-FMS,
WorldFIP
Profibus PA-FMS, WorldFIP, FieldBus Fondation
Ethernet