La Comunicazione Digitale - Dipartimento di Ingegneria ... · Facoltà di Ingegneria, ... Slide 8...
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5 Giugno 2012
Silvio Appoloni
Slide 1
La Comunicazione DigitaleFacoltà di Ingegneria, Università degli Studi di Bologna
DIEM - Dipartimento di Ingegneria delle Costruzioni Meccaniche,
Nucleari, Aeronautiche e di Metallurgia26 Maggio 2015
5 Giugno 2012
Comunicazione Digitale
Silvio Appoloni
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Qualche domanda a cui dare risposta
Perché?
Come fare?
A chi interessa?
Quando conviene?
Quali vantaggi?
26 Maggio 2015
5 Giugno 2012
Comunicazione Digitale
Silvio Appoloni
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Che cos’è la comunicazione digitale
I bus di campo
L’evoluzione della comunicazione
La tecnica
Dalla misura all’informazione
Le isole funzionali
L’impianto sotto controllo
I vantaggi
Riepilogo26 Maggio 2015
5 Giugno 2012
Comunicazione Digitale
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Che cos’è un bus di campo
Rappresenta la spina dorsale di un sistema di automazione, e consente il
dialogo bidirezionale tra apparecchiature in campo ed i sistemi di controllo
e supervisione.
Il fieldbus è indispensabile per sfruttare le potenzialità dei sensori e
attuatori intelligenti (p.e.: strumenti di misura; attuatori per valvole e
paratoie; inverter per motori; elettrovalvole) e per consentire la
realizzazione di software ad alto livello.
E’ aperto: non è proprietario o meglio è standard.
E’ diffuso: supportato da una grande quantità di costruttori di sistemi e
apparecchiature.
E’ interoperabile: garantisce la possibilità di collegarvi apparecchiature di
costruttori diversi (anche se concorrenti tra loro).
E’ conosciuto: molti utenti ed integratori lo usano con soddisfazione.
26 Maggio 2015
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Comunicazione Digitale
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IEEE 802.3 Fast Ethernet
EN 50170
EN 50295 EN 50254
I bus disponibili sul mercato
5 Giugno 2012
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I bus di campo, per strumentazione, più usati
Bus di campo aperti
DeviceNET
ControlNET
Modbus
Bus di campo standard (EN50170 o IEC 61158)
ControlNET
Profibus DP/PA/FMS
Fieldbus Foundation26 Maggio 2015
5 Giugno 2012
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4 ÷ 20 mA
ieri & oggi
Fieldbus
oggi & domani
L’Evoluzione della comunicazione
26 Maggio 2015
5 Giugno 2012
Comunicazione Digitale
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L’Evoluzione della comunicazione
IERI
Misura analogica 4 ÷ 20mA
Strumenti tradizionali
Unidirezionale
Un valore, un cavo
OGGI
Misura digitale
Strumenti intelligenti
Bidirezionale
Un cavo, tutte le informazioni
VANTAGGI
Precisione
Elevata quantità di informazioni
Controllo
Risparmio sull’installazione26 Maggio 2015
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La tecnica
Configurazioni e tarature direttamentedalla sala controllo.
Il sistema diconfigurazionee manutenzione èsempre in linea,consente il costantemonitoraggio dellesituazioni anomalesenza disturbare iltrasferimento dei datidal campo.26 Maggio 2015
5 Giugno 2012
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La tecnica
Integrazione diretta
In Zona Ex con sicurezza
intrinseca - max 8 dispositivi
per ogni segmento
Comunicazione ciclica
mediante master
Integrazione diretta
In Zona Ex con sicurezza
intrinseca - max 4 dispositivi
per ogni segmento
Comunicazione deterministica
strumento strumento e
strumento processo
26 Maggio 2015
5 Giugno 201226 Maggio 2015
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La tecnica
Qual’è quello giusto?
La scelta del bus di campo è determinata dall’applicazione
Analisi dell’impianto
Scelta del bus
Ingegneria
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Tecnologia per la comunicazione digitale
PROFIBUS FOUNDATION Fieldbus
FF-HSE / ControlNet
Linking
DeviceFF-H1
IEC 61158-2
Host PC
FFFF
PROFIBUS-DPRS485
Coupler/Link
PROFIBUS-PAIEC 61158-2
Controller PC
Decentralized: Link Activ Scheduler (LAS)
H2 Level: High speed Ethernet (100 Mbit/s)
H1 Level: FF (31.25 Kbit/s)
Centralized Master-Slave Structure
H2 Level: Profibus DP (9600 kb/s... 12 Mb/s)
H1 Level: Profibus PA (31.25 Kbit/s)
E+H supporta entrambi gli standard26 Maggio 2015
5 Giugno 201226 Maggio 2015
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EN 50170 Volume 2
De
vic
eP
rofi
les
Ap
pli
cati
on
Pro
file
s
Process Automation
PROFIBUS-PA
- Alimentazione sul bus- Sicurezza Intrinseca
Factory Automation
PROFIBUS-DP
- Plug and play- Efficiente ed economico
Veloce
General PurposeAutomation
PROFIBUS-FMS
-Grande varietà di applicazioni-Comunicazione Multi-master
Universale Specifico peril processo
La famiglia PROFIBUS
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CNC
PCVME
VMEPC PLC DCS
AreaController
Ethernet/TCP/IP TCP/IP/Ethernet
PROFIBUS-FMS
PROFIBUS-DP PROFIBUS-PA
Factorylevel
Bus CycleTime
< 1000 ms
CellLevel
Bus CycleTime
< 100 ms
FieldLevel
Bus Cycle-Time
< 10 ms
Comunicazione trasparente campo/sistema di controllo
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Tecnica di trasmissione - caratteristiche :
Alta Velocità (H2), RS 485
Trasmissione Asincrona conforme allo std. RS 485
Baud rate selezionabile da 9,6 Kbit/s fino a 12 MBit/s
Cavo schermato e twistato a coppie
max 32 dispositivi per segmento, max. 127 dispositivi in rete
Lunghezze cavi: 12 MBit/s = 100 m; 1,5 MBit/s = 400m; < 187,5 kBit/s = 1000 m
Lunghezza cavi estendibile fino 10 Km con l’uso di repeater
Connettore standard 9 PIN, D-Sub
Bassa Velocità (H1), IEC 1158-2
Trasmissione Sincrona (Manchester coding) a 31,25 kBit/s, impulsi di corrente
Sicurezza intrinseca (opzionale) con alimentazione del dispositivo tramite bus
Cavo schermato e twistato a coppie
Lunghezza bus fino 1900 m per segmento
max. 127 dispositivi, 10-32 per segmento (in funzione della classe di consumo)26 Maggio 2015
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Profibus: un passo in avanti
5 Giugno 201226 Maggio 2015
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PROFIBUS-DP
PROFIBUS-PA
DP-Masterclasse 2
DP-Masterclasse 1
PROFIBUS-PA Slave
PROFIBUS-DP Slave
Segment coupler
Inverter
Strumentida campo
Terminatore
Terminatore
Architettura Profibus DP/PA
5 Giugno 2012
Comunicazione Digitale
PROFIBUS
Stazioni Attive, interrogano i device
Dispositivi Passivi, Dispositivi Slave
Comunicazione combinata Multi-Master e Master-Slave
PLCPLCPC
PROFIBUS modo di accesso al Bus
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PROFIBUS-DP definisce tre tipi di dispositivi
DP-Master di Classe 1 (DPM1)
Unità centrale di controllo per scambio dati con I/O remoti e
dispositivi di campo (DP-Slaves)
Molti DPM1 sono, tipicamente PLC, PC, VME
DP-Master di Classe 2 (DPM2)
Configurazione, Monitoraggio o Engineering tool per set up
rete o parametrizzazione e monitoraggio DP-Slaves
DP-Slave
Periferiche decentrate e dispositivi direttamente interfacciati
Dispositivi tipici sono Input, Output, Drives, Valvole, Panelli
operatore ... STRUMENTI
26 Maggio 2015
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PROFIBUStool di configurazione
Data Sheets elettronicodei dispositivi (GSD-file)
PLC
PROFIBUS-DP
PROFIBUS-PA
Configurazione aperta “Plug and Play”
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PROFIBUS per Process Automation
E’ un’estensione del Protocollo PROFIBUS-DP usa il livello trasmissione IEC
1158-2.
Sostituisce l’attuale tecnica analogica 4...20 mA.
Solo due fili per alimentazione e trasmissione dati.
Collegamento diretto tra i dispositivi di campo e il sistema di controllo via bus
seriale.
Adatto per installazioni in luoghi pericolosi con soluzioni a Sicurezza Intrinseca.
Più funzioni e trasmissione dati digitale affidabile.
Controllo, regolazione e monitoraggio tramite un cavo con semplice coppia di
conduttori twistati e schermati.
Un unico Tool di configurazione per tutti i dispositivi.
Il PROFILO strumenti PROFIBUS-PA garantisce l’interoperabilità e
l’intercambiabilità.
Informazioni per la manutenzione e la diagnosi sono sempre disponibili.
26 Maggio 2015
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I Profili di PROFIBUS - PA garantiscono l’interoperabilità
Definisce i parametri per l’esercizio, l’identificazione, la
manutenzione, la diagnostica ...
Definisce il significato del dato (temperatura, pressione,
portata).
Definisce lo stato ed il valore ingegneristico della misura
(mbar, kg, l/s, °C).
Le function block standard garantiscono l’intercambiabilità.
Definisce i parametri di comunicazione ed il comportamento
dei dispositivi.
Supporta dispositivi a variabile singole o multiparametro.
Studiato per applicazioni in industrie chimiche.
26 Maggio 2015
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Decentralized I/O
Binary I/O
Analog I/O
Regulators
Timer
Counter
Ident-Systems
Gateways
AS-Interface
Proprietary networks
Tools
Configuration
Bus Monitor
Engineering
Host Interfaces
VAX computers
VME computers
Network components
Repeaters
Fiber optics
Cables
Drives
AC Drives
DC Drives
Controllers
PLC/NC/RC
VME, PC
Workstation
Software Drivers
DOS/Windows/NT/95
RT-OS/OS9/VRTX
VxWorks/PSOS+
OS2, QNX
UNIX/VMS
Services
Development Support
Implementation Support
Training
MMI
Operator Panels
Text Displays
Valves
Pneumatic Valves
Magnetic Valves
Instruments
Level
Flow
Pressure
Temperature
La gamma dei prodotti PROFIBUS
Siti Internet:http://www.profibus.comhttp://www.hartcomm.org/http://www.fieldbus.org/http://www.modbus.org/
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VANTAGGI
• Maggioriinformazioni
• Info diagnostiche
• Configurazione
• Asset management
IERI
• Portata
OGGI
• Massa• Volume• Densità• Temperatura• Predeterminatori• Counter• Batch• Prebatch• N° Tag, N° serie,
versione SW• Configurazione• Autodiagnosi• Condition monitor
Processo
Manutenzione
Dalla misura all’informazione
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Comunicazione Digitale
Le Isole funzionali
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L’impianto sotto controllo
Supervisione
Controllo
Manutenzione
Diagnostica
Analisi
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La comunicazione digitale
L’evoluzione della comunicazione digitale rende disponibili i
seguenti vantaggi:
Trasmissione di più valori misurati e della diagnostica dei
dispositivi.
Riduzione dei costi di installazione ed avviamento in confronto
alle tecnologie tradizionali.
Trasmissione simultanea di più valori delle variabili di processo
e i valori della parametrizzazione dello strumento.
Protezione degli investimenti grazie all’utilizzo di standard
come PROFIBUS.
26 Maggio 2015
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Vantaggi: Risparmi nell’acquisto e nell’installazione
Convenzionale Bus di campo
Process Near Component (PNC)
I/O module
marshalling rack
Ex [i] PS
marshalling rack
junction box
I/O module
marshalling rack
Ex [i] PS
marshalling rack
junction box
Process Near Component (PNC)
connection elements
bus coupler Ex [i]
cabinet
connection elements
bus coupler Ex [i]
PROFIBUS
FOUNDATION Fieldbus
Riduzione dei cablaggi
Minor numero moduli I/O
Barriere Ex non necessarie
Minor numero morsettiere
Riduzione quadri elettrostrumentali
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Vantaggi: Risparmi nell’acquisto e nell’installazione
Installazione tradizionale (4 … 20mA) 800 I/O Installazione Profibus da 2.500 I/O
Engineering
Installation
Hardware
51%
23%
27%
22%
22%
12%
0%
50%
100%Hardware Installation Engineering
100%
57%
4...20mA PROFIBUS
Source: NAMUR, AK 3.5 and practical experience
Engineering
Installation
Hardware
51%
23%
27%
22%
22%
12%
0%
50%
100%Hardware Installation EngineeringHardware Installation Engineering
100%
57%
4...20mA PROFIBUS
Source: NAMUR, AK 3.5 and practical experience
26 Maggio 2015
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Fieldbus
Fieldbus
Ethernet
Architetture: Controllo+Plant Asset Management+W@M
SCADA
PAM
W@M
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Tutte queste aziende fanno parte del consorzio FDT
®
26 Maggio 2015
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Slide 32
Cos’è lo standard FDT?
Standard aperto, indipendente, per l’integrazione di
dispositivi di campo in sistemi software, non legati alla
tecnologia e ai protocolli dei sistemi di acquisizione e
controllo.
Integrazione di un’ampia tipologia di dispositivi di campo
(sensori, valvole, drives, comandi, ecc..) mediante DTM.
Modalità di interfaccia operativa uniformata e completa per
essere impiegata in tool di gestione (Asset Management) e
sistemi di controllo.
26 Maggio 2015
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Cos’è un DTM (Device Type Manager)
Il DTM contiene le
funzionalità di
configurazione,
diagnostica ed altre
funzionalità.
Analogia di
funzionamento di un
DTM con un driver di
una periferica in
ambiente Windows.
I dati sono scambiati
attraverso l’applicazione
FRAME (es. FieldCare
E+H).DTM
FDTFrameApplication
26 Maggio 2015
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Esempio di DTM – diagnostica su posizionatore valvola
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Esempio di DTM – analisi comunicazione sul bus
26 Maggio 2015
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A chi serve un Plant Asset Management
Stazione PAM
DiagnosticaConfigurazioneBackupDocumentazione, ecc
PLC / DCS
HMI
TecnologiaFDT/DTM
FrameApplication
Operatori di produzione Operatori di manutenzione
Variabile di processo
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Life Cycle Management
Oggi tutte le aziende si impongono e perseguono obiettivi di
competitività ed efficienza:
Tempi di risposta rapidi
Risposte efficaci
Miglioramento del processo (messa a punto fine)
Gestione del ciclo di vita del mio impianto o processo al
meglio (tutela del patrimonio aziendale)
26 Maggio 2015
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W@M - Life Cycle Management
Le informazioni sono la chiave:
sono sempre aggiornate e
facilmente reperibili?
Endress+Hauser mette a
disposizione una piattaforma
Internet contenente tutto il
know-how storico e
aggiornato in tempo reale
relativo ai propri strumenti.
Il database, disponibile on-line
tramite account, integra ed
arricchisce il proprio sistema
locale di Plant Asset
Management.
Informazione sempre
aggiornata e facilmente
reperibile, in tutte le fasi del
ciclo di vita dello strumento!
26 Maggio 2015
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W@M - Life Cycle Management
Certificati del produttore
Calibrazione, Materiali, Sicurezza
Stato dei dispositivi
Condizioni di funzionamento, disponibilità , eventi
specifici del fornitore, versioni software
Storia dei dispositivi
Attività di manutenzione, Calibrazione e Service
Documentazione
Manuali utente, Informazioni tecniche, Istruzioni di
montaggio, Disegni e liste dei ricambi
Informazioni sulle parti di ricambio
26 Maggio 2015
5 Giugno 2012
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Slide 40
W@M Portal
PROFIBUS
PROFIBUSPROFIBUS
Impianto 1 Impianto 2Impianto n
26 Maggio 2015
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26 Maggio 2015
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Slide 42
Parti di ricambio
26 Maggio 2015
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Slide 43
La disponibilità dell’informazione?
Informazionedisponibilesempre e
dovunque!
26 Maggio 2015
5 Giugno 2012
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Slide 44
Riepilogo
Perché?
Come fare?
A chi interessa?
Quando conviene?
Quali vantaggi?
Maggiori prestazioni
Standard multivendor
Tutti
Sempre
Risparmio economico
26 Maggio 2015