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

Slide 2

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

Slide 3

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

Silvio Appoloni

Slide 4

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

5 Giugno 2012

Comunicazione Digitale

Silvio Appoloni

Slide 5

IEEE 802.3 Fast Ethernet

EN 50170

EN 50295 EN 50254

I bus disponibili sul mercato

5 Giugno 2012

Comunicazione Digitale

Silvio Appoloni

Slide 6

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

Comunicazione Digitale

Silvio Appoloni

Slide 7

4 ÷ 20 mA

ieri & oggi

Fieldbus

oggi & domani

L’Evoluzione della comunicazione

26 Maggio 2015

5 Giugno 2012

Comunicazione Digitale

Silvio Appoloni

Slide 8

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

5 Giugno 2012

Comunicazione Digitale

Silvio Appoloni

Slide 9

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

Comunicazione Digitale

Silvio Appoloni

Slide 10

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

Comunicazione Digitale

Silvio Appoloni

Slide 11

La tecnica

Qual’è quello giusto?

La scelta del bus di campo è determinata dall’applicazione

Analisi dell’impianto

Scelta del bus

Ingegneria

5 Giugno 2012

Comunicazione Digitale

Silvio Appoloni

Slide 12

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

Comunicazione Digitale

Silvio Appoloni

Slide 13

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

5 Giugno 2012

Comunicazione Digitale

Silvio Appoloni

Slide 14

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

5 Giugno 2012

Comunicazione Digitale

Silvio Appoloni

Slide 15

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

5 Giugno 2012

Comunicazione Digitale

Silvio Appoloni

Slide 16

Profibus: un passo in avanti

5 Giugno 201226 Maggio 2015

Comunicazione Digitale

Silvio Appoloni

Slide 17

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

5 Giugno 2012

Comunicazione Digitale

Silvio Appoloni

Slide 19

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

5 Giugno 2012

Comunicazione Digitale

Silvio Appoloni

Slide 20

PROFIBUStool di configurazione

Data Sheets elettronicodei dispositivi (GSD-file)

PLC

PROFIBUS-DP

PROFIBUS-PA

Configurazione aperta “Plug and Play”

5 Giugno 2012

Comunicazione Digitale

Silvio Appoloni

Slide 21

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

5 Giugno 2012

Comunicazione Digitale

Silvio Appoloni

Slide 22

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

5 Giugno 2012

Comunicazione Digitale

Silvio Appoloni

Slide 23

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/

5 Giugno 2012

Comunicazione Digitale

Silvio Appoloni

Slide 24

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

26 Maggio 2015

5 Giugno 2012

Comunicazione Digitale

Le Isole funzionali

5 Giugno 2012

Comunicazione Digitale

Silvio Appoloni

Slide 26

L’impianto sotto controllo

Supervisione

Controllo

Manutenzione

Diagnostica

Analisi

26 Maggio 2015

5 Giugno 2012

Comunicazione Digitale

Silvio Appoloni

Slide 27

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

5 Giugno 2012

Comunicazione Digitale

Silvio Appoloni

Slide 28

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

26 Maggio 2015

5 Giugno 2012

Comunicazione Digitale

Silvio Appoloni

Slide 29

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

5 Giugno 2012

Comunicazione Digitale

Silvio Appoloni

Slide 30

Fieldbus

Fieldbus

Ethernet

Architetture: Controllo+Plant Asset Management+W@M

SCADA

PAM

W@M

5 Giugno 2012

Comunicazione Digitale

Silvio Appoloni

Slide 31

Tutte queste aziende fanno parte del consorzio FDT

®

26 Maggio 2015

5 Giugno 2012

Comunicazione Digitale

Silvio Appoloni

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

5 Giugno 2012

Comunicazione Digitale

Silvio Appoloni

Slide 33

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

5 Giugno 2012

Comunicazione Digitale

Silvio Appoloni

Slide 34

Esempio di DTM – diagnostica su posizionatore valvola

26 Maggio 2015

5 Giugno 2012

Comunicazione Digitale

Silvio Appoloni

Slide 35

Esempio di DTM – analisi comunicazione sul bus

26 Maggio 2015

5 Giugno 2012

Comunicazione Digitale

Silvio Appoloni

Slide 36

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

5 Giugno 2012

Comunicazione Digitale

Silvio Appoloni

Slide 37

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

5 Giugno 2012

Comunicazione Digitale

Silvio Appoloni

Slide 38

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

5 Giugno 2012

Comunicazione Digitale

Silvio Appoloni

Slide 39

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

Comunicazione Digitale

Silvio Appoloni

Slide 40

W@M Portal

PROFIBUS

PROFIBUSPROFIBUS

Impianto 1 Impianto 2Impianto n

26 Maggio 2015

5 Giugno 2012

Comunicazione Digitale

Silvio Appoloni

Slide 41

26 Maggio 2015

5 Giugno 2012

Comunicazione Digitale

Silvio Appoloni

Slide 42

Parti di ricambio

26 Maggio 2015

5 Giugno 2012

Comunicazione Digitale

Silvio Appoloni

Slide 43

La disponibilità dell’informazione?

Informazionedisponibilesempre e

dovunque!

26 Maggio 2015

5 Giugno 2012

Comunicazione Digitale

Silvio Appoloni

Slide 44

Riepilogo

Perché?

Come fare?

A chi interessa?

Quando conviene?

Quali vantaggi?

Maggiori prestazioni

Standard multivendor

Tutti

Sempre

Risparmio economico

26 Maggio 2015