verticale

Manutenzione predittiva dei guasti su reti di processo

- Industria 4.0, i benefici attesi
- Legge di Bilancio
- Punti importanti per il rinnovo tecnologico
- Industry 4.0: il nuovo modello ISA
- Modello ICT - Information and Communications Technology
- Normative Bus di Campo
- Le tecnologie disponibili
- Reti fieldbus
- Quali errori su reti Ethernet Industriali
-Come fare a prevenire i guasti sulle reti industriali ?

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Atti di convegni o presentazioni contenenti case history
mcT Petrolchimico Roma maggio 2019 Proposte, soluzioni e innovazioni per l'industria Petrolchimica. IoT, digitalizzazione, Safety e Security

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mcT Petrolchimico Roma 2019Segui aziendaSegui




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Roma, 9 maggio 2019 Gli atti dei convegni e più di 10.000 contenuti su www.verticale.net Manutenzione predittiva dei guasti su reti di processo Genoa Fieldbus Competence Centre Spin Off Università di Genova Facoltà di Ingegneria (DITEN) Micaela Caserza Magro Alberto Sibono Industria 4.0 in Italia Legge di Bilancio quali gli scopi Legge di Bilancio quel o che conosciamo Legge di Bilancio i requisiti Punti importanti per il rinnovo tecnologico ' Networking: Machines, devices, sensors and people can connect with each other and can over the Internet of
Things or the Internet of People communicate.
' Information transparency: sensor data expand information systems of digital factory models, to create
such a virtual image of the real world.
' Technical assistance: assistance systems support the people with the help of aggregated, visualized, and
understandable information. So be informed decisions
and issues resolved quickly. Also, people are supported physically strenuous, unpleasant or dangerous work.
' Decentralized decision-making: Cyber-physics systems are able to make independent decisions and to
carry out tasks. Only in exceptional cases, for example,
when interference or goal conflicts, it transfers the duties
of a higher instance. Sopra lo SCADA il sistema è
de-materializzato (software).
Le interazioni e lo scambio
dati sono rappresentate con
modelli derivati dal Purdue
Reference Model.
Il modello di riferimento per i
livelli alti dell''automazione è
lo standard ISA 95 (recepito
come IEC 62264) e per i
processi batch lo standard ISA
88 (IEC 61512).
Industry 4.0: il nuovo model o ISA Industry 4.0: il model o di riferimento L''architettura di
riferimento serve a definire
il flusso dati tra i soggetti (e
oggetti) che entrano in
gioco durante l''intero ciclo
di vita di una macchina o
impianto o prodotto.
Lo scopo è quello di
standardizzare il profilo di
comunicazione in tutte le
transazioni necessarie.
Gli obiettivi di Industry 4.0 sono: 1 la digitalizzazione e
l''integrazione della fabbrica
2 la digitalizzazione dei prodotti
e dei servizi offerti
3 modelli innovativi di business
digitale
11 Cernusco s/N, Il pre-requisito di
Industry 4.0
è la capacità di
comunicare dei
componenti/apparat
i che devono essere
tra
loro interconnessi a formare una rete. Modello funzionale (ISA 95) Modello ICT - Information and Communications Technology Sistema di comunicazione Industry 4.0: ma cosa
intendiamo'
Industry 4.0: Dati di comunicazione: protocolli 17 Dati Infrastruttura di rete Servizi del sistema di comunicazione Tempistiche per trasferimento dati Dati affidabili STRUTTURA DEL MODELLO ISO /OSI ü Standard per i protocolli di comunicazione ü Struttura suddivisa in 7 livelli gerarchici. ü Ogni Layer utilizzerà vari protocolli ' Application Layer : HTTP/HTTPS, SNMP, DNS, FTP, SSH.... ' Transport Layer : TCP, UDP ' Network Layer : IP, ICMP, DHCP, ARP... ' Network Access Layer : Ethernet, PPP, OSPF... STRUTTURA DEL MODELLO ISO/OSI Il modello ISO Open System
Interconnection, OSI, è lo
standard utilizzato per la
comunicazione di una rete di
calcolatoritori
Esso è composto da una struttura
a strati costituita da una pila di
protocolli di comunicazione di
rete, suddivisa in 7 livelli
gerarchici.
Con protocollo di comunicazione
si intende una serie di regole che
permettono a dei calcolatori di
connettersi tra di loro e
scambiarsi dati.
STRUTTURA DEL MODELLO ISO/OSI Ogni Layer avrà un compito specifico § Physical Layer: si occupa del controllo
fisico della rete (tensioni, modulazione,
codifica)
§ Data Link Layer: si occupa del trasferimento dei dati in maniera
affidabile (sincronizzazione, controllo
errori, prioritizzazione)
§ Network Layer: si occupa
dell'instradamento dei pacchetti
(Routing) § Transport Layer: si occupa del
trasporto dei dati
§ Session Layer: si occupa di gestire le
sessioni
§ Presentation Layer: si occupa di
standardizzare le informazioni
§ Applicaziont Layer: si occupa
dell'interfaccia con le varie
MODELLO ISO/OSI E STACK TCP/IP NORMATIVE PER I BUS DI CAMPO Process + TK1 TK2 PUMP 1 F02 F01 OR 4 V124 V123 V104 LCV2 V101 V102 LCV1 V105 V106 PVC1 PVC2 V107 V108 PT2 TT2 F03 2"1/2 2"1/2 2"1/2 2"1/2 1"1/2 1"1/2 TK2 PT1 FT2 LT2 VSD2 PUMP2 VSD1 Actuators + Sensors + Control INTRODUZIONE 24 Le tecnologie disponibili: Fieldbus Seriale Ethernet 4-20 mA 25 Requisiti base per ambiente industriale Mission critical
'Non sono ammessi fermi o perdite di pacchetti Ambiente «sporco»
'Temperature estreme
'Polvere
'Agenti chimici «Rumore» elettrico
'Impianti di BT, MT insieme ad impianti di segnale 'Presenza di carichi disturbanti
'Presenza di rumore e disturbi Vibrazioni Interoperabilità
'Possibilità di comunicare con altri dispositivi
'Possibilità di rendere disponibili dati anche attraverso protocolli diversi 'Multi produttore Comunicazione real-time e deterministica Livelli di priorità
'Alcuni dati devono essere deterministici e real-time 'Alcuni dati sono non time critical Reti fieldbus 27 © 2017 Rete Ethernet Industriale Internet <10ms Automazione <1ms Controllo assi traffico IT TCP/IP <100ms IRT RT Soluzione ETHERNET Real Time Architettura di un sistema FF INTRODUZIONE Hart TRASMISSIONI DIGITALI Tutte le comunicazioni nell'' ambito automazione
avvengono grazie a delle trasmissioni digitali.
Per trasmissione digitale si intende la trasmissione di
segnali di informazione digitali o digitalizzati (cioè in
origine analogici e successivamente convertiti in
digitale).
La trasmissione digitale, rispetto a quella analogica,
presenta i seguenti vantaggi: Maggiore immunità al rumore (disturbi)
Utilizzo di sistemi intelligenti (più facile elaborazione
dei dati)
Flessibilità, efficienza e sicurezza (possibilità di
utilizzare svariati software)
Multimedialità (scambio di svariate informazioni di
natura diversa) VANTAGGI & PRECAUZIONI ' Principali vantaggi dei bus di campo: ' Riduzione significativa della lunghezza del cavo, del numero dei cavi, di canalette, passacavi, ecc. ecc. ' Messa a punto e supervisione centralizzata dei dispositivi (tutto dalla sala di comando). ' Permette di scambiare informazioni importanti (parametri, diagnostica ecc.). ' Maggiore flessibilità nella progettazione e nella stesura dell''installazione.
' Possibilità di future estensioni e modifiche. ' Precazioni : ' Maggiore dipendenza dai difetti di cablaggio e di progettazione.
' Sono richieste competenze specifiche per avviare e manutenere l'installazione (corsi di formazione e certificazione operatori) La TOP 5 dei guasti (reti seriali) Terminazioni ' Troppe terminazioni
' Poche terminazioni Linee di potenza ' Separazione delle linee
' Alimentazione e comunicazione Regole di cablaggio ' Lunghezza cavi
' Connettori Errori di configurazione ' Problemi con i tool di ingegneria per la configurazione della rete Interfacce danneggiate ' Schede di interfaccia non certificate
' Schede di interfaccia danneggiate 33 Quali errori su reti Ethernet
Industriali
' Cavi danneggiati
' Disturbi EMC
' Errori di cablaggio Problemi di rete ' Indirizzi duplicati
' Porta non aperta
' Indirizzi non assegnati Problemi di configurazione 34 © 2017 Come fare a prevenire i guasti
sulle reti industriali '
I passi da seguire ............. 35 © 2017 1) Conoscere il protocollo di
comunicazione utilizzato e le sue
specifiche
36 © 2017 1 bis ) Seguire un corso specifico
per il protocollo di comunicazione
da utilizzare
37 © 2017 2) Una buona progettazione
è fondamentale per una buona
rete e per una migliore
manutenzione!
38 © 2017 2 bis) Dotarsi di tool di
progettazione (per esempio il
calcolo preventivo del carico di
rete)
PIANIFICAZIONE DI UNA RETE
INDUSTRIALE
ü La pianificazione di una rete Industriale è un punto cruciale. ü Ogni Architettura di rete (Ethernet/IP, Power Link, PROFINET etc...) dispone di specifiche di funzionamento diverse, pertanto sarà opportuno andare ad identificare quale fra quelle disponibili andrà piu incontro alle mie richieste. ü Avremo comunque dei punti in comune da gestire, in quanto Ehternet di "base" non gestisce, come: ' Determinismo ' Safety e Security ' Quality Value ' PNM 40 © 2017 3) Dispositivi di infrastruttura di
rete (repeater, switch,....)
efficienti e che permettano di
realizzare architetture
performanti e immuni da
disturbi EMC
41 © 2017 3bis ) Informarsi sui prodotti che
permettono di realizzare una
infrastruttura di rete robusta e
protetta
42 © 2017 4) Dotarsi di strumenti di
analisi della qualità della rete ,
in continuo, e accessibili da
remoto
Analizzatori di protocollo ' Strumenti di diagnostica on ''line Accessibili da rete aziendale o da remoto via web
server consentono un monitoraggio costate della rete .
I dati sono salvati in un database.
Gli operatori possono essere avvisati via email dei
guasti o malfunzionamenti e analizzare i messaggi da
remoto e venire ad una conclusione circa lo stato dei
dispositivi in rete. Funzionalità analizzatori di
protocollo
© 2017 45 © 2017 4bis ) Corso per saper utilizzare
al meglio gli strumenti di analisi
della qualità della rete
NETWORK PLANNING ' La topologia della rete deve seguire i seguenti criteri: Disposizione spaziale dei componenti in maniera coerente al layout impianto Calcolo lunghezza tratte di linea Previsione espansioni future Calcolo carico di rete e traffico Verifica qualità e degrado dei telegrammi trasmessi Verifica isolamento EMC 47 © 2017 5) Audit e validazione rete ESIGENZE INDUSTRIALI E
«OFFICE»
Esigenze Industriali Esigenze «Office» Tempo di ciclo di comunicazione
deterministico Traffico non deterministico, malgrado la
gestione della priorità Monitoraggio ciclico della comunicazione Nessun monitoraggio Ridondanza.
Scambio Automatico La perdita di connessione deve essere ripristinata manualmente Riservazione di ampiezza di banda per certi devices (p.e. PLC) per garantirne l''accesso Mezzo condiviso, accessibile da tutti i device Alimentazione: 18 - 57 VDC,
100 '' 240 VAC, Power-over-Ethernet Alimentazione: 100 VAC '' 240 VAC Involucri metal ici, connessioni e cavi resistenti alle vibrazioni Involucri e connessioni in plastica Involucri, antenne, cavi non contenenti alogeni, devono resistere al fuoco, '
Certificazioni ATEX, Rina, ' Nessuna certificazione specifica Classe di protezione IP 65, -20 °C,
utilizzabile al ''esterno Uso in uffici e case ETHERNET: PUNTI DI FORZA ü Standard nel settore delle applicazioni office e
gestionali. ü Grande affidabilità. ü Comunicazione in maniera integrata dal livello aziendale al livello di campo. ü base delle tecnologie IT come SMTP (e-mail), HTTP (server web) e altre funzionalità informatiche. ü Grande velocità, 100 e 1000 Mbit, con possibilità di ulteriori sviluppi (10 Gbit e superiori). PIANIFICAZIONE DI UNA RETE
INDUSTRIALE
Ridurre il rischio di incidenti Proteggere i propri dati ! COME MONITORARE LA RETE ü Posizionamento di un analizzatore di rete per monitoraggio in continuo Indicazione di malfunzionamneto ANALISI TRAFFICO DI RETE ' Netwotk load
' Jitter dei telegrammi
' Broadcast o multicast net load
' Update times
' Cicli di invio del controllore
' Device diagnosi, failures, restarts,
' Error telegrams
' Trigger function per allarmi Errori Netload Allarmi Scelta diagnostica attiva o passiva Anomali e di rete Picchi di carico ü Monitoraggio in tempo reale e in continuo dello stato della rete ü Notifica istantanea nel verificarsi di un malfunzionamento ü Gestione degli allarmi DIFFUSIONE DEGLI ALLARMI AI REPERIBILI ü Una corretta gestione degli allarmi permette di ridurre i tempi di interruzione della produzione PNM '' PERMANENT NETWORK MONITORING REMOTE ACCESS SERVICE 24-7 ü Accesso 24/7 alla rete industriale ü Connessione delle macchine o dei PLC tramite comunicazione seriale RS-232/485, Ethernet ü Crea un canale dati criptato verso le apparecchiature remote utilizzando diversi metodi per l'accesso ai propri dispositivi ü Sviluppo rapido e soluzione scalabile Troubleshooting e diagnostica Misure e verifiche in sito Identificazione soluzioni migliorative Audit reti durante la messa in servizio Installazione e cablaggio Verifiche funzionali Verifica progettazione rete Identificazione non conformità Suggerimenti migliorie CONCLUSIONI The End..........Grazie !


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