Cosa si intende per Industria 4.0 , Smart Factory e Quarta rivoluzione industriale ?

Smart Factory e Industria 4.0
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Industria 4.0 : Gli indicatori universali

Tra gli aspetti fondamentali dell'industria 4.0 ci sono , come abbiamo visto negli articoli precedenti, intelligenza distribuita , internet of things e la possibilità di connettere sistemi fisici , digitali e di analisi e controllo dei processi collocati in qualsiasi punto di un'industria o di una rete di industrie. Resta comunque la necessità per gli addetti che lavorano all'interno della fabbrica di prendere visione , analizzare e controllare , in determinate posizioni , grandezze rilevate in loco o in un qualsiasi altro punto della fabbrica. A questo scopo sono pensati gli indicatori universali , che sono anch'essi sempre più sistemi distribuiti, grazie all'interconnessione con i bus industriali .

Gli indicatori sono strumenti di precisione che offrono una lettura della misurazione di una grandezza fisica. Consentono di visualizzare parametri come la temperatura, l’umidità dell'aria, la pressione o la forza esercitata e per questo motivo vengono largamente impiegati nell’industria per il controllo degli impianti o in laboratorio per la rilevazione dei dati delle ricerche.

Oltre alla misurazione e all'indicazione di segnali normalizzati, l’indicatore può misurare anche altre grandezze fisiche mediante appositi sensori collegati direttamente all'indicatore. In questo caso si parla di lettura indiretta degli indicatori.

La visualizzazione dei dati misurati può essere rappresentata in maniera analogica o digitale. Nel caso degli indicatori a lettura analogica, il valore misurato è riportato su una scala graduata, mentre nel caso degli indicatori a lettura digitale, la variazione del dato viene rappresentata direttamente da un valore numerico e visualizzata su apposito display attraverso un numero o di un diagramma grafico.

I display utilizzati per questo scopo sono di diverso tipo. La tecnologia più utilizzata è quella del display a cristalli liquidi ma negli ultimi anni si è assistito ad un’ulteriore evoluzione grazie alla tecnologia OLED. OLED È una tecnologia che permette di realizzare display a colori con la capacità di emettere luce propria: a differenza dei display a cristalli liquidi , che vengono illuminati da una fonte di luce esterna , i display OLED non richiedono componenti aggiuntivi per essere illuminati ma producono luce propria; questo permette di realizzare pannelli molto sottili, addirittura pieghevoli e arrotolabili e che richiedono minori quantità di energia per funzionare, determinando un notevole risparmio energetico.

Come nei precedenti articoli, il modo migliore per scendere nei dettagli delle modalità di funzionamento dei componenti illustrati è quello di prendere in esame un prodotto reale , le sue caratteristiche tecniche e le modalità di funzionamento. Nell’ambito degli indicatori universali OLED , prendiamo in considerazione l'indicatore universale OLED PCE-N40U che può essere utilizzato per la misurazione di vari tipi di segnale. Questo indicatore si contraddistingue dagli altri per la facilità di lettura e per la completezza della rappresentazione dei dati. Oltre all'indicazione numerica infatti, su questo indicatore si possono rappresentare i dati e valori misurati in formato di grafico attraverso un diagramma a barre.

Questo tipo di indicatore può essere collegato e configurato mediante un PC. Ciò ha il vantaggio che le configurazioni programmate vengono archiviate, cosa che permette di configurare altri indicatori con la stessa configurazione. Questa funzione garantisce un grande risparmio di tempo, e protegge gli indicatori da una manipolazione indebita.
Il collegamento e il trasferimento dei dati è possibile grazie all'interfaccia Modbus, che è uno dei protocolli di comunicazione seriale più diffusi al mondo per la comunicazione tra dispositivi elettronici industriali consente di inviare i dati a PLC , HMI , Pannelli operatore e computer industriali con sistemi SCADA , specializzati nella nella gestione e nel controllo dei processi industriali.

Oltre alla misurazione dei dati, il dispositivo permette di impostare anche una serie di allarmi grazie ai relè incorporati nell’indicatore.

Concludendo la sua descrizione, L'indicatore universale OLED PCE-N40U è uno strumento estremamente versatile e di facile utilizzo: L'indicatore universale dispone infatti di un pannello frontale dove sono presenti i tasti per la programmazione. Il menù è disponibile in 5 lingue e può essere montato sia in orizzontale che in verticale grazie anche ad un pratico contenitore da tavolo con piedini reclinabili, venduto separatamente e che permette di impilare più contenitori o di utilizzare l’indicatore in forma mobile.

Esempio di specifiche tecniche :
- Display OLED monocromatico (colore giallo)
- Dimensioni: 96 x 48 mm
- Frequenza di campionamento fino a 1,2 kHz (0,83 millisecondi)
- Impostazione di differenti tipi di segnali
- Installazione orizzontale o verticale
- 2 relè (uscite di allarme)
- 1 uscita analogica 0/4 ... 20 mA
- Comunicazione seriale tramite interfaccia RS-485
- 2 ingressi utenti programmabili
- Programmazione attraverso il menù di testo in 5 lingue

Industria 4.0 : i sistemi di telemanutenzione e teleassistenza

Tra i numerosi vantaggi dell'Industria 4.0 uno non trascurabile consiste nella possibilità di effettuare lavori di manutenzione e assistenza su macchine, impianti e sistemi in remoto senza quindi la necessità che ci sia un tecnico presente sul posto : si parla in questo senso di tele-manutenzione o teleassistenza.

Questo tipo di sistema di manutenzione comporta risparmi non indifferenti perché permette di intervenire preventivamente e tempestivamente, riducendo nel contempo le ore lavorative dei tecnici supervisori , i tempi di uscita del manutentore necessari per recarsi all’impianto , i tempi di inattività dell'impianto o del processo.

La disponibilità di intelligenza distribuita all'interno della fabbrica, sia per rendere disponibili misure , consensi , finecorsa , interruttori di stato che per ricevere segnali e parametri permette di portare questi valori non solo all'interno di ogni punto dell'azienda all'interno dello stabilimento , ma anche fuori dallo stabilimento stesso in qualsiasi altro luogo dove sia presente una rete internet o GSM.

Per entrare nel concreto e vedere come funziona un sistema di telemanutenzione e teleassistenza , prendiamo un esempio concreto di modulo commerciale disponibile sul mercato basato proprio su sistema GSM : il sistema di manutenzione a distanza GSM, modello PCE-TAM 300 fornisce una soluzione di intervento per poter monitorare e controllare sistemi o impianti decentralizzati. Il controllo di impianto e processi in remoto avviene infatti tramite agli avvisi SMS o e-mail che possono essere inviati in tempo reale all’operatore.

Il PCE-TAM 300, si collega a un server a intervalli regolari per trasferire i valori di misura, lo stato dei contatti, etc e informa l'utente quando il processo ha raggiunto un determinato stato o valore limite o in caso di caduta della tensione.

E’ un sistema estremamente flessibile, dalle dimensioni e dal peso contenuto, montabile su guida DIN e che permette il monitoraggio costante a distanza ma anche la variazione dei parametri di registrazione in maniera remota. In molti impianti è possibile infatti che alcuni parametri debbano essere modificati dopo l'istallazione e sia quindi necessario apportare variazioni alla parametrizzazione dei moduli. Nulla di più semplice, Si può intervenire tramite porta usb o sempre a distanza tramite interfaccia browser.

I moduli per i sistemi di manutenzione a distanza professionali e industriali consentono infatti di effettuare tutti i lavori di manutenzione e assistenza su macchine, impianti e sistemi senza che nessuno sia fisicamente presente.

Inoltre, in caso di errore, oppure per la formazione dei tecnici, si può richiedere la consulenza a distanza di un esperto. La manutenzione a distanza può essere effettuata tramite una linea fissa (analogica o ISDN), linee mobili (GPRS, EDGE, UMTS, HSPA) oppure internet (DSL, LAN, TV via cavo). Oltre alle linee di collegamento è necessaria un'interfaccia comune (es. RS232, RS485, MPI o Profibus) per poter effettuare la manutenzione a distanza

Il segnale GSM è particolarmente potente e permette l’utilizzo del sistema di manutenzione in tutto il mondo grazie alla tecnologia quadband della rete mobile di cui è dotato e che permette di operare sulle frequenze 850, 900, 1800 & 1900 MHz Può essere alimentato a corrente o a batteria. Tra l’altro dispone di una batteria 6 V / 6 Ah con regolazione di carica integrata che lo rende particolarmente efficiente.

E’ possibile infine abbinare al sistema diversi accessori come i moduli per gli ingressi analogici, l’antenna SMA e l’interfaccia di programmazione.

Grazie agli accessori e alle interfacce estese, i moduli di controllo remoto di PCE come modello PCE-TAM 300, possono essere configurati per qualsiasi impostazione personalizzata del cliente permettendo la progettazione di un sistema che integri i sensori, i datalogger, i convertitori e i moduli di controllo remoto

Specifiche tecniche

GSM Rete mobile Quadband (850, 900, 1800 & 1900 MHz)
Alimentazione: Alimentazione a corrente: 11 ... 35 V DC / 290 mA Batteria: 6 V / 6 Ah con regolazione di carica integrata
Interfaccia USB per programmazione
Collegamento antenna SMA
Temperatura operativa -30 ... 60 °C
Dimensioni 72 x 90 x 61 mm Peso 139 g

I componenti dell'Industria 4.0 : I moduli I/O ( Ingresso/Uscita )

Quante volte abbiamo sentito parlare , negli ultimi anni , di Fabbrica intelligente , Industria 4.0 e Quarta Rivoluzione Industriale o , con terminologia anglosassone , Smart Factory , Smart Industry e Industry 4.0 ? Una vera e propria rivoluzione che sta portando grandi cambiamenti nel mondeo dell'economia, dell'impresa e dell'occupazione, con la progressiva riduzione o scomparsa di alcune mansioni ripetitive e che richiedono poche conoscenze e la nascita di un numero sempre maggiore di professioni dedicate con alti livelli di competenza e specializzazione.

Affronteremo in un apposito approfondimento le origini e le conseguenze di quella che alcuni hanno definito come una vera e propria quarta rivoluzione industriale , in questo articolo iniziamo invece una prima puntata di approfondimento su quelli che sono i componenti che permettono di mettere in atto il concetto di Industria 4.0 : i moduli di ingresso/uscita o I/O.

Non è un caso se partiamo proprio dai moduli I/O ; essi incarnano infatti due tra i principi fondanti dell'Industria 4.0 : l'intelligenza distribuita e la Big Data analysis , ovvero la capacità di raccogliere e analizzare una grande mole di dati per automatizzare e rendere efficiente l'azienda dalla produzione all'amministrazione , al management ( si pensi ad esempio alla possibilità di conoscere con esattezza i costi dei consumi energetici in ogni singolo impianto produttivo dell'azienda ).

L'intelligenza distribuita ha via via spostato i sistemi di controllo da pochi sistemi di acqusizione ed elaborazione centralizzati a tanti apparecchi montati direttamente sul campo e in grado di acquisire ed elaborare i segnali e decidere le azioni di controllo. Tra i primi sistemi ad essere stati decentrati vi sono proprio stati i moduli I/O , tanto che i bus di campo hanno conosciuto grande diffusione negli '90 e 2000 quando ancora si parlava di industria 3.0 : se però pensiamo al paragone con l'informatica e i calcolatori degli anni '70 e '80 , in cui tutte le periferiche che servivano ad effettuare uno scambio di dati o segnali tra un sistema operativo o i programmi utilizzati erano nei pressi del calcolatore , comprendiamo quanta strada sia stata percorsa dalla tecnologia.

A rendere tutto questo possibile è stata la diffusione dei bus di campo e all'utilizzo delle reti dati anche in ambito industriale : Ethernet , Modbus , Profibus , Lonworks sono solo alcuni degli standard più utilizzati , la cui larga diffusione ha permesso di abbattere i costi di integrazione nei vari componenti tanto che gli stessi moduli I/O sono impiegati anche in domotica e building automation , per l'automazione degli edifici ad uso terziario e residenziale di medio/grandi dimensioni , accanto agli standard tipici della domotica come KNX .

Per addentrarci nel funzionamento di un modulo di ingresso/uscita , prendiamo ad esempio i moduli I/O della serie PCE-SM , per standard Modbus prodotti dalla PCE Instruments , azienda che si occupa tanto di automazione quanto di misurazione e trasduzione. . Il Modubs è un protocollo master/slave , cioè il flusso di informazioni normalmente viene amministrato da un "master" che gestisce il sistema e uno o più "slave" che rispondono alle interrogazioni del master. Il protocollo MODBUS definisce come il master e gli slave stabiliscono ed interrompono la comunicazione, come trasmettitore e ricevitore devono essere identificati, come i messaggi devono essere scambiati e gli errori rilevati. Per impostare i parametri del modulo basta utilizzare il software di configurazione e l'interfaccia RS232 che trova sul pannello frontale.

I moduli I/O permettono di collegare al bus Modbus :

1) ingressi digitali , che permette di trasformare in pacchetti modbus segnali binari o a impulsi come interruttori , finecorsa e altri sensori digitali come fa ad esempio il modulo PCE-SM3 .

2) ingressi analogici , che trasformano in pacchetti modbus le informazioni provenienti da sensori analogici , sia in tensione 0-10V , che in corrente 0/4 ... 20mA che PT100 o 0-40 Ohm , come fa ad esempio il PCE-SM1 .

3) uscite digitali , che a partire dalle informazioni contenute nel pacchetto modbus inviato al modulo di uscita , comandano fino a 8 uscite digitali . E' il caso ad esempio del modulo PCE-SM4 .

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