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1 La ricerca si sviluppa su due linee: 1. Studio, analisi di fattibilità, ricerche, progettazioni e sviluppo sperimentale volto alla realizzazione di prototipi di circuiti elettronici e di software per la gestione remota di impianti di telecontrollo con tecnologie innovative. 2. Ricerche, acquisizione di know-how, progettazioni e sviluppo sperimentale volto alla realizzazione di impianti pilota per l introduzione della visione automatica nel controllo qualità e nel ciclo di controreazione del controllo di processi industriali. La stessa è stata svolta in collaborazione il laboratorio di ricerca accreditato dal Ministero dellaricerca Demetra S.p.A. di Perugia diretto dal Prof. Luciano Blois. La direzione scientifica è stata affidata ad un pool di esperti della facoltà di Ingegneria dell Università degli Studi di Perugia: Prof. La Cava, Dott. Ing. Ficola e Dott. Ing. Fringuelli. La ricerca è stata cofinanziata dal Ministero dell Università e della Ricerca. Pag. 1/18

2 Oggetto : Relazione lavori conclusione progetto di ricerca Nell ambito dei lavori condotti per le due linee di ricerca : 3. Studio, analisi di fattibilità, ricerche, progettazioni e sviluppo sperimentale volto alla realizzazione di prototipi di circuiti elettronici e di software per la gestione remota di impianti di telecontrollo con tecnologie innovative. 4. Ricerche, acquisizione di know-how, progettazioni e sviluppo sperimentale volto alla realizzazione di impianti pilota per l introduzione della visione automatica nel controllo qualità e nel ciclo di controreazione del controllo di processi industriali. si sono concretizzati diversi aspetti degni di nota. Nel seguito, verranno analizzate le caratteristiche fondamentali dei risultati raggiunti e di quelli in corso di definizione, da sviluppare ulteriormente in futuro. La ricerca, comunque proficua, ha portato ad un notevole incremento del livello di conoscenza all interno dell azienda ed ha permesso di approfondire aspetti importanti altrimenti trascurati. I principali argomenti affrontati dall inizio della sperimentazione possono essere riassunti come segue. Nel prosieguo saranno analizzati singolarmente più in dettaglio. Pag. 2/18

3 Linea di ricerca n. 1 Organizzazione ambiente di lavoro ed acquisizione delle attrezzature e dei dispositivi necessari alla sperimentazione. Analisi delle problematiche relative alla supervisione ed al telecontrollo di impianti. Schematizzazione delle principali caratteristiche necessarie ad un software di gestione di impianti distribuiti. Analisi di mercato per la scelta di alcune tipologie di dispositivi di controllo e comunicazione da utilizzare per la gestione ed il telecontrollo degli impianti distribuiti. Sviluppo software di gestione impianti distribuiti. Realizzazione driver software per l interfacciamento di alcuni dispositivi hardware nel software di cui al punto precedente. Progettazione di hardware dedicato alla sicurezza di connessione ed al telecontrollo di impianti. Realizzazione hardware progettato. Test dei sistemi realizzati su applicazioni reali. Analisi di sistemi complessi e studio di una soluzione per l integrazione della supervisione remota e del telecontrollo. Sviluppo software per gestione integrata Installazione del software in impianti pilota di tipologia diversa : trattamento delle acque reflue ed impianti di sollevamento, cabine di trasformazione, stazioni di pompaggio Pag. 3/18

4 Linea di ricerca n. 2 Organizzazione ambiente di lavoro, costruzione del banco prova ed acquisizione delle attrezzature e dei dispositivi necessari alla sperimentazione. Studio approfondito sull analisi delle immagini e sui sistemi e tecniche di illuminazione. Caso reale : Impianto di selezione e scarto fette biscottate o Progetto Sistema o Progetto Meccanico : prima stesura con movimentazione assi, seconda stesura con sistema pneumatico di scarto o Progetto Elettrico o Progetto Sistema di Visione o Realizzazione Meccanica ed impianto elettrico o Realizzazione Software di Controllo o Realizzazione Software di Visione ed Analisi delle Immagini o Installazione e Test in Campo Caso reale : Analisi presenza e corretto posizionamento sorprese impianto produzione uova pasquali di cioccolato. o Progetto Sistema o Progetto Meccanico o Progetto Elettrico o Progetto Sistema di Visione o Realizzazione Software di Visione ed Analisi delle Immagini o Installazione e Test in Campo Pag. 4/18

5 Dettaglio delle sperimentazioni effettuate Software GestImp Il pacchetto GestImp realizza un sistema completo per la supervisione ed il telecontrollo di impianti. Il software è strutturato a moduli. Ogni modulo ha una funzionalità autonoma e ben precisa. Tale struttura permette una ampia flessibilità ed apertura verso ulteriori ampliamenti, salvaguardando l investimento iniziale. I dati raccolti, così come le configurazioni, sono gestiti con database ODBC compatibili, in modo da essere facilmente accessibili con i normali programmi MS Office. Il pacchetto, che è sviluppato completamente a 32 bit ed utilizza la tecnologia ActiveX,DCOM e TCP/IP per la comunicazione tra moduli, permette all utente di interagire con il sistema: identificazione, visualizzazione allarmi, storici, grafici, eventi, collegamento ad impianti, impostazione delle funzionalità principali, gestione delle manutenzioni, etc. Tutte le operazioni possibili fanno capo ad una finestra o ad un comando impartibile da menù. Tale sistema rappresenta l interfaccia della rete di impianti verso l utente. E da questa che si visualizzano le informazioni di interesse, si gestiscono i collegamenti, gli utenti, gli eventi e quant altro fa parte del telecontrollo e della telegestione degli impianti. Il pacchetto attualmente in sviluppo è costituito dai seguenti moduli. - SrvAccessi : Interfaccia di dialogo con l utente e di collegamento ai vari impianti. Raccoglie tutte le operazioni che l utente può effettuare per il collegamento, il telecontrollo, la supervisione e l analisi dei dati. - SrvEventi Gestione allarmi ed eventi; stampe - Configurazione Impianti Caratteristiche degli impianti e della comunicazione con i relativi drivers. - Drivers Comunicazione con i sistemi in campo (locali o remoti) Attualmente sviluppati : OPC verso Siemens S7-200 su modem, Seneca su modem ed ethernet, GE; proprietario verso Siemens S5 su modem - Grafici Impostazione e visualizzazione grafici - Gestione Manutenzioni Caratteristiche utenze e gestione manutenzioni - Configurazione Archivi Impostazione opzioni di archiviazione e trattamento dati - Analisi Analisi dei dati raccolti Pag. 5/18

6 Nel dettaglio alcuni moduli: SrvAccessi : Interfaccia di dialogo con l utente Il modulo SrvAccessi realizza l interfaccia con l utente e con tutti gli altri moduli del sistema. Tale programma è l unico che deve essere lanciato per l avvio del sistema. Il modulo si presenta all utente come una barra inserita nella parte alta dello schermo, di cui viene ridimensionata l area visibile. All avvio del programma vengono avviati i moduli di gestione dei database (non visibile), di gestione eventi, di gestione manutenzioni ed i drivers di comunicazione con i dispositivi in campo SrvEventi : Gestione allarmi ed eventi; stampe SrvEventi raccoglie tutte le segnalazioni di allarme, le anomalie ed i messaggi generati dagli altri moduli del programma. E organizzato in stile Gestione Risorse ; sulla sinistra è mostrato l elenco degli impianti disponibili divisi per gruppo di appartenenza, sulla destra sono mostrati gli eventi relativi all impianto o al gruppo selezionati. Tali eventi sono ulteriormente suddivisi in schede, in modo da evidenziarne rapidamente la tipologia: - Generale, raccoglie tutti i messaggi. - Eventi ed Allarmi, presenta l elenco degli eventi e degli allarmi comunicati dagli impianti. - Messaggi, riporta i messaggi degli altri moduli, es. la richiesta di shutdown da parte del supervisore, il reset delle ore di manutenzione. - Sistema, riporta le segnalazioni e le anomalie di sistema es. archiviazione dati, login utente, etc. - Manutenzioni, riporta le segnalazioni di superamento dei limiti di manutenzione delle utenze. Pag. 6/18

7 Configurazione Impianti : Caratteristiche degli impianti Il programma è stato strutturato in modo la lasciare all utente abilitato la massima possibilità di modificare il comportamento e le caratteristiche degli impianti. Il modulo di configurazione impianti permette di impostare tutti i parametri di funzionamento del software degli impianti E organizzato in stile Gestione Risorse ; sulla sinistra è mostrato l elenco degli impianti disponibili divisi per gruppo di appartenenza, sulla destra sono mostrati, a seconda della selezione, la lista degli impianti con le principali caratteristiche o i parametri impostabili raggruppati per tipologia. Drivers Il driver di comunicazione con il campo gestisce il dialogo tra il PC di supervisione ed i vari dispositivi installati in campo. Nel funzionamento normale del programma, non è richiesto l intervento dell utente; le procedure sono tutte automatiche. All arrivo di nuovi eventi o di dati storici, il driver si preoccupa di tradurre le informazioni e di comunicarle ai moduli relativi che gestiscono, poi, i dati raccolti. L interazione con l utente è richiesta quando si devono effettuare operazioni di configurazione, quando si devono inviare agli impianti dati di parametrizzazione, di configurazione, di programma, etc. E inoltre possibile effettuare manualmente il collegamento con i vari impianti (a seconda della tipologia di comunicazione installata) per verificare lo stato del sistema, delle grandezze rilevate e delle archiviazioni. Grafici : Impostazione e visualizzazione grafici Tramite questo modulo, l utente può visualizzare i dati storici archiviati per ogni impianto. E possibile aprire dei grafici già configurati, eventualmente modificandone il contenuto o i parametri di visualizzazione, o crearne di nuovi. Il modulo si presenta come una lavagna dove è possibile aprire contemporaneamente più grafici. Pag. 7/18

8 In ogni grafico è possibile inserire un numero qualsiasi di curve. La limitazione è data solo dalla effettiva possibilità di visualizzazione. Sono disponibili un numero qualsiasi di assi per i tempi ed un numero qualsiasi di assi per i valori (al massimo uno per curva). Più assi per i tempi consentono di sovrapporre e confrontare periodi diversi ma analoghi, come per es. un giorno con il successivo, un mese con il corrispondente dell anno precedente, etc. Più assi per i valori, consentono di visualizzare sullo stesso grafico e con dimensioni confrontabili valori molto diversi tra loro. Se ad es. si cercasse di visualizzare una variabile con range da 1 a 10 insieme ad una variabile con range fino a 10000, si otterrebbe che l andamento della prima variabile non sarebbe apprezzabile. Impostando la doppia scala posso visualizzare entrambe le variabili con il massimo dettaglio possibile. Nel caso sia attivato un collegamento diretto con l impianto è possibile aggiornare i dati visualizzati in tempo reale. Gestione Manutenzioni : Caratteristiche utenze e gestione Il pacchetto di gestione delle manutenzioni, analogamente agli altri pacchetti del sistema, è organizzato stile Gestione Risorse. Nella parte sinistra è riportato l elenco degli impianti secondo il raggruppamento scelto; nella parte destra sono riportati i dati relativi alla scelta di sinistra. Saranno quindi visualizzati l elenco degli impianti, l elenco delle utenze generali o raggruppate per singolo impianto, le informazioni relative ad una singola utenza. Il pacchetto gestisce gli interventi di manutenzione preventiva, ordinaria e straordinaria. Ad ogni intervento è possibile registrare la tipologia di intervento e la causa di un eventuale guasto, le operazioni effettuate, i tecnici che hanno partecipato ed i tempi di intervento e risoluzione. In più, è possibile registrare il materiale utilizzato per la manutenzione e quindi gestire la segnalazione al magazzino Di ogni utenza vengono impostati i dati costruttivi e le eventuali caratteristiche particolari. In più, si stabilisce il limite di ore lavorate dopo le quali è necessario effettuarne la manutenzione (preventiva). La verifica delle utenze può essere fatta per tempo di funzionamento, numero di avviamenti, ad intervallo fisso, a giorni fissi. L insorgenza di necessità di intervento viene segnalata graficamente dal sistema e viene poi trattata alla stregua di un messaggio di allarme (di priorità definibile) e come tale gestita: stampa della segnalazione, invio messaggio al reperibile, al manutentore, al centro di supervisione, etc. Il modulo di gestione della manutenzione è collegato direttamente al funzionamento delle utenze dell impianto. Pag. 8/18

9 Il manutentore provvede ad effettuare le operazioni di routine ed informa il sistema dell avvenuta manutenzione. Da questo momento viene azzerato il contatore (parziale) delle ore di funzionamento, in attesa della manutenzione successiva. Rimangono evidenziate le ore totali di funzionamento dell utenza. L elenco delle manutenzioni effettuate è registrato dal sistema e mostrato all utente in ordine decrescente di data (la manutenzione più recente è in testa). Il manutentore ha la possibilità di registrare le operazioni di manutenzione effettuate anche se non è scaduto il tempo limite; in questo caso non viene azzerato il contatore parziale. Il sistema applica una politica di gestione conservativa: ad ogni operazione di manutenzione segnalata, viene richiesto se resettare il contatore parziale; questo permette di eseguire una manutenzione anche a riprese successive senza il pericolo di dimenticarsene (la segnalazione viene eliminata solo dopo l azzeramento del tempo di manutenzione). Questa possibilità permette di tenere traccia di tutte le attività svolte e di riesaminarle in seguito, anche da remoto. I limiti di manutenzione possono essere associati a gruppi o per singola utenza. Per ogni utenza è possibile archiviare, oltre ai dati delle principali caratteristiche, anche gli schemi elettrici, gli schemi meccanici, i particolari di montaggio, le sequenze filmate o fotografiche sui procedimenti di installazione e manutenzione, per limitare al massimo la necessità di interventi tecnici specializzati per operazioni di routine. Il sistema gestisce un magazzino utenze, per cui la stessa utenza può essere collocata in diverse posizioni dello stesso o di altri impianti, sempre conservando il proprio contatore per la manutenzione. E possibile risalire in qualsiasi momento alla storia della collocazione della singola utenza, con la data di spostamento, la posizione iniziale e quella di arrivo e le ore di funzionamento corrispondenti, nonché la storia della singola posizione nell impianto, con la lista delle utenze che la hanno occupata, la data di spostamento e le ore relative. Pag. 9/18

10 A titolo di esempio, si riportano alcune schermate del software Pag. 10/18

11 Hardware dedicato al telecontrollo di impianti e driver per GestImp Il dispositivo progettato nasce per gestire e telecontrollare piccoli sistemi autonomi. Il modulo, così come realizzato gestisce : 16 I/O digitali 3 Ingressi Analogici 1 Uscita Analogica Il numero di tali valori può essere incrementato modificando la struttura hardware del sistema. Utilizzando le variabili di I/O a disposizione è possibile configurare la logica di funzionamento dell impianto (funzionamento da PLC), gestire le situazioni di anomalia o di allarme, archiviare dati per la creazione di storici, contabilizzare le ore di funzionamento delle utenza, etc. Gli allarmi possono essere generati da qualsiasi combinazione delle variabili di ingresso, sia digitali che analogiche e possono essere immediati o ritardati. Anche le regole di archiviazione dei dati letti, così come i periodi di campionamento possono essere liberamente impostati. Il modulo sfrutta la comunicazione GSM/GPRS per lo scambio dati remoto. Per economizzare il funzionamento vengono utilizzati messaggi SMS per inviare e ricevere informazioni. E possibile gestire settaggi, comandi, letture di singole variabili, invio di messaggi di allarme e configurazione di dati storicizzati ed ore di funzionamento. Per l analisi delle informazioni in tempo reale è possibile collegarsi al modulo come se fosse un normale modem GSM/GPRS. Tale configurazione ne rende molto rapida l installazione, in quanto non si ha la necessità di una linea telefonica fissa. Gli allarmi presenti vengono inviati tramite SMS ad uno o più numeri telefonici, selezionabili in base al tipo di allarme o al periodo di apparizione, sia al sistema di supervisione che ai tecnici reperibili. Per garantire l installazione in luoghi dove non è presente energia elettrica, si sta predisponendo un sistema di pannelli solari fotovoltaici e batterie che permette di alimentare Pag. 11/18

12 ininterrottamente il sistema. In questa situazione possono essere raccolti dati su livelli, flussi, grandezze eoliche, etc Dal lato personal computer di gestione e supervisione, la configurazione del modulo è molto semplice, specificando il numero telefonico della scheda GSM e la tipologia del modulo. Le segnalazioni di allarme ed i dati raccolti vengono trattati come quelli provenienti da altri sistemi di acquisizione e quindi gestiti in modo completamente trasparente all utente. Pag. 12/18

13 Impianto di selezione e scarto fette biscottate GENERALITA La soluzione proposta prevede l identificazione automatica delle fette biscottate da scartare all uscita del forno di tostatura e la loro successiva asportazione. Vengono analizzate le seguenti tipologie di scarto: a) Fette rotte o non complete b) Fette forate o spaccate c) Fette sovrapposte parzialmente d) Fette sovrapposte totalmente e) Presenza di aree con fette danneggiate o detriti (briciole di dimensioni considerevoli) dovute a malfunzionamenti del sistema di taglio. E prevista la gestione del cambio formato o del nastro parzialmente vuoto con conseguente errata tostatura delle fette. In tale situazione il sistema consente di comandare automaticamente l apertura per lo scarico completo delle fette dal tappeto. E stata considerata l integrazione di un sistema di verifica dell umidità media delle fette in uscita dal forno. ANALISI TECNICA IDENTIFICAZIONE DELLE FETTE L identificazione delle fette è effettuata con un sistema di visione Cognex costituito da una serie di telecamere in rete tra loro ed in numero tale da garantire la risoluzione richiesta per la dimensione dello scarto minimo da selezionare. Il sistema fa capo ad un PLC con opportuno software di gestione impianto e scarto fette. E stato collegato al sistema un PC industriale con display touch screen per la verifica del funzionamento e per l impostazione dei parametri di valutazione e di scarto delle fette. L identificazione delle fette completamente sovrapposte è effettuata tramite dispositivi laser opportunamente posizionati. Pag. 13/18

14 ASPORTAZIONE DELLE FETTE L asportazione delle fette da scartare è effettuata tramite sistema pneumatico. La rete di telecamere stabilisce le coordinate del centro di massa delle fette, verifica la necessità di scarto delle singole fette e comunica via rete ethernet al PLC i risultati elaborati. Il PLC provvede ad eliminare le fette non conformi. La sincronizzazione tra telecamere, nastri di trasporto e PLC è effettuata tramite encoder opportunamente posizionati Pag. 14/18

15 Analisi presenza e corretto posizionamento sorprese impianto produzione uova pasquali di cioccolato GENERALITA Il problema sottoposto è di notevole importanza per l immagine della società committente. Poiché la sorpresa è inserita manualmente all interno dei semi-gusci che compongono le uova di cioccolato, è necessario verificarne sia la presenza (possibili dimenticanze o distrazioni del personale) che la corretta separazione delle sorprese tra maschi e femmine (ottenuta con codici colore variabili da lotto a lotto). Ulteriore complicazione al problema è rappresentata dalla possibilità di mancanza del cioccolato nello stampo (la sorpresa non deve essere inserita se non c è l uovo) e dalla necessità di verificarne la corretta colatura. Tutte le verifiche devono essere fatte con tre tipologie fondamentali di cioccolato (bianco, al latte, fondente) che contribuiscono a complicare notevolmente gli algoritmi di identificazione. Le sorprese possono essere contenute in contenitori ovoidali di diverso colore (anche trasparente) o in buste di cellophane. I semi-gusci sono contenuti (in numero variabile con le dimensioni) in stampi che transitano sotto la telecamera. Per il funzionamento della macchina è previsto un arresto in fase ad ogni stampo. Si utilizza questo tempo per l acquisizione e la verifica dell immagine. Nel caso di sorpresa mancante, la macchina viene arrestata ed il consenso alla ripartenza viene dato solo dopo che l operatore ha effettivamente inserito la sorpresa mancante. ANALISI TECNICA Dopo la verifica delle immagini raccolte per le varie tipologie, si è deciso di separare i programmi di analisi per i vari tipi di cioccolato, per evitare una inutile complicazione degli algoritmi di selezione (ogni cioccolato ha delle caratteristiche ottiche diverse e deve essere trattato con procedure completamente diverse). Una difficoltà che si è dovuto superare attraverso il software è la impossibilità di agire sulla illuminazione e sul reciproco posizionamento telecamera / stampo / luci al variare della tipologia di cioccolato analizzata. Pag. 15/18

16 In generale, gli algoritmi utilizzati : 1) Cercano lo stampo per garantire una costanza nelle zone di ricerca 2) Cercano i semi-gusci e verificano la presenza di cioccolato 3) Dove necessario, verificano la presenza della sorpresa 4) Se richiesto per la particolare tipologia, verificano che le sorprese siano state correttamente divise tra maschi e femmine. 5) Agiscono eventualmente sul blocco della macchina 6) Dall interfaccia utente è visibile l immagine analizzata, la tipologia cercata e i contatori di pezzi buoni / scarti. 7) Sempre dall interfaccia utente è accessibile la routine di taratura del sistema che consente un corretto posizionamento relativo telecamera / luci / FOV (field of View), la messa a fuoco della telecamera ed una corretta calibrazione delle misurazioni effettuate. Il sistema ha superato la fase di test per la durata di tutta la campagna di produzione. Per semplificare e velocizzare gli algoritmi di verifica e per aumentarne l affidabilità, si è preferito utilizzare una telecamera a colori in luogo di quella a livelli di grigio inizialmente utilizzata. Questo ha permesso di uniformare l algoritmo di scelta, rendendolo indipendente dal tipo di cioccolato analizzato. E sufficiente acquisire il colore di uno stampo vuoto (senza cioccolato) per permettere al sistema di riconoscere l assenza di cioccolato (di qualsiasi tipo). Questa ulteriore implementazione ha permesso di semplificare notevolmente le operazioni di configurazione, portando praticamente a zero il tempo di passaggio da un cioccolato ad un altro. Pag. 16/18

17 A titolo di esempio, si riportano alcune delle immagini che la telecamera deve essere in grado di analizzare Stampo Vuoto Stampo completo Cioccolato al latte Due sorprese mancanti Cioccolato al latte Pag. 17/18

18 Due sorprese mancanti Separazione tra maschio e femmina Cioccolato al latte Sorpresa mancante Cioccolato bianco Sorpresa mancante Cioccolato fondente Pag. 18/18

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