STRUMENTAZIONE. Il Sistema di supervisione e acquisizione dati: S.C.A.D.A. APPARATI SINGOLI MASTER RETE LOCALE SUPERVISIONE

Transcript

1 Il Sistema di supervisione e acquisizione dati: S.C.A.D.A. Ing.Francesco M. Raimondi Lezioni del corso di Automazione Industriale Dipartimento di Ingegneria dell Automazione e dei Sistemi PIRAMIDE DI CONTROLLO OPERATORE ESPERTO HMI SCADA (HOST-SYSTEM) MTU MASTER TERMINAL UNIT RTU REMOTE TERMINAL UNIT RETE Actuator SensorInterface SUPERVISIONE MASTER SLAVE RETE LOCALE CELLE DI LAVORO APPARATI SINGOLI CAMPO: SENSORI E ATTUATORI STRUMENTAZIONE Ing. F.M. Raimondi Automazione Industriale 2 TOPOLOGIA DI CONTROLLO INDUSTRIALE Ing. F.M. Raimondi Automazione Industriale 3

2 S.C.A.D. A. (Supervisory Control and Data Acquisition) DEFINIZIONE : Sistema, a struttura software modulare, che consente di supervisionare, controllare e acquisire dati, di processi automatizzati sia a livello locale che dislocati remotamente sul territorio, da una postazione centralizzata denominata control room. Ing. F.M. Raimondi Automazione Industriale 4 COMPONENTI DI BASE DI UN SISTEMA S.C.A.D.A. HOST SYSTEM : E IL CUORE DEL SISTEMA SCADA, DOVE AVVIENE LA RACCOLTA DEI DATI DI PROCESSO E IL COORDINAMENTO DELE AZIONI DI CONTROLLO E SUPERVISIONE. COSTITUITO DA UNA PIATTAFORMA DI CALCOLO BASATA SU TECNOLOGIA INDUSTRIAL PC, CON APPLICATIVO PACCHETTO SOFTWARE CHE CONSENTE DI EFFETTUARE TUTTE LE ATTIVITA DI SUPERVISIONE, CONTROLLO A ACQUISIZIONE DATI. Ing. F.M. Raimondi Automazione Industriale 5 SISTEMA S.C.A.D.A. CONTROL ROOM CON VISUALIZZAZIONE MULTIMONITOR Ing. F.M. Raimondi Automazione Industriale 6

3 ARCHITETTURA DI ACQUISIZIONE E CONTROLLO DISTRIBUITA: RTU (REMOTE TERMINAL UNIT) : STAZIONI DI COMUNICAZIONE E CONTROLLO REMOTE, OVVERO FISICAMENTE DISCLOCATE VICINO ALLE ENTITA DA CONTROLLARE, GENERALMENTE COSTITUITE DA POCHI SEGNALI DI INGRESSO/USCITA. SONO NORMALMNETE UNATTENDED OVVERO NON PRESIDIATE DA OPERATORI ESPERI, E DISLOCATE A VOLTE ANCHE A NOTEVOLE DISTANZA DALLA POSTAZIONE DI CONTROLLO CENTRALE. Ing. F.M. Raimondi Automazione Industriale 7 ARCHITETTURA DI ACQUISIZIONE E CONTROLLO DISTRIBUITA: MTU (MASTER TERMINAL UNIT) : CONCENTRATORE DI DATI DI PROCESSO PROVENIENTI DALLE STAZIONI DI CONTROLLO REMOTE (RTU). DIALOGA CON HOST SYSTEM TRAMITE SU RETE DI COMUNICAZIONE LOCALE, O SU RADIOLINK PUBBLICO O DEDICATO UTILIZZANDO TRASMISSIONE DIGITALE. I RECENTI SISTEMI SCADA ACCENTRANO IN UN UNICA ENTITA (INDUSTRIAL PC) LE FUNZIONI DI HOST SYSTEM E MTU. Ing. F.M. Raimondi Automazione Industriale 8 ARCHITETTURA DI ACQUISIZIONE E CONTROLLO DISTRIBUITA: A CAUSA DELLA CARATTERISTICA FONDAMENTALE DI UN SISTEMA DI CONTROLLO DISTRIBUITO (DCS) CHE E QUELLA DELLA DISCLOCAZIONE SUL TERRITORIO, E DI FONDAMENTALE IMPORTANZA L ASPETTO DELLA COMUNICAZIONE TRA LE RTU ED IL SISTEMA DI CONTROLLO CENTRALIZZATO, DENOMINATO COME IL SISTEMA DI TELEMETRIA. Ing. F.M. Raimondi Automazione Industriale 9

4 ARCHITETTURA DI ACQUISIZIONE E CONTROLLO DISTRIBUITA: SISTEMA DI TELEMETRIA : E COSTITUITO DALLA MODALITA DI COMUNICAZIONE TRA L HOST (MTU) E LE RTU, OLTRE AI MEZZI TRASMISSIVI UTILIZZATI. TOPOLOGIE DI TELEMETRIA: LA TOPOLOGIA E LA DISPOSIZIONE GEOMETRICA DEI NODI E DEI COLLEGAMENTI CHE COMPONGONO UNA RETE. Ing. F.M. Raimondi Automazione Industriale 10 ARCHITETTURA DI ACQUISIZIONE E CONTROLLO DISTRIBUITA: TOPOLOGIA PUNTO A PUNTO : COLLEGAMENTO SEMPLICE TRA DUE SOLE STAZIONI GENERALMENTE CON CAVI SCHERMATI A DUE CONDUTTORI. LE DUE STAZIONI COMUNICANO DIRETTAMENTE IN MODALITA SERIALE. LINK RADIO NON ISOTROPI, ALLE FREQUENZE CONCESSE IN USO, SONO IMPLEMENTABILI. Ing. F.M. Raimondi Automazione Industriale 11 LA STAZIONE PUO ESSERE COLLEGATA ANCHE TRAMITE: CAVI O LINEE PUBBLICHE PERMANENTI COME LINEE TELEFONICHE IN CONCESSIONE O SERVIZI DATI DIGITALI. CONNESSIONI TEMPORANEE COME TRASMISSIONI SU LINEE COMMUTATE O A MICROONDE, VIA RADIO O SATELLITARI. Ing. F.M. Raimondi Automazione Industriale 12

5 ARCHITETTURA DI ACQUISIZIONE E CONTROLLO DISTRIBUITA: TOPOLOGIA MULTIDROP : COLLEGAMENTO TRA TRE O PIU STAZIONI CON UNA STAZIONE CHE FUNZIONA DA ARBITRO DELLA COMUNICAZIONE (MASTER) E CHE CONTROLLA QUANDO LE ALTRE STAZIONI (STAZIONI REMOTE) SONO IN GRADO DI COMUNICARE. COLLEGAMENTO GENERALMENTE A QUATTRO CONDUTTORI. Ing. F.M. Raimondi Automazione Industriale 13 MEZZI TRASMISSIVI: RETE TELEFONICA PUBBLICA A COMMUTAZIONE : MEZZO ECONOMICO PER APPLICAZIONI DEL TIPO: RACCOLTA DATI BREVI, OCCASIONALI DA POSTI REMOTI. IL POSTO REMOTO CHE CHIAMA IL POSTO CENTRALE. SPESSO LE APPLICAZIONI DA PUNTO A PUNTO HANNO U N COLLEGAMENTO A COMMUTAZIONE COME BACK-UP DEI MEZZI DI COLLEGAMENTO PRINCIPALE Ing. F.M. Raimondi Automazione Industriale 14 MEZZI TRASMISSIVI: LINEA PRIVATA DEDICATA: MEZZO ECONOMICO PER APPLICAZIONI DEL TIPO: PER APPLICAZIONI CHE RICHIEDONO GRANDI QUANTITA DI DATI DA RACCOGLIERE DI FREQUENTE DA POSTI REMOTI E/O RICHIEDONO CHE I POSTI REMOTI ABBIANO UN COLLEGAMENTO COSTANTE CON LA STAZIONE PRINCIPALE. Ing. F.M. Raimondi Automazione Industriale 15

6 MEZZI TRASMISSIVI: SERVIZI PER DATI DIGITALI; RADIO-MODEM; RADIO MODEM GSM/GPRS; Ing. F.M. Raimondi Automazione Industriale 16 MEZZI TRASMISSIVI: PONTI RADIO DEDICATI; FIBRE OTTICHE; SATELLITI GEOSTAZIONARI; Ing. F.M. Raimondi Automazione Industriale 17 STRUTTURA SOFTWARE SCADA: IL CUORE DI UN SISTEMA DI SUPERVISIONE CONTROLLO E ACQUISIZIONE DATI E RAPPRESENTATO DA UNA STRUTTURA SOFTWARE MODULARE CON TECNOLOGIA CLIENT/SERVER; IL NUCLEO E RAPPRESENTATO DALLA BASE DI DATI DI PROCESSO CUI TUTTI GLI ALTRI MODULI CHE COMPONGONO IL SISTEMA FANNO RIFERIMENTO; IL SISTEMA PRESENTA DI SOLITO UNA STRUTTURA CON: MODULI DI ARCHIVIAZIONE STORICA DEI DATI; GESTIONE DEGLI ALLARMI; SISTEMA ESPERTO; PROGRAMMAZIONE DEL SISTEMA STESSO E DELLE RTU; GENERAZIONE RAPPORTI; GESTIONE RICETTE; CONTROLLO STATISTICO DI PROCESSO; SUPPORTO ALLA MANUTENZIONE; COMUNICAZIONE; IL SISTEMA SCADA AFFIANCA O SOSTITUISCE DEL TUTTO I QUADRI SINOTTICI. Ing. F.M. Raimondi Automazione Industriale 18

7 QUADRO SINOTTICO CON ELEMENTI SERIGRAFATI, E MONITOR SCADA Ing. F.M. Raimondi Automazione Industriale 19 GESTIONE ALLARMI GESTIONE RICETTE TREND E RAPPORTI PROGRAMMAZIONE INTERFACCIA OPERATORE BASE DATI DI PROCESSO SUPPORTO ALLA MANUTENZIONE CONTROLLO STATISTICO DI PROCESSO DRIVER SISTEMA ESPERTO DISPOSITIVI DI CONTROLLO Ing. F.M. Raimondi Automazione Industriale 20 MODULO BASE DI DATI DI PROCESSO: RAPPRESENTA IL NUCLEO DI OGNI SISTEMA DI SUPERVISIONE E ACQUISIZIONE DATI, ESSENDO IL MODULO A CUI TUTTI GLI ALTRI MODULI FANNO RIFERIMENTO. COSTITUITO DA UN INSIEME DI CAMPI RECORD DENOMINATI TAG DOVE RISIEDONO TUTTI I DATI DEL PROCESSO CONTROLLATO; Ing. F.M. Raimondi Automazione Industriale 21

8 MODULO BASE DI DATI DI PROCESSO: ESEMPIO DI TAG ANALOGICO CODICE DELLA VARIABILE: T24 DESCRIZIONE: TEMPERATURA FORNO TIPO: IAN INDIRIZZO FISICO VARIABILE: 2:26/42 UNITA : GRADI CELSIUS VALORE MINIMO: 45.0 VALORE MASSIMO: 75.0 CAMPIONAMENTO (S): 10 CLASSE DI ALLARME: 2 VALORE GREZZO: VALORE CONVERTITO: 74.2 STATO DI ALLARME: 1 Ing. F.M. Raimondi Automazione Industriale 22 MODULO BASE DI DATI DI PROCESSO: ESEMPIO DI TAG DIGITALE CODICE DELLA VARIABILE: Y026 DESCRIZIONE: ELETTROVALVOLA TIPO: IBI INDIRIZZO VARIABILE: 5:86/46 UNITA : STATO ON OFF STATO 1: ON STATO 0: OFF CAMPIONAMENTO (S): 6 CLASSE DI ALLARME: 3 VALORE GREZZO: 0 VALORE CONVERTITO: ON STATO DI ALLARME: 0 Ing. F.M. Raimondi Automazione Industriale 23 MODULO DI COMUNICAZIONE: TALE MODULO, INDICATO CON IL NOME DI DRIVER, SI OCCUPA DELLA GESTIONE DELLE COMUNICAZIONE CON I VARI DISPOSITIVI E DEL TRASPORTO DEI DATI DI PROCESSO. ACCEDE IN MANIERA CONTEMPORANEA AI DISPOSITIVI DI CONTROLLO DI DIFFERENTI COSTRUTTORI (PLC REGOLATORI PID). SI OCCUPA ANCHE DELL INTERPRETAZIONE DEI MESSAGGI E DEL LEGAME BIDIREZIONALE TRA BASE DI DATI DEL PROCESSO E DISPOSITIVI E RELATIVE VARIABILI DI PROCESSO. Ing. F.M. Raimondi Automazione Industriale 24

9 INTERFACCIA HMI (HUMAN MACHINE INTERFACE). SOSTITUISCE I QUADRI SINOTTICI MEDIANTE UN MODULO DI VISUALIZZAZIONE CHE PRESENTA PAGINE GRAFICHE CHE RAPPRESENTANO PANNELLI DI COMANDO E QUADRI SINOTTICI DELL INTERO IMPIANTO O PARTI DI ESSO. I PANNELLI DI COMANDI CONSENTONO ALL OPERATORE DI INVIARE COMANDI ALL IMPIANTO ATTRAVERSO SIMBOLI GRAFICI CHE RAPPRESENTANO PULSANTI, MANOPOLE, COMANDI A SLITTA E ALTRI SIMBOLI. SI INDIVIDUANO LA PRESENZA DI ELEMENTI GRAFICI STATICI ED ELEMENTI GRAFICI DINAMICI. Ing. F.M. Raimondi Automazione Industriale 25 GESTIONE ALLARMI : ALLARMI A INSORGENZA, CHE VENGONO ATTIVATI DAL VERIFICARSI DELL EVENTO E POI PERMANGONO NEL LORO STATO DI ATTIVAZIONE FINO ALLA REINIZIALIZZAZIONE DEL SISTEMA.; A INSORGENZA E RICONOSCIMENTO, DOPO LA LORO ATTIVAZIONE POSSONO ESSERE DISATTIVATI IN SEGUITO AL RICONOSCIMENTO DA PARTE DELL OPERATORE, COMANDANDONE LA DISATTIVAZIONE. A INSORGENZA, RICONOSCIMENTO E RIENTRO, PER LA DISATTIVAZIONE E RICHIESTO, OLTRE AL RICONOSCIMENTO ESPLICITO DELL OPERATORE, IL VENIR MENO DELLA CONDIZIONE O CAUSA DELL ALLARME. Ing. F.M. Raimondi Automazione Industriale 26 GESTIONE DELLE RICETTE: TALE MODULO SI OCCUPA DELLA GESTIONE DI RICETTE (LOTTI O BATCH) OVVERO DELLA GESTIONE DI SEQUENZE DI OPERAZIONI PREDEFINITE; TALI RICETTE VENGONO ESEGUITE SULLA BASE DI SCADENZE TEMPORALI, O AL VERIFICARSI DI EVENTI PARTICOLARI O IMMEDIATAMENTE ALLA RICHIESTA DELL OPERATORE. Ing. F.M. Raimondi Automazione Industriale 27

10 GESTIONE RICETTE: IN GENERE SERVONO AD IMPOSTARE, IN UN AMBIENTE MULTIPROCESSO, I DATI DELL IMPIANTO PER CIASCUN PROCESSO, OPPURE, NEL CASO DI UN PROCESSO MULTIPRODOTTO, I DATI RELATIVI A CIASCUN PRODOTTO. TALI DATI RAPPRESENTANO I PARAMETRI CHE DEBBONO ESSERE FORNITI ALLE MACCHINE CHE ESEGUONO LE VARIE FASI DEL PROCESSO O DEI PROCESSI IN LAVORAZIONE. Ing. F.M. Raimondi Automazione Industriale 28 TENDENZE E RAPPORTI: UN ALTRO COMPITO CHE VIENE DI SOLITO AFFIDATO AI SISTEMI SCADA E QUELLO DI TENERE TRACCIA DEI RITMI DI PRODUZIONE SIA PER IL PASSATO, ATTRAVERSO LA COSTRUZIONE DI SERIE STORICHE DEI VALORI DI ALCUNE VARIABILI DI PROCESSO, SIA PER IL PRESENTE, ATTRAVERSO LA RAPPRESENTAZIONE GRAFICA IN TEMPO REALE DELL EVOLUZIONE DI TALI VALORI. Ing. F.M. Raimondi Automazione Industriale 29 TENDENZE E RAPPORTI: TALE SERIE STORICHE RISULTANO UTILI PER RICERCARE LE CAUSE DI EVENTUALI ANOMALIE DI FUNZIONAMENTO, O IN ALCUNI SETTORI PRODUTTIVI PUO ESSERE IMPOSTA DA OBBLIGHI DI LEGGE. LA RAPPRESENTAZIONE IN TEMPO REALE DELLE TENDENZE DELLE VARIABILI PERMETTE ALL OPERATORE DI TENERE SOTTO CONTROLLO L EVOLUZIONE DEL PROCESSO PRODUTTIVO. Ing. F.M. Raimondi Automazione Industriale 30

11 SUPPORTO ALLA MANUTENZIONE: LE AZIONI DI MANUTENZIONE SI SUDDIVIDONO IN: MANUTENZIONE CORRETTIVA O STRAORDINARIA. PER RIPARARE DISPOSITIVI CHE SI GUASTANO INASPETTATAMENTE; MANUTENZIONE PREVENTIVA O PROGRAMMATA, PER MANTENERE L IMPIANTO IN CONDIZIONI OTTIME DI FUNZIONAMENTO. L OPERATORE PUO IDENTIFICARE IN MANIERA PUNTUALE L AREA DI MALFUNZIONAMENTO E LE POSSIBILI CAUSE. Ing. F.M. Raimondi Automazione Industriale 31 PROGRAMMAZIONE: LINGUAGGI DI PROGRAMMAZIONE DEDICATI; TIPO PROCEDURALE CON L ESPLICITAZIONE DI TUTTE LE ISTRUZIONI; TIPO DESCRITTIVO CHE TRATTANO I DATI E LE OPERAZIONI AD ESSI CORRELATE CON RELAZIONI GRAFICHE. Ing. F.M. Raimondi Automazione Industriale 32 SISTEMA ESPERTO: MODULO DI INTELLIGENZA ARTIFICIALE; CHE INTERVIENE ALLA DECISIONE, IN SOSTITUZIONE DELL OPERATORE UMANO, IN SITUAZIONI DI EMERGENZA DELL IMPIANTO. MOTORE INFERENZIALE, BASATO SU UN DATA BASE DI REGOLE CODIFICATE, CHE COSTITUISCONO LA BASE DELLA CONOSCENZE CHE E CAPACE DI INFERIRE DA TALI REGOLE IL COMPORTAMENTO DA TENERE IN SITUAZIONI NON SPECIFICATE INTERVENTO DELL OPERATORE ESPERTO VIENE RIDOTTO. Ing. F.M. Raimondi Automazione Industriale 33

12 ALRE INTERFACCE OPERATORE: PANNELLI OPERATORE LCD; MONITOR DI SEGNALAZIONE; SEGNALATORI MULTICOLORE; PAGINE GRAFICHE DI COMUNICAZIONE; VIDEATE DA TELECAMERE DI CONTROLLO SU SCADA; IMPIANTI DI SORVEGLIANZA; SINTETIZZATORI DI VOCE UMANA; Ing. F.M. Raimondi Automazione Industriale 34