Libertà di movimento per le reti industriali

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1 Vieni a trovarci a SPS Italia Maggio 2017 HMS: Stand E012 Pad. 5 Libertà di movimento per le reti industriali I sistemi wireless industriali offrono nuove possibilità in quanto soluzioni versatili ed efficienti nel campo dell automazione. Con Wireless LAN o Bluetooth, le costose canalette per i cavi vengono sostituite da una moderna tecnologia wireless e le utenze mobile vengono integrate nella rete in modo semplice e affidabile. Le reti wireless sono inoltre la base per la realizzazione di sistemi di comando mobili che utilizzano dispositivi intelligenti standard quali tablet o smartphone all insegna del motto Bring your own device (BYOD). Osservando un tipico impianto di produzione è possibile riconoscere numerose applicazioni che si avvalgono della comunicazione senza fili o addirittura ne dipendono in modo essenziale. Tra l altro c è lo scambio di dati con sistemi di trasporto mobili quali navette da magazzino, avvolgitrici per pallet o gru. Ulteriori esempi di applicazione sono la manutenzione mobile o l integrazione flessibile di terminali e macchine nella rete di produzione. Nella maggior parte dei casi il punto cruciale non è il risparmio sui costi del cablaggio. Sono piuttosto i vantaggi economici derivanti da una comunicazione più veloce e affidabile, che a loro volta si traduce in una maggiore versatilità e assenza di usura. Sono questi i motivi per i quali le reti wireless per l automazione si sono già affermate in numerosi impianti di produzione. HMS Industrial Networks stima che la quota di mercato delle reti wireless nell automazione industriale sia pari a circa il 6% delle nuove utenze di reti industriali installate nel Sistemi di comando mobili per macchine e impianti L espressione Bring Your Own Device (BYOD) descrive la tendenza all uso di moderni dispositivi intelligenti quali tablet, smartphone ecc. per gestire e azionare le macchine, o per consultarne i dati diagnostici, servendosi dei browser in essi integrati o di speciali app. I moderni tablet e smartphone dispongono di serie della tecnologia wireless e, grazie al browser integrato nel sistema operativo mobile, offrono possibilità di visualizzazione analoghe a quelle delle interfacce uomo-macchina (HMI) classiche. Cosa c è dunque di più ovvio che utilizzare i dispositivi intelligenti come HMI mobili? Con l approccio BYOD, i controlli classici quali ad esempio lo stato d esercizio attuale della macchina, il numero di unità prodotte o i dati diagnostici non vengono svolti mediante costosi HMI fissi bensì per mezzo del dispositivo intelligente. Nei sistemi concatenati come macchine da stampa e confezionatrici, ciò comporta una riduzione dei costi. Mentre prima era necessario un costoso HMI fisso per ogni singola macchina del sistema, ora il tecnico può accedere direttamente a ogni singola macchina con il suo tablet o smartphone, quando passa davanti. Questa tendenza è potenziata dai nuovi tablet basati su Windows 8 e 10, sui quali funzionano anche applicazioni HMI standard basate su Windows come ad es. Win-CC o Labview, che gli utenti conoscono già dall'hmi fisso basato su Windows. Il collegamento tra il dispositivo intelligente e la rete di produzione avviene mediante gateway wireless che, in queste applicazioni, fungono da access point.

2 Soluzioni wireless al posto di collettori meccanici e catene portacavi I gateway wireless bridge fungono spesso da sostituti dei cavi, poiché consentono di realizzare una trasmissione dati efficiente e non soggetta ad usura, anche in applicazioni che comportano esigenze particolari come gru, sistemi di trasporto senza conducente, impianti di riempimento e confezionamento o impianti di depurazione. In queste applicazioni i costosi collettori meccanici e le catene portacavi sono sostituiti da convenienti gateway come ad esempio Anybus Wireless Bridge di HMS. Quando questi dispositivi vengono utilizzati in sostituzione ai cavi, i dati vengono trasmessi perlopiù sotto forma di comunicazione puntopunto. Scelta dello standard di rete idoneo Per la trasmissione dei dati via wireless in campo industriale, oggi si utilizzano di solito WLAN con banda da 2,4 GHz o 5 GHz o Bluetooth. È importante scegliere la tecnologia di rete corretta (Bluetooth o WLAN) e disporre della necessaria competenza in fatto di installazione e orientamento delle antenne. Anche i requisiti relativi al comportamento in tempo reale e alla quantità di dati da trasmettere devono essere adeguati alle possibilità della soluzione wireless. Spesso sono proprio i reparti IT delle aziende a ritenere che una rete WLAN grande e veloce sia sufficiente per tutte le applicazioni, compresa l area produttiva. Invece le varie applicazioni presuppongono requisiti di rete diversi e a volte opposti, per cui spesso si rende necessario creare reti wireless specifiche per determinate aree di applicazione. Soprattutto le criticità in termini di tempo andrebbero infatti risolte sempre con la scelta di una rete propria. Il solo fatto che siano disponibili solo pochi canali WLAN, che sono di solito utilizzati da altre applicazioni, ad esempio negli uffici, dimostra che la tecnologia WLAN non è sempre necessariamente la scelta migliore. Spesso è dunque l impiego della comunicazione Bluetooth a rappresentare la migliore alternativa nelle applicazioni industriali. Quasi ogni dispositivo mobile, in grado di comunicare, offre oggi un modem radio integrato compatibile con entrambe le tecnologie. Ecco una regola empirica: Bluetooth (IEEE ) è la scelta giusta quando i criteri richiesti sono la robustezza e la stabilità del collegamento. WLAN (IEEE ) è la scelta giusta quando si tratta di gestire un flusso elevato di dati. Ad esempio, mentre tra i sistemi di trasporto autonomi e la rete di produzione di livello superiore i dati vengono scambiati tramite WLAN, è meglio che lo scambio con i componenti mobili o rotanti di una macchina avvenga attraverso la rete Bluetooth proprietaria della macchina. Scelta di una WLAN da 2,4 o 5 GHZ Le frequenze della banda di rete a 2,4 Ghz sono utilizzate tradizionalmente da un gran numero di diversi sistemi radio. Ciò porta spesso ad un maggiore carico dei canali radio. Tuttavia, date le sue migliori prestazioni e diffusione, la banda a 2,4 Ghz è più adatta all impiego in scenari industriali. In particolare, le onde radio dalla frequenza di 2,4 GHz attraversano le pareti e gli ostacoli, meglio delle onde radio dalle frequenze più elevate. Sulle frequenze della banda di rete a 5 Ghz il carico delle reti concorrenti è spesso minore, poiché le altre tecnologie radio, ad es. Bluetooth, telefoni cellulari e soluzioni WLAN più economiche sono spesso limitate alla banda a 2,4 Ghz. Tuttavia l uso della banda a 5 Ghz comporta anche maggiori difficoltà: data la loro frequenza elevata, le onde radio sono influenzate molto di più dagli ostacoli fisici. Per questo motivo la portata delle trasmissioni su rete WLAN a 5 Ghz in edifici o impianti industriali è di solito un po inferiore rispetto alla stessa trasmissione con frequenza a 2,4 Ghz.

3 HMS offre un aiuto per la scelta appropriata della rete wireless mettendo a disposizione un esaustivo white paper che può essere scaricato gratuitamente all indirizzo Gli apparati industriali ed i componenti per uffici sono molto diversi Le applicazioni industriali impongono alla rete wireless molteplici requisiti che vanno oltre i requisiti in ambito privato o degli uffici. In ambito produttivo, i requisiti richiesti sono sicuramente una portata il più possibile vasta, una latenza ridotta ed una buona copertura dell area. Anche se WLAN e Bluetooth sono tecnologie standardizzate a norma IEEE 802, usate anche in ambito domestico o negli uffici, per l uso in ambito industriale sono necessari apparecchi speciali con funzioni ampliate. Oltre ad un hardware più robusto e ad un intervallo di temperatura di funzionamento più vasto, i componenti devono offrire diverse possibilità di montaggio e una reperibilità prolungata. Esistono inoltre differenze funzionali che determinano l idoneità ad un applicazione specifica per l automazione. Vi rientrano ad esempio l ottimizzazione dei pacchetti di dati brevi e ciclici con tempi di latenza ridotti, un roaming veloce e stabile, la compatibilità con i meccanismi specifici dei protocolli di rete Profinet ed Ethernet / IP e la definizione stabile in tempo reale delle priorità di comunicazione. Modulo Gateway wireless compatto dal design innovativo Il nuovo Anybus Wireless Bolt di HMS soddisfa tutti i requisiti richiesti in ambito industriale. Con il suo profilo innovativo e l antenna integrata, è concepito per essere montato direttamente sulla macchina. Il Wireless Bolt è compatibile sia con WLAN (2,4 o 5 GHz) che con Bluetooth. Le possibilità d impiego sono molteplici, poiché Wireless Bolt può fungere a scelta da access point o da wireless bridge. Se utilizzato come access point, stabilisce un accesso wireless alla rete adottata sulla macchina. In questo modo è possibile configurare, gestire i parametri e azionare le macchine mediante tablet o smartphone. Anche lo stato d esercizio attuale della macchina, il numero di unità prodotte o i dati diagnostici possono essere consultati via radio. Il concetto Bring Your Own Device (BYOD) diventa così realtà. Soprattutto nei sistemi concatenati come le macchine da stampa e confezionatrici, Wireless Bolt costituisce una valida alternativa agli HMI fissi. Anybus Wireless Bolt combina, in un solo dispositivo, il processore di rete e l antenna integrata. Presenta un involucro robusto con alloggiamento IP67. Il collegamento wireless ha una portata massima di 100 m. Il collegamento alla macchina avviene mediante Ethernet. Tendenze della comunicazione industriale nell epoca dell Industrial Internet of Things e dell industria 4.0 Nell epoca dell Industrial Internet of Things (IIoT) e dell industria 4.0, l interfaccia di comunicazione svolge sempre di più una funzione chiave. Il volume e la velocità dei dati crescono freneticamente e la sicurezza ricopre un ruolo sempre più importante. Oggi i dispositivi di automazione, a prova di futuro, devono essere compatibili sia con le collaudate reti fieldbus ed Ethernet industriali per la trasmissione dei dati di processo che con i protocolli basati su TCP/IP. Inoltre, per l industria diventano sempre più interessanti le reti wireless come Bluetooth e WLAN. E come se non fosse abbastanza, si fanno avanti nuovi standard di comunicazione quali OPC UA e TSN

4 (Time Sensitive Network). In quanto specialista in comunicazione industriale, a livello internazionale, HMS Industrial Networks ha una visione completa dello sviluppo delle quote di mercato delle reti industriali nell ambito dell automazione industriale. Le stime che seguono si basano su circa interfacce di comunicazione vendute annualmente, su stime proprie e sull analisi di diversi studi di mercato. Non vi è uno standard di comunicazione unitario Anche se per l utente le funzioni utilizzabili dei singoli sistemi bus sono per lo più simili, nei dettagli i protocolli bus hanno poco in comune. Continua a non esserci uno standard unitario. Unica soluzione: dispositivi di automazione e macchine con interfacce multi-protocollo. I bus di campo continuano ad essere in vantaggio La tecnologia dei bus di campo è solida, ed è per questo che continua ad essere popolare presso gli utenti. HMS stima che, anche nel 2017, il 48% (2016: 58%) delle nuove reti industriali verrà ancora realizzato sulla base di bus di campo collaudati. Profibus, collaudato, stabile ed affidabile, è il più diffuso, con il 14%. I bus di campo non hanno ancora raggiunto lo zenit e HMS stima che, nel 2017, il tasso di crescita annuale dei bus di campo sarà di circa il 4% (2016: 7%). Rispetto all anno precedente, la crescita dei sistemi basati su bus di campo è però notevolmente rallentata. Ethernet Industriale integra i bus di campo classici Continuano ad osservarsi forti crescite nelle reti Ethernet industriali. HMS stima che, nel 2017, il tasso di crescita annuale delle reti Ethernet Industriali sarà di circa il 22% (2016: 20%) e la quota di mercato totale sarà del 46% (2016: 38%). Nei nuovi impianti Ethernet Industriale è la tecnologia preferita per la comunicazione industriale. Profinet ed EtherNet/IP corrono testa a testa con una quota di mercato di circa l 11% ciascuno, con Profinet che domina in Europa ed EtherNet/IP in America. EtherCAT continua ad avanzare ed è ampiamente diffuso soprattutto nell industria dei semiconduttori e nelle applicazioni Motion Control. Reti wireless come tecnologia di base per i sistemi macchina ed i sistemi di comando innovativi Secondo la stima di HMS, le reti wireless sono il segmento che cresce più rapidamente nella comunicazione industriale, con un tasso di crescita del 32% (2016: 30%). HMS calcola che nel 2017 la quota di mercato delle nuove reti wireless installate sarà di circa il 6% (2016: 4%). WLAN e Bluetooth si sono ormai affermati evolvendosi da soluzione speciale a rete standard per applicazioni in movimento e come tecnologia di base per l impiego in dispositivi intelligenti in sostituzione agli HMI classici.

5 Legenda: Stima consolidata di HMS per il 2017 in base al numero di nuovi nodi installati nell anno 2016 nel settore dell automazione industriale, ai diversi studi di mercato e proprie statistiche. Informazioni utili: I numeri tra parentesi, ad es. Bus di campo 48% (58), indicano la quota di mercato dell anno precedente. Anybus Wireless Bolt consente di accedere al webserver interno del comando macchina e costituisce un alternativa vantaggiosa ai costosi HMI. Anybus Wireless Bolt presenta una struttura compatta e viene montato direttamente sulla macchina. Attraverso Anybus Wireless Bolt, il tablet accede al webserver del PLC. Anybus Wireless Bridge è utilizzato perlopiù come sostituto dei cavi nelle applicazioni mobili e consente tratte hertziane fino a 400 metri. Paolo Sartori, è Direttore filiale italiana Direttore Commerciale & Marketing di HMS Industrial Networks s.r.l. con unico socio

6 Informazioni su HMS: HMS Industrial Networks, multinazionale svedese con sede ad Halmstad, dal 1988 è leader nel produrre e fornire soluzioni di comunicazione basate su moduli EMBEDDED, GATEWAY intercambiabili e soluzioni di Remote Management, certificate per comunicare con tutte le principali reti fieldbus / Ethernet industriali. Le nostre soluzioni offrono la massima flessibilità e rapidità applicativa. HMS sviluppa e produce soluzioni in grado di collegare i sistemi ed i dispositivi d automazione con le principali reti industriali, tramite i suoi brand Anybus, IXXAT e ewon. Lo sviluppo e la produzione avvengono presso le sedi centrali di Halmstad, in Svezia, di Nivelles in Belgio e Ravensburg, in Germania. HMS ha filiali commerciali e centri di assistenza in Cina, Finlandia, Francia, Germania, Giappone, India, Italia, Regno Unito, Stati Uniti d'america e Svizzera. HMS conta più di 504 collaboratori e nel 2016 ha registrato un fatturato di 101 milioni di EURO. HMS è quotata in borsa al NASDAQ OMX di Stoccolma.