Pesatura di processo. Come integrare i dati di pesatura del processo Pesatura industriale - Libro bianco

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1 Pesatura di processo Come integrare i dati di pesatura del processo Pesatura industriale - Libro bianco Il trasferimento efficiente di pesatura di processo a sistemi MES o ERP di livello superiore può rendere il processo di produzione più trasparente. Una maggiore trasparenza può migliorare l'uso delle risorse, ridurre i costi operativi e facilitare la conformità agli standard di certificazione o alle norme di settore. Identificare e implementare il sistema più efficace per la raccolta e l'integrazione può però rappresentare una sfida, specialmente nelle operazioni di produzione basate su sistemi legacy. Questo libro bianco esplora le sfide dell'integrazione di pesatura e propone argomenti da valutare quando si definiscono gli ambiti operativi e gli obiettivi. Tenendo in considerazione questi argomenti, con una corretta scelta delle soluzioni di pesatura e comunicazione, sarà più semplice raggiungere gli obiettivi e produrre un ROI misurabile. Indice 1. Definire le sfide dell'integrazione 2. Stabilire gli obiettivi dell'integrazione 3. Valutare le soluzioni di integrazione 4. Best Practice suggerite 5. Ricerca guasti nelle comunicazioni 6. Conclusioni 7. Risorse aggiuntive

2 1. Definire le sfide dell'integrazione Tra le sfide che i produttori devono affrontare per realizzare un'integrazione efficace di pesatura in un sistema automatizzato ERP/MES figurano: velocità - capacità di trasmettere dati di pesatura affidabili e "filtrati" a un sistema automatico di livello superiore, in applicazioni dove il tempo è un fattore critico (come ad esempio nel riempimento di precisione), consentendo regolazioni in tempo reale. flessibilità - capacità di comunicare informazioni che influiscono sull'accuratezza della pesatura, sull'uso dei materiali e informazioni di produttività, quali: ID del prodotto, peso nominale, stato della bilancia, messaggi all'operatore e informazioni sugli errori. costo - capacità di sfruttare soluzioni che integrano i dati forniti da più bilance in un unico sistema automatizzato. limitazioni della strumentazione - possibilità di sostituire la strumentazione con nuovi controllori che consentano l'automatizzazione. condizioni avverse - lavaggi ad alta pressione; ambienti esplosivi/ corrosivi; vibrazioni elevate; interferenza elettromagnetica e/o temperature estreme. Una valutazione esperta delle condizioni in cui il sistema di pesatura deve poter funzionare senza compromettere la precisione o le comunicazioni con il sistema di livello superiore permette di definire meglio l'ambito di funzionamento. Quindi, tenendo conto di queste considerazioni e degli obiettivi da raggiungere con l'integrazione dei dati, è possibile effettuare la scelta della strumentazione di pesatura e della soluzione di comunicazione più adatte. 2. Stabilire gli obiettivi dell'integrazione Prima di scegliere un terminale di pesatura/sistema di comunicazione, deve essere eseguita una valutazione degli obiettivi da raggiungere con l'integrazione. Tra le tipiche domande a cui rispondere figurano: Che tipo di informazioni verranno comunicate tra il terminale di pesatura e il sistema di automazione? Chi o cosa necessita di questi dati e perché? Cosa fa scattare l'invio e con che frequenza si verificherà la comunicazione? Quali sono attualmente i requisiti di formato? Sono negoziabili? Qual è il mezzo di comunicazione? È negoziabile? Molte di queste domande sono di natura strategica: che tipo di informazione è richiesta, da chi e a che scopo? Dopo aver risposto a queste domande, le soluzioni individuate potranno essere vagliate dal punto di vista del potenziamento delle prestazioni. Ciò aumenta la probabilità che l'integrazione finale fornisca un ROI misurabile e perfino in tempi brevi. 3. Valutare le soluzioni di integrazione Se si sta considerando di utilizzare il controllo PLC, il tipo di bus di campo può influenzare le specifiche della strumentazione di pesatura. La scelta della rete con PLC si basa su fattori come il tipo di bus del fornitore dell'automazione, il numero richiesto di nodi, i tipi di strumento/ la quantità di dati in rete, la velocità di trasferimento dati desiderata e il budget disponibile per il progetto. Un fornitore di strumentazione di automazione confronterà i pro e i contro dei diversi tipi di rete. Capacità quali: upload sul terminale di pesatura relativi al peso nominale raccolta di informazioni sulla taratura e/o taratura tramite programma PLC e statistiche di monitoraggio della bilancia sono tutte possibili con il terminale di pesatura giusto. Gli obiettivi della pesatura, come per esempio la precisione generale del processo e la velocità di riempimento, insieme al bus PLC selezionato, definiranno METTLER TOLEDO Process Weighing 2

3 il tipo di terminale e l'interfaccia necessari. Se non è richiesta l'integrazione di dati usando PLC, le opzioni da considerare sono la comunicazione dati seriale con PC o su Ethernet TCP/IP. I sistemi Ethernet TPC/IP sfruttano la comunicazione di dati wireless con più facilità rispetto ai sistemi con PLC. Le interfacce OPC sono in grado di integrare i dati di pesatura tramite un server OPC o altre applicazioni su OPC. L'OPC fornisce un formato di dati standardizzato che può abbassare i costi di integrazione e assistenza, ridurre la complessità del sistema e velocizzare lo sviluppo del progetto di automazione industriale. Qui di seguito viene presentato un confronto generalizzato di alto livello tra sistemi PLC e TCP/IP prendendo in considerazione l'universo di prodotti METTLER TOLEDO. 4. Best practice suggerite Le Best practice per integrare i terminali di pesatura in sistemi di livello superiore devono rispettare le direttive del fornitore della strumentazione di automazione. Le best practice per ogni tipo di rete di Metodo di comunicazione Dati base sulla pesatura tramite seriale o Ethernet TCP/IP Dati base sulla pesatura tramite segnale 4-20 ma o 0-10 V DC Dati di pesatura tramite fieldbus PLC, come EtherNet/IP, Profibus DP automazione esulano dallo scopo di questo testo, ma vogliamo elencare alcuni esempi di best practice per implementare reti basate su ethernet come EtherNet/IP, Modbus TCP o ProfiNet. Rete industriale vs. rete per l'ufficio La progettazione di una rete industriale necessita di considerazioni Requisiti/Limitazioni Formato standard del terminale con set di dati predefiniti e limitati "Template di stampa" memorizzato nel terminale di pesatura e trasmesso a un hardware esterno Il server OPC comunica il formato di pesatura Comunicazione limitata al peso e/o al tasso Richiede comunicazione separata tra il sistema di controllo e il terminale di pesatura per funzioni quali comandi di azzeramento o stampa Richiede hardware/programma PLC per integrare i dati Le capacità di interfaccia PLC limitano le dimensioni dei pacchetti di dati/messaggi Certificato di produzione diverse da quella di una rete per un ufficio. Il traffico generato durante la programmazione, la configurazione e la diagnostica di strumenti Ether- Net/IP, nonché durante lo scambio di dati che non sono critici dal punto di vista dei tempi, solitamente è a bassa velocità e su base sporadica. Tuttavia, in un processo di produzione, il traffico generato durante lo scambio di dati critici dal punto di vista dei tempi consiste, in modo predominante, di pacchetti UDP/IP Unicast e Multicast. Il traffico IP Multicast generato in una rete EtherNet/ IP è ad alta velocità, a pacchetto breve e su base continua. Se una sottorete EtherNet/IP è collegata alla rete dell'impianto, la propagazione continua di pacchetti Multicast deve essere bloccata. Mentre il flusso continuo di informazioni dalla sottorete potrebbe essere desiderabile per ottimizzare la pesa- METTLER TOLEDO Process Weighing 3

4 4,000 3,500 3,000 Process Weighing 2,500 2,000 1,500 1, Fornitura di strumenti industriali basati su rete Ethernet (Migliaia di unità) 2008 ARC Advisory Group tura, questo può causare uno storm di messaggi multicast che degrada le prestazioni generali della rete dell'impianto, se non adeguatamente controllato. Ottimizzare l'ethernet/ip industriale Rockwell Automation ha fornito le raccomandazioni seguenti per ottimizzare le prestazioni della rete quando si utilizza EtherNet/IP. Scegliere la comunicazione Unicast EtherNet/IP quando possibile. I/O unicast per EtherNet/IP consente la comunicazione diretta pointto-point tra due strumenti in rete. Questo tipo di comunicazione è più efficiente se i dati I/O non necessitano di essere condivisi tra più strumenti. Ulteriori informazioni sulla comunicazione Unicast e Multicast sono disponibili sulla pubblicazione 70 della ODVA Recommended Functionality for EtherNet/IP Devices (Funzionalità raccomandata per strumenti EtherNet/IP"), accessibile dal link al termine dell'articolo. Minimizzare il carico dello strumento dovuto a traffico non desiderato di IP multicast. A seconda della configurazione della sottorete e della connettività dello strumento, questo obiettivo può essere raggiunto usando switch Ethernet gestiti che supportano LAN virtuali (VLAN) e routing di IP multicast. Minimizzare il carico dello switch dovuto a traffico non desiderato di IP multicast. Utilizzare switch di rete industriali gestiti full duplex in grado di eseguire snooping IGMP (Internet Group Multicast Protocol), port mirroring, impostazione di VLAN, informazioni statistiche SNMP, blocco di indirizzi IP, ripristino automatico delle configurazioni, controllo dello storm broadcast/multicast per porta, STP e prioritizzazione dei frame. Minimizzare il carico della rete dovuto a traffico di IP multicast / Block IP multicast indesiderato in ingresso, generato all'interno della sottorete EtherNet/IP a causa della propagazione nella rete dell'impianto. I connettori del cavo di rete con classificazione ambientale IP67 e classificazione di temperatura estesa a 80 C sono da preferire nella costruzione di reti industriali. Il cablaggio schermato industriale CAT6 o CAT6a deve essere impiegato in ambienti a elevato tasso di rumore. In alcuni casi le canaline in metallo con messa a terra possono minimizzare l'interferenza elettrica. Una messa a terra adeguata è importante per evitare loops che possono causare drop nella comunicazione o interferenze del segnale. L'utilizzo di codici campione per PLC prodotti dal fornitore o altri strumenti La popolarità degli strumenti basati su Ethernet sta aumentando grazie alla maggiore velocità, all'aumento della larghezza di banda, ai componenti comuni e alla facilità di installazione. di integrazione come gli Add-on- Profiles (AOP) e Add-on-Instructions (AOI) di Rockwell Automation possono semplificare l'integrazione degli strumenti in una rete automatizzata e minimizzare gli errori di programmazione. 5. Ricerca guasti nelle comunicazioni La ricerca guasti nella comunicazione in un terminale di pesatura e un sistema di automazione dipende dal metodo di comunicazione impiegato. Per collegamenti seriali o EtherNet TCP/IP a un PC, la connessione semplice usando un'applicazione per PC come HyperTerminal può verificare il trasferimento di base relativi alla pesatura tramite la porta di comunicazione del terminale. La ricerca guasti in una rete Ethernet solitamente è divisa in aree principali che comprendono: mezzi della rete (cablaggio, connettori, schede di interfaccia di rete), impostazioni del software/configurazioni della rete, e prestazione del segnale di rete. Per eseguire la ricerca guasti nei mezzi che costituiscono la rete si possono utilizzare numerosi strumenti tecnici come TDR (riflettometro a dominio di tempo), analizzatori di rete portatili e analizzatori delle METTLER TOLEDO Process Weighing 4

5 prestazioni dei cavi. Per le applicazioni basate su PLC, alcuni fornitori mettono a disposizione software di simulazione per PC per visualizzare e verificare i dati comunicati da una porta PLC del terminale di pesatura. LED montati sul PCB di comunicazione forniscono informazioni di base riguardanti lo stato del funzionamento. Anche bypassare il l'applicativo PLC scrivendo direttamente in output e words dati può essere un modo efficace per ricercare i guasti. La ricerca guasti sul terminale di pesatura può avvenire anche tramite accesso remoto al file di configurazione del terminale, ai log di errore e alle pagine web che mostrano la diagnostica o lo stato operativo. 6. Conclusioni Il trasferimento efficiente del processo a sistemi MES o ERP di livello superiore, insieme agli aggiornamenti mirati della piattaforma/del sistema di pesatura, possono: potenziare i controlli del processo di produzione, migliorare lo sfruttamento delle risorse ridurre i costi operativi e generare ROI misurabile. Una chiara identificazione dell'obiettivo, sviluppata internamente o con l' aiuto degli specialisti del processo di pesatura, può assicurare che gli investimenti nell'hardware e nel software generino profitti legati al miglioramento del processo. Le considerazioni per gli aggiornamenti del sistema proposti includono: Velocità del processo (per esempio, riempimento ad alta velocità), che influenza la velocità di scambio di dati; Strumentazione esistente e connettività potenziale; Budget disponibile; Condizioni operative avverse, quali lavaggio ad alta pressione, agenti chimici corrosivi, ambienti a rischio e temperature estreme; I dati in sé: chi/cosa li utilizza, perché e in che formato? Si richiede connettività con PLC, o è più adatto il collegamento seriale o Ethernet TCP/IP al PC? Infine, la ricerca guasti sulle reti Ethernet richiede la conoscenza dei mezzi della rete, configurazione e prestazione del segnale. Alcuni fornitori offrono software di simulazione per PC per verificare i dati comunicati dalla porta PLC del terminale di pesatura. I fornitori possono aiutare a effettuare un confronto tra varie soluzioni di comunicazione tra piattaforme e sistemi di pesatura. 7. Risorse aggiuntive Per ulteriori informazioni sulle capacità di comunicazione, sul formato e sui requisiti specifici di rete fieldbus per i terminali di pesatura METTLER TOLEDO, consultare I link seguenti offrono informazioni generali o fornite specificatamente dal fornitore che aiutano a ottimizzare i processi automatizzati che riguardano la pesatura. METTLER TOLEDO: Strumenti di Architettura Integrata Rockwell Automation: solutions/integratedarchitecture/ resources4.html#termination Software per la costruzione di Architettura Integrata Rockwell: en/e-tools/configuration.html Library ODVA DeviceNet : tabid=73 Library ODVA EtherNet/IP : tabid=76 Profibus/ProfiNet : Analizzatore di rete: Wire Shark, Fluke Networks: Kepware OPC: Mettler-Toledo S.p.A Via Vialba, Novate Milanese (Mi) Tel Fax customercare.italia@mt.com For more information Subject to technical changes 02/2011 Mettler-Toledo AG