Interconnettività PLC: collegare i silos di dati per una produzione intelligente

Questo articolo esamina il valore essenziale dell'interazione tra PLC, scopre gli approcci di interazione più diffusi, valuta i protocolli principali e le loro differenze di efficienza e, attraverso confronti di informazioni e studi funzionali, guida i lettori nella scelta e nella configurazione delle opzioni di interazione ideali.

Introduzione: l'inevitabilità dell'interconnettività dei PLC nell'era della produzione intelligente

Nell'attuale panorama di cambiamenti industriali internazionali, l'automazione industriale non è più semplicemente uno strumento per migliorare l'efficacia della produzione; è un pilastro fondamentale per la costruzione di sistemi di produzione adattabili e per consentire un processo decisionale basato sui dati.

In quanto “cervello” dei sistemi di controllo industriale, il Controllore Logico Programmabile (PLC) occupa un posto cruciale. Tuttavia, con l'espansione delle gamme di produzione, la crescente complessità dei processi e la profonda integrazione delle tecnologie dell'Internet delle Cose (IoT), i sistemi PLC standalone spesso falliscono.

Vi è l'esigenza immediata di stabilire collegamenti di interazione efficienti, stabili e affidabili tra PLC distribuiti su diverse linee di produzione e responsabili di lavori specifici, per ottenere una condivisione di informazioni senza interruzioni, un funzionamento integrato delle apparecchiature e l'ottimizzazione internazionale dei processi di produzione.

Il tipico modello del “silos informativo” è in realtà diventato un ingorgo significativo che impedisce lo sviluppo della produzione intelligente.

Ad esempio, se il PLC di una linea di confezionamento non riesce a ottenere informazioni di produzione in tempo reale dalla linea di carico a monte, si verificano disuguaglianze di ritmo. Allo stesso modo, se il PLC di un robot non riesce a condividere le informazioni sui guasti con il PLC della linea di produzione principale, i tempi di fermo macchina si allungano.

Queste preoccupazioni sottolineano l'importanza fondamentale della comunicazione tra PLC. Non solo funge da ponte per lo scambio di informazioni a livello di impianto, ma crea anche la base per l'integrazione, l'analisi e il processo decisionale dei dati a livello di fabbrica e aziendale.

Interconnettività PLC: la pietra angolare e il valore fondamentale della produzione intelligente

L'interazione tra PLC si estende ben oltre il semplice trasferimento di informazioni; è la chiave di volta per i moderni sistemi di automazione industriale per raggiungere i seguenti valori fondamentali:

Condivisione delle informazioni e trasparenza: Le informazioni di produzione in tempo reale (come risultati, stato degli utensili, codici di errore, ecc.) scambiate tra diversi PLC forniscono un monitoraggio della produzione con una dettagliata analisi operativa dello stabilimento. Questo costituisce la base informativa per analisi di dati su larga scala e per la previsione della manutenzione, contribuendo a ridurre i tempi di fermo imprevisti e ad aumentare l'efficienza complessiva delle apparecchiature (OEE).

Ottimizzazione collaborativa delle operazioni e dei processi: Grazie all'interazione, più PLC possono svolgere in modo collaborativo compiti di produzione complessi. Ad esempio, in una linea di assemblaggio automatizzata, l'alimentazione, la movimentazione, l'ispezione e il confezionamento dei prodotti potrebbero essere gestiti da PLC diversi. La sincronizzazione dei dati tra loro garantisce un flusso di produzione fluido ed efficiente.

Gestione centralizzata e controllo remoto: La comunicazione tra PLC consente alle sale di controllo principali o ai sistemi di gestione (come SCADA e MES) di controllare, regolare i parametri e rilevare da remoto più PLC in modo centralizzato. Ciò migliora significativamente la manutenibilità e la scalabilità del sistema, riducendo al minimo i costi funzionali e di manutenzione.

Produzione adattabile e risposta rapida: Di fronte alle esigenze di mercato in rapida evoluzione, gli impianti di produzione contemporanei necessitano di capacità produttive agili. L'interconnettività PLC rende la riconfigurazione e le modifiche delle linee di produzione più flessibili. Grazie alla configurazione remota e al download di software, è possibile adattare rapidamente nuove attività di produzione. In sostanza, l'interconnettività PLC è un percorso fondamentale per lo sviluppo di fabbriche digitali, consentendo processi decisionali intelligenti e rafforzando la concorrenza tra imprese.

Analisi approfondita e confronto dei principali metodi di comunicazione

Le principali tecniche di comunicazione tra PLC includono la comunicazione seriale, l'interazione identica e la comunicazione Ethernet industriale. Comprenderne le caratteristiche è fondamentale per scegliere la soluzione ideale.

Comunicazione seriale:

• Caratteristiche: Trasmette i dati bit per bit. Richiede meno linee di segnale, adatto per distanze maggiori.
• Vantaggi: Cablaggio elettrico semplice, prezzo ridotto, resistenza al suono relativamente migliore.
• Limitazioni: Velocità di trasmissione relativamente lenta, capacità minima in tempo reale.
• Protocolli tipici: Protocolli Modbus RTU/ASCII, PPI, RS-232/RS-485 personalizzati, ecc.

Comunicazione parallela:

• Qualità: Trasmette informazioni in byte o parole simultaneamente su più linee dati.
• Vantaggi: Alta velocità di trasmissione, forte capacità in tempo reale.
• Limitazioni: Cablaggio complesso, breve distanza di trasmissione, prezzo elevato, soggetto a interferenze.
• Applicazioni comuni: Utilizzato principalmente per requisiti di breve distanza e alta velocità, spesso tra moduli PLC o tra un PLC e componenti I/O ad alta velocità specifici, molto meno frequentemente utilizzato come approccio tradizionale per la connettività tra PLC.

Comunicazione Ethernet industriale:

• Attributi: Basato sulla tecnologia Ethernet standard, ma ottimizzato per garantire efficacia ed efficienza in tempo reale in ambienti industriali. Utilizza la suite di protocolli TCP/IP, supportando diverse geografie di rete come a stella, a bus e ad anello.
• Vantaggi: Alta velocità (100 Mbps/Gbps), grande capacità di informazione, elevata flessibilità di rete, supporto di più master e servant, semplice combinazione con reti IT ed eccellente scalabilità.
• Limitazioni: Investimento iniziale relativamente più elevato, disposizione più complessa.

Guida alla valutazione e alla selezione dei protocolli di comunicazione tradizionali

Le procedure di interazione sono il "linguaggio" dello scambio di informazioni, che specifica lo stile, la tempistica e i dispositivi di gestione degli errori per la trasmissione delle informazioni. Nell'interazione tra PLC, la selezione della procedura ideale è fondamentale per il layout del sistema.

Protocollo Modbus

• Introduzione: Modbus è un protocollo di comunicazione seriale duraturo, aperto e ampiamente utilizzato, che supporta interfacce utente fisiche come RS-232 e RS-485. Si è evoluto anche in Modbus TCP, basato su Ethernet.
• Caratteristiche: Framework di procedure semplice, facile da applicare e da debuggare. Supporta l'impostazione master-slave, in cui un master può gestire più servant. Ampia gamma di tipi di informazioni, inclusi coil e registri.
• Applicazioni: Comunemente utilizzato per l'interazione tra vari marchi di PLC o tra PLC e strumenti, sensori, HMI (Interfaccia uomo-macchina), in particolare in situazioni con esigenze in tempo reale meno rigorose o come interfaccia di uso generale.

Protocollo PPI (interfaccia punto-punto)

• Panoramica: PPI è un protocollo di comunicazione seriale esclusivo dei PLC Siemens della serie S7-200, basato sul livello fisico RS-485.
• Qualità: Specifico per i PLC Siemens della serie S7-200, utilizzato principalmente per il caricamento/scaricamento di programmi tramite software applicativo (Step7-Micro/Win) e per la comunicazione tra S7-200 e HMI. Supporta l'impostazione master-slave.
• Applicazioni: Limitato ai PLC Siemens della serie S7-200. Nelle attuali serie S7-1200/1500, è stato ampiamente sostituito dall'interazione PROFINET/Ethernet.

Protocollo PROFINET

• Riepilogo: PROFINET è una procedura di comunicazione per l'automazione industriale sviluppata da PROFIBUS e PROFINET International (PI), basata su Ethernet di base.
• Caratteristiche: Elevata velocità, elevata capacità in tempo reale (che supporta IR_T e vari altri corsi in tempo reale), supporta topologie di rete adattabili (linea, stella, anello), integra le prestazioni di analisi e promuove una facile gestione degli strumenti e disposizione della progettazione.
• Applicazioni: Ampiamente adottato da numerosi marchi di PLC come Siemens e Beckhoff, è la scelta preferita per linee di produzione complesse, ad alta velocità e critiche in tempo reale (ad esempio, produzione automobilistica, macchinari per il confezionamento).

Protocollo EtherNet/IP

• Panoramica: EtherNet/IP (Ethernet Industrial Protocol) è un protocollo industriale sviluppato da ODVA (Open DeviceNet Vendors Association), anch'esso basato sullo standard Ethernet.
• Caratteristiche: Utilizza il Common Industrial Protocol (CIP) per unificare le funzionalità di controllo, sicurezza, configurazione e diagnostica. Supporta sia la messaggistica esplicita che quella implicita per uno scambio dati flessibile e un controllo in tempo reale ad alte prestazioni.
• Applicazioni: Ampiamente utilizzato con Rockwell Automation PLC Allen-Bradley e numerosi altri dispositivi conformi allo standard CIP. Dominante nel mercato nordamericano.