Replicare segnali di IO digitale attraverso la rete
La modalità Box-to-Box collega due Web-IO attraverso la rete. In questa modalità di funzionamento le uscite di un Web-IO seguono lo stato degli ingressi di un altro Web-IO. Ad esempio lo stato alto su un ingresso di un Web-IO commuta l’uscita del corrispettivo Web-IO posto in una diversa locazione. In questa modalità si possono sostituire dei cablaggi discreti mediante comunicazione Ethernet industriale, realizzando una automazione decentralizzata I/O ed una economia nel caso di lunghe distanze.
La soluzione Box-to-Box funziona anche su reti diverse passando attraverso i router.
I collegamenti box-to-box sono garantiti dal protocollo TCP. In caso di perdita temporanea di connessione, per esempio a causa di un guasto alla rete, i Web-IO si ritrovano fra loro senza interventi dei manutentori IT.
In caso di perdita di connessione le uscite assumono lo stato di sicurezza (livello alto o basso) che è possibile configurare.
Come amministratore di impianti, officine o laboratori è fondamentale sapere, ad ogni istante, lo stato di funzionamento di ogni macchina ed attrezzatura presente nella propria azienda; è importante quindi prevedere dei sistemi di allarme che ci avvisino con un SMS (o altro tipo di allarme) quando qualcosa non va o semplicemente quando un ciclo produttivo è terminato e necessita dell’intervento di un operatore o di un tecnico.
Quando questi sistemi addirittura ci raggiungono direttamente sul nostro smartphone e su quello dei nostri collaboratori allora la cosa diventa davvero interessante e merita una qualche considerazione se adottarli o meno.
Il sistema IA40 di HCE Engineering fa proprio questo: vi avvisa con un SMS ogni qual volta un vostro macchinario necessita un qualche tipo di attenzione, in modo che tutto sia sempre sotto controllo e la produzione non si fermi!
La struttura di base
Una installazione tipica è composta da una interfaccia di campo (detta satellite), la quale legge fisicamente gli eventi di impianto attraverso segnali elettrici (ad esempio ingressi free-contact o 4..20mA), e da un accentratore di eventi (IA40 nella figura sotto), il quale ha il compito di ricevere gli eventi generati dai vari impianti e di smistarli, via SMS, verso gli smartphone dei vari addetti alla produzione.
Tramite una interfaccia grafica web è possibile poi configurare il concentratore degli eventi in modo che questo li invii ad uno o più numeri di cellulare.
Ogni satellite è collegato via Ethernet all’accentratore il che permette di semplificare notevolmente le connessioni all’interno della rete aziendale.
I Satelliti
Come sistema satellite, cioè il sistema che ha il compito di rilevare fisicamente gli eventi di impianto, è possibile al momento utilizzare un qualsiasi sistema in grado di generare messaggi TCP del tipo:
nome_macchina;parametro;valore
Come sistemi in grado di fare ciò la HCE Engineering, quale partner W&T, utilizza diversi apparati come ad esempio il Digital WEB-IO che può essere facilmente configurato per questa operazione semplicemente dal pannello di controllo come riportato sotto.
Quindi ogni volta che l’ingresso digitale 0 cambia stato il satellite invia un messaggio TCP tipo “impianto0;input0;ON“alla porta 8888 dell’accentratore che ha indirizzo IP 192.168.1.128.
A questo punto possiamo usare il comando nc per verificare che effettivamente le cose vanno proprio così.
root@debian:~# while nc -l -p 8888 ; do echo "" ; done impianto0;input0;ON impianto0;input0;OFF
L’accentratore (SMS gateway)
Come sistema accentratore si può utilizzare un qualsiasi sistema Debian/Linux che abbia almeno una porta Ethernet e un modem GSM. La HCE Engineering utilizza il suo sistema Enigma Industrial con a bordo un modulo GSM di propria produzione.
Una volta configurato il sistema si presenta all’utente tramite la propria pagina WEB riportata sotto.
Una volta effettuato il login abbiamo la possibilità di aggiungere nuove macchine (Machines) al sistema e nuovi manutentori (Maintainers) ai quali associare le macchine. Nello screenshot sotto vediamo la lista di due manutentori preinseriti.
A questo punto se andiamo nel menu Machines ed aggiungiamo una nuova macchina avremo la seguente schermata:
In Machine name dobbiamo mettere impianto0 mentre nella sezione Maintainers possiamo aggiungere uno o più manutentori. A questo punto il gioco è fatto, basta aspettare un evento e ogni manutentore riceverà un SMS come nello screenshot sotto.
Conclusioni
Il sistema IA40 di HCE Engineering è un sistema che permette ad ogni Plant Manager (ed ai suoi collaboratori) di avere sotto controllo, istante per istante, i propri apparati produttivi anche se dislocati su vaste aree.
Al momento il sistema supporta solo l’invio delle notifiche via SMS e la ricezione degli eventi via TCP, ma i tecnici HCE Engineering stanno già prevedendo di aggiungere nuove notifiche via e-mail o telegram/whatsapp e di supportare la ricezione di eventi attraverso altri sistema di comunicazione Ethernet, Bluetooth, Zigbee, Z-Wave, ecc.
Il sistema custom rappresentato nello schema a blocchi è stato sviluppato ed ottimizzato per il mercato automotive. Il sistema è composto dal modulo cpu A71 che fornisce il motore logico e la connettività e dalla scheda madre (carrier board). Il sistema SbC così composto comprende tutte le periferiche di acquisizione ed interfacciamento nonché la gestione della batteria di backup e di diverse alimentazioni. Inglobando tutta l’elettronica su di un unica scheda si realizza un sistema completo, compatto e di minor costo di acquisto ed installazione.
Hardware
Compatibile con Modulo CPU A71 ( Dual Core Cortex-A7 NXP i.MX7D 800MHz, 1GB SDRAM DDR3, 4GB eMMC)
1x RJ45 Ethernet (10/100Mbit)
1x Wi-Fi IEEE 802.11 b/g/n (opzione modulo cpu)
1x USB 2.0 host port
1x Connettore per micro SD
2x interfaccia RS232
2x interfaccia RS485
1x interfaccia CAN 2.0B (fino a 1Mbit/s)
1x Real-time clock con batteria di backup
1x TFT Panel interfaccia LVDS (fino a colori 24bit)
1x Touchscreen (resistivo 4 fili)
4x Ingressi Digitali 24V con isolamento
8x Uscite Digitali 24V tipo PNP
1x Ingresso Analogico Pt100 16bit
1x Ingresso Encoder
Alimentazione a 24V a range automotive
Software
Linux Kernel 5.0
Debian
QT5.x su frambuffer
Applicazione proprietaria di monitoraggio, controllo, salvataggio e comunicazione dei dati, sia in locale che in remoto.
Completo sistema embedded per sistema di misura distribuito.
Il sistema rappresentato nello schema a blocchi è stato sviluppato per un sistema di misura utilizzato nel controllo di processo e nelle verifiche di prodotto per il settore alimentare. Il cuore logico del sistema è il modulo cpu A71 che fornisce la connettività e la capacità di elaborazione dei dati raccolti. La scheda madre (carrier board) comprende tutte le periferiche di comunicazione ed interfacciamento nonché la gestione di diverse alimentazioni anche per le periferiche di acquisizione collegate via RS485 o bus di campo. L’elettronica realizzata costituisce un sistema completo, compatto e tale da poter essere utilizzato sulle line di produzione od in laboratori, in modalità fissa o mobile.
Hardware
Compatibile con Modulo CPU A71 ( Dual Core Cortex-A7 NXP i.MX7D 800MHz, 1GB SDRAM DDR3, 4GB eMMC)
1x RJ45 Ethernet (10/100Mbit)
1x Wi-Fi IEEE 802.11 b/g/n (opzione modulo cpu)
1x USB 2.0 host port
1x Connettore per micro SD
2x interfaccia RS232
2x interfaccia RS485
1x interfaccia CAN 2.0B (fino a 1Mbit/s)
1x Real-time clock con batteria di backup
1x TFT Panel interfaccia LVDS (fino a colori 24bit)
1x Touchscreen (resistivo 4 fili)
4x Ingressi Digitali 24V con isolamento
8x Uscite Digitali 24V tipo PNP
1x Ingresso Analogico Pt100 16bit
1x Ingresso Encoder
Alimentazione a 24V a range automotive
Software
Linux Kernel 5.0
Debian
QT5.x su frambuffer
Applicazione proprietaria di monitoraggio, controllo, salvataggio e comunicazione dei dati, sia in locale che in remoto.
Replicare segnali analogici 4..20mA attraverso la rete
La stessa facilità di funzionamento della modalità Box-to-Box si può ottenere anche per i segnali analogici oltre che quelli digitali. Nelle figure seguenti si illustra come sia possibile replicare due segnali 4..20mA provenienti da due trasmettitori (pressione, temperatura, pH, etc etc) attraverso la rete e renderli disponibili in un punto di misura distante dal punto di prelievo.
Replicare segnali analogici 4..20mA attraverso una barriera di isolamento in fibra ottica.
Con l’aiuto di un media converter è possibile anche trasferire i segnali analogici attraverso una barriera di isolamento in fibra ottica.
Per il trasporto e la replica dei segnali digitali su fibra ottica esistono delle soluzioni ad hoc ancora più semplici.
