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Monitorare una rete industriale
Monitorare una rete PROFINET nei minimi dettagli
Paolo Ferrari - Consorzio PI Italia
Sommario
Le reti industriali sono ormai una realtà assodata: dopo le installazioni è importante verificare le metodologie per monitorare una rete industriale PROFINET che permettano di estendere la manutenzione predittiva anche al livello di rete più basso.
PROFINET permette di mantenere una visione completa della diagnostica.
Monitorare una rete industriale di PROFINET nell'era Industry 4.0
Cosa è PROFINET (Process Field Network)?
E' uno standard di comunicazione basato su Industrial Ethernet con una gamma completa di applicazioni.
Può essere utilizzato per implementare soluzioni di automazione industriale nei settori dell'automazione di fabbrica, dell'automazione di processo e dell'automazione degli edifici. Le soluzioni vengono utilizzate anche nelle applicazioni di sicurezza e nell'intera gamma della tecnologia di attuazione, compreso il controllo del movimento sincronizzato.
Reti industriali PROFINET nell'era Industry 4.0
- PROFINET permette un approccio completo;
- Performance adatte ad ogni applicazione, dal processo fino al motion control;
- Pronto per gli accessi Industrial Internet of Things propri di Industry 4.0;
- Servitizzazione per monitorare una rete industriale PROFINET;
- Scalabilità;
- Monitorare una rete industriale continuo + esperti sempre disponibili.
Diagnostica in PROFINET
PROFINET è basato su Ethernet, quindi:
- Tutti possono parlare con tutti, non è master-slave!
- In generale, in una rete switched-Ethernet i collegamenti sono tutti punto-punto;
- Per controllare il livello fisico bisognerebbe accedere a tutti i cavi...
In aggiunta però PROFINET offre:
- Informazioni diagnostiche strutturate in modo gerarchico;
- Station name;
- Slot, subslot,channel, channel type, error information;
- Diagnostica come allarmi da IO-Device all'IO-Controller;
- SNMP completa la diagnostica a livello di rete industriale.
Importanza dell'infrastruttura ai fini diagnostici
- Importanza dello switch (managed) nelle reti PROFINET;
- Avverte direttamente il PLC;
- Mantiene statistiche SNMP;
- Offre interfaccia all'operatore.
Diagnostica automatica... pronti per Industry 4.0
Tutti i dispositivi PROFINET IO forniscono delle informazioni base sullo stato della comunicazione Ethernet
- Sono possibili interrogazioni automatiche di queste informazioni;
- Si possono usare strumenti standard IT, perchè il protocollo è SNMP;
- Il traffico di monitoraggio è TCP/IP... e usa una banda trascurabile.
Disponibili anche soluzioni mirate per PROFINET
- Maggiori dettagli e altre informazioni specifiche;
- Integrate con l'applicazione di automazione;
- Più veloci nel trovare i problemi.
Due modalità:
- Monitorare una rete industriale di continuo;
- Troubleshooting.
Strumenti per il monitoraggio continuo di PROFINET
Basati sulla raccolta dati in continuo dalla rete.
- Contiene la storia dei dispositivi ottenuta con interrogazioni periodiche delle variabili di interesse;
- Con il protocollo PROFINET aciclico e SNMP si raccolgono informazioni in modo periodico;
- Tempi di aggiornamento del database dipendono da estensione rete/variabili: da minuti a ore;
- Serve a mettere in evidenza dei trend;
- Storicizzazione allarmi di comunicazione.
Due tipologie
- Software per PC (da connettere alla rete);
- Componente stand alone (da connettere alla rete).
Strumenti per troubleshooting di PROFINET
- Mirati a scattare istantanee dello stato della rete;
- Contengono lo stato di ogni dispositivo ottenuta con una interrogazione approfondita;
- Tempi di scansione ridotti: massimo una decina di minuti;
- Livelist;
- Errori di trasmissione;
- Carico di rete;
- Ricerca dispositivi;
- Allarmi;
- Monitorare variabili di processo;
- Registrazione eventi in modo imparziale;
- Reportistica completa (certificazione).
E' uno standard di comunicazione basato su Industrial Ethernet con una gamma completa di applicazioni.
Può essere utilizzato per implementare soluzioni di automazione industriale nei settori dell'automazione di fabbrica, dell'automazione di processo e dell'automazione degli edifici. Le soluzioni vengono utilizzate anche nelle applicazioni di sicurezza e nell'intera gamma della tecnologia di attuazione, compreso il controllo del movimento sincronizzato.
Reti industriali PROFINET nell'era Industry 4.0
- PROFINET permette un approccio completo;
- Performance adatte ad ogni applicazione, dal processo fino al motion control;
- Pronto per gli accessi Industrial Internet of Things propri di Industry 4.0;
- Servitizzazione per monitorare una rete industriale PROFINET;
- Scalabilità;
- Monitorare una rete industriale continuo + esperti sempre disponibili.
Diagnostica in PROFINET
PROFINET è basato su Ethernet, quindi:
- Tutti possono parlare con tutti, non è master-slave!
- In generale, in una rete switched-Ethernet i collegamenti sono tutti punto-punto;
- Per controllare il livello fisico bisognerebbe accedere a tutti i cavi...
In aggiunta però PROFINET offre:
- Informazioni diagnostiche strutturate in modo gerarchico;
- Station name;
- Slot, subslot,channel, channel type, error information;
- Diagnostica come allarmi da IO-Device all'IO-Controller;
- SNMP completa la diagnostica a livello di rete industriale.
Importanza dell'infrastruttura ai fini diagnostici
- Importanza dello switch (managed) nelle reti PROFINET;
- Avverte direttamente il PLC;
- Mantiene statistiche SNMP;
- Offre interfaccia all'operatore.
Diagnostica automatica... pronti per Industry 4.0
Tutti i dispositivi PROFINET IO forniscono delle informazioni base sullo stato della comunicazione Ethernet
- Sono possibili interrogazioni automatiche di queste informazioni;
- Si possono usare strumenti standard IT, perchè il protocollo è SNMP;
- Il traffico di monitoraggio è TCP/IP... e usa una banda trascurabile.
Disponibili anche soluzioni mirate per PROFINET
- Maggiori dettagli e altre informazioni specifiche;
- Integrate con l'applicazione di automazione;
- Più veloci nel trovare i problemi.
Due modalità:
- Monitorare una rete industriale di continuo;
- Troubleshooting.
Strumenti per il monitoraggio continuo di PROFINET
Basati sulla raccolta dati in continuo dalla rete.
- Contiene la storia dei dispositivi ottenuta con interrogazioni periodiche delle variabili di interesse;
- Con il protocollo PROFINET aciclico e SNMP si raccolgono informazioni in modo periodico;
- Tempi di aggiornamento del database dipendono da estensione rete/variabili: da minuti a ore;
- Serve a mettere in evidenza dei trend;
- Storicizzazione allarmi di comunicazione.
Due tipologie
- Software per PC (da connettere alla rete);
- Componente stand alone (da connettere alla rete).
Strumenti per troubleshooting di PROFINET
- Mirati a scattare istantanee dello stato della rete;
- Contengono lo stato di ogni dispositivo ottenuta con una interrogazione approfondita;
- Tempi di scansione ridotti: massimo una decina di minuti;
- Livelist;
- Errori di trasmissione;
- Carico di rete;
- Ricerca dispositivi;
- Allarmi;
- Monitorare variabili di processo;
- Registrazione eventi in modo imparziale;
- Reportistica completa (certificazione).
Video
Esempi reali in reti PROFINET - Livello fisico
- Separazione cavi di rete e cavi di potenza non rispettata;
- Disturbi indotti dai drive che corrompono i pacchetti Ethernet;
- Ethernet ha il led di << link >> che aiuta l'installatore;
- Ma in alcuni casi possono esserci dei << falsi negativ i>>;
- Connettori improvvisati da cablatori non istruiti;
- Mancata etichettatura dei cavi si riflette in allungamento dei tempi in caso ripristino guasto;
Caso 1: impianto di processo
Alcune porte segnalano un numero di errori elevato -> cavo da verificare e riparare!
Topologia di rete
- PROFINET garantisce flessibilità di progettazione del layout di rete.
- Tutte le topologie standard sono possibili con PROFINET;
- Un numero di combinazioni quasi illimitato;
La topologia di rete risulta principalmente da criteri quali :
- Posizione dei componenti;
- Le distanze da coprire;
- Requisiti EMC;
- Requisiti di isolamento elettrico;
- Requisiti per una maggiore disponibilità;
- Considerazione dei carichi di rete.
Caso 2: macchina di confezionamento
- L'utente si dice abbastanza soddisfatto perché la rete ha problemi solo << una volta a settimana >>;
- In PROFINET però la situazione normale è << zero problemi >>....
Nota: nella rete c'è uno switch unmanaged che non dà informazioni statistiche sugli errori.
Definizione di carico di rete (network load)
Carico di rete: Il rapporto tra la quantità di traffico sul link e la massima capacità del link;
Il carico di rete dipende da quale è l'intervallo in cui viene misurato;
La rete Ethernet è bidirezionale
- Esistono due carichi di rete , uno per ciascuna direzione nel link;
- In una rete ogni link può avere un carico diverso;
- Ragionando "worst case" serve trovare il link con il massimo carico.
Esempio: traffico non real time
Dispositivi non PROFINET presenti sulla rete, oppure accessi << Industry 4.0 >> possono generare un consistente carico di rete "non controllato" !
Sistema mal progettato: il traffico non real time sovraccarica molti dispositivi.
Caso 3: settore automotive
Impianto complesso con oltre 2000 device PROFINET.
Situazione iniziale
- Rete PROFINET in continuo ampliamento;
- Improvvisi fermi produttivi non motivati.
CASO 3: installazione dispositivo per monitorare in maniera permanente
Risultati
- Individuati dispositivi PN non configurati;
- Individuati altri cavi/connettori difettosi;
- Individuati comportamenti anomali di PC.
Conclusioni
Trasformare in servizio il troubleshooting della rete di produzione.
PROFINET offre la piena compatibilità con Industry 4.0
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Fonte: MCM Diagnostica Web Edition aprile 2021 workshop
Mercati: Manutenzione industriale
