Vantaggi di Ethernet-APL e sicurezza per il futuro
Spiegazione Diversamente dai sistemi 4 … 20 mA, le interferenze del segnale o i drift vengono rilevati immediatamente, aumentando l’affidabilità della misura di processo.
L’hardware Ethernet-APL ha un costo di circa il 5% superiore rispetto a Remote-I/O, ma risulta più economico rispetto al cablaggio diretto tradizionale. Pur avendo costi hardware superiori rispetto ai sistemi 4…20 mA o HART, APL permette di risparmiare su engineering, integrazione e messa in servizio: l’elevata velocità di trasmissione dati, il cablaggio semplice e la piena trasparenza dei dati accelerano i processi e riducono gli errori. Questa valutazione si basa su studi, analisi dei costi e progetti pilota, oltre che sull’esperienza di impianti reali.
I guadagni in efficienza compensano i costi di acquisto leggermente più elevati, mentre vantaggi aggiuntivi come dati uniformi dei dispositivi, possibilità di diagnosi ampliate e facilità di sostituzione dei dispositivi generano effetti positivi nel lungo periodo.
Conclusioni Dal punto di vista economico, Ethernet-APL è vantaggioso, in particolare grazie al risparmio di tempo, alla minore suscettibilità agli errori e alla semplificazione dei processi rispetto a tutte le tecnologie tradizionali.
Ethernet-APL è supportato da tutti i principali produttori di sistemi e dispositivi di campo e viene continuamente perfezionato.. Numerosi progetti pilota confermano l’ampia accettazione di questa tecnologia. Per gli utenti, questo significa che i dispositivi di diversi produttori lavorano insieme senza problemi, sono semplici da integrare e offrono disponibilità a lungo termine
, per cui sono ideali per
impianti stabili e a prova di futuro.
La standardizzazione garantisce che i dispositivi possano essere integrati anche nelle future generazioni di sistemi di controllo e soluzioni di automazione.
Ethernet-APL è considerato particolarmente affidabile poiché si basa su una trasmissione dati sicura tramite robusti cavi a 2 fili, riducendo significativamente le interferenze del segnali. La comunicazione resta stabile anche con cavi lunghi o in ambienti soggetti a forti interferenze, consentendo tempi di reazione rapidi e affidabilità degli intervalli di manutenzione programmata.
Inoltre, la collaudata tecnologia Ethernet è stata sviluppata appositamente per le esigenze dell’industria di processo: la sicurezza intrinseca integrata e la protezione antideflagrante garantiscono un impiego sicuro anche in aree a rischio di esplosione.
Integrazione in impianti esistenti e documentazione
APL supporta il rilevamento automatico dei dispositivi tramite file GSDML, web server o funzioni di backup. Il sistema può configurare automaticamente un nuovo dispositivo installato e adottare le configurazioni esistenti. Questo semplifica considerevolmente la sostituzione di sensori o attuatori, soprattutto in grandi impianti con numerosi strumenti di campo.
Spiegazione
Attraverso i tre meccanismi seguenti, il sistema riconosce automaticamente quale dispositivo è stato collegato, carica i relativi parametri e lo integra nell’impianto, senza riprogrammazione manuale. Questo consente di risparmiare tempo e ridurre gli errori ed è particolarmente vantaggioso in caso di grandi impianti con numerosi strumenti di campo.
1. Descrizione del dispositivo tramite file GSDML
- File GSDML: ogni dispositivo APL contiene un file XML standardizzato che ne descrive le caratteristiche, i parametri di comunicazione e le possibilità di configurazione.
- Collegamento del dispositivo: una volta collegato, il dispositivo trasmette i suoi dati GSDML al sistema di controllo.
- Integrazione nel sistema: il sistema di controllo legge il file, riconosce il dispositivo, conosce i parametri disponibili e integra correttamente il dispositivo nel sistema.
2. Web server nel dispositivo
- Gli strumenti APL di VEGA dispongono di un web server integrato.
- L’utente può accedere direttamente al dispositivo attraverso il sistema di controllo, interrogare le sue caratteristiche ed effettuare configurazioni.
3. Funzioni di backup e configurazione
- Il dispositivo trasmette al sistema di controllo le parametrizzazioni esistenti. I dati trasmessi vengono salvati in una banca dati o in un file di progetto, in modo da poter essere ripristinati sul dispositivo all’occorrenza.
- In caso di sostituzione di un dispositivo, questi parametri vengono trasferiti automaticamente al nuovo dispositivo.
Il numero dipende dalla potenza Power-over-APL e dalla distribuzione della corrente tramite lo switch. In genere possono essere collegati da 8 a 24 dispositivi per segmento, tenendo conto delle resistenze dei cavi e del budget di potenza.
È possibile continuare a utilizzare molti cavi a 2 fili esistenti. È tuttavia necessario che i sistemi di controllo e l’infrastruttura di switch siano compatibili con APL.
Spiegazione APL utilizza lo stesso principio fisico a 2 fili dei dispositivi di campo classici, ma consente velocità di trasmissione dati più elevate e Power-over-APL. In molti casi, ciò permette di mantenere il cablaggio esistente e sostituire solo i dispositivi terminali o gli switch, senza dover modernizzare l’intero impianto.
APL richiede lunghezze di cavo definite, segmentazione e topologie specifiche. Il software di progettazione supporta la definizione della rete e la simulazione dei limiti di potenza, del fabbisogno di banda e dei percorsi di diagnostica degli errori. L’impiego di 2 wise (2-Wire Intrinsically Safe Ethernet) semplifica ulteriormente la progettazione e la documentazione, poiché l’alimentazione e la trasmissione dei dati possono essere realizzate in modo standardizzato tramite due conduttori.
Sicurezza, norme e standard
Ethernet-APL riduce il numero di gateway necessari, poiché i dispositivi possono essere integrati direttamente nel livello di controllo. I dati rilevanti per la sicurezza (Safety) possono essere trasmessi attraverso la stessa rete in modo affidabile e certificato. L’elevata larghezza di banda di 10 Mbit/s consente l’esecuzione parallela di dati di processo, diagnostica e applicazioni IIoT, senza influire sul funzionamento del sistema di controllo. Inoltre, la segmentazione delle reti, l’uso di switch controllati e la crittografia rafforzano la cybersecurity.
Concretamente questo significa che necessitate di meno hardware, potete integrare direttamente nella rete i processi rilevanti per la sicurezza e, contemporaneamente, elaborare in parallelo dati di misura e di analisi, mentre la rete rimane protetta da accessi non autorizzati.
I dispositivi APL possono essere impiegati in aree Ex fino alla Zona 0, a condizione che siano certificati secondo il principio 2 wise. Con il principio 2 wise, attraverso due soli conduttori si realizzano contemporaneamente l’alimentazione e la trasmissione sicura dei dati, evitando così la formazione di scintille o l’insorgenza di energia pericolosa nelle aree a rischio di esplosione.
Spiegazione Le norme relative alla sicurezza intrinseca (IS), combinate con le specifiche fisiche di Ethernet-APL, garantiscono così il funzionamento sicuro dei dispositivi.
Moderne strategie di manutenzione e gestione degli interventi
APL supporta PA-DIM e OPC UA. È coerente con il contesto di Industria 4.0 e NAMUR Open Architecture (NOA), poiché consente di rendere i dati di processo e diagnostici accessibili in modo trasparente a sistemi di controllo, piattaforme di analisi o applicazioni cloud.
Spiegazione Il rispetto di questi standard assicura l’interoperabilità tra dispositivi di diversi produttori e la gestione standardizzata dei dati diagnostici.
Diagnosi in tempo reale rendono possibile una manutenzione mirata. Gli avvisi secondo NAMUR NE 107 o tramite PA-DIM possono essere letti centralmente e elaborati in modo automatizzato. Attualmente vengono trasmessi soprattutto valori statici, come lo stato dei dispositivi o dei valori di misura, permettendo di rilevare rapidamente i guasti e pianificare le riparazioni in modo più mirato.
In prospettiva, lo sviluppo mira alla manutenzione predittiva, in cui i dispositivi possono prevedere avarie imminenti attraverso un’analisi continua dei dati.
Con Ethernet-APL è possibile fornire direttamente più informazioni dal campo, senza la necessità di gateway aggiuntivi. Questo apre nuove possibilità per una strategia di manutenzione più efficiente, in cui i fermi impianto non programmati vengono ridotti e le operazioni di manutenzione possono essere coordinate in modo ottimale.
Se desiderate implementare Ethernet-APL nel vostro impianto, vi raccomandiamo una preparazione mirata. Anche VEGA offre corsi di formazione pratica (sia online, sia in presenza) che includono in tema APL. Questi corsi, oltre alla teoria spiegano anche l’utilizzo pratico dei dispositivi di campo di VEGA e dei tool software.
I seguenti argomenti sono particolarmente rilevanti:
- Fondamenti della tecnologia: comprensione delle proprietà fisiche di APL, della trasmissione dati deterministica e della segmentazione della rete.
- Integrazione in sistemi esistenti: conoscenze su come i dispositivi di campo APL vengono integrati nei sistemi di controllo esistenti, PLC e sistemi di Asset Management.
- Configurazione dei dispositivi e diagnostica: gestione dei file GSDML, dei web server, delle funzioni di backup e utilizzo dei dati di diagnostica per manutenzione e ottimizzazione.
- Sicurezza: protezione antideflagrante, sicurezza della rete e misure di cybersecurity.
- Applicazioni pratiche e best practice: casi applicativi in impianti nuovi ed esistenti, flussi di dati paralleli verso PLC e piattaforme IIoT, manutenzione predittiva.
Digitalizzazione e applicazioni IIoT
Ethernet-APL permette già oggi di realizzare applicazioni IIoT in modo molto più semplice e affidabile, anche in aree a rischio di esplosione, poiché Ethernet arriva fino al livello dei dispositivi di campo, eliminando le tradizionali barriere ai dati come gateway o convertitori con larghezza di banda fortemente limitata.
Questa connessione Ethernet diretta fino al livello di campo consente di realizzare applicazioni IIoT basate, ad esempio, sui principi NOA o con collegamenti diretti a sistemi cloud o di Asset Management.
Spiegazione APL supporta contemporaneamente più canali di comunicazione, permettendo alle tradizionali funzioni di controllo e alle attività di analisi e ottimizzazione dei dati nell’IIoT di operare in maniera indipendente.
Esempio: un sensore di pressione può inviare i suoi valori di misura contemporaneamente al PLC per le funzioni di controllo e a una piattaforma cloud per analisi e ottimizzazione, senza che i processi interferiscano tra loro.
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