In questa lezione del corso di automazione industriale conosceremo alcuni dei sistemi SCADA e HMI più utilizzati nel mondo e nelle diverse industrie. Dal sistema di programmazione per pannelli operatore, alla grande suite di software di raccolta dati e monitoraggio, vedremo che molti di questi ambienti di sviluppo si somigliano e offrono funzioni che oggi sono davvero avanzate.
Ecco gli argomenti di questa lezione:
Sistemi di programmazione monitoraggio proprietari.
Sistemi di supervisione Siemens.
Sistemi di supervisione Rockwell Automation (Allen Bradley).
Software di monitoraggio HMI e SCADA Schneider.
Software di monitoraggio HMI e SCADA Omron.
Software di supervisione HMI e SCADA di software house.
Comunicazione con il campo nei sistemi di monitoraggio.
Funzioni grafiche dei sistemi di supervisione.
Funzioni di analisi dati negli SCADA.
Funzioni di tracking dei dati e interfacce con il mondo esterno.
Quando si lavora come programmatori di plc e sistemi di supervisione, la scelta del tipo di sistema di monitoraggio diventa importante, dato che imparare a programmare questi software richiede tempo e impegno. Normalmente quando si sceglie una piattaforma è un po’ come adottarla, e la si utilizzerà per diverso tempo, anche anni.
Ci sono casi in cui si è “costretti” ad acquisire un sistema di monitoraggio diverso da quello che usiamo abitualmente perché per esempio il cliente lo richiede nelle sue specifiche; se questo non accade, la tendenza è di proporre il sistema HMI o SCADA che conosciamo bene e su cui abbiamo sviluppato precedentemente grafica, animazione, scripts e così via.
Normalmente le case produttrici di software di supervisione creano suite di programmazione longeve, le quali a parte gli aggiornamenti a volte anche poco significativi e dettati da motivazioni commerciali, vengono utilizzate per anni; si ha quindi il tempo di apprendere per bene tutti gli aspetti della loro programmazione e offrire ai clienti soluzioni in grado di assolvere i compiti richiesti.
Sistemi di supervisione proprietari e non.
Tra i software di progettazione SCADA e HMI possiamo distinguere principalmente tre categorie: quelli forniti dalle case costruttrici di plc come Siemens, Rockwell Automation, Omron, Schneider e altri, quelli prodotti da software house che non forniscono hardware (almeno principalmente), e quelli costruiti su misura da aziende che si occupano d’automazione industriale.
In effetti è possibile architettare uno scada o un piccolo sistema di monitoraggio in modo autonomo, basta avere le conoscenze adeguate in termini di driver di comunicazione, server di comunicazione come il DDE oppure l’OPC, e utilizzare linguaggi di programmazione adatti che contengono all’interno del loro set di istruzioni anche delle funzioni che utilizzano appunto i canali di comunicazione.
Alcuni di questi linguaggi anche di molti anni fa già permettevano lo scambio dati col mondo dell’automazione, si pensi per esempio al Visual Basic e al VBA contenuto nella suite Office di Microsoft.
Nella prossima immagine vediamo sinteticamente come funziona la comunicazione tra scada e apparecchiature nel campo.
Nella figura sopra si vede che il plc comunica con lo scada attraverso una rete, il driver di comunicazione è un software in grado di colloquiare con l’apparecchio e che scambia dati con il server DDE o OPC, quest’ultimo mette a disposizione i dati nel sistema di supervisione.
Nella prossima immagine troviamo un foglio di Excel che mostra i valori di alcune variabili presenti in un plc, queste vengono lette e scritte proprio attraverso il server di comunicazione DDE.
Sistemi di programmazione monitoraggio proprietari.
I costruttori di PLC e apparecchiature per l’automazione spesso forniscono anche intere suite di programmazione e di progettazione della supervisione, tra questi ce ne sono alcuni di rilievo come Siemens, Rockwell automation, Schneider Electric e Omron. Queste suite di programmazione spesso contengono tutto il necessario non solo per creare il programma di monitoraggio ma anche per programmare i plc stessi, di architettare le reti e di configurare anche le apparecchiature intelligenti presenti in campo.
Costruttori di plc più piccoli e meno diffusi mettono a disposizione i loro software di programmazione e supervisione solitamente dedicati a famiglie specifiche di apparecchi, in genere la complessità delle suite di programmazione offerta va di pari passo con la varietà dell’hardware disponibile.
Di seguito vediamo quali sono gli scada proprietari dei costruttori di plc di cui abbiamo appena parlato. Elencheremo le soluzioni principali e ne descriveremo l’area di applicazione; naturalmente non entriamo troppo nei dettagli perché lo scopo di questa lezione è avere una buona panoramica dei prodotti, per orientarsi successivamente e approfondire quello che più potrebbe fare al caso nostro.
Sistemi di supervisione Siemens.
La Siemens da molti anni opera nel settore dell’automazione, e per quanto riguarda la creazione delle interfacce uomo macchina ha sviluppato i software WinCC, in diverse versioni chiamate Flexible, Basic, Comfort, Advanced, Professional, V7.x e OA.
Una serie di versioni che a prima vista potrebbero generare confusione, per semplificare possiamo riassumere l’utilizzo di questi pacchetti in questo modo:
WinCC Flexible: Soluzione per pannelli operatori di vecchia generazione, in applicazioni locali, con capacità di girare in runtime sui pannelli e anche su PC.
WinCC Basic: Soluzioni per pannelli operatori di tipo base inserito in TIA Portal.
WinCC Comfort: Soluzione per pannelli operatori di tipo comfort e applicazioni locali, inserito nella suite TIA Portal.
WinCC Advanced: Soluzione per PC, Panel PC e piccoli sistemi scada; inserito nella suite TIA Portal.
WinCC Professional: Questo software fa parte della suite TIA Portal e permette di creare applicazioni più avanzate per pannelli e scada.
WinCC 7.x: Classico sistema SCADA per computers.
WinCC OA: Il sistema per architetture grandi di tipo aperto.
Per la maggior parte delle applicazioni di piccola e media grandezza, per programmare pannelli operatore Siemens si utilizza un WinCC tra quelli che possiamo acquistare nella suite TIA Portal; per le applicazioni SCADA classiche il WinCC 7.x, mentre per pannelli di base la versione Basic è sufficiente.
Prima di scegliere il software di programmazione è meglio consultare il fornitore per assicurarsi di acquistare le licenze del prodotto più consono alle esigenze specifiche dell’applicazione che stiamo automatizzando. Nella prossima immagine troviamo uno schema che ci aiuta a comprendere quale WinCC utilizzare per i modelli di Pannelli Operatore acquistabili oggi da Siemens; si nota che con la versione Professional si possono programmare scada basati su WinCC 7 runtime.
Sistemi di supervisione Rockwell Automation (Allen Bradley) .
La Rockwell Automation è un’altra grande casa costruttrice di plc e non poteva non proporre le proprie suite di programmazione. I due ambienti più conosciuti nel passato e ancora oggi utilizzati sono RSView32 per i sistemi scada che girano su pc e RSView Machine Edition per quanto riguarda la programmazione di pannelli operatore.
Oggi questi ambienti sono stati trasportati nella suite di programmazione più grande che si chiama Factory Talk View, offerta in diverse versioni come la Site Edition, la Machine Edition, e la View Point; quest’ultima non è una vero ambiente di programmazione di sistemi di supervisione ma piuttosto un’interfaccia web per estendere le applicazioni ai dispositivi mobili.
Di Rockwell Automation Segnaliamo anche la suite Studio 5000 View Designer, dedicata alla programmazione dei pannelli della serie PaneView 5000.
Con la Factory Talk View Site Edition si possono creare architetture di monitoraggio complesse e sistemi scada con funzionalità avanzate; la versione Machine Edition, come dice la denominazione stessa è adatta ai pannelli operatori come i Panelview Plus.
Nella prossima immagine troviamo uno schema riassuntivo di quanto appena visto.
Software di monitoraggio HMI e SCADA Schneider.
La casa costruttrice Schneider Electric ha creato un solido portafoglio di soluzioni software indipendenti e collabora con aziende leader al mondo nel settore dei software.
Per quanto riguarda i prodotti per i sistemi di supervisione troviamo soprattutto le soluzioni dell’AVEVA. Tra quelli disponibili AVEVA Plant SCADA, AVEVA Edge e AVEVA System Platform; nell’ordine dal più “piccolo” al più performante.
Poi ci sono EcoSTruxsure Geo SCADA Expert e EcoSTruxsure Machine SCADA Expert, dedicati alla telemetria e applicazioni di monitoraggio remote, oltre che Vijeo Designer e EcoStruxure Operator Terminal Expert per la programmazione di sistemi HMI.
Nella prossima immagine vediamo alcuni funzioni che il software AVEVA Plant Scada ci permette di implementare; queste sono funzioni ormai oggi comuni a tutti i software di progettazione scada.
Software di monitoraggio Omron.
La Omron propone diversi software per programmare le visualizzazioni, tra questi troviamo CX-Supervisor e Movicon Next.
CX-Supervisor permette di configurare applicazioni HMI basate su PC con molte funzioni anche complesse, Movicon Next presenta una tecnologia SCADA più classica.
Per quanto riguarda i pannelli operatore, ci sono appositi tool che permettono di eseguire le applicazioni di monitoraggi su questi come NS-Runtime per i pannelli della serie NS e Soft NA per i pannelli della serie NA. Per ciò che concerne i pannelli della serie NB è disponibile il software NB-Designer.
Nella prossima immagine una panoramica dei software di supervisione e tool di comunicazione che la Omron mette a disposizione.
Software di supervisione HMI e SCADA di software house.
Ci sono oggi sul mercato tantissime soluzioni SCADA di diverse case produttrici di software, queste sono indipendenti dai plc e dal tipo di hardware utilizzato e permettono di architettare sistemi di controllo e acquisizione dati praticamente con tutto ciò che si può interfacciare in un sistema d’automazione industriale.
Tra i fornitori più grandi conosciuti nel mondo abbiamo sicuramente Wonderware, Inductive Automation, General Electric, Copdata e Progea. Tutti questi ambienti permettono di creare applicazioni scalabili e di interfacciarsi con le più svariate apparecchiature.
La wonderware offre il diffusissimo Intouch, General Electric il prodotto Simplicity, Copdata la piattaforma Zenon e per quanto riguarda Progea troviamo il software Movicon.
Le suite di programmazione monitoraggi di questo tipo sono l’ideale per chi vuole creare applicazioni scalabili e indipendenti dall’hardware.
Tutti questi ambienti offrono oggetti per sviluppare applicazioni anche molto complesse, con grafica avanzata, storage di dati, possibilità di creare script in linguaggi evoluti e possibilità di interfacciarsi con il mondo internet per il monitoraggio da remoto.
Di seguito un elenco di funzioni che i sistemi HMI e SCADA mettono a disposizione.
Comunicazione con il campo.
Comunicazione con plc e oggetti intelligenti in campo attraverso appositi protocolli, comunicazione con oggetti di diverso tipo contemporaneamente mediante la creazione di canali separati.
Creazione di database di variabili associate ai punti di memoria nei plc e nelle apparecchiature, le variabili sono utilizzate per l’animazione e i comandi nelle pagine grafiche, così come negli script.
Funzioni grafiche.
Creazione di pagine grafiche statiche e animate anche molto complesse.
Inserimento di oggetti grafici animati che facilitano la visualizzazione degli stati dei processi monitorati e il comando.
Visualizzazione di oggetti grafici avanzati come bar graph, sliders, selettori multi posizione ecc.
Possibilità di animare gli oggetti (spostamento, rotazione e ridimensionamento in tempo reale in base ai valori delle variabili collegate).
Visualizzazione e immissione di testo e numeri.
Possibilità di creare i propri oggetti grafici intelligenti con animazione, e di creare librerie personalizzate di oggetti.
Utilizzo di librerie grafiche gia pronte per tutti i tipi di industria.
Funzioni di analisi dati.
Acquisizione dati dal campo e memorizzazione su supporti locali e in cloud.
Visualizzazione di grafici in tempo reale e su dati storici, con possibilità di analisi avanzate ed estrazione dei dati dal grafico.
Reportistica degli allarmi e degli eventi in tempo reale e storici.
Funzioni di tracking dei dati e interfacce con il mondo esterno.
I sistemi di supervisione offrono la possibilità di generare tracking di produzione per seguire tutta la lavorazione e identificare i singoli lotti e batch, queste funzioni sono ancora più importanti oggi che ci troviamo nella quarta rivoluzione industriale.
Mediante la programmazione degli script si possono creare funzioni per leggere e scrivere dati da e verso plc, così come da e verso altri sistemi presenti sulla rete, compresi i MES e gli ERP di fabbrica.
I moderni sistemi di monitoraggio offrono anche funzioni per l’accesso remoto e la visualizzazione su terminali portatili e smartphone.
Con gli SCADA moderni possiamo progettare facilmente grafica anche intelligente.
I dati registrati dai sistemi di supervisione possono essere visualizzati in vari formati, tra cui i grafici reali e storici.
Negli SCADA possiamo programmare degli script, ovvero funzioni anche molto complesse.