Guida alle soluzioni di produzione

L'Internet degli oggetti (IoT) si riferisce alla rete di oggetti fisici resi "intelligenti" con elettronica, sensori, software e connettività di rete, che consentono di raccogliere, elaborare e scambiare dati. Questi oggetti possono anche utilizzare l'elaborazione dei dati per influenzare i processi fisici, utilizzando funzioni di attuazione e controllo.

L'IoT è un'infrastruttura globale per l'era dell'informazione, che consente servizi avanzati attraverso l'interconnessione di oggetti fisici e virtuali, utilizzando tecnologie di informazione e comunicazione interoperabili esistenti e in evoluzione.

Le organizzazioni industriali hanno presto compreso i vantaggi dell'IoT e hanno coniato una propria tassonomia, una caratterizzazione delle applicazioni e dei casi d'uso. È nato così Industrial Internet of Things (IIoT), che oggi rappresenta il mercato IoT di maggior valore.

La tecnologia IIoT consente alle organizzazioni di accedere direttamente ai dati degli impianti, della produzione e dei dispositivi industriali remoti. Con l'adozione dell'IIoT da parte di un numero sempre maggiore di organizzazioni, la tecnologia operativa (OT) e la tecnologia dell'informazione (IT) stanno convergendo. La convergenza tecnologica si basa sullo sviluppo di una strategia unificata per gruppi tradizionalmente separati come strutture, sicurezza, protezione e IT. Questa convergenza consente la virtualizzazione dei processi produttivi e la loro configurazione attraverso servizi IT flessibili, piuttosto che processi OT di basso livello.

L'OT è costituito da macchinari, attrezzature di impianti fisici, software e hardware industriali remoti. I professionisti OT si concentrano sui sistemi utilizzati per il monitoraggio e il controllo. Sono esperti di controllori logici programmabili (PLC), unità terminali remote (RTU), interfacce uomo-macchina (HMI), sistemi di controllo di supervisione e acquisizione dati (SCADA) e tecnologie informatiche integrate.

L'IT comprende l'uso di computer, dispositivi di archiviazione, di rete e altri dispositivi fisici, nonché l'infrastruttura e i processi che creano, elaborano, archiviano, proteggono e scambiano tutte le forme di dati elettronici.

L'OT sta progressivamente adottando tecnologie simili all'IT, quindi la convergenza di IT e OT porterà chiari vantaggi alle aziende, tra cui la riduzione dei costi e dei rischi e il miglioramento delle prestazioni e della flessibilità.

Ispezione video

La videoispezione automatizzata è una tecnologia diffusa in quasi tutti i processi produttivi, dalle piccole catene di montaggio di partito ai grandi impianti.

Per massimizzare la qualità della produzione ed evitare l'uso di parti difettose sono necessari molti elementi: il controllo della qualità dei componenti di produzione, il corretto posizionamento di dispositivi e parti, la conformità dei prodotti finiti e la completezza dell'imballaggio finale.

I sistemi di visione artificiale sono in grado di decidere in tempo reale se un pezzo deve essere accettato o rifiutato e di lanciare un allarme in caso di problemi. Inoltre, le tecniche di apprendimento automatico introdotte di recente consentono di effettuare un'analisi di fondo delle informazioni provenienti da diverse apparecchiature di assemblaggio e da diverse linee di produzione, fornendo informazioni predittive sulla prevenzione dei guasti.

La videoispezione delle macchine si basa su un gran numero di telecamere di ispezione visiva che recuperano informazioni in tempo reale e lavorano con immagini di alta qualità. I processi di apprendimento automatico non hanno gli stessi requisiti in tempo reale, ma devono gestire i flussi video dell'intero impianto.

I diversi requisiti si riflettono nelle caratteristiche della rete, che deve essere progettata tenendo conto del flusso video.

Sicurezza video

Una forte sicurezza dell'impianto richiede una videosorveglianza dedicata, collegata a un sistema di controllo degli accessi adeguato.

Per trarre il massimo vantaggio dal processo di apprendimento automatico, è necessario analizzare tutti i dati video provenienti dalle telecamere ambientali e di sicurezza, aggiungendo un nuovo flusso video alla rete.

Streaming video su Ethernet

La rete Ethernet utilizzata in un impianto di produzione deve fornire un'implementazione altamente affidabile per ridurre al minimo l'interruzione del servizio. Qualsiasi problema nella trasmissione video si ripercuote sul sistema video della macchina, impedendogli di rilevare eventuali parti difettose o di superare le valutazioni di qualità. Poiché non è possibile sospendere la produzione, aumenta il rischio di unità difettose alla fine della linea di produzione.

L'adozione di dispositivi industriali a bassa tensione, gestiti centralmente e sviluppati per ambienti difficili, massimizza la qualità della rete e migliora l'affidabilità dell'intero sistema.

I dispositivi di fabbrica comunicano tra loro per sincronizzare il processo produttivo e fornire i report e i dati necessari per l'ottimizzazione del processo. La comunicazione tra le apparecchiature di fabbrica sta migrando da protocolli dedicati all'industria che utilizzano una rete dedicata, a protocolli che funzionano su un'infrastruttura condivisa basata su IP.

L'adozione dell'IP consente l'integrazione con la rete aziendale e permette un approccio cloud per le applicazioni critiche. Questa migrazione richiede un'infrastruttura originale con jitter e latenza molto bassi, implementata su una rete IP progettata per le operazioni in tempo reale.

La linea di produzione è la parte più critica di qualsiasi azienda manifatturiera: qualsiasi interruzione ha un impatto diretto sui ricavi. L'elevata disponibilità e accessibilità dell'infrastruttura IT è fondamentale per l'intero processo produttivo.

L'inarrestabile soluzione di accesso alla rete di Allied Telesis è stata sviluppata per garantire che qualsiasi rete possa sopravvivere a più guasti, pur mantenendo la connettività in un'ampia gamma di architetture di rete, fornendo una soluzione ad alta disponibilità.

Alimentazione delle apparecchiature di rete

La continuità dell'alimentazione deve essere garantita da una batteria di backup e da un generatore automatico. Le apparecchiature di rete devono essere progettate con ridondanza per resistere all'eventualità di un guasto dell'alimentatore interno. Allied Telesis produce un'ampia gamma di apparecchiature con sistemi di alimentazione ridondanti, in modo che, in caso di guasto di una delle due unità, l'apparecchiatura possa rimanere pienamente operativa, anche durante un blackout.

Segmento Rete di accesso

Per ridurre al minimo le infezioni tra i dispositivi, in un ambiente industriale è obbligatoria la segmentazione della rete con un firewall tra ciascuno dei segmenti. L'approccio Self-Defending Network della soluzione Allied Telesis evita la proliferazione delle minacce e i problemi di produzione.

Stacking virtuale con VCStack™

È possibile collegare più switch Allied Telesis per formare un unico switch virtuale. Allied Telesis VCStack con Link Aggregation fornisce una soluzione resiliente in grado di sopravvivere ai guasti dei collegamenti o delle apparecchiature.

Protezione dell'anello

Quando la distanza tra i dispositivi è elevata, una topologia di rete ad anello è la soluzione ottimale. Allied Telesis offre protocolli di protezione dell'anello per salvare la rete da guasti ai collegamenti e fornire un'infrastruttura veramente resiliente.

Nucleo ridondante e disaster recovery

Qualora fosse necessario un ulteriore grado di resilienza, Allied Telesis fornisce anche switch core con una configurazione ridondante ottimale per un'architettura di disaster recovery. Ciò è possibile grazie a uno stack virtuale, con dispositivi di rete situati in stanze diverse o addirittura in edifici diversi.

Le apparecchiature di rete per le reti di produzione differiscono da quelle progettate per l'uso aziendale. I dispositivi aziendali standard sono progettati per essere installati in rack da 19", con alimentazione CA standard e utilizzati in ambienti a temperatura controllata. Le condizioni per i dispositivi di fabbrica sono completamente diverse. I dispositivi sviluppati per resistere alle difficili condizioni ambientali di fabbrica sono chiamati dispositivi Industrial Ethernet e hanno caratteristiche specifiche:

Intervallo di temperatura esteso

La temperatura di fabbrica non è sempre controllata: gli armadi collocati in aree esterne o in grandi magazzini possono raggiungere temperature comprese tra -40° e 75°. Le apparecchiature commerciali con un intervallo di temperatura compreso tra 0° e 50° non possono sopravvivere in questo ambiente specifico. I dispositivi industriali sono costruiti per supportare questo intervallo di temperatura.

Protezione dall'ingresso (IP)

I dispositivi Industrial Ethernet sono solitamente collocati in armadietti e situati in aree di produzione. Questi dispositivi, insieme all'armadio, devono essere protetti dall'ingresso di acqua e oggetti. Questo tipo di protezione si chiama Ingress Protection (IP). I dispositivi industriali che devono essere collocati in un armadio richiedono solitamente un codice IP30.

Alimentazione in corrente continua

Nell'armadio di fabbrica l'alimentazione è a bassa tensione CC. Gli switch Industrial Ethernet devono supportare un'alimentazione in corrente continua e una doppia PSU per la ridondanza.

Protezione dalla polvere

Gli ambienti industriali non sono protetti dalla polvere e le ventole delle apparecchiature di rete raccolgono la polvere, ostruiscono il flusso d'aria e possono causare danni alle apparecchiature. Pertanto, i dispositivi Industrial Ethernet devono essere privi di ventole per evitare danni da polvere.

Guida DIN

Gli armadi standard degli ambienti industriali sono dotati di una guida DIN in grado di ospitare dispositivi con attacco a guida DIN. I dispositivi Industrial Ethernet da collocare negli armadi devono essere progettati per essere montati su una guida DIN.

Sincronicità temporale

I protocolli di fabbrica richiedono la sincronizzazione tra le apparecchiature. Una volta utilizzata una rete IP, il Precision Time Protocol (PTP) sincronizza l'endpoint. I dispositivi Industrial Ethernet devono quindi supportare la modalità trasparente PTP per consentire la sincronizzazione.

Il modello di riferimento per la produzione integrata di computer divide la rete in diverse zone, per migliorare la sicurezza e definire chiaramente le esigenze delle apparecchiature in termini di meccanica, grado di ingresso, clima e compatibilità elettromagnetica. La zona dedicata all'area di produzione della fabbrica è chiamata "cella/area" ed è la più esigente in termini di caratteristiche dei dispositivi.

La zona della cella/area è l'area funzionale all'interno dell'impianto di produzione che comprende sistemi e dispositivi con un ruolo nel processo di produzione.

I dispositivi cellula/area sono di tipo industriale, progettati per ambienti difficili. Hanno alcune caratteristiche comuni:

• un'ampia gamma operativa
• elevata immunità elettromagnetica e alle sovratensioni
• robustezza meccanica contro urti e vibrazioni
• doppio ingresso di alimentazione per rete e UPS
• un'adeguata protezione all'ingresso e, se necessario, una protezione contro gli effetti distruttivi della temperatura, dell'umidità e degli inquinanti gassosi
• Montaggio su guida DIN o su rack

Gli switch Industrial Ethernet di Allied Telesis sono progettati per funzionare in modo affidabile e costante in condizioni estreme.

All'interno di una fabbrica, la comunicazione tra i veicoli a guida autonoma richiede una rete wireless stabile per garantire l'accesso alle informazioni in tempo reale.

La grande quantità di oggetti in movimento all'interno di un sito di produzione o di un magazzino provoca un continuo cambiamento nella riflessione e nella copertura del segnale wireless, con un impatto sulla stabilità della connessione.

Per evitare questi problemi, una soluzione wireless in roaming ininterrotto è ideale per la produzione.

Le connessioni wireless vengono utilizzate anche per le comunicazioni non automatizzate in fabbrica e l'approccio Wi-Fi senza compromessi evita le interferenze causate dal traffico non legato alla produzione, aggiungendo affidabilità all'intera soluzione di rete.

Nonostante lo standard wireless abbia migliorato le prestazioni complessive, esistono ancora limitazioni che richiedono competenze tecniche per implementare una rete wireless stabile.

In una rete wireless, la disconnessione dei client e la lentezza delle comunicazioni sono problemi tipici, solitamente causati da più di un problema tecnico. Le ragioni principali dei problemi wireless sono le interferenze tra i canali radio, una sorgente wireless esterna non controllata dall'IT e la mancanza di potenza del segnale dell'Access Point (AP).

In un ambiente dinamico, è fondamentale la necessità di una rete continua, che richiede monitoraggio e risorse informatiche qualificate per mantenere l'installazione e fornire un servizio wireless di valore.

Wi-Fi senza compromessi

La soluzione Wi-Fi No Compromise di Allied Telesis garantisce connessioni Wi-Fi affidabili e ad alte prestazioni ovunque siano necessarie, riducendo al minimo l'intervento umano.

Analizzando le lacune nella copertura del segnale e le interferenze degli AP Wi-Fi, l'Autonomous Wave Control (AWC) offre automaticamente un'esperienza wireless di alta qualità. Riduce la dipendenza da ingegneri di rete specializzati e si traduce in una riduzione dei costi operativi.

In ambienti critici come fabbriche e magazzini, AWC Channel Blanket (AWC-CB) consente di controllare gli AP ibridi che forniscono contemporaneamente connettività Wi-Fi a canale singolo e multicanale.