I nuovi PLC aiutano ad accelerare l'implementazione di processi di automazione complessi e critici

I nuovi controller a logica programmabile (PLC) sul mercato combinano funzionalità avanzate con la flessibilità necessaria per sviluppare e implementare rapidamente infrastrutture critiche e processi di automazione complessi.

Si tratta di uno sviluppo importante per diverse finalità d'uso, dall'energia rinnovabile e dai controlli delle microreti alle trasformazioni dell'Internet delle cose industriale (IIoT) per l'Impresa 4.0 (anche nelle piccole fabbriche), al petrolio e al gas, alla progettazione di macchine e all'automazione delle apparecchiature di processo per l'imbottigliamento, l'imballaggio, il tessile e applicazioni simili.

Per fornire le migliori soluzioni, è necessaria la tecnologia più avanzata. Questi PLC sono dotati di un processore dual core a 64 bit capace di gestire i requisiti di automazione più impegnativi. Il sistema operativo Linux è un plus, e il codice è portatile e interoperabile con i sistemi conformi alla norma IEC 61131-3. La configurazione semplificata è resa possibile da un sistema di gestione basato sul web.

Sarà inoltre necessaria una scelta di interfacce di comunicazione, il supporto di più protocolli fieldbus, la connettività IIoT, la connettività cloud, un software di gestione dell'energia e strumenti di sicurezza completi che forniscano la flessibilità necessaria per affrontare una serie di scenari critici di sviluppo e integrazione.

Ecco il nuovo PFC300

Per accelerare l'implementazione di processi di automazione complessi e critici Wago ha lanciato PLC PFC300. Questa introduzione inizia con un'analisi delle caratteristiche e dei vantaggi di PFC300 e si conclude con esempi della sua idoneità nelle installazioni legate alle fabbriche intelligenti e alle microreti.

Il design modulare di PFC300 può essere adattato rapidamente per supportare le mutevoli esigenze e i requisiti futuri nelle fabbriche complesse e critiche dell'Impresa 4.0, nelle microreti e nell'automazione degli edifici. È possibile selezionare diversi moduli di ingresso/uscita (I/O) analogici, digitali e speciali per specifiche esigenze di automazione. La complessità del sistema può anche cambiare aggiungendo o eliminando moduli I/O.

Questi PLC sono robusti dal punto di vista ambientale e possono essere installati in ambienti difficili. Sono adatti per il funzionamento da -25 °C a +60 °C con un'umidità relativa fino al 95% (RH, senza condensa) e hanno un grado di inquinamento 2 in conformità alla norma IEC 61131-2.

Hanno una resistenza alle vibrazioni fino a 4 g secondo la norma IEC 60068-2-6 e una resistenza agli urti di 15 g secondo la norma IEC 60068-2-27. Le prestazioni di compatibilità elettromagnetica (EMC) comprendono l'immunità secondo la norma EN 61000-6-2 e le emissioni secondo la norma EN 61000-6-3. Sono in grado di resistere all'esposizione agli agenti inquinanti secondo le norme IEC 60068-2-42 e 60068-2-43.

Figura 1: PFC300 è modulare, scalabile e resistente all'ambiente. (Immagine per gentile concessione di Wago)

Fieldbus e connettività edge

L'ampia gamma di fieldbus, protocolli EtherNet e protocolli di telecontrollo supportati da PFC300 semplifica le attività di costruzione di reti di controllo per processi di automazione critici e complessi.

I fieldbus integrati includono master/slave Modbus TCP, Modbus (UDP), Modbus (RTU), scheda EtherNet/IP (slave), scanner EtherNet/IP, Master EtherCAT, Controller PROFINET (limitato), Server/Client OPC UA e Pub/Sub OPC UA (installabile).

È inoltre possibile concedere in licenza protocolli di telecontrollo come DNP3, utilizzato per i sistemi SCADA nelle infrastrutture critiche, IEC 60870 e IEC 61850, entrambi utilizzati per l'automazione delle sottostazioni elettriche, o BACnet, ampiamente utilizzato nell'automazione degli edifici.

Il connettore D-Sub a 9 pin RS 485 del pannello frontale è utilizzato per CANopen, Modbus RTU e altri protocolli di comunicazione seriale. Il connettore USB-C dietro l'interfaccia di servizio consente l'accesso diretto per la programmazione, la configurazione e gli aggiornamenti del firmware. Le due porte RJ-45 Gigabit Ethernet e lo switch integrato supportano il cablaggio della topologia di linea.

Oltre alle interfacce di comunicazione e all'accesso al connettore USB-C, il pannello frontale di PFC300 include una porta di accesso per una scheda dati sicura (SD), indicatori di stato e connettori di alimentazione (Figura 2).

Figura 2: Il pannello frontale di PFC300 comprende le interfacce di comunicazione, gli indicatori di stato, le connessioni di alimentazione e altri punti di accesso. (Immagine per gentile concessione di Wago)

Puntare al cloud

La connettività cloud è necessaria per la progettazione e l'implementazione di infrastrutture critiche e processi di automazione complessi. PFC300 sfrutta il protocollo MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) per connessioni cloud sicure ed efficienti.

Ciò consente anche di utilizzare vari servizi cloud come Microsoft Azure, Amazon Web Services (AWS), IBM cloud, SAP cloud e Wago cloud. Wago cloud è una soluzione semplice e intuitiva per la gestione dei dati delle macchine e la visualizzazione di trend e grafici, senza bisogno di particolare programmazione.

La trasmissione dati è crittografata utilizzando Transport Layer Security (TLS) e i dati di connessione al cloud possono essere configurati utilizzando il sistema di gestione basato sul web (WBM) di Wago. WBM consente agli utenti di monitorare, configurare e controllare PFC300 e i moduli I/O remoti attraverso un'interfaccia tramite browser web, offrendo un accesso e una gestione semplici senza richiedere l'installazione di software locale. WBM consente di selezionare quali dati devono essere trasferiti nel cloud e quali devono essere elaborati localmente.

Per facilitare ulteriormente la connettività cloud, le librerie Wago possono essere utilizzate per CODESYS 2.3 basato su IEC 61131-3 e per e! COCKPIT, l'ambiente di sviluppo integrato di Wago che supporta tutte le attività di automazione, dalla configurazione e programmazione dell'hardware alla simulazione, visualizzazione e messa in funzione, ed è ottimizzato per l'uso con i PLC Wago come PFC300.

La standardizzazione accelera lo sviluppo

Wago offre diversi percorsi per lo sviluppo software per PFC300. Tra questi, i linguaggi di programmazione di alto livello come C e C++ per l'integrazione dei sistemi e la piattaforma CODESYS V3.5 che supporta i linguaggi di programmazione di controllo standard IEC 61131-3, tra cui testo strutturato (ST), diagramma a blocchi funzionali (FBD), schema a scala (LD), elenco di istruzioni (IL), diagramma funzionale sequenziale (SFC) e schema funzionale (CFC).

Il sistema operativo (OS) Wago dei controller della famiglia PFC, compreso il nuovo PFC300, si basa su Linux in tempo reale, per soluzioni di automazione flessibili e potenti. Oltre al supporto per C e C++, è possibile creare programmi in qualsiasi linguaggio supportato da Linux ed eseguirli direttamente sul controller.

Lo stesso software CODESYS che supporta tutti i linguaggi di programmazione standard IEC 61131-3 permette anche di creare visualizzazioni web, consentendo agli operatori e al personale di manutenzione di accedere alla macchina tramite un browser web su un tablet o un PC.

Storage espandibile

PFC300 comprende anche uno slot per schede di memoria con meccanismo push-push e coperchio sigillabile. Può gestire i formati SD, SDHC e SDXC (tutte le proprietà garantite sono valide solo con una scheda di memoria di Wago). Le schede sono versatili e hanno diversi utilizzi come:

• Storage generale dei dati
• Aggiornamenti firmware tramite una scheda SD avviabile che inizializza automaticamente l'aggiornamento all'avvio di PFC300
• Storage di immagini di grandi dimensioni per l'utilizzo in applicazioni di visualizzazione web
• Backup dell'immagine del PLC per l'archiviazione o per il trasferimento di file e parametri del dispositivo da un controller all'altro per velocizzare le implementazioni
• Accesso remoto alla scheda di memoria tramite FTP

Strumenti di sicurezza multilivello

L'implementazione di infrastrutture critiche complesse e di processi di automazione richiede i massimi livelli di sicurezza. Il controller PFC300 offre gli strumenti di sicurezza multilivello necessari.

Supporta reti private virtuali (VPN) per comunicazioni sicure, utilizzando la crittografia Transport Layer Security (TLS) per proteggere i dati. Il firewall integrato protegge dagli accessi non autorizzati.

WBM è implementato utilizzando HTML5, protetto da TLS 1.3, e PFC300 supporta protocolli sicuri come SNMP v3, SFTP, FTPS, HTTPS e SSH, garantendo uno scambio di dati sicuro. La porta USB-C garantisce un accesso sicuro agli aggiornamenti e i protocolli fieldbus garantiscono una comunicazione sicura con i dispositivi collegati.

Impresa 4.0 e fabbriche intelligenti

I PLC PFC300 offrono una connettività fieldbus completa, funzionalità di dati in tempo reale e integrazione IIoT e cloud, portando a una produzione flessibile, processi ottimizzati e manutenzione predittiva. Questi sono i tratti distintivi delle fabbriche intelligenti dell'Impresa 4.0. È possibile eliminare le isole di automazione e ottimizzare il consumo energetico nei processi industriali complessi e critici.

I PLC PFC300 possono essere combinati con il software Energy Data Management (EDM) di Wago per ottimizzare le risorse e monitorare l'energia, dai singoli dispositivi in fabbrica alla compilazione dei dati dell'intero impianto sull'edge e alla trasmissione al cloud per un'analisi più approfondita (Figura 3).

• EDM fornisce il monitoraggio in tempo reale e feedback sul consumo energetico per massimizzare l'efficienza e la manutenzione proattiva.
• L'ampia integrazione e le opzioni di comunicazione flessibili consentono una perfetta integrazione dei dati tra i dispositivi e nella rete di fabbrica.
• Gli strumenti di visualizzazione rendono i dati facilmente accessibili e velocizzano l'analisi.

Figura 3: PFC300 ha tutte le capacità necessarie per l'automazione dell'Impresa 4.0, dal campo al cloud. (Immagine per gentile concessione di Wago)

EDM è un'applicazione basata sul web che consente agli utenti di monitorare, analizzare e indicare i dettagli sul consumo energetico senza bisogno di programmazione. Può interfacciarsi automaticamente con i contatori di energia e i sensori per raccogliere, compilare e archiviare i dati per l'analisi futura.

I dati possono essere presentati come grafici a linee, serie temporali o grafici a barre ed esportati come file CSV (valori separati dalla virgola) compatibili con un'ampia gamma di software di analisi. Il software EDM e i relativi componenti hardware, come i contatori e i sensori, sono modulari e scalabili e possono adattarsi rapidamente ai cambiamenti delle apparecchiature e delle infrastrutture di un impianto industriale.

Il software EDM consente ai tecnici delle strutture di identificare le opportunità più proficue per migliorare il consumo energetico e implementare programmi di risparmio energetico. Il sistema può anche impostare limiti di consumo energetico e inviare avvisi in caso tali limiti siano superati. I dati del software EDM sono un elemento importante per la gestione energetica complessiva di strutture complesse dell'Impresa 4.0 e di infrastrutture critiche come le microreti.

Microreti e gestione dell'energia

Le microreti e gli schemi di gestione energetica sono sempre più importanti per la sostenibilità. I PLC PFC300 forniscono strumenti potenti e adatti alle infrastrutture critiche per l'energia pulita, tra cui l'automazione degli edifici, le sottostazioni della microrete, la gestione dei dati energetici, la gestione del carico per la ricarica dei veicoli elettrici e altre applicazioni di energia da fonti rinnovabili (Figura 4).

• Questi PLC possono controllare i sistemi di riscaldamento, ventilazione e condizionamento dell'aria (HVAC) negli edifici e monitorare la produzione, l'immagazzinaggio e l'utilizzo dell'energia a livello locale.
• Possono registrare e analizzare i modelli di consumo energetico per ottimizzare le risorse energetiche disponibili in tutta la microrete, dalla sottostazione che la collega alla rete elettrica e in punti di carico specifici come i caricatori EV o gli edifici.

Figura 4: Le microreti supportate da PFC300 possono migliorare la sostenibilità e la sicurezza energetica. (Immagine per gentile concessione di Wago)

La gestione dinamica del carico può essere implementata con il software Application Load Management (ALM) di Wago per integrare la ricarica EV, le fonti di energia rinnovabile come il fotovoltaico, i sistemi di immagazzinaggio dell'energia e l'alimentazione della rete. Ad esempio, ALM può essere utilizzato per regolare la potenza di carica totale in un punto di connessione alla rete, come una sottostazione del cliente, attenuando i picchi e le depressioni del carico e prevenendo i sovraccarichi della rete.

Il software può distribuire dinamicamente i carichi di ricarica EV in base al numero di veicoli, alle priorità di ricarica, all'ora del giorno, alla capacità di rete disponibile e ad altri fattori. Può essere configurato in modo da dare priorità all'uso delle risorse locali di generazione e immagazzinaggio di energia durante i picchi tariffari, riducendo le spese nei picchi di domanda.

PFC300 è in grado di registrare e analizzare i dati del consumo energetico, mentre il sistema di gestione basato sul web e il supporto dei protocolli di comunicazione IIoT consentono la visualizzazione dei dati e il monitoraggio del consumo energetico a livello locale e remoto.

Conclusione

Il robusto PFC300 è dotato di tutte le caratteristiche necessarie per sviluppare e implementare rapidamente infrastrutture critiche e processi di automazione complessi. Il suo design modulare ed espandibile offre la flessibilità necessaria per adattarsi a diversi scenari applicativi. Opzioni di comunicazione complete e sicure supportano la connettività dal campo al cloud.

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