Sistemi di Acquisizione Dati i on z ra o b ti E l a da i on z i is u i q Ac dat
e
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re u s Mi
Processo S. Marsili-Libelli: Sistemi di acquisizione e trasmissione dati
pag. 1
Sistemi di telemisura e telecontrollo Si tratta di portare il segnale elettrico, che rappresenta la misura, dal sensore alla sala controllo. Problemi: Tipo di trasmissione: Analogica o Digitale? Massimo numero di sensori collegabili Identificazione dei singoli sensori → data-base realtime dei sensori Quantità di dati da trasmettere e velocità di trasmissione Protezione da disturbi durante la trasmissione Conversione della misura da segnale elettrico in unità ingegneristiche Sensori intelligenti (Smart Sensors) S. Marsili-Libelli: Sistemi di acquisizione e trasmissione dati
pag. 2
Perché un sistema di acquisizione dati? Le misure dal processo devono essere raccolte in modo automatico: Senza lettura manuale In continuo In formato digitale, tali da poter essere direttamente utilizzate dal sistema di supervisione e controllo
Uso delle misure Memorizzazione nell’archivio storico dati, allarmi, interventi, etc.
Elaborazione off-line presentazione grafica, medie, tendenze, etc.
Elaborazione on-line gestione dell’impianto in tempo reale
Sistemi di elaborazione SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) Sistema di controllo di processo evoluti S. Marsili-Libelli: Sistemi di acquisizione e trasmissione dati
pag. 3
Perché acquisire dati? Si vuole leggere la misura attraverso un PC per successive elaborazioni o controllo Lo strumento ha un’uscita elettrica da cui prelevare la misura Si possono avere tre casi: Uscita analogica in tensione Uscita analogica in corrente (Loop 4 - 20 mA) Uscita digitale con protocollo seriale RS - 232 - tradizionale RS - 485 - più avanzato
Nel primo caso si utilizza una conversione analogico-digitale locale Nel secondo caso si utilizza una conversione analogico-digitale remota Nel terzo caso si deve conoscere il protocollo di comunicazione ed attivare la porta seriale del PC compatibile con il protocollo (di serie c’era solo la RS – 232 ora sostituita dalla porta USB.). S. Marsili-Libelli: Sistemi di acquisizione e trasmissione dati
pag. 4
Acquisizione e trasmissione dati Uscita in tensione Sistemi di Acquisizione dati DAQ
Uscita analogica Uscita in loop di corrente SENSORE SENSORE
Uscita digitale
S. Marsili-Libelli: Sistemi di acquisizione e trasmissione dati
Linea seriale RS – 232/USB
Porta seriale standard
Linea seriale RS - 485
Porta seriale specifica
Bus di campo
Porta seriale specifica Ethernet TCP/IP pag. 5
Sistema di acquisizione dati Conversione: fa corrispondere ad una tensione analogica in un codice digitale con un numero finito di bit Vn = b1 2 −1 + b2 2 −2 + ... + bn 2 − n 0 ⎧4 bit ⎪ 0.345 → ⎨8 bit 0 ⎪12 bit 0 ⎩
1 1 1
0 0 0
1 → 0.3125 1 1 0 0 1 1 0 0
0 → 0.34375 0 0 1 0
1 → 0.344970703125
Quantizzazione: gli infiniti valori di tensione analogica vengono rappresentati con un numero finito di codici digitali Livelli di quantizzazione: la tensione analogica viene quantizzata in 2n valori Risoluzione: la più piccola differenza di tensione che produce due codici digitali diversi nell’ultimo bit R = Van × 2 − n Tensione analogica
DAQ
S. Marsili-Libelli: Sistemi di acquisizione e trasmissione dati
Codici digitali pag. 6
Conversione Analogico/Digitale Se gn a le d igit a le ricostru ito
C od ic i d igita li Arrotondamento 111
1 LSB
G ra d ina ta d i q ua ntizza zio ne
110
LSB
101
Tronc amento
100 011 010 001
Ten s ion i a n a logic h e
000
Quantizzazione: suddivisione del campo di tensione analogica in fasce, ciascuna corrispondente in un codice digitale
tem po Se gn a le a n a lo gic o d a c a m p ion a r e
numero di bit necessari per ottenere la risoluzione R
Risoluzione: ampiezza di ciascuna fascia
Range analogico ΔV R = 1 LSB = = n numero di livelli 2 S. Marsili-Libelli: Sistemi di acquisizione e trasmissione dati
tem po
n=
ln(ΔV ) − ln(R ) ln( 2 )
pag. 7
Quantizzazione e risoluzione 1 n = 4 bit ⇒ numero livelli = 2 = 16 ⇒ R = 4 = 0.0625 V 2 4
Tensione analogica
Livelli digitali
con 4 bit si possono risolvere 16 livelli di tensione diversi S. Marsili-Libelli: Sistemi di acquisizione e trasmissione dati
pag. 8
Sistemi di trasmissione dati Loop di corrente 4 - 20 mA Sistema analogico molto antiquato solo connessione punto - punto
Linea seriale RS - 232 La più usata stessi limiti del loop di corrente: punto - punto
Linea seriale RS - 485 Molto più potente della RS - 232 Alta velocità di trasmissione Connessioni multi-drop (una linea - molti sensori)
Bus di campo
Estensione della comunicazione ad interi sistemi Multi - punto Protocolli complessi Scalabilità e Interoperabilità
S. Marsili-Libelli: Sistemi di acquisizione e trasmissione dati
pag. 9
Acquisizione locale dati in tensione Uscita analogica 0÷1V Scheda di conversione analogico/digitale 6.83
PC-BUS
6.83
Cavo schermato Sonda Strumento
L’acquisizione di un segnale di uscita analogico in tensione richiede una scheda di conversione analogico/digitale e DEVE essere effettuata localmente perché tale uscita è molto vulnerabile al rumore
S. Marsili-Libelli: Sistemi di acquisizione e trasmissione dati
pag. 10
Acquisizione dati in loop di corrente Uscita analogica in loop di corrente 4 - 20 mA
Scheda di conversione analogico/digitale
+
6.83
-
PC-BUS
6.83
Resistenza di terminazione Sonda Strumento
Mediante il loop di corrente il segnale di uscita analogico in corrente ha maggiore immunità ai disturbi e può essere trasportato a notevoli distanze (centinaia di metri). Si può utilizzare la stessa scheda di acquisizione analogico/digitale e del caso precedente. Lo standard è 4 - 20 mA, con 4 mA che rappresentano lo zero analogico di misura.
S. Marsili-Libelli: Sistemi di acquisizione e trasmissione dati
pag. 11
Loop di corrente 4 - 20 mA Sensore
Trasmettitore Ricevitore
Loop 4 - 20 mA
Il loop di corrente è il più vecchio standard ANALOGICO di comunicazione di processo
Indicatore
La trasmissione in corrente è preferita a quella in tensione per: la bassa impedenza di linea ⇒ minori disturbi la possibilità di inserire altri dispositivi aprendo il loop
Il loop è generalmente 4 ÷ 20 mA dove 4 mA → 0 logico o zero analogico 20 mA → 1 logico o fondo scala analogico 0 = mancanza di corrente viene interpretata come interruzione di linea
Questo approccio è applicabile solamente a collegamenti PUNTO PUNTO. Perciò non è idoneo per connettere molti sensori ad uno stesso sistema di controllo. S. Marsili-Libelli: Sistemi di acquisizione e trasmissione dati
pag. 12
Relazione fra misura e valore acquisito Si suppone che fra la misura ed il valore acquisito ci sia una relazione lineare
Strumento Lettura in unità ingegneristiche Campo: ΔUi
Ui
6.83
misura
Ui = m ⋅ Ic + b
corrente convertita
Ic
DAQ Sonda
Loop di corrente (analogico)
S. Marsili-Libelli: Sistemi di acquisizione e trasmissione dati
Corrente convertita Campo: ΔIc pag. 13
Riscalamento del segnale Lo strumento produce una misura in tensione o in corrente (Ic) (Loop 4-20 mA), mentre vogliamo la lettura direttamente in unità ingegneristiche (Ui)
Ui = m ⋅ Ic + b Ottenute due condizioni di misura Ui(1) e Ui(2) a cui corrispondono le correnti Ic(1) e Ic(2) si ricavano i parametri (a,b) della retta
Unità ingegneristiche
Supponendo un legame lineare Ui(2)
Ui(1)
Ic (1)
Ic (2)
Uscita del convertitore
Ui( 2 ) −Ui( 1 ) b = U i ( 1 ) − mI c ( 1 ) = U i ( 2 ) − mI c ( 2 ) m= Ic( 2 ) − Ic( 1 ) S. Marsili-Libelli: Sistemi di acquisizione e trasmissione dati
pag. 14
Riscalamento del segnale con più misure Se invece di due sole misure, si dispone di un insieme di dati (rumorosi) si può effettuare una taratura a minimi quadrati, cercando la retta di regressione per l'insieme delle misure. 3.5
p=polyfit(Ic,Ui,1); Ui_LS=p(1).*Ic+p(2);
3
2.5 Ui
2
1.5
1 0.5
0
0.1
0.2
0.3
0.4
S. Marsili-Libelli: Sistemi di acquisizione e trasmissione dati
Ic
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1 pag. 15
Esempio di riscalamento di un segnale Calibrazione sonda DO Vasca 1 1.2 DO = 0.6221· Ic - 2.4877
DO (mg/L)
1
2
R = 0.9884
0.8 0.6 0.4 0.2 0 4.6
4.8
5
5.2
5.4
5.6
Ic (mA) S. Marsili-Libelli: Sistemi di acquisizione e trasmissione dati
pag. 16
Riscalamento di un attuatore (Turbina) 1450
giri = 74.766 mA + 0.4591
Soglia di funzionamento a 1300 giri
1350
Giri (rpm)
1250 1150 1050 950 850 750 10
12
14 Ic (mA)
S. Marsili-Libelli: Sistemi di acquisizione e trasmissione dati
16
18
20
17.5
pag. 17
Risoluzione in unità ingegneristiche Si considera la regressione segnale/corrente DO = m ⋅ I c + b ΔDO Rs DO − b 0.01 RI = ΔI c = RI = Ic = = = 0.016 mA 0.625 m m m 16 16 RI = n ⇒ 2 n = = 10 3 2 0.016 3 ⋅ ln( 10 )
n=
Rs = 0.01 n? 4 / 20
Sonda Strumento Risoluzione 0.01 mg/L
DO
DAQ
DO (mg/L)
6.83
ln( 2 )
= 9.9658 ≈ 10
Per mantenere la risoluzione dello strumento è necessario un convertitore ad almeno 10 bit
10
DO = m ⋅ I c + b m = 0.625 b = −2.5
0 4
S. Marsili-Libelli: Sistemi di acquisizione e trasmissione dati
20
Ic (mA) pag. 18
Acquisizione dati in protocollo seriale Porta seriale RS - 232 dello strumento
Porta seriale RS - 232 del PC
Linea seriale RS - 232 6.83
6.83
Sonda
Mediante la linea seriale, la misura parte già in formato digitale e permette collegamenti a lunga distanza fra strumento e PC
Lo strumento provvede a: 5 rappresentare il dato in forma digitale compatibilmente con il protocollo Strumento concordato 5 inviarlo sulla linea seriale con il protocollo concordato Il PC provvede a: 5 inviare la richiesta di acquisizione e trasmissione del dato 5 ricevere e decodificare il dato ricevuto
S. Marsili-Libelli: Sistemi di acquisizione e trasmissione dati
pag. 19
Architettura di un semplice sistema di controllo sonde
centraline
Loop di corrente 4 – 20 mA
attuatori
Sistema intelligente di acquisizione e controllo Collegamento Ethernet TCP/IP
LabView 8.0 Real-Time
PC di supervisione
WWW
S. Marsili-Libelli: Sistemi di acquisizione e trasmissione dati
pag. 20
Scelte di collegamento
complessità crescente
Connessione diretta al bus del PC Questa scelta è valida per piccole installazioni (es. processi da banco, laboratori, etc.) quando la distanza fra elaboratore e sensori non è superiore a ~ 1m
Connessione remota punto - punto via seriale (RS - 232) Quando il punto di misura è unico, non è troppo distante dal PC (diecine di metri) e non necessita di grande velocità di servizio
Connessione multi-drop seriale (RS - 485) Quando i punti di misura sono molti, lontani fra loro e/o dal PC e si vuole ottenere un sistema espandibile, ma economico
Connessioni via Bus di Campo Quando i punto sono molti, distribuiti, e necessitano di un protocollo di comunicazione complesso e veloce per ottenere un sistema ad alte prestazioni.
S. Marsili-Libelli: Sistemi di acquisizione e trasmissione dati
pag. 21
Trasmissione seriale dei dati Trasmissione digitale di dati lungo una linea di trasmissione (coppia di fili) Seriale perché i vari bit vengono trasmessi uno dopo l’altro sulla medesima linea Vantaggi rispetto alla comunicazione analogica
Immunità ai disturbi Quantità di dati trasmissibili illimitata (con i dispositivi adatti…..) Distanza di trasmissione illimitata (con i dispositivi adatti…..) Alta velocità di trasmissione (dipendente dalle caratteristiche di linea…)
La comunicazione seriale deve essere concordata fra trasmettitore e ricevitore. Questo accordo rappresenta il protocollo di trasmissione, che comprende: Formato del messaggio Velocità di trasmissione
S. Marsili-Libelli: Sistemi di acquisizione e trasmissione dati
pag. 22
Protocollo di comunicazione seriale Il protocollo consiste in un accordo fra trasmettitore e ricevitore riguardante: Il formato del messaggio La velocità di trasmissione Il sincronismo fra trasmettitore e ricevitore (handshake)
Il messaggio in genere è una stringa di caratteri ASCII comprendente: Header di inizio messaggio Identificativo del dispositivo
Linea seriale
Strumentazione remota ind. 01 1.234
Dati
# 01 1.234 \ r
Terminatore di messaggio Inizio messaggio Indirizzo del dispositivo S. Marsili-Libelli: Sistemi di acquisizione e trasmissione dati
Terminatore Valore (Dati)
pag. 23
Standard RS - 232 e suoi limiti Lo standard RS - 232 è molto diffuso perché ogni PC dispone di una porta seriale (connettore maschio a 9 poli). 1 = 9 = GND 2 = RX 3 = TX Esso è limitato a comunicazioni punto - punto a distanza ravvicinata con inversione dei terminali 2 e 3 (null modem), a meno che non si impieghi un MODEM ed una linea telefonica o un collegamento a radiofrequenza. Modo di operazione:
sbilanciato (riferito a massa)
Numero trasmettitori:
1
Numero ricevitori: 1 Max. lunghezza del cavo: Velocità massima di trasmissione:
~ 20 m
TX
RX1
~ 56 Kbaud
? S. Marsili-Libelli: Sistemi di acquisizione e trasmissione dati
RX2 pag. 24
Standard RS - 485 Il protocollo RS - 485 è attualmente lo standard seriale più avanzato, consentendo comunicazioni verso molti punti di misura su grandi distanze Differenza con RS-232: Ricevitore e trasmettitore separati e indipendenti Consente la connessione di più dispositivi in parallelo sulla stessa linea (multi drop).
RX
TX RX
sensore
TX
sensore
RX
sensore
shield
Linea principale RS - 485
TX
ground
bilanciato (non riferito a massa) 32 32 oltre 5 km 10 MBaud
terminazione di linea
Modo di operazione: Numero trasmettitori: Numero ricevitori: Max. lunghezza del cavo: Velocità massima di trasmissione:
alimentatore
Dispositivi collegati in multi-drop S. Marsili-Libelli: Sistemi di acquisizione e trasmissione dati
pag. 25
Differenze fra i protocolli RS-232 e RS-485 RS-232: Collegamento punto - punto distanza limitata (15 metri max.) banda limitata (115.2 kbaud max.)
15 m RX
TX TD
RS-232
RTS
RD GND
4 km
RS-485: Collegamento multi-point mediante R multi-drop distanza notevole (4 km ed oltre) RX/TX larga banda (10 Mbaud ed oltre) RS-485
RL
L
S. Marsili-Libelli: Sistemi di acquisizione e trasmissione dati
RX/TX
RX/TX
+ COM pag. 26
Coesistenza di protocolli RS-485 e RS-232 .
Il protocollo RS-485 permette il collegamento "multi-drop” dei sensori
sensori dal campo: mV, V, mA Termocoppie Sistema remotabile di acquisizione dati con uscita seriale RS-485
Il protocollo RS-232 è il più usato per il collegamento al PC, ma non permette di coprire lunghe distanze
sensori dal campo: mV, V, mA Termocoppie
Ripetitore RS-485
Linea RS-485
Computer di processo
Lunghezza massima di collegamento RS - 232 circa 15 m
convertitore isolato da RS-485 a RS-232 relay Digital a contatti I/O
Per lunghezze superiori è necessario inserire un ripetitore
sensori dal campo: mV, V, mA Termocoppie Lunghezza massima di collegamento RS - 485 circa 1 km
S. Marsili-Libelli: Sistemi di acquisizione e trasmissione dati
pag. 27
Tipico modulo remoto di acquisizione dati Segnale analogico dal sensore
Alimentazione
Linea RS-485
S. Marsili-Libelli: Sistemi di acquisizione e trasmissione dati
pag. 28
Convertitori di protocollo RS-485/RS-232 Sistema di acquisizione dati con uscita in RS - 485
Convertitore di protocollo
Linea RS-485 (doppino avvolto) S. Marsili-Libelli: Sistemi di acquisizione e trasmissione dati
Linea RS-232 (connettore a 9 poli) pag. 29
USB: Universal Serial Bus Erede attuale del vecchio standard seriale RS – 232 Impressionante aumento di velocità: fino a 12 Mb/s (USB2)
Il sistema USB è asimmetrico, consiste in un singolo gestore e molte periferiche collegate da una struttura simile ad un albero attraverso dei dispositivi chiamati hub (concentratori). La lunghezza massima di cavo è di 5m; oltre questo limite è necessario ricorrere ad uno o più hub attivi che amplifichino il segnale. Si possono alimentare direttamente le periferiche a basso consumo. Le periferiche che hanno richieste energetiche elevate vanno alimentate a parte. S. Marsili-Libelli: Sistemi di acquisizione e trasmissione dati
pag. 30
Sistema di acquisizione dati via USB
S. Marsili-Libelli: Sistemi di acquisizione e trasmissione dati
pag. 31
Acqusizione dati remota più complessa Se i sensori remoti sono molti e le operazioni da compiere complesse, il sistema seriale necessita di maggiore “intelligenza”
mp Te
Ciascun blocco di sensori o punti di controllo viene servito da un sistema dotato di notevole capacità di acquisizione e controllo
Il sistema Field Point di National Instruments
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Industrial Network N
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S. Marsili-Libelli: Sistemi di acquisizione e trasmissione dati
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pag. 32
Modularità del sistema Field-Point Il sistema Field-Point è composto da vari moduli che possono essere assemblati su una barra DIN a secondo delle necessità I/O Modules
Terminal Bases
Network Modules
S. Marsili-Libelli: Sistemi di acquisizione e trasmissione dati
pag. 33
Field Point come acquisizione remota Te
mpe
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STO P
tro
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RS-232 RS-485 Ethernet
Control Panel Temperature
Flow
Pressure Alarm Conditions STOP
Field Point
Segnali dal campo
Processo
Dispositivo remotabile verso il punto di misura In grado di effettuare sia acquisizione che controllo La comunicazione con il PC avviene attraverso una linea seriale Il dispositivo può accogliere molti segnali dal campo, purché i collegamenti analogici non siano troppo lunghi S. Marsili-Libelli: Sistemi di acquisizione e trasmissione dati
pag. 34
Connettività su rete Ethernet Modulo di collegamento su rete Ethernet: FP-1600 • Compatibile con il protocollo TCP/IP • 10 Mbps e 100 Mbps • Event-driven communications • Instant data connectivity to network, intranet, and Internet
10Base-T or 100Base-TX S. Marsili-Libelli: Sistemi di acquisizione e trasmissione dati
pag. 35
Compact Field Point Versione aggiornata Real-Time
LabView 8.0 Real-Time
Possibilità di operare in RealTime Funzionamento “intelligente” autonomo dopo aver scaricato a bordo il software di controllo
Il sistema viene visto come periferica ethernet Moduli I/O contrassegnata da un indirizzo IP Può essere interrogata mediante ftp con un normale browser internet (es. MS Explorer)
Configurabile Possibili moduli: I/O analogici (corrente e tensione), Termocoppie, PWM, visione, controllo assi, etc. S. Marsili-Libelli: Sistemi di acquisizione e trasmissione dati
CPU
pag. 36
Il Bus di Campo: quando la seriale non basta I sensori sono molti e complessi Ciascuno di essi ha un proprio standard elettrico di segnale e diverse unità ingegneristiche E’ necessario unificare la comunicazione fra unità diverse per caratteristiche e fabbricazione La rete di processo deve essere affidabile, facilmente visibile dal sistema di processo, espandibile e modificabile Ogni sensore deve essere identificabile nel data base del sistema di processo Esso accede alla rete tramite un dispositivo che realizza il protocollo di comunicazione della rete. S. Marsili-Libelli: Sistemi di acquisizione e trasmissione dati
pag. 37
Cosa è un Bus di Campo Un sistema di comunicazione seriale standardizzato per scambiare dati fra dispositivi di processo e controllori ad ogni livello Vantaggi rispetto alla connessione seriale semplice: Risparmi sui costi di cablaggio e manutenzione Connessioni più semplici: il mezzo fisico di trasmissione può essere una normale linea seriale (es. RS-485) con connettori standard e inserzioni multi-drop Standardizazione: i protocolli di comunicazione sono vendorindependent, in tal modo il bus è aperto a qualsiasi interconnessione. Modularità: è la conseguenza dell’utilizzo del modello OSI (Open System Interconnection) per progettare l’architettura di rete e dei protocolli. S. Marsili-Libelli: Sistemi di acquisizione e trasmissione dati
pag. 38
Prima e dopo il Bus di Campo Dopo: Collegamenti standardizzati attraverso bus di campo
Prima: Collegamenti punto-punto con drivers specifici Application X
...
Application Y
Application X Bus Interface
...
Application Y Bus Interface
Bus di campo
PLC
DCS
CONTROLLER
9 OGNI APPLICAZIONE RICHIEDE UN PROPRIO DRIVER 9 COSTOSO 9 INEFFICIENTE 9 RISCHIOSO S. Marsili-Libelli: Sistemi di acquisizione e trasmissione dati
PLC
DCS CONTROLLER
9 STESSA INTERFACCIA PER OGNI APPLICAZIONE 9 DRIVERS STANDARDIZZATI 9 ARCHITETTURA CLIENT/SERVER 9 AUMENTA LA SICUREZZA pag. 39
Architettura di un Bus di Campo
Protocolli proprietari
Protocolli general purpose
Inventory
Production Management
Quality
Distribution
Ethernet TCP/IP Windows Production Control
HMI/SCADA
Ethernet TCP/IP Windows
ModBus PROFIBUS
N
N
N
N
Distributed I/O
Data Acquisition
S. Marsili-Libelli: Sistemi di acquisizione e trasmissione dati
N
PLC
N
Smart Instrumentation
pag. 40
Sistemi Bus di Campo dedicati Sistemi concepiti espressamente per collegare periferiche di misura per impianti di depurazione Rappresentano l’interfaccia indispensabile fra il sensore ed il sistema di elaborazione dati Vantaggi Semplificano la costruzione di un sistema di misura integrato Compatibilità con protocolli standard (ModBus, Profibus)
Svantaggi Protocolli interni proprietari Costo
Prodotti commerciali proprietari SC-100/SC-1000 (Hach – Lange) IQ Sensor Net (WTW) S. Marsili-Libelli: Sistemi di acquisizione e trasmissione dati
pag. 41
IQ- Sensornet (WTW) The IQ SENSOR NET is a modular measuring system for online analysis. Modular means that the essential functional units of the measuring system are distributed in components that can be individually compiled for special applications. The essential functional units of the IQ SENSOR NET system 2020 XT include:
Terminal/controller IQ sensors Inputs (current inputs) Outputs (relay contacts, current outputs, valve outputs) Additional terminals (mobile terminals, software terminal) Help functions (e.g. power supply unit).
The functional units are connected with one another via a common line The line consists of two wires and a shield. It transports digital information between the controller and the other modules. At the same time, the line is used to supply all modules with electrical voltage from a power supply unit. The power supply unit is only required for the power supply and is not used in the system communication. S. Marsili-Libelli: Sistemi di acquisizione e trasmissione dati
pag. 42
Unità funzionali di IQ - Sensornet
S. Marsili-Libelli: Sistemi di acquisizione e trasmissione dati
pag. 43
Esempio di configurazione di rete IQ-Sensornet Unità di visualizzazione (opzionale e mobile)
Centraline di gestione del sensore e di comunicazione attraverso la rete
Sensori
S. Marsili-Libelli: Sistemi di acquisizione e trasmissione dati
pag. 44
Estensione Wireless
S. Marsili-Libelli: Sistemi di acquisizione e trasmissione dati
pag. 45
Sistema SC-100/SC-1000 (Hach – Lange) SC stands for Standard Controller, i.e. a modular Controller Platform, offering a consistent and extendable platform for Single Sensor Operation Multiple Sensor Multiple Parameter Operation Comprehensive Network solutions for Multiple Measuring Points
enabling the Integration of External analogue Sensors S. Marsili-Libelli: Sistemi di acquisizione e trasmissione dati
pag. 46
Componenti principali The SC platform consists of two Standard Controller SC100
Designed for Î
SC1000
Designed for Î Î
S. Marsili-Libelli: Sistemi di acquisizione e trasmissione dati
Stand alone solutions for up to two parameters
Stand alone solutions for up to eight parameters Network solutions based on the sc1000 Bus
pag. 47
SC-1000 Operates up to eight SC-sensors Î Dissolved oxygen, Susp. Solids, Nutrients, ... Integration of external signals Î Analogue and / or Digital Extended mathematical functions Î Control functions, Power, Root, Logarithm, Timer Data Transmission, Remote Control, Event Message Î GSM Module optional Intuitive operation Î Display with touchscreen Extendable Î Ability to build up sc1000 Network S. Marsili-Libelli: Sistemi di acquisizione e trasmissione dati
Bus proprietario SC-1000 pag. 48
SC-1000 Bus
S. Marsili-Libelli: Sistemi di acquisizione e trasmissione dati
pag. 49
Interfacciamento fra bus diversi
S. Marsili-Libelli: Sistemi di acquisizione e trasmissione dati
pag. 50
Architettura di un sistema di processo MANAGEMENT LEVEL
WWW ACCESSO CASUALE
PLANT-WIDE CONTROL
ETHERNET
GATEWAY SOFTWARE INTERRUPT
FACTORY LEVEL SINGLE SYSTEM CONTROL
FIELD LEVEL
TIMING
GATEWAY
BUS DI CAMPO
SINGLE-LOOP CONTROL
S. Marsili-Libelli: Sistemi di acquisizione e trasmissione dati
HARDWARE INTERRUPT pag. 51
N
N
N
Bus di campo
I sistemi di acquisizione dati comunicano con il PC di processo attraverso una rete digitale (bus di campo) inviando i dati dai sensori e ricevendo comandi per gli attuatori
PC di processo
Controllo distribuito di un depuratore
Sistemi di acquisizione dati
Sensori Fisher
Processo
S. Marsili-Libelli: Sistemi di acquisizione e trasmissione dati
pag. 52
Possibile architettura di controllo Te
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re su es Pr
Libreria Regolatori
Sistema SCADA ed elaborazione di processo
Libreria Modelli
N
N
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NO3-, ORP, pH
S. Marsili-Libelli: Sistemi di acquisizione e trasmissione dati
N
N
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pH, DO, NH4+, SS
Bus di campo
N
N
N
SBH
pag. 53
Impianto Pilota di San Giusto Piccolo processo strutturato come il depuratore principale di San Colombano: Pre-Denitro + Ossidazione
Utilizzato per lo studio della gestione dell’impianto principale Soggetti coinvolti: Il pilota è stato fornito da ENEA, La strumentazione dal Comune di Firenze (ora PubliAcque) Il Software di controllo è stato sviluppato dal Dipartimento di Sistemi e Informatica (tesi di laurea dell’Ing. Riccardo Testi)
S. Marsili-Libelli: Sistemi di acquisizione e trasmissione dati
pag. 54
Configurazione dell’impianto pilota
S. Marsili-Libelli: Sistemi di acquisizione e trasmissione dati
pag. 55
Misure di processo
S. Marsili-Libelli: Sistemi di acquisizione e trasmissione dati
pag. 56
San Giusto Strumentazione Quadro indicatori delle principali misure
Pompe peristaltiche (Alimentazione e ricircolo)
S. Marsili-Libelli: Sistemi di acquisizione e trasmissione dati
pag. 57
Rete di processo del pilota di San Giusto sensori Control Panel Temperature
Flow
segnali
Te
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PC
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Pressure Alarm Conditions STOP
DAQ
PLC
cavo seriale
processo Nel caso di sensori concentrati, anche un PLC può fungere da front-end, provvedendo a Conversione segnali dai sensori Gestione bus di campo costituito da una semplice linea seriale
Il PLC ha i seguenti vantaggi alta autonomia di controllo (è possibile trasferire sul PLC programmi di controllo anche di notevole complessità, che girano anche senza la supervisione del PC) alta velocità di reazione (fino all’ordine dei μs) S. Marsili-Libelli: Sistemi di acquisizione e trasmissione dati
pag. 58
Il Processo Pilota di San Giusto Necessaria per la gestione della comunicazione fra PLC e PC
Rappresenta il front-end dei vari sensori
S. Marsili-Libelli: Sistemi di acquisizione e trasmissione dati
pag. 59
Esempio di PLC come rete di processo Convertitori Analogico - Digitali dai sensori PLC Siemens S7 - 300
Cavo di comunicazione seriale verso il PC
S. Marsili-Libelli: Sistemi di acquisizione e trasmissione dati
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Pannelli del programma di supervisione Pannello principale: è quello fondamentale, da cui si accede a tutti gli altri e che va inizializzato per primo Pannello parametri: necessario per la taratura e riscalatura dei sensori utilizzati; Pannello aerobica: riporta l’andamento di temperatura (TEMP), ossigeno disciolto (DO), potenziale di ossidoriduzione (ORP) e pH della vasca aerobica; Pannello anossica: riporta l’andamento di temperatura (TEMP), ossigeno disciolto (DO), potenziale di ossidoriduzione (ORP) e pH della vasca anossica; Pannello misuratori di portata: riporta l’andamento temporale delle portate; Pannello inverter: riporta l’andamento della frequenza dell’inverter mono che comanda la portata di ricircolo dal sedimentatore; Pannello fanghi: permette la temporizzazione della pompa per lo spurgo dei fanghi di supero; Pannello dosaggio acetato: permette la temporizzazione della pompa che fornisce l’acido acetico in vasca anossica; Pannello allarmi: visualizza i casi di allarmi che occorrono durante il processo;
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Programma di supervisione
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