Soluzioni Ethernet-based per la sicurezza di macchine e impianti

Soluzioni Ethernet-based per la sicurezza di macchine e impianti
Azienda
Università Genova
Relatore
Micaela Caserza
Magro
Titolo
Abstract
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Phoenix Contact
Raffaele Esposito
L‘evoluzione della gestione dei
segnali di sicurezza: dai moduli
elettromeccanici alle reti
ethernet-based
La presentazione svolge una rapida carrellata relativa all’evoluzione delle
soluzioni tecnologiche atte alla gestione di segnali attinenti funzioni di sicurezza.
Verranno richiamati i riferimenti normativi che nel corso degli anni hanno
influenzato in modo decisivo lo sviluppo dei prodotti che si sono via via evoluti da
pura base elettromeccanica a prodotti basati su logica elettronica, concentrata in
un unico dispositivo o anche distribuita in campo attraverso le reti
d’automazione.
Da ultimo, un brevissimo accenno agli aspetti di security associati alle reti
industriali con protocollo a base Industrial Ethernet sulle quali vengano scambiati
anche segnali di sicurezza.
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Soluzioni Ethernet-based per la sicurezza di macchine e impianti
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EPSG
Ethernet
POWERLINK
Standardisation
Group
Alessandro Cazzola
Antonio Valsecchi
Comunicazioni aperte,
deterministiche e sicure, a
prova di Industria 4.0
POWERLINK è oggi il bus open source hard real time di riferimento per i
costruttori di macchina , con più di 1,3 milioni di macchine e impianti sul campo e
una sempre più ampia disponibilità di componenti proposta dai principali
fornitori.
Grazie a POWERLINK PLC, azionamenti, robot, sensori, sistemi di CNC, visione,
idraulica e pneumatica si integrano e si sincronizzano perfettamente su un'unica
rete: POWERLINK è la tecnologia ideale per l'Internet Of Things e l'Industry 4.0,
grazie alla sua capacità di gestire i big data nella parte asincrona garantendo
contemporaneamente tempi di ciclo fino a 100 µs.
La facilità di gestione delle macchine si amplia con il protocollo software di
sicurezza aperto openSAFETY, in grado di assicurare uno scambio di dati sicuro,
con il vantaggio di non richiedere cablaggi dedicati perché può essere incapsulato
all'interno di tutti i fieldbus esistenti. Con openSAFETY, certificato SIL 3, è
possibile programmare nel software e trasferire in modo sicuro e veloce sul bus
tutte le reazioni alle varie condizioni di emergenza, evitando di forzare uno stop
produttivo, riducendo così i tempi di fermo macchina.
Grazie alle caratteristiche di affidabilità dei due protocolli e alle performance
garantite dallo standard Ethernet industriale, molti costruttori realizzano
dispositivi intelligenti, che cambiano il modo di fare automazione. Un esempio
sono le innovative barriere ottiche di sicurezza che sono in grado di rilevare non
solo il passaggio di un oggetto attraverso di esse - che in genere si traduce con un
arresto delle parti in ovimento. Queste barriere consentono infatti di
discriminare il profilo dell'oggetto che vi transita attraverso e reagire
istantaneamente permettendo il passaggio o arrestando il sistema qualora il
profilo non corrisponda all'oggetto consentito.
Un altro esempio sono i robot, che richiedono grande reattività, affidabilità e
sicurezza. Attraverso POWERLINK è possibile controllare e integrare diversi robot,
coordinandoli e sincronizzandoli con le altre parti in movimento sullamacchina.
Nel caso di robot COMAU, grazie al progetto openROBOTICS, inoltre si è in grado
di controllare la meccanica nuda del robot, direttamente dai controller inseriti
sulla macchina, con grandi benefici in termini di programmabilità e reattività. Il
tutto in assoluta sicurezza.
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ETG
EtherCAT
Technology Group
Alessandro Figini ETG
Safety over EtherCAT: la
semplice soluzione a problemi
di sicurezza complessi
Il protocollo EtherCAT si è già affermato da tempo come successore delle
tecnologie bus di campo classiche in una vasta gamma di applicazioni. Accanto
alla trasmissione di dati di processo standard, negli ultimi anni è cresciuta sempre
più la necessità di scambiare dati di sicurezza all’interno di macchine o impianti
industriali.
Safety over EtherCAT definisce un livello di comunicazione di sicurezza basato su
(ma non limitato a) EtherCAT. La possibilità di trasmettere dati di sicurezza
utilizzando un bus di campo come mezzo fisico fornisce numerosi vantaggi per
l’utente, quali flessibilità, rapidità di risposta e semplicità di diagnosi.
L’approccio “black channel” adottato da Safety over EtherCAT svincola il bus
sottostante da qualunque requisito di sicurezza, consentendo un utilizzo
estremamente flessibile all’interno di singole reti EtherCAT, ma in modo
particolare in applicazioni complesse costituite da diversi controllori
interconnessi tra loro, in cui le informazioni di sicurezza devono essere scambiate
ciclicamente da ciascuna stazione in modo da informare i moduli precedente e
successivo in merito ad una condizione di errore o da attivare una funzione di
sicurezza anche all’esterno della singola rete.
Il protocollo Safety over EtherCAT, la cui specifica è definita da EtherCAT
Technology Group, è definito come standard di sicurezza nella normativa IEC
61784-3, ed è utilizzabile per applicazioni che intendano garantire un Safety
Integrity Level fino a SIL3 così come definito dalla specifica IEC 61508.
L’implementazione di un’interfaccia di sicurezza è ancora associato dai fornitori
di dispositivi a ingenti sforzi ed elevate spese. Ma non è più così: Safety over
EtherCAT è un protocollo indipendente e aperto e, grazie ai meccanismi semplici
e allo stesso tempo potenti da esso utilizzati, agevole da implementare con sforzi
contenuti. La specifica particolarmente snella ne consente inoltre
l’implementazione anche all’interno di dispositivi di piccole dimensioni quali ad
esempio sistemi embedded.
Safety over EtherCAT è presente come standard di sicurezza fin a partire dal
2005, ed è oggigiorno supportato da un numero sempre crescente di dispositivi e
fornitori. Esso conta anche sulla disponibilità di test pre-certificati che
consentono ai fornitori di dispositivi di validare in modo estremamente semplice
e veloce la correttezza della propria implementazione del protocollo.
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Molex
John Browett
T. Bieber
CC-Link IE Safety
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Pilz
A. Confalonieri
Safety and Ethernet based
Industrial Control Network
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Yokogawa
Massimiliano Veronesi
Integrazione DCS/ESD tramite
safety certified network
CC-Link IE Safety products are used worldwide today in real applications. Molex
will show its expertise in the field of CC-Link IE technologies as well as a safety
SDK provider. The Molex CC Link IE safety SDK architecture will be explained,
showing benefits of integration of the safety layer inside a single communication
link. The CC Link IE Safety specification will be introduced as well as certification
steps required for designing safety products.
L’utilizzo di protocolli a tutti i livelli di impianto del settore manifatturiero
rappresenta una tendenza piuttosto significativa degli ultimi 10 anni. Ai livelli più
bassi delle infrastrutture di fabbrica, le reti forniscono maggiore affidabilità,
semplicità d’installazione, diagnostica, e consentono funzionalità avanzate come
il controllo distribuito, la diagnostica, la gestione della sicurezza funzionale e
l'interoperabilità dei dispositivi. Ai livelli più alti, le reti possono permettere
l’accesso ai dati di fabbrica per la pianificazione automatica, controllo e
diagnostica, migliorare la gestione e memorizzazione dei dati e l’evoluzione verso
l’e-manufacturing. In questo scenario l'importanza della sicurezza è stata
considerata come fattore chiave per l’integrità delle macchine, ambientale e
umana. Questo documento prende in esame le attuali tendenze nell'uso delle
reti Ethernet based per realizzare applicazioni con intelligenza distribuita,
controllo multilivello, diagnostica e sicurezza funzionale. In particolare si pone
l’attenzione alle caratteristiche della rete in termini di misure di sicurezza
implementate per la gestione di dati safety-related per un particolare protocollo
descritto nella norma IEC 61784-3-18.
L’implementazione di un sistema di controllo di processo per un impianto
chimico, petrolchimico o di generazione energia richiede da un lato una forte
integrazione tra controllori o altri nodi della rete e dall’altro una certa
segregazione tra le funzioni di controllo/regolazione e quelle di sicurezza.
L’impiego di bus di tipo Ethernet (layer fisico) con protocollo “safety certified”
consente di perseguire entrambi gli obiettivi, ottenendo così sia i numerosi
benefici di una elevata integrazione tra i sistemi che una comunicazione
affidabile e ragionevolmente sicura, ove la probabilità di scambio scorretto di
dati è sufficientemente bassa da poter essere utilizzato in applicazioni classificate
fino SIL-3 (riduzione del rischio di un fattore 1000).
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ProfiSafe
Giorgio Santandrea
Motion control e sicurezza:
reti sicure con macchine in
movimento
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Rockwell
Roberto Motta
La sicurezza di macchina corre
sul filo EtherNet/IP in un
impianto caseario del gruppo
BEL. Integrazione completa e
trasparente su un’unica rete
delle funzioni di sicurezza, di
automazione e di gestione
delle informazioni
Safety: produttività ed integrazione
Nell'ambito dell’evoluzione tecnologica dell'automazione, emerge sempre di più
il ruolo rappresentato dalla sicurezza funzionale. I costruttori di macchine e gli
operatori sono tenuti, sotto un profilo etico e legale, a garantirla a tutela delle
persone e dell’ambiente, in un’accezione più ampia.
Un esempio applicativo
Un’applicazione concreta è stata realizzata con le soluzioni di automazione
Siemens per una linea di produzione del comparto Converting. L’intero impianto
è caratterizzato dall’integrazione della tecnica fail-safe e da elevate prestazioni di
automazione
Per la progettazione di un nuovo impianto di produzione formaggio negli Stati
Uniti, BEL e Rockwell Automation hanno affrontato la sfida di implementare il
meglio di quanto già applicato in vari siti produttivi, inclusa la sicurezza di
macchina, così che ogni fase della produzione prevede l’utilizzo di un controllore
GuardLogix ‘SIL 3/PL per gestire sia il programma standard quella parte che
gestisce la Sicurezza di macchina. Tutte le informazioni di Sicurezza vengono
trasferite tramite il protocollo CIP Safety sulla rete EtherNet/IP
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