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
e
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
re
eratu
Flow
Co
sure
Pres
arm
Al
ntr
ol
Pane
l
s
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Co
ST
OP
Industrial Network
N
N
N
N
S. Marsili-Libelli: Sistemi di acquisizione e trasmissione dati
N
N
N
N
N
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
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ratu
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Con
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ssur
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larm
Con
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ns
STO
P
tro
lP
an
el
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
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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
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Bus proprietario SC-1000
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SC-1000 Bus
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Interfacciamento fra bus diversi
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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
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HARDWARE
INTERRUPT
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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
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Possibile architettura di controllo
Te
re
ratu
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Pr
Libreria
Regolatori
Sistema
SCADA ed
elaborazione
di processo
Libreria
Modelli
N
N
N
NO3-, ORP, pH
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N
N
N
pH, DO, NH4+, SS
Bus di campo
N
N
N
SBH
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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)
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Configurazione dell’impianto pilota
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Misure di processo
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San Giusto Strumentazione
Quadro indicatori delle principali misure
Pompe peristaltiche
(Alimentazione e ricircolo)
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Rete di processo del pilota di San Giusto
sensori
Control Panel
Temperature
Flow
segnali
Te
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Flo
w
Con
Pre
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larm
Con
tro
lP
an
el
PC
ditio
ns
STO
P
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)
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Il Processo Pilota di San Giusto
Necessaria per
la gestione della
comunicazione
fra PLC e PC
Rappresenta il
front-end dei
vari sensori
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Esempio di PLC come rete di processo
Convertitori
Analogico - Digitali
dai sensori
PLC
Siemens S7 - 300
Cavo di
comunicazione seriale
verso il PC
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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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