Telecontrollo industriale: cos’è e vantaggi per l’industria 4.0

Nell’Industria 4.0, nella logistica 4.0 e nelle Smart grid è fondamentale raccogliere dati in tempo reale e poter intervenire da remoto per risolvere rapidamente eventuali disservizi o inefficienze. Il monitoraggio costante e la possibilità di controllo a distanza dei componenti, ovvero il telecontrollo industriale, e del loro stato consentono notevoli vantaggi economici e gestionali, riducendo i costi, aumentando i profitti, eliminando gli sprechi e le inefficienze, attivando procedure di manutenzione predittiva.

Cos’è il telecontrollo industriale?

Il telecontrollo industriale è una funzione essenziale dello smart manufacturing, in cui un mix di servizi, software e tecnologie combinati permettono di svolgere da remoto il monitoraggio, il controllo e l’ottimizzazione dei processi produttivi industriali (o di servizi).

Il telecontrollo industriale rappresenta una soluzione di automazione industriale per la supervisione (via software e dispositivi ad hoc) di attività, impianti, processi e la raccolta dei dati attraverso un network di sensori, attuatori, sistemi dedicati che si trovano sull’impianto.

Il controllo a distanza di strumenti e macchine industriali – geograficamente distanti tra loro e dal loro utilizzatore – può essere circoscritto al monitoraggio always-on (la lettura di un dato) o attuare la regolazione (attraverso la procedure di manutenzione predittiva e la modifica dello stato di un sistema remoto).

La manutenzione predittiva implica che i dati forniti dai sensori posti sul macchinario o sulla linea dell’impianto vengono elaborati da software in grado di “predire” un guasto, e quindi di intervenire prima che esso si verifichi.

Come si sono evoluti i sistemi di telecontrollo?

In origine la tele-assistenza che si limitava al monitoraggio. Poi i sistemi di tecnocontrollo hanno introdotto l’analisi dei dati in tempo reale e la loro conservazione in archivi ad hoc, coi software Scada (Supervisory Control And Data Acquisition). Oggi le infrastrutture cloud stanno offrendo nuove modalità di archiviazione.

In seguito, l’evoluzione dell’infrastruttura di comunicazione – mediante fibra ottica, vettori radio e rete telefonica, ora il 5G – ha permesso di far compiere un salto di qualità allo scambio di informazioni tra periferia e centro di controllo. In futuro si passerà al telecontrollo a guida autonoma, dove con l’intelligenza artificiale verranno automatizzate le fasi di elaborazione (di dati e misure) e processi (per ottimizzare, controllare e monitorare la gestione degli impianti).

Nel contesto di Industria 4.0 e smart factory – dove domina l’interconnessione, grazie alla raccolta continua di Big data che vengono poi analizzati e impiegati non solo per risolvere disservizi e problematiche, ma soprattutto per fotografare l’andamento del mercato e l’orientamento dei clienti – il monitoraggio si è evoluto in telecontrollo in grado di sfruttare machine learning (ML) e intelligenza artificiale (Artificial intelligence, AI).

Quali sono le aree applicative del telecontrollo?

Le aree applicative del telecontrollo sono numerose:

• integrazione dei servizi (servizio idrico integrato – dagli acquedotti alla depurazione delle acque reflue; gas con lo smart metering ovvero telelettura e telegestione con i contatori intelligenti; servizio elettrico con le Smart grid; termico con il teleriscaldamento);
• logistica 4.0 (per monitorare le attività di filiera tramite tag RFId e sensori IoT; gestire la sicurezza e la movimentazione delle merci all’interno di poli logistici più o meno ampi e gestire le flotte);
• Agricoltura 4.0 (dove sensori monitorano le caratteristiche fisiche e biochimiche del suolo e dell’ambiente circostante, mentre dispositivi IIoT permettono di calcolare ed erogare con precisione, per esempio, il fabbisogno idrico di una certa coltura evitando eventuali sprechi di risorse);
• Smart manifacturing (per un migliore uso delle risorse industriali);
• Smart grid (per ottimizzare la produzione, la trasmissione e la distribuzione dell’energia);
• Smart city (per gestire in maniera intelligente traffico – dai semafori alla viabilità fino al controllo del livello degli inquinanti -, rifiuti, edifici e telecontrollo dell’illuminazione pubblica);
• Smart building (dove la building automation rende efficiente la gestione dei consumi energetici);
• Smart mobility (gestione del traffico nell’era dei veicoli elettrici).

Quali sono le caratteristiche di un sistema di telecontrollo industriale

Un sistema di telecontrollo ha le seguenti caratteristiche:

• permette l’acquisizione e raccolta dei dati;
• consente l’analisi e il controllo a distanza;
• l’archiviazione dei dati;
• la supervisione e la gestione di disservizi e guasti da remoto;
• servitizzazione (abilita nuovi servizi a valore aggiunto).

Acquisizione e raccolta dei dati

I sensori installati sugli impianti da controllare consentono di monitorare l’andamento dei parametri che si è deciso di prendere in esame.
La fase di acquisizione e trasmissione dei dati avviene attraverso le Remote terminal unit (Rtu) o Programmable logic controller (Plc).
La raccolta dei dati, provenienti dai vari asset aziendali e di attività, si effettua tramite una rete di apparati (sensori, attuatori, sistemi appositi) e strumenti distribuiti su un impianto.

Analisi e controllo

Software e dispositivi ad hoc elaborano i dati da analizzare e controllare. Software di telecontrollo e sensori dedicati permettono di intervenire prima che vengano raggiunti valori soglia (per evitare anomalie, situazioni di sovraccarico o disservizi), che potrebbero scatenare guasti, provocare rischi per la sicurezza ambientale o degli stessi lavoratori.

Il monitoraggio si limita al telecontrollo di un dato a distanza, invece la regolazione modifica lo stato di un sistema remoto attraverso dispositivi detti attuatori.

L’analisi dei dati può monitorare i consumi effettivi (idrici, elettrici, gas eccetera), anticipando revisioni nei processi industriali o nelle stesse tecnologie utilizzate.

Archiviazione dati

I dati in arrivo dagli impianti sono aggiornati dai software Scada (Supervisory Control And Data Acquisition) in tempo reale e vengono conservati in archivi ad hoc. I software Scada, ideati per acquisire dati e consentire il controllo degli impianti, permettono a un operatore da remoto di verificare lo stato di una particolare apparecchiatura o processo e capire se sia necessario o meno ottimizzare il funzionamento dell’impianto.

Ma gli standard e i linguaggi chiusi dei sistemi Scada vengono progressivamente sostituiti da protocolli di comunicazione Ip e standard basati su architetture aperte.
I dati prodotti dagli impianti monitorati vengono infatti esportati verso l’esterno, soprattutto verso il cloud.

Supervisione e gestione dei disservizi da remoto

La supervisione consente di monitorare i consumi energetici effettivi, di rilevare condizioni anomale o inefficienze nell’impianto, di gestire disservizi e guasti da remoto.

Servitization

L’analisi dei dati può anche aprire le porte all’erogazione di servizi integrati e innovativi in grado di suggerire agli operatori di diversificare il proprio modello di business con nuovi servizi a valore aggiunto. Per esempio nell’ambito di un servizio integrato: videosorveglianza, ricarica di veicoli elettrici, il monitoraggio ambientale eccetera.

Quali sono i vantaggi di un sistema di telecontrollo per l’industria 4.0?

I vantaggi sono di natura economica e gestionale. Il telecontrollo è in grado di:

• ridurre i costi;
• aumentare i profitti;
• eliminare gli sprechi;
• correggere le inefficienze;
• risolvere disservizi;
• attivare procedure di manutenzione predittiva;
• l’introduzione dell’intelligenza artificiale può ottimizzare l’operatività e la produttività, identificando i migliori punti di lavoro e poi rendendo la manutenzione efficiente (con il machine learning) e predittiva (con i Big data);
• generare nuove prospettive e opportunità di business;
• può imprimere una nuova spinta allo smart manufacturing.

Come funziona un sistema di telecontrollo industriale su rete Ip

Il telecontrollo su rete Ip è l’Industrial internet of things (IIoT) ovvero l’Internet of Things (IoT) dedicati agli ambienti manifatturieri. In questo campo ricoprono un ruolo essenziale le Remote Terminal Unit (RTU) e le centraline con funzionalità logiche PLC:

• le RTU rappresentano l’interfaccia IoT di input/output su IP dedicate alla telegestione di impianti e controllo tramite Internet di qualsiasi sensore analogico e digitale, per comandare l’accensione e lo spegnimento di relè e quindi di utenze, motori o di azionare a distanza cancelli, varchi per il transito delle Ztl, luci e altro ancora, il tutto da una interfaccia web user-friendly;
• la centralina IoT di telecontrollo per l’industria 4.0 include funzionalità logiche PLC per telegestire comodamente da Web qualunque sensore

Si effettua la programmazione avanzata di automatismi e alert su eventi della sensoristica e su calendario.

Realtà aumentata, mixed reality e smart glass

Nelle attività di manutenzione IIoT si impiegano visori di realtà aumentata (augmented reality, AR), mixed reality (come i Microsoft HoloLens) e gli smart glass, abbinati ad applicazioni di smart assistance per guidare gli interventi “sul campo” con supporto diretto, in due modalità diverse: l’operatore potrà accedere a flussi di lavoro guidati e manuali d’istruzione interattivi da “sfogliare” con il semplice movimento degli occhi; oppure potrà richiedere l’intervento da remoto di un esperto che lo guiderà passo a passo nell’individuazione del guasto e nella sua riparazione.

La mixed reality gode del vantaggio di creare digital twin ovvero una replica virtuale dei macchinari industriali per: condurre simulazioni e stress test senza stop produttivi; visualizzarli e collocarli precisamente nel posto di destinazione (location), verificando gli eventuali ingombri e prevedendo problematiche nella fase di installazione.

Realtà virtuale e prototipi digitali

In ambito Smart manufacturing, la realtà virtuale (virtual reality, VR) orienta progettisti e ingegneri a visualizzare prototipi digitali e modelli CAD, in modo da anticipare eventuali errori di progettazione e migliorare le funzionalità senza lo spreco di ricorrere alla dispendiosa prototipazione fisica, ottimizzando il risultato e riducendo il time-to-market dei prodotti.

IIoT e robot

L’automazione nella smart factory prevede robot (che operano in autonomia), mezzi a guida autonoma e cobot (robot che collaborano con gli operatori umani), tutti connessi e in grado di interfacciarsi con gli altri dispositivi e sistemi. Obiettivo: contenere i downtime e i malfunzionamenti dei macchinari attraverso la manutenzione predittiva; migliorare tutti i processi di sviluppo dei nuovi prodotti tramite la raccolta sistematica dei dati che arrivano dai device connessi e sensorizzati (smart lifecycle).

Industrial IoT e connettività M2M

Le tecnologie di Industrial IoT non si limitano alla fabbrica connessa, ma, grazie alla sensorizzazione pervasiva e alla connettività M2M estesa, guardano non solo allo shopfloor, ma anche ai mezzi di trasporto e ai magazzini.

IIoT e wearable tech

L’uso dei dispositivi indossabili (smartwatch eccetera) consente di garantire la presenza dei dipendenti sul luogo di lavoro, ma anche di accelerare l’invio di allarmi su guasti e problemi a impianti e macchinari. Operai e manutentori possono ricevere su wearable tech le istruzioni su mansioni da svolgere o sulle regole di sicurezza (safety) di chi lavora in impianti a rischio per la salute (altiforni, cisterne eccetera). I wearable raccolgono dati sanitari (relativi alla frequenza cardiaca, la temperatura corporea, la postura; saturimetro, eccetera), informazioni utili per la prevenzione di incidenti sul lavoro.

IIoT e machine learning

Il machine learning applicata al mondo dell’Industrial IoT permette: di ridurre i fermi tecnici non preventivati, prevedendo malfunzionamenti e guasti dei componenti soggetti a usura (manutenzione predittiva); il monitoraggio del processo produttivo, attraverso sistemi potenziati dagli algoritmi di auto-apprendimento, anche per migliorare il controllo qualità (rilevando in tempo eventuali difetti della produzione e abbracciare approcci “zero difetti”).

Telecontrollo su rete IP e RFID, blockchain e 5G

Le etichette intelligenti (tag e RRadio-frequency identification, RFID) abbinate a varchi e lettori (reader) consentono di tracciare oggetti singoli, colli e interi pallet, per effettuare il tracking delle merci in movimento sullo shopfloor.

La blockchain (la tecnologia dei registri distribuiti) consente di migliorare l’interoperabilità nei servizi di logistica che scommettono sul supporto di percorsi di Industrial IoT, certificando anche trasparenza lungo tutta la filiera.

I test di applicazioni 5G connessi all’Industrial IoT sono volti a migliorare l’efficacia dei processi di automazione della catena di montaggio. Grazie al 5G, la realtà virtuale e realtà aumentata possono condurre attività di simulazione di produzione e manutenzione.