Soluzioni SCADA per il controllo di processo

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Controllare un processo è un aspetto fondamentale per un sistema SCADA. Le modalità con cui le procedure di controllo sono realizzate dipendono dal tipo di processo, dal momento che quest’ultimo influisce spesso sulle scelte architetturali hardware e software.

Con il termine SCADA (acronimo di Supervisory Control and Data Acquisition, ossia ‘Controllo di supervisione e acquisizione dati’) si definisce un sistema informatico distribuito per il monitoraggio elettronico di sistemi fisici. In genere i sistemi SCADA sono utilizzati per funzioni di controllo in ambito industriale per svolgere attività di monitoraggio e controllo infrastrutturale o di processi industriali. Di solito questi sistemi sono composti da uno o più sensori che realizzano misurazioni di grandezze fisiche; uno o più controllori, come PLC o microcomputer che in modo continuo o a intervalli di tempo svolgono misurazioni tramite i sensori a cui sono collegati e memorizzano i valori misurati in una memoria locale; un sistema di telecomunicazione tra i microcontrollori e il supervisore; un computer supervisore che raccoglie periodicamente i dati dai microcontrollori, li elabora per estrarne informazioni utili, memorizza su disco i dati e le informazioni riassuntive, se necessario fa scattare un allarme, consente di selezionare e visualizzare su schermo i dati correnti e passati, eventualmente in formato grafico, e se si verifica la necessità invia le informazioni selezionate al sistema informativo aziendale. La prima funzionalità che contraddistingue un sistema SCADA è l’acquisizione dei dati. Questa attività è fondamentale nel supporto alle funzioni di supervisione e controllo, in quanto pone in relazione il sistema con il processo controllato. In questo modo è consentita la conoscenza dello stato in cui si trova il processo e l’azione di controllo esercitata per mezzo della variazione di parametri caratteristici del processo. La seconda funzionalità è quella della supervisione, funzione per mezzo della quale un sistema SCADA rende possibile l’osservazione dello stato e dell’evoluzione degli stati di un processo controllato. In questa funzione rientrano tutte le attività legate alla visualizzazione delle informazioni che si riferiscono allo stato attuale di un processo, di gestione delle informazioni storiche, di gestione degli stati che rappresentano eccezioni in rapporto alla normale evoluzione del processo controllato. La terza funzionalità è quella del controllo che si riferisce alla capacità di un sistema di prendere decisioni riguardanti l’evoluzione dello stato del processo controllato in funzione dell’evoluzione del processo stesso. Le modalità con cui le procedure di controllo sono realizzate dipendono dal tipo di processo, dal momento che quest’ultimo influisce spesso sulle scelte architetturali hardware e software. Le funzionalità di controllo sono strettamente correlate al sistema di elaborazione che, dopo apposite procedure elaborative utilizza il sistema di acquisizione dei dati in senso inverso, per cambiare il valore di determinati parametri di stato del processo controllato.

Il controllo di processo

Controllare un processo è un aspetto fondamentale per un sistema SCADA. E i processi che possono essere controllati da un sistema SCADA sono molteplici. Un sistema di qualità abbina tecnologie all’avanguardia e funzionalità di analisi del processo efficaci in rapporto a quanto si deve controllare. L’analisi del processo controllato produce informazioni che possono influenzare le scelte progettuali sia dal punto di vista tecnologico sia organizzativo. Per questo è determinante anteporre l’approfondimento della conoscenza del processo alla definizione delle caratteristiche del sistema destinato a controllarlo. Una caratteristica fondamentale di un sistema SCADA finalizzato al controllo di processo è rappresentata dalla capacità di realizzare le attività di controllo in tempo reale o con un ritardo trascurabile rispetto alla dinamica evolutiva del processo stesso. Accanto a tutto ciò, è indispensabile che la reazione del sistema abbia tempi compatibili con quelli imposti dalle finalità delle attività di controllo. Perché tutto questo si realizzi in modo vincente è indispensabile che il sistema si distingua anche per un elevato livello di affidabilità. Per questo è necessario che ogni componente, che deve essere scelto accuratamente, abbia un valore di probabilità di malfunzionamento estremamente basso. In caso di componenti forniti da terze parti è necessario valutare l’affidabilità dichiarata dai produttori e gli strumenti forniti per valutarla, migliorandola dove è possibile farlo. L’obiettivo finale è quello di poter disporre di un sistema in grado di garantire affidabilità per tutto il suo funzionamento. Un ulteriore aspetto da considerare è quello della disponibilità, ossia la percentuale di tempo per la quale deve essere assicurato lo stato di esercizio del sistema. Un processo può avere esigenze stringenti di disponibilità per esempio per motivi di sicurezza o di continuità del servizio. Un ruolo importante, nelle attività di controllo, è giocato anche dall’efficacia dell’interazione tra gli operatori e il sistema; per questo è determinante che l’interfaccia uomo-macchina agevoli le attività di interazione, la cui complessità dipende dalle caratteristiche del processo controllato. L’interfaccia uomo-macchina può svolgere molti gradi di interazione tra cui rientrano funzionalità di semplice osservazione dello stato di esercizio del sistema, in caso di sistemi con procedure completamente automatizzate, o funzionalità responsabili dell’esecuzione di procedure manuali gestite dagli operatori. Infine, le caratteristiche di un sistema SCADA per il controllo di processo variano in relazione alle dimensioni dell’area da controllare. Di conseguenza, le apparecchiature di acquisizione dati e il sistema di elaborazione possono trovarsi in un unico edificio, oppure possono essere collocati in un’area limitata a pochi edifici o essere distribuiti su aree territoriali di dimensioni maggiori. Le dimensioni geografiche variano sia in base alle caratteristiche del processo controllato, sia in rapporto alle esigenze organizzative introdotte dall’utilizzo del sistema di controllo. Se il processo controllato è limitato geograficamente (come nel caso di una linea di produzione industriale o di un sistema di trattamento dell’aria di un edificio) le dimensioni del sistema sono limitate alla struttura che ospita il processo. Se il processo controllato ha le caratteristiche di un sistema di trasporto (oleodotti, gasdotti, elettrodotti), la collocazione delle apparecchiature di acquisizione segue la struttura del processo.

Usare la tecnologia di controllo basata su SCADA in ambito ferroviario

La tecnologia di controllo basata su SCADA avrà un ruolo importante all’interno del tunnel del San Gottardo, in Svizzera che, con una lunghezza di 56,8 km collegherà le città di Erstfeld e Bodio e sarà aperto al traffico ferroviario dal 2017. Il sistema di supervisione sarà responsabile del controllo da remoto e del monitoraggio dei punti più importanti utilizzati dai sistemi elettromeccanici del tunnel. I Centri di Controllo del tunnel, situati negli ingressi a Nord e Sud del tunnel stesso, visualizzeranno, monitoreranno e controlleranno l’intera infrastruttura. I singoli sottosistemi che costituiscono l’infrastruttura comprendono l’alimentazione, la linea aerea di contatto del treno, la ventilazione, il condizionamento dell’aria, l’illuminazione, il monitoraggio, la movimentazione di porte e cancelli. Una parte molto importante della gestione di tutti questi sottosistemi sarà svolta dal sistema di supervisione. Mediante un flusso continuo d’informazioni, il sistema di supervisione sarà in grado di fornire una panoramica generale dello stato del tunnel, definendo in tempo reale la posizione dei treni e altre informazioni di autodiagnostica.

Il sinottico del tunnel, che comparirà su un grande schermo, potrà essere visualizzato anche dalle singole postazioni operatore.

La tecnologia di controllo sarà continuamente adattata e aggiornata al procedere dei lavori di costruzione. Dal momento che esiste un certo numero di applicazioni etrogenee, realizzate da diverse case produttrici, è stata creata una struttura per l’integrazione dei diversi sistemi elettromeccanici e un sistema supervisione del tunnel. Appartengono a questa struttura uno schema unico dei punti da controllare, che comprende tutti i sistemi, e un protocollo di architettura unificata che ha la finalità di garantire un’interfaccia standard a tutte le componenti coinvolte. Il sistema punta anche sulla sicurezza; dispone, infatti, della funzione di disaster recovery, che prevede un sistema hot-standby ridondante per il centro di controllo del tunnel. In caso di guasto al centro di controllo tunnel situato all’ingresso Sud, per esempio, il centro tunnel situato a Nord entra automaticamente in stato di emergenza. Il nuovo tunnel, che dovrebbe diventare il più lungo del mondo, chiamato anche Base Tunnel o Second Tube, contribuirà in modo significativo alla realizzazione del nuovo collegamento tra Germania e Italia (via Svizzera), accorciandolo di ben 40 km rispetto all’attuale e consentirà il transito anche a treni ad alta velocità.

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