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Bus di campo: installazione di strumentazione con diagnostica avanzata.

Impianti di processo con sistema a bus di campo.

Gli impianti di processo dotati di dispositivi a bus di campo sono affidabili per effettuare operazioni di misura e controllo. I dispositivi di campo intelligenti forniscono livelli di accuratezza migliori perchè il segnale analogico è convertito in un segnale digitale.

I dispositivi di campo moderni sono in grado di trasmettere ulteriori informazioni aggiuntive sullo stato di funzionamento dei dispositivi installati (eseguono una diagnostica interna). Con il supporto dei sistemi di DCS è possibile effettuare manutenzioni preventive, solo, quando è realmente richiesta e non sulla base di intervalli di tempo regolari. Si interviene, quando la manutenzione è realmente necessaria e talvolta, è possibile raddoppiare gli intervalli di tempo sulla manutenzione, senza rispettare le normali procedure standard applicate.
Inoltre una configurazione remota eseguita con il bus di campo, aiuta a velocizzare le operazioni di dosaggio di materiali in un processo, o di poter eseguire la sostituzione di un dispositivo di campo durante il funzionamento dell'impianto. Tutto questo porta ad ottenere un’efficienza migliorativa, sul funzionamento degli impianti di processo.


La diagnostica avanzata rende più trasparente la comunicazione a bus di campo.

Molte persone considerano una rete fieldbus come qualcosa di complesso e non scrutabile. I dati sembrano essere inviati misteriosamente tra i sistemi di controllo e la strumentazione di campo e viceversa senza che gli operatori possano avere accesso a questa rete. Esiste una semplice ragione che spiega questa sensazione: quando più dispositivi sono collegati in parallelo sullo stesso mezzo di trasmissione i segnali di comunicazione sono inevitabilmente più complessi. Il tutto è ovvio se paragonato alla tecnologia 4…20mA, dove un solo dispositivo è collegato per una coppia di cavi: la corrente misurata rappresenta il valore di processo e contemporaneamente si discriminano anche le condizioni di corto circuito o interruzione del cavo.


The Advanced Diagnostic Module monitors the fieldbus physical layer during operation.
The Advanced Diagnostic Module monitors the fieldbus physical layer during operation.

Comportamenti anomali di un impianto sono generalmente descritti e riportati dal personale operativo e di manutenzione attraverso espressioni quali:: "Il dispositivo ha funzionato bene per tutto il giorno, poi è scomparso  per alcune ore dalla lista degli strumenti attivi per poi riapparire di nuovo". Oppure:  "I display LCD dei dispositivi di campo mostravano il valore in maniera corretta perché alimentati in maniera appropriata, ma i dispositivi risultavano attivi nel sistema di controllo per poco tempo". La causa di questi report poco accurati è il fatto che la strumentazione portatile non è in grado di decifrare i segnali  ed i dati, omettendo così di informare l’utente circa comportamenti anomali sul bus di campo.

Strumenti di diagnostica a bus di campo moderni, quali il Modulo di Diagnostica Avanzata per il FieldConnex® Power Hub, offrono maggiore trasparenza relativamente allo stato del livello fisico del bus di campo e della comunicazione. Il modulo esegue misurazioni quali tensione di alimentazione, corrente di carico, livello del segnale, disturbi di linea o distorsioni. Il modulo rileva la comunicazione e discrimina informazioni relative al segmento da quelle proprie del dispositivo. Le schermate chiare e concise del Diagnostic Manager mostrano i dati di lettura all'utente: ciò rende più trasparente l’informazione circa lo stato dell'impianto, senza alcuna ambiguità.


Situazioni anormali

Esistono svariate condizioni che non vengono rilevate e che hanno un effetto negativo sul livello fisico del bus di campo e sulla comunicazione:

  • Un cavo già esistente è stato utilizzato con valori capacitivi e induttivi inappropriati.

  • Una custodia poco ermetica e quindi non  protetta contro le infiltrazioni d'acqua, può essere soggetta a fenomeni di corrosione che portano ad un lento deterioramento del segnale trasmesso dal dispositivo di campo

  • Le connessioni possono allentarsi a causa delle vibrazioni

  • Il cavo o componenti del dispositivo di campo si deteriorano con il tempo

  • Un doppino privato della schermatura può causare un cattivo isolamento tra i due poli o verso la terra.

  • Tecniche di messa a terra o schermatura inadeguate possono essere causa di loop che consentono l'induzione di rumore.

Dalla combinazione di diverse condizioni nascono spesso situazioni che portano alle descrizione poco accurata di problemi da parte dell'utente, come accennato in precedenza. Ogni singola condizione può portare ad uno scostamento dei valori del livello fisico rispetto alle specifiche tecniche; questo non basterebbe tuttavia per pregiudicare la comunicazione. Il bus di campo è sufficientemente resistente. Tuttavia numerosi fattori possono portare a situazioni limite cosicché un ulteriore disturbo - per esempio un convertitore di frequenza che avvia un motore ad induzione vicino al canale per il bus di campo - può essere sufficiente a spingere questo segmento oltre il proprio livello di resistenza. La comunicazione ne risulterebbe disturbata almeno temporaneamente.

Il livello fisico del bus di campo non deve rappresentare qualcosa di misteriose e non scrutabile; richiede indicazioni precise fornite dagli strumenti giusti quali, ad esempio, il Modulo di Diagnostica Avanzata. Tutte le condizioni di cui sopra possono essere rilevate facilmente e risolte al momento giusto. Durante la messa in servizio, la qualità dell'installazione sarà migliore garantendo così un livello di tolleranza ai guasti più elevato. E questo non è tutto: gli utenti vengono avvisati circa situazioni di disturbo prima che possano diventare critiche per l'intero processo.


Avvisi ed allarmi per un intervento preventivo

Il Modulo di Diagnostica Avanzata effettua il monitoraggio della comunicazione a bus di campo online e in tempo reale. Il personale operativo e di manutenzione visualizza tutte le misurazioni effettuate nella sala di controllo. Non è necessario che il personale si esponga a rischi accedendo ad aree pericolose. Non è necessario accedere a cabine di controllo o a scatole di connessione in campo e rivoluzionare il cablaggio per la connessione di dispositivi mobili. Le informazioni sono disponibili immediatamente.



Communications: The signal is modulated onto the supply voltage. Bits are transmitted as rising or falling edges with 1 V peak-to-peak. This makes fieldbus communication very stable and resistive to disturbances.

Durante la messa in servizio, tutte le misure rilevanti sono associate a livelli di “warning” e relative isteresi. Ogni cambiamento rilevante del cavo per il bus di campo porta ad avvisi ed allarmi cumulativi nella sala controllo. Si tratta di informazioni a cui gli operatori possono accedere ora attraverso il Modulo di Diagnostica Avanzata e il Diagnostic Manager e quindi poter intervenire nella maniera più corretta: la crescita di livelli di rumore od un peggioramento della dispersione verso terra con conseguente sbilanciamento del segnale vengono riconosciuti come gli effetti di un peggioramento dello stato dell’impianto. L'operatore dell'impianto può decidere se intraprendere subito i lavori di riparazione, pianificare una revisione aggiuntiva per il turno successivo oppure attendere il prossimo periodo di inattività previsto: il tutto mentre l'impianto continua a funzionare al meglio con ottimi livelli produttivi.


Produzione ottimizzata e tranquillità assoluta

La riduzione degli inconvenienti in un impianto associata ad un numero di fermi impianto non previsti rappresentano per tutti un grosso vantaggio. Una condizione non ottimale del bus di campo può causare il non rilevamento di una certa percentuale di trasmissioni errate con un incremento della durata del ciclo sul bus. Un tempo di risposta ridotto da parte del sistema di controllo può avere un impatto negativo sulla qualità del prodotto in uscita al processo.
Un sistema a bus di campo e dispositivi di campo ben sincronizzati e sottoposti a manutenzione preventiva non solo accresceranno la disponibilità globale del sistema ma anche la qualità del prodotto. Ciò renderà  la vita facile a gestori ed operatori d'impianto ed al personale di manutenzione che non percepiranno più l'installazione di un  bus di campo come un qualcosa di misterioso, consapevoli del fatto di disporre di un monitoraggio intelligente eseguito dal Modulo di Diagnostica Avanzata FieldConnex® di Pepperl+Fuchs.