Nella presentazione di un progetto di digitalizzazione industriale, di solito colpiscono due cose: il dispositivo fisico che misura e lo schermo su cui compare il risultato. Visto dall’esterno, il percorso tra i due sembra spesso una semplice freccia.
Eppure è proprio in quella freccia che si concentra buona parte del lavoro.
Un segnale grezzo del sensore non diventa automaticamente un’informazione aziendale affidabile. Lungo il percorso bisogna gestire il segnale elettrico, il protocollo, la marca temporale, l’identità del dispositivo, l’unità di misura, le interruzioni di rete, la qualità del dato, i permessi di accesso, l’archiviazione, il contesto e, infine, anche quale processo il dato debba avviare.
Il punto di misura: dove il mondo fisico diventa dato
Il percorso dei dati inizia da un sensore, un contatore o un controllore. Può trattarsi di un misuratore di potenza elettrica, un sensore di temperatura, un sensore di vibrazioni, un contatore dell’acqua, un inverter, un PLC, un trasmettitore di impulsi o un’elettronica sviluppata su misura.
Già qui si decidono alcune questioni fondamentali:
- che cosa misuriamo davvero;
- con quale precisione e risoluzione;
- con quale frequenza occorre campionare;
- in quale ambiente fisico ed elettromagnetico opera il dispositivo;
- quale interfaccia di comunicazione è disponibile;
- se è accettabile perdere dati quando la connessione è temporaneamente assente.
Una misura di potenza ogni due secondi e un dato di temperatura che arriva ogni cinque minuti non richiedono la stessa gestione dei dati. E la serie di campioni ad alta frequenza necessaria per un’analisi delle vibrazioni può comportare un carico e un’elaborazione locale del tutto diversi rispetto alla lettura giornaliera di un contatore dell’acqua.
La comunicazione di campo: la realtà è raramente una REST API
Nell’IT d’ufficio una rete IP e un’API documentata sono date per scontate. Sul campo, invece, sono comuni RS-485, Modbus RTU, Modbus TCP, segnali a impulsi, I/O digitali o analogici, protocolli proprietari dei produttori e parchi macchine con decenni di servizio.
Qui non basta sapere che si tratta di «Modbus». Occorre conoscere, tra l’altro:
- l’identificativo di unità (unit ID);
- l’indirizzamento dei registri;
- il tipo di dato, l’ordine dei byte e delle word;
- il fattore di scala;
- la frequenza di interrogazione;
- la struttura fisica del bus e la resistenza di terminazione;
- la gestione degli errori di comunicazione.
Un valore in virgola mobile a 32 bit interpretato in modo errato può facilmente trasformarsi in una misura fisicamente impossibile. Se il sistema lo inoltra senza verifiche, l’errore si propaga lungo l’intera catena dei dati.
Il gateway: traduttore, buffer e punto decisionale locale
Il gateway collega il mondo di campo con quello informatico. Tra i suoi compiti possono rientrare la traduzione tra protocolli e la normalizzazione, la marcatura temporale, il buffering, la cifratura e l’inoltro dei dati.
Un gateway industriale, però, deve anche tenere conto del fatto che la rete non è sempre disponibile. In questi casi scartare semplicemente i dati non è una buona soluzione. Possono servire archiviazione locale, accodamento e sincronizzazione successiva.
Anche alcune decisioni devono essere prese localmente. Se il superamento di una soglia richiede uno spegnimento o un allarme immediato, non ha senso attendere l’esito del percorso fino al cloud e ritorno. Per questo, in molti casi, il gateway è anche un dispositivo di edge computing.
Messaggistica: eventi anziché dati
MQTT e altre soluzioni di messaggistica consentono di evitare che la sorgente dei dati e il sistema di elaborazione siano legati da una connessione diretta e rigida. Il gateway pubblica, mentre i sistemi autorizzati si iscrivono ai topic di cui hanno bisogno.
In questo modo il sistema può diventare più flessibile, ma le questioni progettuali non scompaiono:
- come è strutturata la gerarchia dei topic;
- come si identificano il dispositivo e il sito;
- quale livello di QoS (garanzia di consegna) è necessario;
- se i messaggi duplicati sono ammessi;
- come avvengono l’autenticazione e la gestione delle autorizzazioni;
- che cosa garantisce l’origine e l’integrità del messaggio.
Un buon messaggio non è solo un numero. Contiene, o rende determinabile senza ambiguità, da dove proviene, quando, con quale qualità e con quale significato.
Elaborazione e normalizzazione
I dati in ingresso vanno spesso ripuliti e interpretati. Questo può comprendere:
- la scalatura del valore grezzo;
- la conversione delle unità di misura;
- il riconoscimento di valori errati o mancanti;
- la gestione dei duplicati;
- l’associazione dei dati del dispositivo e della sua ubicazione;
- la logica di soglia e di stato;
- il calcolo di indicatori derivati.
Un valore 23871, da solo, non dice nulla. Può essere una potenza istantanea di 23.871 W, con una scala di 0,1 pari a 2.387,1 kW, la lettura cumulativa di un contatore di energia oppure un codice di errore. Il dato diventa interpretabile solo insieme ai metadati corretti e al contesto operativo.
Archiviazione: non tutti i dati vanno nello stesso database
Le anagrafiche di dispositivi, clienti, siti e contratti hanno una natura diversa rispetto alle righe di misura che arrivano ogni secondo. Per questo una piattaforma industriale utilizza spesso più soluzioni di archiviazione.
Un database relazionale (transazionale) è forte nella gestione di relazioni, permessi e oggetti di business. L’archiviazione per serie temporali o a colonne è adatta all’analisi rapida di grandi volumi di dati di misura. Un archivio documentale, infine, ospita verbali, immagini e file correlati.
Un buon sistema non è quello che impone lo stesso database per tutto, ma quello che costruisce un modello di business unitario al di sopra dei diversi compiti di archiviazione.
Il contesto aziendale: ciò che dà valore al dato
Un valore misurato diventa informazione aziendale quando è collegato a qualcosa:
- un’apparecchiatura;
- un locale o un sito;
- un cliente;
- un centro di costo;
- un contratto;
- un’operazione di produzione;
- uno storico di manutenzione.
Uno dei principi fondamentali della piattaforma OrigSmart è che i dati del mondo fisico e di quello aziendale si incontrino in un ambiente comune. Così un valore misurato può diventare non solo un grafico, ma anche un allarme, un’attività, un ordine di lavoro, una voce di fatturazione o un’informazione a supporto delle decisioni del management.
La fine del percorso dei dati è in realtà l’inizio di un nuovo processo
Se l’assorbimento di corrente di un motore si discosta dal normale, il sistema può segnalarlo. Ma per ottenere un risultato aziendale bisogna sapere anche chi riceve la segnalazione, con quale scadenza e con quali dati del dispositivo, come viene documentato l’intervento e come si può verificare che il problema sia stato risolto.
OrigSmart ragiona sull’intera catena del valore:
sensore → comunicazione di campo → gateway → elaborazione dei dati → evento → attività → feedback.
Per questo possiamo avviare progetti anche dove non esiste ancora un’API pronta, e persino dove manca un punto di misura adeguato. Se necessario, progettiamo anche lo strato di rilevamento e di comunicazione, per poi collegare l’automazione e il processo aziendale alla stessa piattaforma.
La vera domanda dell’integrazione industriale, quindi, non è se siamo in grado di visualizzare il valore di un sensore.
È se l’intero percorso di quel valore può essere trasformato in un funzionamento controllato, interpretabile ed eseguibile.
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