ITMO20120153A1 - Sistema di supervisione di tipo mobile particolarmente per il controllo remoto di dispositivi automatici - Google Patents
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Description
"SISTEMA DI SUPERVISIONE DI TIPO MOBILE PARTICOLARMENTE PER IL CONTROLLO REMOTO DI DISPOSITIVI AUTOMATICI."
DESCRIZIONE
Il presente trovato ha per oggetto un sistema di supervisione, particolarmente per il controllo remoto di impianti automatici per mezzo di un dispositivo mobile.
I processi di automazione, ovvero quell'insieme di processi che non richiedono un intervento diretto e continuo di un operatore trovano grande applicazione sia nell'ambito industriale che nell'ambito civile. Tipicamente in questi sistemi l'attività dell'operatore si limita alla supervisione, alla gestione di situazioni critiche che richiedono una scelta discrezionale e alla diagnostica di funzionamento.
L'operatore fornisce queste informazioni utilizzando un'apposita unità di supervisione, la quale pilota, dopo aver interpretato ed elaborato opportunamente i comandi inseriti dall'utente, i dispositivi automatici oggetto del controllo.
Solitamente questa operazione à ̈ realizzata per mezzo di un'unità di controllo a logica programmabile la quale assolve il compito di interfaccia tra i dispositivi automatici e l'unità di elaborazione dall'operatore.
Spesso l'immissione di tali comandi tramite tale unità di supervisione à ̈ scomoda in quanto costringe l'operatore a spostarsi fisicamente nel luogo in cui à ̈ localizzata.
Inoltre tale gestione à ̈ spesso centralizzata e manca di modularità . Negli ultimi anni si assiste ad una diffusione continua di dispositivi che offrono connettività in mobilità , quali gli smartphone ed i tablet ,spesso caratterizzati da prestazioni importanti, dotati di sistemi operativi ad hoc e di interfacce utente sempre più user-friendly come ad esempio il touchscreen.
Manca nello stato dell'arte un sistema in grado di combinare in maniera sinergica le tecnologie attualmente disponibili nell'ambito dell'automazione con le potenzialità offerte dai dispositivi mobili in modo da realizzare il controllo e la gestione degli impianti automatici tali da alleviare gli svantaggi che le piattaforme tradizionali presentano.
Compito precipuo del presente trovato à ̈ quello di superare i limiti dell’arte nota sopra evidenziati, proponendo un nuovo sistema in grado di effettuare la supervisione remota di impianti automatici.
Nell’ambito di questo compito, uno scopo del presente trovato à ̈ quello di fornire un sistema che consenta il controllo un'interfaccia che sia semplice ed intuitivo.
Ulteriore scopo del trovato à ̈ quello di fornire un sistema che utilizzi dispositivi economici e facilmente reperibili in commercio.
Questo compito, nonché questi ed altri scopi che risulteranno maggiormente chiari nel seguito, sono raggiunti da un sistema in accordo con la rivendicazione 1.
Vantaggiosamente, il sistema non richiede hardware costoso.
Convenientemente, il sistema rende semplice l'aggiunta di funzionalità .
Preferibilmente, il sistema à ̈ facilmente aggiornabile.
Preferibilmente il sistema à ̈ in grado di tenere sotto costante monitoraggio ed in maniera decentrata i dispositivi remoti e di visualizzarne in tempo reale i parametri e le variabili che ne caratterizzano lo stato.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente dalla seguente descrizione dettagliata, resa in forma di esempio illustrativo e non limitativo, accompagnata dalle relative figure in cui:
la figura 1 Ã ̈ uno schema a blocchi del sistema secondo il presente trovato;
la figura 2 Ã ̈ uno schema a blocchi che spiega con maggior dettaglio un aspetto del sistema di figura 1;
la figura 3 Ã ̈ un diagramma di flusso che illustra, il funzionamento di una particolare forma di realizzazione del sistema di figura 1.
Un’architettura esemplificativa del sistema oggetto del presente trovato à ̈ sintetizzata nello schema a blocchi di figura 1.
L'unità di elaborazione 110 à ̈ di tipo noto ed à ̈ una qualsiasi unità di calcolo le cui funzioni e prestazioni la rendono adatta alla gestione centralizzata di operazioni di controllo quali la supervisione di un impianto, la diagnostica di funzionamento, la gestione di ricette.
Tali operazioni di controllo vengono esercitate pilotando un'unità di controllo, descritta con maggior dettaglio nel seguito, alla quale à ̈ connessa tramite i mezzi di connessione 120.
L'unità di controllo a Logica Programmabile 130, definita come PLC, à ̈ un'unità di calcolo specializzata nella gestione dei processi industriali.
L'unità di controllo 130 esegue un programma ed elabora i segnali digitali ed analogici provenienti da una pluralità di dispositivi 190 che eseguono operazioni automatiche sulla base di una logica di funzionamento programmata.
I dispositivi 190 comprendono ad esempio sensori, attuatori, trasduttori e sonde. Tipicamente l'unità di controllo 130 riceve, tramite i mezzi di connessione 140 dati provenienti da detti dispositivi 190, li elabora rilevandone lo stato e, sulla base del risultato di detta elaborazione, invia utilizzando gli stessi mezzi di connessione 140, opportuni comandi.
L'unità di controllo 130 à ̈ a sua volta pilotata dall'unità di elaborazione 110. L'unità di controllo 130 comprende inoltre un'interfaccia di connessione 150, preferibilmente di tipo Ethernet. L'interfaccia di connessione 150 à ̈ un dispositivo fisico di tipo noto che permette la comunicazione fra l'unità di controllo 130 ed un access point 160 per mezzo di un particolare protocollo di comunicazione.
L'access point 160 à ̈ un dispositivo elettronico di telecomunicazioni che può ricevere ed inviare un segnale radio ad antenne e apparati di ricetrasmissione, permettendo così la connessione ad una rete senza fili a terminali opportunamente muniti di interfacce adatte.
Opzionalmente l' access point 160 può essere collegato all'unità di elaborazione 110 tramite i mezzi di connessione 170.
Il dispositivo mobile 180, quale uno smartphone o un tablet, à ̈ di tipo noto ed à ̈ un dispositivo elettronico di dimensioni e peso ridotti tali da poter essere facilmente trasportato dall'utente. Tipicamente à ̈ dotato di un sistema operativo, quale ad esempio Android, e di applicazioni in linea con le risorse hardware disponibili.
Preferibilmente il dispositivo mobile 180 possiede uno schermo tattile, comunemente definito "touchscreen", che permette all'operatore di interagire con un'interfaccia grafica mediante le dita o particolari oggetti.
Ulteriormente, il dispositivo 180 à ̈ dotato di applicazioni adattate alla comunicazione con detta unità di controllo 130.
Il dispositivo mobile 180 à ̈ munito di mezzi atti a comunicare con l'unità logica 130. Ad esempio, se l'interfaccia di connessione 150 à ̈ realizzata mediante un'interfaccia Ethernet, tali mezzi comprendono librerie di comunicazione di tipo Ethernet equivalenti a quelle utilizzate da detta unità di controllo 130.
Preferibilmente il sistema operativo utilizzato dal dispositivo mobile 180 à ̈ Android e dette librerie di comunicazione sono implementate per mezzo di software adattato ad ottenere la lettura e la scrittura di dati sulle locazioni di memoria dell'unità di controllo 130.
La lettura e scrittura di tali dati possono essere continue, per esempio una lettura in ciclo delle locazioni di memoria dell'unità di controllo 130 dedicate agli allarmi di diagnostica del sistema, o singola, per esempio scrittura di un dato impostato da un utente in una particolare locazione dell'unità di controllo 130 per mezzo di un apposito pulsante di comando.
Il dispositivo mobile 180 à ̈ atto a fornire un'interfaccia, che verrà chiarita con maggior dettaglio con riferimento alla figura 2, che à ̈ facilmente utilizzabile dall'operatore.
Con riferimento allo schema a blocchi di figura 2, verrà ora illustrato con maggior dettaglio una forma di realizzazione degli elementi componenti l'interfaccia del dispositivo mobile 180 secondo il trovato.
Il dispositivo mobile 180 à ̈ in grado di generare schermate dotate di oggetti grafici mediante i quali l’operatore à ̈ in grado di ricevere informazioni dall'unità di controllo 130 e scrivere dati su particolari locazioni di memoria dello stesso.
Il dispositivo mobile 180 genera schermate dotate di una serie di oggetti grafici, ciascuna delle quali à ̈ collegata ad una o più locazioni di memoria dell'unità di controllo 130 tramite le quali l’operatore può interagire con i dispositivi di automazione.
Tali oggetti grafici sono adattati a ricevere dati di vario tipo dall'operatore, quali numeri interi, reali, boolean, stringhe, consentendo un ampio margine di libertà nella personalizzazione delle impostazioni ed un elevato grado di flessibilità nella gestione dei dispositivi 190.
Preferibilmente, tali oggetti grafici possono essere realizzati sotto forma di pulsante di comando 200, di tipo "Toggle"; di pulsante di tipo impulsivo 210; di campo di input numerico 220; di campo di input alfanumerico 230; di una finestra di dialogo a selezione singola 240; di una finestra di dialogo a selezione multipla 250; di una cella di visualizzazione numerica 260; di una cella di visualizzazione alfanumerica 270.
Il pulsante di comando 200 di tipo Toggle ha associata una variabile detta di stato corrente che preferibilmente comprende i valori ON e OFF. Tale pulsante 200 reagisce ad un evento quale quello associato ad una pressione sullo schermo, eseguendo, in funzione del valore contenuto nella variabile di stato corrente, una serie di operazioni come l'invio di comandi all'unità di controllo 130. Tali comandi possono essere di scrittura o lettura singola, scrittura o lettura multipla o una una combinazione di esse.
Il pulsante di tipo impulsivo 210 Ã ̈ equivalente al pulsante di comando 200 ma non ha associata una variabile di stato.
Il campo di input numerico 220 comprende un’area della schermo adattata, a seguito di un evento quale il contatto delle dita dell'operatore, all'inserimento di un valore di tipo numerico preferibilmente utilizzando i componenti di input del dispositivo mobile quale la tastiera.
Il campo di input alfanumerico 230 corrisponde ad un’area della schermata in cui a seguito di un evento di tipo "touch" l’operatore ha la possibilità di inserire un valore di tipo alfanumerico mediante ad esempio tastierino.
La finestra di dialogo a selezione singola 240 consente all’operatore di selezionare un'opzione tra le varie disponibili mediante pulsanti a scelta mutualmente esclusiva, comunemente noti come "radio button".
La finestra di dialogo a selezione multipla 250 consente all’operatore di selezionare una o più opzioni tra le varie disponibili mediante pulsanti a scelta non mutualmente esclusiva, comunemente noti come "check button".
La cella di visualizzazione numerica 260 à ̈ un’area della schermata in cui viene visualizzato un valore di tipo numerico.
La cella di visualizzazione alfanumerica 270 corrisponde ad un’area della schermata in cui viene visualizzato un valore di tipo alfanumerico. Con riferimento alla figura 3, verrà mostrato un esempio di invio di un comando, immesso per mezzo dell'interfaccia grafica del dispositivo mobile 180 tramite preferibilmente uno dei comandi di figura 2, che causa il movimento di uscita e rientro di un dispositivo automatico 200 realizzato sotto forma di attuatore.
Si suppone in via esemplificativa che il bit alla posizione N della locazione di memoria M del PLC impostato al valore 1 corrisponda all'esecuzione del comando di uscita dell’attuatore.
Viceversa si suppone che il bit alla posizione N della locazione di memoria M dell'unità di controllo 130 impostato al valore 0 corrisponde all'esecuzione del comando di rientro dell’attuatore.
Parimenti, si suppone che il bit alla posizione N+1 della locazione di memoria M dell'unità di controllo 130 impostato al valore 0 corrisponda allo stato attuatore rientrato. Viceversa il bit alla posizione N+1 della locazione di memoria M dell'unità di controllo 130 impostato al valore 1 corrisponde allo stato attuatore uscito.
Al passo 300, l'unità di controllo 130 avrà memorizzato il valore 0 nei bit N ed N+1, corrispondente allo stato dell’attuatore "rientrato". L'interfaccia grafica del dispositivo mobile 190 mostra un pulsante di tipo Toggle in grado di reagire ad un evento di tipo "touch".
Il dispositivo mobile 180, mediante un'apposita applicazione, legge il valore presente nel bit N+1 della locazione di memoria M dell'unità di controllo 130 di detto dispositivo mobile 180 effettuando un ciclo di scansione infinito.
Preferibilmente questo ciclo infinito à ̈ realizzato utilizzando dette librerie. In funzione del valore ottenuto i mezzi di elaborazione del dispositivo mobile 180 aggiornano ciclicamente lo stato della variabile di stato associata a detto pulsante.
Ad esempio, tale variabile assume il valore "OFF" nel caso in cui il bit N+1 sia pari a zero, corrispondente allo stato di attuatore rientrato. Parimenti tale variabile assume il valore "ON" nel caso in cui il bit N+1 sia pari a 1, corrispondente allo stato di attuatore uscito.
L’operatore vede lo stato del pulsante OFF, corrispondente allo stato iniziale dell’attuatore rientrato.
Al passo 310, l'interfaccia visuale del dispositivo mobile 190 mostra il pulsante di tipo Toggle in stato OFF.
Al passo 320, l'operatore tocca il pulsante che nella fattispecie comanda la scrittura, tramite librerie di comunicazione, del valore 1 sul bit N dell'unità di controllo 130.
Al passo 330 l'unità di controllo 130 imposta il bit N al valore 1.
Al passo 340, l'unità di controllo 130 trasmetterà il comando di uscita all’attuatore dell’automazione.
Al passo 350 l'unità di controllo 130 riceve dall'attuatore 190 tramite i mezzi 140, il segnale di stato che indica che l'attuatore à ̈ uscito con conseguente aggiornamento del bit N+1, passo 360, al valore 1.
Il ciclo di scansione infinito avviato dall’applicazione residente su dispositivo mobile 180 provvederà di conseguenza ad aggiornare lo stato del pulsante ad ON sulla base del nuovo valore registrato nel bit N+1.
Al passo 370, l'interfaccia grafica mostra il pulsante allo stato "ON".
L'esperto del ramo comprende senza sforzo inventivo che se l’operatore preme nuovamente il pulsante si avrebbe come conseguenza che un'applicazione del dispositivo mobile 180 comanderebbe all'unità di controllo 130, la scrittura del valore 0 sul bit N dell'unità di controllo 130. Come conseguenza questa operazione determina l’esecuzione del comando di rientro dell’attuatore.
Una volta terminata la corsa di rientro l’automazione aggiornerà l’informazione di stato impostando il bit N+1 al valore 0 e ripristinando in tal modo le condizioni iniziali.
Si à ̈ in pratica constatato come il sistema e il metodo descritti raggiungano il compito e gli scopi proposti. In particolare, si à ̈ visto come il sistema così concepito permetta di superare i limiti qualitativi dell’arte nota.
E' stato anche mostrato che à ̈ possibile, attraverso la soluzione del presente trovato effettuare quel tipo di operazioni che normalmente avvengono tra l'unità di elaborazione 110 e l'unità di controllo 130 tramite una interazione tra il dispositivo mobile 180 e la stessa unità di controllo 130 basata sull'utilizzo di un canale senza fili e protocolli di comunicazione supportati dalla rete, preferibilmente Ethernet, quali ad esempio l'UDP e il TCP.
Chiaramente, numerose modifiche sono evidenti e possono essere prontamente eseguite dall’esperto del ramo senza uscire dall’ambito di protezione delle allegate rivendicazioni.
Ad esempio, à ̈ ovvio per il tecnico del ramo che per quanto ci sia riferiti in figura 3 ad un processo elementare di gestione dell’automazione che fa uso di un bit di scrittura comando ed un bit di lettura di stato, tuttavia, à ̈ chiaro che sia possibile sviluppare applicazioni in grado di generare schermate che presentano diverse tipologie di oggetti grafici quali ad esempio pulsanti, celle di input numerici e alfanumerici, immagini grafiche, finestre a selezione singola e multipla, così da ricoprire le funzionalità fornite dai sistemi di interfaccia utente normalmente impiegati nel campo dell’automazione quali ad esempio i pannelli operatore.
Preferibilmente i mezzi di elaborazione del dispositivo mobile 180 comprendono applicazioni adatte a tenere sotto costante monitoraggio i processi e di visualizzare in tempo reale i parametri e le variabili che caratterizzano lo stato dei dispositivi automatici 190.
Tali applicazioni sono in grado di gestire dispositivi di monitoraggio visivo come, ad esempio, telecamere IP senza fili dislocate nelle zone critiche di un impianto automatizzato per consentirne un controllo rapido ed efficiente delle condizioni.
Tali applicazioni sono in grado inoltre di gestire diversi tipi di strumenti grafici(dispersioni XY, diagrammi a torta, istogrammi) mediante i quali à ̈ possibile visualizzare il comportamento delle grandezze controllate. Tali applicazioni sono in grado inoltre di archiviare tali grandezze ed esportale verso piattaforme esterne come ad esempio Excel e Database.
Le applicazioni consentono l’implementazione di comandi, quali start/stop di dispositivi, apertura/chiusura valvole, movimento assi, immessi remotamente dal dispositivo mobile 180 e destinati all'unità di controllo 130 e la realizzazione di schermate per l’impostazione dei parametri che regolano le varie fasi del processo quali ad esempio velocità e tempi.
È inoltre possibile tramite tali applicazioni inserire la gestione delle ricette di produzione con archiviazione dei dati locale (SD card) oppure remota (Server Remoto via FTP). Inoltre tali applicazioni sono in grado di gestire lo scambio dati tra dispositivi mobili e unità centrali di supervisione.
Tramite tali applicazioni à ̈ possibile creare processi di tipo client-server che attraverso protocolli di comunicazione FTP consentono all’utente di effettuare il "download" e l’"upload" di file nonché la gestione remota delle cartelle di scambio residenti sul PC di supervisione del sistema.
E' possibile tramite tali applicazioni inserire vari profili utente per l’accesso alle funzionalità dell’applicazione, in modo da inibire particolari azioni e comandi ad operatori non autorizzati. I livelli d'accesso possono essere configurati e gestiti sia a livello locale che a livello remoto.
L'esperto del ramo comprende senza sforzo inventivo che la soluzione del presente trovato consente la gestione di altri aspetti strettamente legati allo stato corrente dell’automazione come, ad esempio, lo storico degli allarmi, i report dei risultati ottenuti (trend di produzione) nonché i dati di configurazione e di esercizio dell’automazione medesima (setup e ricette).
L'utilizzo di un ambiente di sviluppo adeguato, come quello messo a disposizione dalla piattaforma Android consente, infatti, di sfruttare le attuali tecnologie di organizzazione ed elaborazione dei dati (database relazionali) per integrare i mezzi di elaborazione del dispositivo 190 con strumenti ausiliari in grado di razionalizzare e semplificare la gestione dell’automazione dal punto di vista della produzione, della diagnostica e del controllo di processo.
L'accesso all'unità di controllo 130 per mezzo del dispositivo mobile 180 consente all'operatore di controllare, verificare e modificare direttamente dal dispositivo mobile 180 lo stato dei dispositivi automatici 190.
Perciò, l’ambito di protezione delle rivendicazioni non deve essere limitato dalle illustrazioni o dalle forme di realizzazione preferite illustrate nella descrizione sotto forma di esempi, ma piuttosto le rivendicazioni devono comprendere tutte le caratteristiche di novità brevettabile che risiedono nella presente invenzione, incluse tutte le caratteristiche che sarebbero trattate come equivalenti dal tecnico del ramo.
Claims (10)
- RIVENDICAZIONI 1. Sistema di supervisione particolarmente per il controllo remoto di impianti automatici comprendente: - un'unita di elaborazione (110) di supervisione di dispositivi (190) atti all'esecuzione di operazioni automatiche; - un'unità di controllo a logica programmabile (130) comprendente primi mezzi (120) per interfacciarsi a detta unità di elaborazione; secondi mezzi (140) per interfacciarsi a detti dispositivi (190) atti all'esecuzione di operazioni automatiche, un'interfaccia di comunicazione (150) e un'unita di immagazzinamento dati composta da una pluralità di locazioni di memoria; - un access point (160) collegato a detta unità di controllo a logica programmabile (130) per mezzo di detta interfaccia di comunicazione (150); - un dispositivo mobile (180) dotato di sistema operativo, di un'interfaccia visuale, di mezzi adatti alla connettività senza fili e mezzi per la comunicazione dei dati; caratterizzato dal fatto che detto dispositivo mobile (180) comprende inoltre: -mezzi atti a ricevere e ad elaborare dati contenuti in dette locazioni di memoria di detta unità di controllo a logica programmabile (130) e; -mezzi atti a trasmettere comandi atti ad essere memorizzati in dette locazioni di memoria, detti comandi essendo immessi da un operatore per mezzo di detta interfaccia visuale di detto dispositivo mobile (180).
- 2. Sistema in accordo con la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta interfaccia di comunicazione (150) Ã ̈ di tipo Ethernet
- 3. Sistema in accordo con una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di comunicazione di detto dispositivo mobile comprendono protocolli UDP e TCP.
- 4. Sistema in accordo con una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il sistema operativo di detto dispositivo mobile (180) à ̈ Android.
- 5. Sistema in accordo con una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta interfaccia visuale comprende oggetti grafici comprendenti un pulsante di comando (200) un pulsante di tipo impulsivo (210), un campo di input numerico (220), un campo di input alfanumerico (230), una finestra di dialogo a selezione singola (240), una finestra di dialogo a selezione multipla (250), una cella di visualizzazione numerica (260) e una cella di visualizzazione alfanumerica (270).
- 6. Sistema in accordo con una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi per la comunicazione dei dati di detto dispositivo mobile (180) comprendono librerie di comunicazione basate su protocolli Ethernet atte allo scambio di dati con l'interfaccia di comunicazione (150) dell'unità di controllo (130).
- 7. Sistema in accordo con una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi atti ad elaborare dati sono atti per il monitoraggio, la diagnostica, la visualizzazione delle statistiche, la regolazione, l'impostazione e lo scambio dati relativi a variabili associate a detti dispositivi automatici (190).
- 8. Sistema in accordo con la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detto scambio di dati comprende la gestione di dati immessi sul dispositivo mobile (180) per mezzo di detti oggetti grafici generati da detti mezzi di elaborazione dei dati di detto dispositivo mobile (180)
- 9. Sistema in accordo con una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta unità di elaborazione à ̈ connessa detto access point (160) tramite i mezzi di connessione (170) e dove detto dispositivo mobile (180) à ̈ ulteriormente adattato a elaborare dati provenienti da detta unità di elaborazione e di inviare detti comandi a detta unità di elaborazione (110).
- 10. Metodo di supervisione particolarmente per il controllo remoto di impianti automatici comprendente i passi di: - fornire un'unita di elaborazione (110) di supervisione di dispositivi (190) atti all'esecuzione di operazioni automatiche; - fornire un'unità di controllo a logica programmabile (130) comprendente primi mezzi (120) per interfacciarsi a detta unità di elaborazione; secondi mezzi (140) per interfacciarsi a detti dispositivi atti all'esecuzione di operazioni automatiche, un'interfaccia di comunicazione (150) e un'unita di immagazzinamento dati composta da una pluralità di locazioni di memoria; - fornire un access point (160) collegato a detta unità di controllo a logica programmabile (130) per mezzo di detta interfaccia di comunicazione (150); - fornire un dispositivo mobile (180) dotato di sistema operativo, di un'interfaccia visuale, di mezzi adatti alla connettività senza fili e mezzi per la comunicazione dei dati; caratterizzato dal comprendere inoltre i passi di: - fornire detto dispositivo mobile (180) di mezzi adatti a ricevere e ad elaborare dati contenuti in dette locazioni di memoria di detta unità di controllo a logica programmabile (130) e; - fornire detto dispositivo mobile (180) inoltre di mezzi atti a trasmettere comandi atti ad essere memorizzati in dette locazioni di memoria, essendo detti comandi immessi da un operatore per mezzo di detta interfaccia visuale di detto dispositivo mobile (180).
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