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Caso di studio: Progettazione di una connettività wireless a bassa latenza per le macchine della fabbrica intelligente da 1,7 milioni di m² di BYD Electronics

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Come una fabbrica intelligente di 1,7 milioni di metri quadrati ha realizzato un percorso wireless ripetibile dai PLC ai sistemi di impianto

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Introduzione
Un grande polo produttivo dedicato ai veicoli elettrici e all’elettronica aveva la necessità di collegare i PLC delle macchine di produzione ai sistemi di controllo, produzione e monitoraggio a livello di impianto, senza dover creare un metodo di integrazione diverso per ogni macchina. L’architettura edge risultante ha combinato il Wi-Fi industriale con la conversione Modbus locale e un’installazione compatta a livello di macchina.
Il polo industriale BYD Electronics di Huizhou è un’importante base produttiva per componenti elettronici, batterie e componenti automobilistici. Le sue dimensioni e la varietà di apparecchiature automatizzate creano un ambiente tecnologico operativo complesso, in cui i controllori delle macchine devono scambiare dati con le piattaforme di controllo di supervisione, produzione e monitoraggio.
Il percorso di connessione si estende dai PLC delle macchine, agli access point wireless, alla dorsale Ethernet industriale e ai sistemi di livello superiore dello stabilimento. Le apparecchiature sono installate in prossimità dei macchinari, dove lo spazio nell’armadio, le variazioni di temperatura e le interferenze elettromagnetiche influenzano la progettazione delle comunicazioni.
I dati a livello di macchina includevano Modbus RTU e altro traffico seriale, mentre le applicazioni dell’impianto richiedevano connettività Ethernet e Modbus TCP. Senza un livello di conversione coerente, ogni connessione macchina avrebbe potuto diventare un progetto separato in termini di protocollo e cablaggio.
Lo stabilimento richiedeva inoltre un accesso wireless per le apparecchiature distribuite nelle aree di produzione. Un bridge wireless commerciale non avrebbe soddisfatto adeguatamente i requisiti relativi al trasporto deterministico dei comandi, alle interferenze elettromagnetiche industriali (EMI), all’intervallo di temperatura o al montaggio compatto a livello delle macchine.

Requisiti
Il progetto doveva preservare le interfacce delle macchine esistenti, stabilendo al contempo un percorso ripetibile verso la rete dello stabilimento. A livello di campus, ridurre lo sforzo ingegneristico per singola macchina era importante quanto la scelta di un dispositivo tecnicamente compatibile.
1. Supportare la conversione Modbus RTU/TCP per l’integrazione con i sistemi di livello superiore.
2. Utilizzare un tempo di accettazione della trasmissione dei comandi pari o inferiore a 50 ms.
3. Mantenere una comunicazione wireless stabile in un ambiente industriale caratterizzato da elevate interferenze elettromagnetiche.
4. Funzionare in un intervallo di temperatura compreso tra -40 °C e 75 °C con caratteristiche di protezione industriale.
5. Adattarsi allo spazio limitato a bordo macchina tramite montaggio su guida DIN o a parete.

Soluzione
L’architettura mantiene cablata la dorsale dell’impianto, spostando al contempo la conversione del protocollo e l’accesso wireless verso il perimetro delle macchine. Gli access point industriali forniscono celle wireless in tutte le aree di produzione, mentre un Mport3101-W installato su ciascuna macchina collega il PLC o l’endpoint seriale alla rete wireless.
La conversione del traffico Modbus in prossimità della macchina limita la distanza e la complessità del cablaggio seriale. Inoltre, crea un modello di connessione ripetibile che può essere applicato a apparecchiature di diversi fornitori di sistemi di automazione. Il dispositivo industriale compatto combina le funzioni periferiche necessarie per la conversione del protocollo, l’accesso wireless e il montaggio a livello della macchina.

Implementazione e verifica
L’implementazione ha previsto il posizionamento di nodi di comunicazione wireless in prossimità dei macchinari di produzione e il collegamento del livello AP alla rete Ethernet industriale. I criteri di accettazione della messa in servizio sono stati definiti in base all’interoperabilità Modbus, allo scambio continuo di dati delle macchine, all’obiettivo di trasmissione dei comandi entro 50 ms e alla stabilità del segnale nell’ambiente di fabbrica.
Il brief di progetto conferma l’integrazione riuscita delle apparecchiature con le piattaforme macchina di Mitsubishi, FANUC e Siemens. Riporta inoltre un record di implementazione sul campo più ampio, che si avvicina alle 20.000 unità per questa famiglia di dispositivi. Il brief non pubblica un tracciato della latenza, i risultati relativi alla perdita di pacchetti né un’indagine sulla copertura; pertanto, questo caso non presenta tali metriche come risultati misurati del progetto.

Risultati
Il valore del progetto non risiede semplicemente nel fatto che le macchine siano state dotate di Wi-Fi. L’architettura ha ridotto il numero di interfacce personalizzate tra le apparecchiature di produzione e la rete dello stabilimento, ha localizzato la conversione dei protocolli a livello di singolo asset e ha limitato la dipendenza da nuove linee fisse di cavi seriali.
1. Minore rischio di integrazione quando le macchine utilizzano diverse interfacce seriali o Modbus.
2. Minore impatto sull’installazione rispetto all’estensione del cablaggio di comunicazione dedicato a ogni macchina.
3. Replicazione più rapida grazie a un modello coerente di connessione tra macchina e periferica.
4. Isolamento dei guasti più semplice poiché il confine tra la connessione wireless e la conversione del protocollo si trova a livello della macchina.

State pianificando la connettività wireless per PLC o macchine seriali? Inviate le interfacce dei vostri controllori, i requisiti di protocollo, l’obiettivo di latenza, il layout di produzione e i vincoli RF all’indirizzo [email protected]. Esplorate la pagina del prodotto Mport3101-W o leggete il caso di studio completo.