CODICE 60157 ANNO ACCADEMICO 2023/2024 CFU 9 cfu anno 2 INGEGNERIA ELETTRICA 8731 (LM-28) - GENOVA SETTORE SCIENTIFICO DISCIPLINARE ING-INF/07 LINGUA Italiano (Inglese a richiesta) SEDE GENOVA PERIODO Annuale MATERIALE DIDATTICO AULAWEB PRESENTAZIONE Inquadramento della strumentazione per le misure dei parametri elettrici e fisici necessari per la supervisione ed il controllo dei processi industriali nell’ambito più vasto della Automazione Industriale. Introduzione dei concetti essenziali di comunicazione digitale e di fieldbus per applicazioni industriali (con approfondimento su protocolli Profinet e IEC 61850). Il concetto di Intelligent Field Device e di automazione distribuita. Cenni su Industria 4.0. Cenni e concetti di cyber security OT secondo la IEC 62443 OBIETTIVI E CONTENUTI OBIETTIVI FORMATIVI Le misure nel contesto dell'automazione industriale. Misure elettriche e di processo. Strumentazione e attuatori. Architettura dei sistemi di acquisizione dati e di automazione. Programmazione di PLC. Comunicazione industriale: fieldbus. Norme di riferimento. Sicurezza funzionale. Aree con pericolo di esplosione. OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO Gli obiettivi formativi sono quelli di fornire le principale competenze e conoscenze delle tecnologie attualmente presenti sul mercato e quelle che sono le tendenze nel settore dell'automazione industriale e dell'automazione industriale. Le competenze acquisite si riferiscono ai sistemi di misura ed acquisizione dati dal processo, i sistemi di elaborazione e controllo, i sistemi di supervisione ed interfaccia uomo/macchina, le tecnologie di comunicazione per fieldbus e per connettività verso sistemi gestionali e sistemi di business intelligence. Si affonteranno anche le tematiche relative alla sicurezza funzionale e la cyber security in ambito OT MODALITA' DIDATTICHE - lezioni frontali - esercitazioni e prove pratiche - visite a impianti PROGRAMMA/CONTENUTO Instrumentation for the Industrial Automation 1 Conceptual model of the Industrial Automation .a) measurement and control -> accuracy and repetibility .b) process – instrumentation – control – actuators .c) the role of Computer Engineer 2 Goal of the automation in different areas .a) Continuous Process -> regolation -> DCS .b) Factory Automation -> sequences -> PLC .c) Service Networks -> supervision -> SCADA .d) Building Automation -> supervision -> SCADA 4 Conceptual model of a Transmitter .a) sensor -> processing -> signal .b) microprocessor-based instruments .c) axiliary power supply (summary) 5 Actuators .a) on-off electric: relays and motor starters .b) on-off pneumatic: electro-valve .c) continuous electric: drives .d) continuous pneumatic: actuators and positioners for valves 6 Standard signals (analog and digital) .a) on/off signal (SPDT) .b) current/voltage signals .c) signals with live-zero .d) instruments with 2/4-wires 7 The concept of Fieldbus .a) A/D conversions .b) network of devices in field: the fieldbus .c) reduction of cabling .d) the need of a standard 2 The Project of an Automation System 1 Data-flow and People .a) process expert and automation expert .b) functional specifications 2 P&ID .a) ISA symbols for instrumentation .b) Process & Instrumentation Diagram 3 The I/O List .a) goal of the I/O list .b) typical I/O list 3 Electrical measures in industrial environment 1 One-Line diagram .a) which variable to measure .b) measuring the Power Quality 2 PTs and CTs .a) CT for masures and protection .b) the limit factor for CTs .c) PTs for measures and protection .d) fiscal measuring (the MID Directive) 3 Multi-functions transducers .a) block diagram of a digital instrument .b) typical accuracy .c) output signals and interfaces 4 Measurement of Temperature 1 Generalità .a) measuring units .b) thermometers: operating principles .c) thermostats: operating principles 2 Resistance Temperature Detectors (RTD) .a) operating principles .b) standards and accuracy .c) problems with installation 3 Thermocouples (TC) .a) operating principles .b) standards and accuracy .c) problems with installation 4 Other sensors .a) thermistors .b) pirometers .c) innovative sensors (optic, acustic, ...) 5 Installation of the Instruments .a) construction shapes .b) thermo-wells 5 Measurement of Pressure 1 Generalità .a) measuring units .b) absolute-relative-differential pressure .c) manometers: operating principles .d) pressure switches: operating principles 2 Sensors for pressure .a) strain gauge .b) piezo-electric .c) capacitive .d) other sensors: resonant, optic, ... 3 Installation of the Instruments .a) root valves and piping .b) manifolds 6 Measurement of Flow 1 General .a) flow measurement for solids and fluids .b) flowmeters: operating principles .c) flow-switches: operating principles 2 Volumetric systems .a) gears .b) turbines .c) target type .d) Rangeability and reliability 3 Restricted area devices .a) the Law of Bernoulli .b) pressure profile .c) primary elements: flanges, nozzles, venturi-pipes, pitot-pipes .d) installation problems 4 Magnetic flowmeters .a) the Faraday Law .b) structure of a mag flowmeter .c) accuracy and rangeability .d) sizing and installation 5 Vortex transmitter .a) The vortexes of Von Karman .b) structure of a vortex flowmeter .c) accuracy and rangeability .d) sizing and installation 6 Mass flowmeter .a) the concept of mass-flow .b) The law of Coriolis .c) accuracy and rangeability .d) sizing and installation 7 Other sensors for flow-metering .a) ultrasonic .b) thermal mass 7 Measurement of Level 1 General .a) levels of bulk material and liquids .b) gauge and switch 2 Electro-mechanical systems .a) glass indicators .b) measuring rods and ropes .c) flow sensors .d) rotating blades .e) vibration sensors .f) jo-jo sensors .g) torque bar .h) conductive sensors 3 Hydrostatic pressure transmitters .a) physical priciple .b) pressurized and atmospheric tanks .c) installation criteria .d) submerged probe 4 Capacitive transmitters .a) physical priciple .b) shapes and materials .c) installation criteria 5 Fly-time measuring systems .a) ultrasonic transmitters .b) micro-waves transmitters .c) areas of application .d) installation criteria 6 Radioactive transmitters (summary) .a) physical principle .b) typical applications 8 Fieldbus for Process Control 1 Intelligent Field Device .a) the concept of IFD .b) advanced functions of IFD .c) Smart instruments (Hart protocol) 2 The concept of Communication Protocol .a) the ISO/OSI model .b) physical layer .c) data link: data structure .d) data link: Media Access Control .e) transportation and networking (TCP/IP) .f) application layer .g) the companion standards (profiles) 3 Internation standards for fieldbus .a) from the beginnings to the IEC 61158 .b) standards for fieldbus todays .c) Ethernet-based protocols 4 Basic priciples of Profibus .a) Profibus DP: principles and applications .b) Profibus PA: principles and applications .c) Specific profiles: ProfiSafe, ProfiDrive, ProfiEnergy .d) Profinet 5 Basic principles of Foundation Fieldbus .a) level H1 and HSE .b) Link Active Scheduler .c) FF and distributed programming 7 Wireless Sensor Networks .a) industrial applications for wireless .b) IEEE 802.11: WiFi .c) IEEE 802.15: Bluetooth .d) IEEE 802.15.4: ZigBee .e) hybrid architectures (gateway) 9 Automation Systems and Architectures 1 The levels of automation .a) multi-levels architectures: from the field to the control room .b) distributed vs. concentrated architettures .c) ERP and MES (summary) .d) Internet: problems of security 2 Operating principles of PLC/DCS/SCADA .a) HW components: CPU, I/O cards, Power Supply, ... .b) functional cyucles 3 IEC 61131-3 programming languages .a) origin and use of the IEC 61131-3 .b) ladder diagram .c) instruction list .d) structured text .e) function block language .f) Sequencial Function Chart .g) PC-based architectures 4 OLE for Process Control .a) interface between applications and controllers .b) the benefits of OPC .c) future deveolpment (OPC-UA) 5 Hazardous Areas classification (ATEX) .a) flammable materials and explosions .b) The ATEX Directive .c) classification for gas and dust .d) safety electrical plants 6 Functional Safety (SIL) .a) The concept of functional safety .b) The IEC 60508 .c) SIL and automation architectures 10 Automation of electrical systems 1 Automation functions for distribution systems HV/MV/LV .a) supervision and remote control .b) switch-over and emergency logics .c) conventional architectures 2 Intelligent Electrical Device .a) digital protective relays .b) advanced functions of digital relays 3 A primer about IEC 61850 .a) origins of the IEC 61850 .b) the concept of logical node .c) GOMSFE and GSE .d) distributed automation with IEC 61850 TESTI/BIBLIOGRAFIA Riferimenti bibliografici: [1] A. Brunelli : “Strumentazione di misura e controllo nelle applicazioni industriali” Ed. GISI, 2002, ISBN 88-903-7314-8 [2] L.A. Bryan, E.A. Bryan: “Programmable Controllers – Theory and Implementation”, ISBN 0-944107-32-X [3] N.P.Mahalik (a cura di), “Fieldbus Technology – Industrial Network Standards for Real-Time Distributed Control”, ISBN 3-540-40183-0 [4] F.Cascetta (a cura di), “Strumentazione di misura per sistemi di telecontrollo di reti idriche di pubblica utilità”, ISBN 88-464-1565-5 [5] P.Pinceti, “SCADA per sistemi elettrici”, ISBN 88-464-4991-6 [6] P.Pinceti, “L’impianto di distribuzione in Media Tensione”, ISBN 978-88-904026-0-9 [7] ASEM, “Personal Automation – L’automazione industriale basata su PC”, ISBN 88-481-1475-X [8] J.Berge, “Fieldbuses for Process Control”, ISBN 1556177607 Siti Web utili: [1] www.isa.org [2] www.iec.ch [3] www.ieee.org [4] www.gisi.it [5] www.anie.it [6] www.assoautomazione.it [7] www.control.com [8] www.opcfoundation.org [9] www.profibus.com [10] www.fieldbus.org Riviste del settore: [1] Automazione e Strumentazione [2] Fieldbus e Network [3] InTech [4] Control Engineering [5] IEEE Instrumentation & Measurements [6] Eidos [7] Automazione Oggi [8] Tutto Misure DOCENTI E COMMISSIONI MICAELA CASERZA MAGRO Ricevimento: Ricevimento su appuntamento previo invio di una mail al seguente indirizzo mail: micaela.caserza@unige.it Commissione d'esame MICAELA CASERZA MAGRO (Presidente) STEFANO GUGLIELMO SAVIO (Presidente Supplente) LUIS RAMON VACCARO (Presidente Supplente) LEZIONI INIZIO LEZIONI https://corsi.unige.it/8731/p/studenti-orario Orari delle lezioni L'orario di questo insegnamento è consultabile all'indirizzo: Portale EasyAcademy ESAMI MODALITA' D'ESAME Scritto: 11 domande con risposta breve. Ciascuna risposta vale fino a 3 punti. MODALITA' DI ACCERTAMENTO La prova scritta ha come scopo quello di veriticare le conoscenze acquisite sulle tecnologie disponibili nel mondo dell'automazione industriale in ambito strumentazione, fieldbus, protocolli di comunicazione, indutria 4.0 e concetti di safety e OT cyber security Calendario appelli Data appello Orario Luogo Tipologia Note 18/12/2023 09:00 GENOVA Scritto 15/01/2024 09:00 GENOVA Scritto 29/01/2024 09:00 GENOVA Scritto 13/02/2024 09:00 GENOVA Scritto 27/05/2024 09:00 GENOVA Scritto 10/06/2024 09:00 GENOVA Scritto 24/06/2024 09:00 GENOVA Scritto 08/07/2024 09:00 GENOVA Scritto 22/07/2024 09:00 GENOVA Scritto 02/09/2024 09:00 GENOVA Scritto Agenda 2030 Imprese, innovazione e infrastrutture Città e comunità sostenibili Consumo e produzione responsabili