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

Le modalità didattiche del corso sono progettate per garantire un apprendimento completo e approfondito delle tematiche trattate, combinando teoria e pratica in modo efficace. Le principali modalità didattiche adottate sono le seguenti:

1. Lezioni frontali: Durante le lezioni frontali, il docente presenta i concetti teorici fondamentali e le applicazioni pratiche dell'automazione industriale. Le lezioni sono strutturate per fornire le conoscenze sugli argomenti trattati nel corso, tra cui misure elettriche e di processo, strumentazione, protocolli di comunicazione, sicurezza funzionale e cyber security OT.

2. Esercitazioni e prove pratiche: Le esercitazioni e le prove pratiche permettono agli studenti di applicare le conoscenze teoriche acquisite durante le lezioni frontali. Attraverso queste attività, gli studenti possono sviluppare competenze pratiche nella programmazione dei PLC, degli SCADA, nell'uso degli strumenti di misura e nella configurazione dei sistemi di automazione e comunicazione industriale.

3. Visite a impianti: Le visite a impianti industriali offrono agli studenti l'opportunità di vedere in prima persona come vengono implementate le tecnologie e i sistemi studiati nel corso. Durante queste visite, gli studenti possono osservare le applicazioni pratiche dell'automazione industriale,  e interagire con i professionisti del settore

4. Incontri con professionisti del settore dell'automazione: . Questi incontri permettono agli studenti di comprendere il ruolo dell'automazione nelle diverse realtà aziendali e di confrontarsi con casi concreti di applicazione delle tecnologie studiate. Gli ospiti condivideranno esperienze, progetti e sfide affrontate nel loro lavoro quotidiano.

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

DOCENTI E COMMISSIONI

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

L'esame è composto da una prova scritta. Questa prova è articolata in modo tale da includere 11 domande a risposta breve. Ogni domanda può valere fino a un massimo di 3 punti, permettendo una valutazione precisa delle competenze degli studenti. Le domande sono state progettate per coprire un'ampia gamma di argomenti trattati durante il corso, garantendo che gli studenti abbiano una comprensione completa e approfondita delle diverse tematiche affrontate.

Gli studenti con disabilità o con DSA possono fare richiesta di misure compensative/dispensative per l'esame. Le modalità saranno definite caso per caso insieme al Referente per Ingegneria del Comitato di Ateneo per il supporto agli studenti disabili e con DSA. Gli studenti che volessero farne richiesta sono invitati a contattare il docente dell'insegnamento con congruo anticipo mettendo in copia il Referente per Ingegneria (https://unige.it/commissioni/comitatoperlinclusionedeglistudenticondisabilita.html), senza inviare documenti in merito alla propria disabilità.

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

Le modalità di accertamento del corso sono progettate per valutare in modo completo le conoscenze e le competenze acquisite dagli studenti nel campo dell'automazione industriale. L'esame finale è strutturato per verificare la comprensione e l'applicazione delle tecnologie e dei concetti trattati durante il corso.