Tecnologie RFID applicate per la sicurezza dei Cantieri Industriali e Civili

Il continuo aumento degli incidenti sul lavoro sta comportando un intensificarsi degli sforzi ed investimenti specie in ricerca tecnologica, volta ad identificare soluzioni valide per prevenire situazioni di pericolo. In questo articolo viene presentata una soluzione tecnologicamente avanzata basata sui sistemi RFId di ultima generazione che, se applicata in cantieri di medie e grandi dimensioni oppure su piattaforme petrolifere, permetterà l’abbassamento del numero degli infortuni sul luogo di lavoro favorendo al tempo stesso una maggiore responsabilizzazione dei lavoratori nell’utilizzo dei dispositivi individuali di protezione.

RFId è l’acronimo di “Radio-Frequency Identification”, una tecnologia che permette il riconoscimento a distanza di un oggetto tramite la trasmissione di onde elettromagnetiche effettuata mediante opportune antenne progettate capaci di identificare la particolare architettura circuitale dell’oggetto che deve essere riconosciuto, chiamato “transponder”. Ogni transponder viene identificato in modo univoco grazie ad un codice memorizzato nel proprio microchip e può assumere qualunque forma desiderata, essere esposto a condizioni esterne particolari o essere rivestito con il materiale più idoneo al tipo di utilizzo che si vuole fare dell’oggetto su cui il transponder è applicato.

L’RFId non è una tecnologia relativamente “moderna” poiché nasce durante la Seconda Guerra mondiale in ambito militare, utilizzata per distinguere gli aerei amici da quelli nemici. I transponder di allora erano molto costosi e di notevoli dimensioni, per questo l’utilizzo dell’RFId era destinato solamente a scopi militari. I progressi tecnologici degli ultimi vent’anni e le produzioni di massa hanno reso possibile la creazione a basso costo di transponder di dimensioni ridottissime (anche pochi millimetri). La tecnologia RFId è stata quindi adottata in numerosi campi riscontrando sempre un grande successo. Si possono ricordare per esempio il Telepass, lo skipass, l’identificazione degli animali e i sistemi di antitaccheggio dei supermercati: applicazioni già molto diffuse in tutto il mondo.

La continua nascita di nuovi standard internazionali che regolamentano l’utilizzo dei transponder e il continuo abbassamento dei prezzi sono oggi determinanti per l’effettiva realizzazione del progetto “The Internet of the Things”, secondo il quale ogni oggetto al mondo sarà dotato di un transponder. Sulla base di questo concetto e grazie alla costante ricerca di innovazione e alla domanda crescente di prodotti destinati alla sicurezza antinfortunistica è stato messo a punto il primo sistema elettronico automatico per la verifica delle Dotazioni di Protezione Individuale (DPI), che utilizza ed integra la tecnologia RFId nei cantieri industriali e civili unitamente alle più moderne tecniche di riconoscimento visuale. La soluzione descritta è allettante per tutti i responsabili della sicurezza poiché, grazie a questa tecnologia, chiunque si rechi sul posto di lavoro indossando dispositivi di protezione individuale nell’area di accesso viene sottoposto a una scansione automatica senza contatto semplicemente attraversando un varco elettronico. In questo modo viene verificato se i dispositivi di protezione individuale indossati sono consoni, in condizioni adeguate e fra loro compatibili. Il numero di infortuni, le giornate di malattia e i casi di malattie professionali dovrebbero così retrocedere spontaneamente ad un livello finora mai raggiunto. Il sistema comunemente denominato “DPI Visual Analyzer” ha come caratteristica fondamentale quella di essere facilmente installabile ed utilizzabile in qualsiasi cantiere industriale e civile.

Di fatto la soluzione descritta consiste in un varco elettronico tecnologicamente avanzato da installare in prossimità dei punti di accesso alle zone di lavoro (tipicamente ponteggi e costruzioni comunemente presenti nei cantieri industriali e civili) unitamente a delle particolari telecamere industriali dotate di sistemi di ripresa ad alta risoluzione. Il sistema è corredato da una piattaforma software personalizzabile che permette al responsabile del cantiere di applicare tutte le policy di sicurezza nel rispetto delle vigenti normative. In particolare è possibile specificare ed identificare le seguenti variabili: riconoscimento visuale del lavoratore, DPI richiesti, verifica scadenza DPI, eventuali sensori per Gas nocivi. Una volta impostate le regole, è sufficiente che l’operaio di turno dotato di tutto l’equipaggiamento ed in regola col permesso di lavoro attraversi uno specifico varco in cui è installato il DPI Visual Analyzer per far sì che questi verifichi in automatico ed in pochi istanti la congruenza tra quanto rilevato e quanto specificato dalle policy dettate dal responsabile per la sicurezza. Per far ciò è necessario integrare dei tag RFId in ogni DPI o dispositivo che dovrà essere controllato. La soluzione descritta permette di ottimizzare i tempi di accesso ai cantieri nel rispetto delle regole massimizzando le condizioni di sicurezza con cui gli operai e i tecnici andranno ad operare. In più, grazie al riconoscimento visuale del lavoratore, è possibile individuare tutti quei casi in cui operai non autorizzati adoperino i permessi di lavoro e DPI di altre persone. Più in dettaglio il sistema è in parte basato sulla tecnologia RFId mediante la quale è in grado di identificare il personale in ingresso negli impianti, stabilimenti e cantieri tramite un badge personale con tag RFId uHF.

Chiaramente una mancanza nei DPI indossati, produce un allarme che può essere segnalato in diverse modalità tra cui: SmS, email, Semafori, Buzzer, messaggi su Computer di Varco. Inoltre il sistema è capace di leggere degli appositi Tag associati ai DPI, permettendo in tempo reale di confrontarne gli identificativi con i DPI attesi in funzione dei permessi di lavoro (work permit). La piattaforma integra al suo interno la possibilità di gestire i permessi di lavoro in formato elettronico offrendo di fatto una funzionalità innovativa che permette di gestire i permessi di lavoro in modo del tutto automatico eliminando tutto il materiale cartaceo e quindi riducendone i tempi di gestione a favore di una maggiore efficienza. I dati ottenuti acquisiti al passaggio di ogni operaio sono gestiti da una centrale operativa che mediante un apposito software provvede alla loro memorizzazione in un database a fini statistici ed assicurativi rappresentando di fatto una sorta di black box da utilizzare nel malaugurato caso di incidente antinfortunistico. La soluzione descritta di fatto è una infrastruttura professionale studiata per raggiungere la massima efficienza per quanto riguarda la capacità di identificazione dei DPI garantendo:

• Ripetibilità e stabilità;
• Velocità di lettura;
• Lettura di più tag contemporanei;
• Generazione di alert multicanale in tempo reale;
• Scalabilità e modularità dei sistemi;
• Produzione di reports personalizzati automatici;
• Integrazione con i sistemi informatici aziendali pre-esistenti;
• Integrazione con le varie piattaforme HW di controllo accessi pre-esistenti.

L’architettura descritta grazie alla sua modularità è stata studiata per una semplice installazione. Può essere implementata sia in versione “manuale” mediante lettori portatili poco costosi o in versione “automatica” tramite veri e propri varchi di ingresso e uscita. Il sistema prevede che ad ogni DPI sia associato un tag RFId. L’associazione DPI – tag, avviene mediante appositi lettori/codificatori. Ogni DPI al fine di poter essere identificato dal sistema deve essere già dotato di un tag RFId uHF ISO 190006-c opportunamente pre-codificato), oppure possono essere forniti degli appositi tag RFId da codificare manualmente da applicare ai DPI preesistenti. I tag applicabili ai DPI non forniti, sono di natura diversa in funzione del DPI a cui vanno applicati, per esempio:

• Tag in etichetta di stoffa, applicabili in giacche, guanti, scarpe;
• Tag in formato ISO Card, integrato o applicabile su badge pre-esistenti;
• Tag in PVC da applicare negli occhiali e piccoli dispositivi;
• Tag rivestiti al silicone da applicare su tutti i DPI che dopo il loro utilizzo sono soggetti a lavaggio industriale ad alta temperatura.

DPI Visual Analyzer attualmente è installato presso diversi stabilimenti e raffinerie del territorio Italiano ed estero.

A cura di Cristian Randieri. Articolo pubblicato sulla rivista Safety & Security N. 79 – Marzo/Aprile 2016.

Per scaricare l’articolo pubblicato sulla rivista, seguire il link riportato di seguito http://www.intellisystem.it/portfolio/ss-marzoaprile-2016

A New Satellite Solution for the Remote Control of Industrial Sites

Intellisystem Technologies ha messo a punto una soluzione che sfrutta la connettività satellitare per monitorare impianti e macchine in aree remote

Il panorama delle piccole e medie imprese italiane è piuttosto complesso e variegato. Un elemento tuttavia accomuna le diverse realtà, ovvero l’interesse crescente per l’innovazione legato alla digitalizzazione in fabbrica che verte su nuovi modelli aziendali, in particolare per quanto riguarda i servizi a valore aggiunto offerti. Le aziende produttrici di macchinari in Italia e nel mondo da tempo si stanno avvicinando al modello di redditività basato sui servizi, poiché ritenuto un fattore che favorisce la crescita e l’incremento dei ricavi, in grado di offrire vantaggi notevoli sia alle aziende produttrici di beni di consumo sia ai loro clienti. Stiamo di fatto assistendo a un progressivo cambio generazionale nei vertici aziendali, che, contemporaneamente, è causa e conseguenza della nuova sottile percezione della ‘digital transformation’. L’esperienza digitale dei giovani imprenditori e manager è un mix tra vita privata e professionale, che inevitabilmente porta con sé la necessità di rinnovare i processi aziendali applicando lo stato dell’arte delle più moderne tecnologie dettate dalla Industry 4.0, dall’IoT e dallo smart manufacturing. Oggi non è più sufficiente realizzare prodotti validi, occorre focalizzarsi sempre più sull’assistenza post-vendita. Le aziende produttrici di macchinari capaci di mettere a punto nuovi servizi post-vendita utilizzano questo tipo di offerta per promuovere nuovi modelli aziendali rivoluzionari, che prevedono pagamenti basati sui risultati del business. Nel prossimo futuro le aziende che non saranno capaci di erogare servizi a valore aggiunto, tramite la convergenza delle moderne tecnologie offerte dal digitale, rischieranno di restare indietro in un mercato in rapida evoluzione, influenzato da innovazione, agilità e adattabilità.

Ampliare gli orizzonti

È ormai provato che i progressi tecnologici favoriscono i modelli aziendali basati sull’innovazione, l’efficienza, la sostenibilità e il contenimento dei costi. Tali progressi nel campo dell’automazione spingono molte aziende a ripensare la propria strategia globale. In particolare, l’importanza dei prodotti e dei macchinari connessi nelle strategie orientate ai servizi, di pari passo con la crescente complessità che comportano, creano nuove opportunità e sfide. La maggior parte delle PMI italiane oggi si chiede “com’è possibile sfruttare al meglio i nuovi strumenti digitali e l’IT per migliorare l’efficienza e cogliere nuove opportunità di mercato?”. La risposta è articolata e riguarda la digitalizzazione intesa come globalizzazione e movimento che spinge le imprese italiane ad ampliare i propri confini, non solo geografici. La digitalizzazione unitamente alle telecomunicazioni permette di ‘essere altrove’, ovvero internazionalizzare, portare il business in aree geografiche inesplorate, ma anche in mercati diversi da quelli in cui si opera. È proprio nel settore delle telecomunicazioni abbinate alla produzione dei sistemi embedded che Intellisystem Technologies entra in scena, offrendo dispositivi e soluzioni per il controllo remoto di impianti e macchinari industriali, che grazie alla connettività satellitare non hanno più vincoli di spazio. In quest’ottica l’azienda offre molti tipi di servizi abilitati dal passaggio inesorabile verso la rete interconnessa di dispositivi basati sull’IoT. La tecnologia satellitare oggi è in grado di fornire collegamenti di comunicazione vitali per aree remote, dove le reti terrestri non sono disponibili o fuori portata. Nonostante il roll-out di reti terrestri in molte parti del mondo, rimangono molte regioni e siti industriali non collegati, basti pensare per esempio a tutti i siti di estrazione mineraria e petrolifera tipicamente dislocati in regioni disabitate o desertiche. Nondimeno rimane fisicamente impossibile connettere realtà industriali e utenti in mare o in aria se non via satellite o non vi è business case per giustificare i costi di roll-out della fibra in aree remote, scarsamente popolate. Come tale, la tecnologia satellitare ha un ruolo essenziale nel rendere possibili nuove applicazioni e processi di business, che stanno facendo dell’IoT una realtà. Secondo quest’ottica l’offerta di Intellisystem Technologies mira al collegamento degli asset aziendali remoti che prevedono operazioni commerciali e di service, fornendo servizi chiavi in mano per fornire connettività in presenza di criticità abbinata alla progettazione, produzione e installazione di dispositivi basati sull’IoT, per condurre il monitoraggio di impianti favorendo la gestione delle risorse in tempo reale in siti non presidiati e piattaforme offshore. Sulla base di queste attività si prevede che una nuova generazione di applicazioni dell’IoT emergerà dalla connettività di dispositivi intelligenti. Dato che le previsioni stimano la connessione di miliardi di dispositivi in tutto il mondo, è facile immaginare che la scala potenziale dell’IoT richieda una copertura di rete onnipresente tra gli operatori satellitari e servizi di trasporto integrati, anche in località remote. Ma vediamo in un caso reale come si possono applicare queste tecnologie.

La tecnologia satellitare rende possibili nuove applicazioni e processi di business

Un caso applicativo in zone remote

Una nota azienda italiana costruttrice di gruppi elettrogeni industriali, operante sui mercati esteri, aveva la necessità di ridurre gli esosi costi dovuti agli interventi di manutenzione da effettuare on-site, compatibilmente con un aumento della quality of service e continuità di esercizio delle macchine, garantendo il minore down time possibile. Il cliente richiedeva una soluzione che permettesse il telecontrollo di più sistemi remoti per la generazione di energia elettrica, installati in zone non presidiate geograficamente distanti tra loro, non asservite da alcuna infrastruttura di rete terrestre. Tipicamente i luoghi di installazione di tali apparati sono in regioni del Terzo Mondo nel continente africano o in regioni arabe e sono di norma riferiti a oleodotti e ponti radio GSM. Visto che l’esigenza del cliente si focalizzava sull’affidabilità del servizio offerto, compatibilmente con i costi e la facilità delle macchine, si è optato per una soluzione che prevedesse una connettività satellitare. Considerando che l’epoca attuale è di aumento del traffico delle comunicazioni, il mantenimento di un elevato livello di affidabilità del servizio è da sempre per Intellisystem un requisito fondamentale, per cui l’azienda è partner dei migliori provider di connettività via satellite al mondo. Grazie a essi è stata in grado di offrire una connessione affidabile con quality of service specifico per applicazioni di monitoraggio remoto di macchinari e sistemi, garantendo una connettività always-on. La connettività satellitare unitamente alle opportune interfacce embedded con funzionalità IoT ha permesso la completa telegestione e il controllo del corretto funzionamento dei macchinari del cliente, permettendo ai tecnici addetti alla gestione dei vari impianti di monitorare e operare da remoto sui medesimi, effettuando tutte le diagnosi programmate, per garantire la massima funzionalità e continuità di servizio. Fra i punti forza della soluzione figurano la totale indipendenza dalle varie infrastrutture di rete locali, sia in termini contrattuali sia di affidabilità; la riduzione dei costi e tempi per la messa in opera dei sistemi, per cui occorre solamente effettuare il puntamento dell’antenna paraboloide e interfacciare la macchina con opportuni moduli IoT; la totale portabilità, poiché all’interno della stessa area geografica di competenza del transponder satellitare selezionato, non occorre altro che riposizionare l’antenna paraboloide senza modificare i contratti. Il tutto si è tradotto in una notevole riduzione dei costi a favore di una maggiore efficienza e scalabilità della soluzione adottata. È stato inoltre creato un data center in Italia mirato alla gestione di più impianti nei punti più disparati del Pianeta, non presidiati, in cui nella maggior parte dei casi il luogo abitato più vicino distava diverse centinaia di chilometri. Sfruttando appieno l’elevata banda passante della comunicazione satellitare è stato possibile prendere in considerazione anche operazioni di tipo realtime, con la possibilità di effettuare interventi di diagnosi predittiva sulle parti meccaniche rotanti soggette a normale usura, secondo le più moderne tecniche di ‘predictive analisys’. Non solo, è stato anche possibile veicolare all’interno della connessione un canale telefonico VoIP e remotizzare i sistemi di videosorveglianza del luogo di installazione, offrendo maggiore supporto al cliente in termini di sicurezza e assistenza per tutte le inevitabili attività di manutenzione ordinate da effettuare on-site. Il cliente è rimasto pienamente soddisfatto dei risultati ottenuti, poiché la protezione dell’investimento, l’affidabilità, l’espandibilità e la flessibilità sono state le parole chiave della soluzione offerta. Grazie a essa il cliente ha potuto ridurre drasticamente gli interventi on site, offrendo a sua volta un servizio più efficiente e meno costoso. Grazie alla connessione via satellite, poi, è stato possibile offrire un margine di sicurezza superiore rispetto a qualsiasi altra infrastruttura terrestre. Sicurezza in termini di immunità alle interferenze elettromagnetiche e totale indipendenza dalle infrastrutture che, in caso di calamità naturale, sono le prime a presentare problemi, rendendo nullo ogni tentativo di connessione con qualsiasi sistema di monitoraggio remoto.

La tecnologia satellitare oggi è in grado di fornire collegamenti vitali per consentire la comunicazione con aree remote

Sviluppi futuri

In futuro si prevede di estendere tale sistema in altri contesti, al fine di integrare una fitta rete di monitoraggio, che tenga sotto controllo continuo tutte le macchine prodotte dal cliente. Sono inoltre previste alcune integrazioni, tra le quali l’utilizzo di termocamere IP in grado di ‘mappare’, da remoto, il calore in immagini, permettendo una più accurata individuazione delle anomalie termiche, meccaniche, idrauliche ed elettroniche dei vari componenti delle macchine. Questa tipologia di telecamere è particolarmente adatta anche alla sorveglianza di impianti non presidiati totalmente privi di illuminazione, caratterizzati da condizioni climatiche estreme, dove sono presenti nebbia, neve e forte vento, per cui le telecamere tradizionali non possono essere utilizzate. Sarà anche possibile assicurare il controllo visivo in condizioni particolarmente critiche, quali forte controluce, chiarore poco visibile, condizioni di scarsa visibilità in generale ecc.

A cura di Cristian Randieri. Articolo pubblicato sulla rivista Automazione Oggi N. 389 – Aprile 2016.

Per scaricare l’articolo pubblicato sulla rivista, seguire il link riportato di seguito http://www.intellisystem.it/portfolio/ao-aprile-2016-2/

Case History “Remote Control Application at the Botanical Garden of Catania”

Intellisystem Technologies ha messo a punto un sistema per il telecontrollo remoto di automatismi mediante NetworkCamere Tcp/Ip di ultima generazione capaci di gestire immagini e audio mediante compressione Mpeg4, dotate di porte digitali direttamente controllabili mediante un comune browser Internet adoperato per accedere alla telecamera. Il sistema proposto di fatto rappresenta uno strumento flessibile e dinamico, adattabile a tutte quelle esigenze di controllo remoto di automatismi che prevedano un accesso al sistema dal punto di vista globale che solo Internet può offrire. Il sistema messo a punto prevede, oltre alla network camera prodotta da Intellisystem Technologies Mod. IT310, un sistema radio per la trasmissione di un impulso elettrico (capace di pilotare carichi di potenza, come ad esempio aperture cancelli, porte, azionamenti di sistemi automatici, pompe ecc.) e un modulo di potenza per l’azionamento dei carichi di potenza.

La network camera adoperata per questo scopo è caratterizzata da un design ergonomico e compatto che racchiude in sé un concentrato di tecnologia che permette a qualsiasi utente di potersi collegare alla videocamera in locale e da remoto mediante Internet, per visionare e ascoltare tutto quello che circonda la telecamera. IT 310 è in grado di orientarsi a tutto campo per 270° in orizzontale e 135° in verticale permettendo una visione d’eccellenza degli oggetti che la circondano; inoltre è dotata di un telecomando che permette l’orientamento del sistema senza l’utilizzo di un pc connesso a Internet. Il sistema di trasmissione dell’impulso di azionamento consiste di un microstramettitore e ricevitore che hanno un raggio di copertura di circa 200 metri. Infine, un modulo di potenza garantisce il controllo del carico di potenza. Tale sistema è stato adottato dal Dipartimento di Botanica dell’Università degli studi di Catania all’interno dell’Orto Botanico quale sistema per l’azionamento da remoto di una fontana posta in prossimità di una vasca dedicata allo studio delle piante acquatiche. Tale soluzione viene proposta al pubblico al costo di 899,00 €.

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L‘orto Botanico di Catania risalente al 1858, si estende su una superficie di circa 16.000 mq. e riveste importanza come sede di alcune peculiari collezioni, quali le ‘succulente’, le ‘palme’ e le ‘piante spontanee siciliane’.

Nel mondo esistono circa 1400 orti botanici e arboreti con oltre 100 milioni di visitatori l’anno. Una buona parte si trova in Europa e oltre una trentina, tra orti botanici universitari e non, in Italia.

A cura di Cristian Randieri. Articolo pubblicato sulla rivista Commercio Elettrico N. 7 – Luglio/Agosto 2004.

Per scaricare l’articolo pubblicato sulla rivista seguire il link riportato di seguito  http://www.intellisystem.it/portfolio/ce-lug-ag-04-telecontrollo-remoto-automatismi

Internet Of Things Applied at the Botanical Garden of Catania

Intellisystem Technologies ha messo a punto un sistema per il telecontrollo remoto automatismi mediante Network Camere Tcp/Ip di ultima generazione capaci di gestire immagini e audio mediante compressione Mpeg4, dotate di porte digitali direttamente controllabili mediante un comune browser Internet adoperato per accedere alla telecamera. Il sistema proposto di fatto rappresenta uno strumento flessibile e dinamico, adattabile a tutte quelle esigenze di controllo remoto di automatismi che prevedano un accesso al sistema dal punto di vista globale che solo Internet può offrire. Il sistema messo a punto prevede oltre alla network camera prodotta da Intellisystem Technologies Mod. IT310, un sistema radio per la trasmissione di un impulso elettrico (capace di pilotare carichi di potenza, come ad esempio aperture cancelli, porte, azionamenti di sistemi automatici, pompe ecc.) e un modulo di potenza per l’azionamento dei carichi di potenza. La network camera adoperata per questo scopo è caratterizzata da un design ergonomico e compatto che racchiude in sé un concentrato di tecnologia che permette a qualsiasi utente di potersi collegare alla videocamera in locale e da remoto mediante Internet, per visionare e ascoltare tutto quello che circonda la telecamera. IT 310 è in grado di orientarsi a tutto campo per 270° in orizzontale e 135° in verticale permettendo una visione d’eccellenza degli oggetti che la circondano; inoltre è dotata di un telecomando che permette l’orientamento del sistema senza l’utilizzo di un pc connesso a Internet. Il sistema di trasmissione dell’impulso di azionamento consiste di un microstramettitore e ricevitore che hanno un raggio di copertura di circa 200 metri. Infine, un modulo di potenza garantisce il controllo del carico di potenza. Tale sistema è stato adottato dal Dipartimento di Botanica dell’Università degli studi di Catania all’interno dell’Orto Botanico quale sistema per l’azionamento da remoto di una fontana posta in prossimità di una vasca dedicata allo studio delle piante acquatiche. Tale soluzione viene proposta al pubblico al costo di 899,00 €.

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L‘orto Botanico di Catania risalente al 1858, si estende su una superficie di circa 16.000 mq. e riveste importanza come sede di alcune peculiari collezioni, quali le ‘succulente’, le ‘palme’ e le ‘piante spontanee siciliane’. 

Nel mondo esistono circa 1400 orti botanici e arboreti con oltre 100 milioni di visitatori l’anno. Una buona parte si trova in Europa e oltre una trentina, tra orti botanici universitari e non, in Italia.

A cura di Cristian Randieri. Articolo pubblicato sulla rivista Il Giornale dell’Installatore Elettrico N. 10 – 25 Luglio 2004.

Per scaricare l’articolo pubblicato sulla rivista seguire il link riportato di seguito  http://www.intellisystem.it/portfolio/gie-25-lug-04-telecontrollo-remoto-automatismi

Fiedbus Applied to Nuclear Physics “CHIC Experiment” – Collaboration for Heavy Ion Collision

Profibus è stato utilizzato con successo per il controllo remoto di un sistema di movimentazione nell’Esperimento Chic.

Lo studio dei sistemi dinamici possiede un carattere fortemente interdisciplinare, con applicazioni riguardanti la fisica, la chimica e la biologia. L’introduzione dei magneti superconduttori nella costruzione dei grandi acceleratori adronici ha permesso di raggiungere campi magnetici elevati (ed elevate energie) a costi contenuti, dando un forte impulso alla ricerca svolta nel campo della fisica nucleare. Tali studi, molte volte teorici, necessitano di opportune verifiche sperimentali, che vengono effettuate sfruttando sistemi complessi, quali gli acceleratori di particelle, unitamente ad altri il più delle volte specificatamente costruiti per l’esperimento. Questi sistemi, per la loro complessità, necessitano di svariati sottosistemi di controllo e monitoraggio remoto, poiché nella maggior parte dei casi gli esperimenti di fisica nucleare sono rischiosi per l’essere umano che demanda alle macchine la supervisione e il controllo di molti parametri sensibili. Nasce quindi l’esigenza di mettere a punto sistemi di controllo remoto di tipo distribuito sufficientemente robusti da tollerare le avverse condizioni operative (campi elettromagnetici intensi, sorgenti radioattive, fluidi criogenici a basse temperature, ecc.) e in grado di soddisfare i requisiti di sicurezza, affidabilità e semplicità richiesti. Si pensi agli apparati per la generazione del vuoto, ai sistemi per l’acquisizione di misure sperimentali e per il controllo di fasci di particelle, a quelli per il raffreddamento a temperature prossime allo zero assoluto, a tutti i possibili attuatori e trasduttori (pompe, elettrovalvole, organi meccanici) di supporto alla ricerca. D’altro canto, l’avvento e la diffusione di nuove tecnologie di comunicazione, unitamente all’incessante sviluppo dell’elettronica digitale e delle reti di calcolatori hanno modificato le tecniche e le metodologie per il controllo di processo di sistemi complessi. In particolare, cresce sempre di più l’esigenza di un controllo distribuito, dove sistemi intelligenti e dispositivi di controllo e misura devono poter comunicare tra loro. Ed è aumentata la necessità di ridurre al minimo il cablaggio, i tempi di posa in opera e le operazioni di manutenzione dei cavi. L’utilizzo dei bus di campo può fornire in tal senso valide soluzioni.

Posizionamento micrometrico

I sistemi basati su Profibus presentano caratteristiche di elevata flessibilità e affidabilità che ben rispondono ai requisiti necessari alla realizzazione di una rete dedicata all’ integrazione di controlli remoti di supporto alle attività di ricerca nel campo della fisica nucleare. Una delle soluzioni realizzate ha riguardato il controllo remoto di un sistema di movimentazione a tre gradi di libertà per il posizionamento micrometrico di un apparato E.M.R.I.C. (Esemble di misura rapida per interferometria e correlazioni) costituito da 13 rivelatori di ioni pesanti allo ioduro di cesio. La soluzione è stata utilizzata con successo dal gruppo di ricerca Chic (Collaboration for Heavy Ion Collision) dei Laboratori Nazionali del Sud. Il sistema si compone di un apparato meccanico di precisione alloggiato all ‘interno di una struttura sferica a barre, con sopra montato il sistema E.M.R.I.C. che si affaccia a una finestra della ‘Neutron Chamber’ (camera a vuoto in cui avvengono gli esperimenti d’interferometria nucleare). Il sistema di posizionamento è costituito da tre guide lineari, ciascuna dotata di vite a ricircolo di sfere, disposte nelle tre direzioni cartesiane; due di esse sono del tipo a barra e sono disposte rispettivamente secondo le direzioni orizzontali x e y, mentre il movimento nella direzione verticale z è realizzato mediante una pedana sostenuta da quattro guide, anch’esse a vite. Ogni guida è azionata da un motore elettrico di tipo brushless, dotato di encoder a impulsi in quadratura e di riduttore di giri; infine, alle estremità di ogni guida sono presenti degli opportuni finecorsa per il rilevamento della corsa massima. L’apparato di movimentazione è corredato da un sistema di controllo dedicato costituito da un backplane sul quale sono montate tre schede di controllo, ciascuna dotata di un chip specializzato (HP Hctl- l l 00) per il controllo di motori elettrici in continuo di tipo brushless o passo-passo. La logica d’interfaccia del backplane fornisce tre porte a 8 bit; di queste, la porta ‘A’, bidirezionale, è dedicata allo scambio di dati da e verso i registri dei chip di controllo; la ‘B’, di input, viene utilizzata per la lettura dei fine corsa; infine, la porta ‘C’, di output, serve per l’indirizzamento dei chip e la generazione dei segnali di sincronismo. La rete Profibus si compone di una stazione di supervisione contenente un ‘ interfaccia Applicom Master Board e di uno slave Profibus dedicato allo scambio di dati tra la rete e il sistema di controllo locale dei motori dell’apparato di posizionamento. L’apparato descritto permette di posizionare da remoto il sistema di rivelatori mediante un ‘interazione basata su grafica vettoriale che ricostruisce virtualmente gli spostamenti del sistema. Grazie alla soluzione adottata è stato possibile ridurre i tempi di esecuzione dell’esperimento Chic, eliminando le continue pause (della durata di alcune ore) necessarie al riposizionamento dei rivelatori e al successivo ripristino dell’esperimento. Il sistema ha riscosso notevole successo tra i gruppi di ricerca europei coinvolti, tanto da essere stato richiesto per le successive evoluzioni dell’esperimento da realizzare in centri di ricerca esteri.

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A cura di Cristian Randieri. Articolo pubblicato sulla rivista Fieldbus & Networks – Febbraio 2004.

Per scaricare l’articolo pubblicato sulla rivista, seguire il link riportato di seguito http://www.intellisystem.it/portfolio/fn-feb-04-2

Artworks on Vacuum: “Arte sotto vuoto”

Intellisystem Technologies studia i sistemi per la conservazione delle opere 

Da diverso tempo enti di ricerca nazionali ed esteri si occupano della conservazione delle opere d’ arte. La sfida è garantirne una perfetta conservazione mantenendo un elevato livello di qualità percettiva delle stesse. I sistemi proposti da Intellisystem Technologies sono dotati di accorgimenti tecnici che garantiscono la conservazione, come vetrine climatizzate o sistemi per la conservazione sottovuoto, e sottopongono i prodotti finiti a minuziosi controlli e monitoraggi. In particolare, la società ha messo a punto un sistema sperimentale per la generazione e il mantenimento del vuoto controllato mediante tecnologia fieldbus per la conservazione delle opere d’arte.

Fare il vuoto per conservare meglio

Il sistema si compone di una camera da vuoto, una pompa rotativa di pre-vuoto, una turbo pompa per creare il vuoto, un indicatore visivo di pressione, due trasduttori di pressione per valori predefiniti nell’intervallo da 1*10·3 a 1*103 mbar e da 1*10-9 a 1*10-3 mbar, e quattro elettrovalvole, due per il ritorno dell ‘aria e due per l’estrazione dell’aria dalla camera (pre-vacuum e vacuum). Il sistema è stato progettato per effettuare il controllo remoto del vuoto e garantire sia funzioni di monitoraggio e regolazione automatica della pressione nella camera in base a un valore assegnato, sia la possibilità d’intervento remoto su ognuno dei dispositivi attivati. Per fare ciò è stata studiata e realizzata una rete fieldbus in cui sono previsti un sistema di supervisione dell’impianto, rappresentato da una workstation con un’interfaccia Profibus master; un ‘unità slave per l’acquisizione delle misure di pressione; un’unità PLC con interfaccia FMS per il controllo locale del vuoto. Obiettivo dell’applicazione è permettere il controllo remoto della pressione interna della camera di test, preposta a contenere opere d’arte che necessitano una conservazione sottovuoto. Per questo il controllore locale (PLC) riceve informazioni dalla stazione di supervisione sul tipo di controllo da effettuare (manuale o automatico) e, in caso di controllo automatico, sul valore target di pressione da imporre. Sulla base di queste ultime informazioni il PLC esegue le corrette sequenze temporali di attivazione delle pompe e delle elettrovalvole, al fine di imporre all’interno della camera il valore di pressione target richiesto. L’architettura adottata per realizzare il controllo in remoto del sistema di vuoto comprende una scheda di acquisizione che converte le misure analogiche di pressione in dati binari che passa alla slave unit 2; la stazione di supervisione (master unit 1) che fornisce al PLC la misura attuale di pressione scandendo ciclicamente la slave unit 2 (periodo di scansione = 100 ms). Essa trasforma inoltre le misure dal formato binario a quello a virgola mobile, esegue un algoritmo di filtraggio per eliminare il rumore di misura e trasmette il valore ottenuto al PLC; quando viene attivata la modalità automatica di controllo, il PLC utilizza l’informazione di pressione corrente ottenuta dalla master unit 1, assieme al valore target desiderato, per applicare il suo algoritmo di controllo sugli attuatori e regolare di conseguenza la pressione interna alla camera. Il terminale remoto presenta l’interfaccia utente per il controllo della camera a vuoto. La parte centrale del- 1 a finestra di comando è occupata dal quadro sinottico che riproduce in modo schematico l’impianto, assieme agli indicatori di funzionamento: la colorazione verde indica il funzionamento attivo del dispositivo associato (pompa accesa o elettrovalvola aperta), il rosso indica gli altri stati. Ai due sensori di pressione sono associati due indicatori la cui accensione segnala quale dei due dispositivi è stato selezionato per l’acquisizione corrente delle misure di pressione. Un altro pannello contiene due visualizzatori, il primo a scorrimento in scala semilogaritmica, che fornisce l’andamento temporale della pressione interna alla camera. Il secondo display, invece, visualizza il valore corrente di pressione in mbar. Sebbene ancora in fase sperimentale, l’applicazione ha dimostrato elevata efficienza.

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A cura di Cristian Randieri. Articolo pubblicato sulla rivista Fieldbus & Networks – Febbraio 2004.

Per scaricare l’articolo pubblicato sulla rivista, seguire il link riportato di seguito http://www.intellisystem.it/portfolio/fn-feb-04-1/

Profibus per la Fisica Nucleare

I fieldbus rappresentano una valida soluzione per il controllo remoto e la misura nei sistemi d’acquisizione usati nel campo della ricerca sperimentale

La continua evoluzione delle tecnologie basate su sistemi digitali ha fortemente modificato le tecniche e metodologie usate nei sistemi di controllo, specie negli esperimenti di fisica nucleare. In particolare, oggi la richiesta di processi distribuiti richiede sistemi intelligenti, dispositivi di controllo e sistemi di misura capaci di comunicare attraverso la rete. Tali sistemi vengono richiesti per ridurre le connessioni, il che si traduce in una semplificazione della gestione dei sistemi poiché diminuiscono le problematiche inerenti alla manutenzione. I sistemi fieldbus rappresentano una valida soluzione per il controllo remoto e per la misura nei sistemi d’acquisizione normalmente applicati nella ricerca sperimentale oggetto della fisica nucleare. Questo campo di ricerca richiede apparati di controllo distribuiti capaci di lavorare in condizioni particolarmente difficili (campi elettromagnetici elevati, presenza di particelle radioattive, bassa temperatura, ecc.); al tempo stesso bisogna soddisfare i fondamentali requisiti di sicurezza, portatilità e semplicità richiesti. La presenza di un gran numero di dispositivi complica ulteriormente la progettazione e realizzazione di tali sistemi di controllo. Molti dispositivi devono essere controllati localmente, ciò richiede frequenti accessi alle sale sperimentali. Sfortunatamente, l’ambiente tipico degli esperimenti nucleari non è sicuro; di conseguenza, è molto difficile e pericoloso per un operatore umano recarsi all’interno di tali sale sperimentali per modificare i parametri dei sistemi quando l’esperimento è in esecuzione.

Misurare gli ioni pesanti

Il sistema sperimentale a cui ci si riferisce viene utilizzato per studiare le reazioni e interazioni degli ioni pesanti. La struttura è alloggiata in una sala sperimentale dei Laboratori Nazionali del Sud di Catania che prende il nome di ‘Neutron Hall’. Tale esperimento è gestito dal gruppo di ricerca Chic (Collaboration for Heavy Ion Collision). La struttura sperimentale si compone di una serie di camere a vuoto, con finestre d’osservazione, nelle quali vengono effettuate gli esperimenti di interferometria nucleare. Un fascio di ioni ad energia intermedia (10-50 MeV/A) viene deflesso nel vuoto e quindi convogliato ali’ interno della camera di reazione attraverso opportuni magneti. Il fascio urta il bersaglio nucleare; durante la collisione genera delle particelle subatomiche le cui caratteristiche vengono rilevate da vari rivelatori; i dati generati vengono acquisiti e successivamente analizzati dagli operatori. Una prima applicazione del sistema Profibus si può trovare nel controllo remoto di un multidetector (costituito da un array bidimensionale di scintilla tori allo Ioduro di Cesio) usato per rilevare particelle nucleari come protoni e/o ioni leggeri. L’apparato meccanico deve poter essere movimentato lungo i tre assi x, y e z in realtime, senza che il fascio prodotto dagli acceleratori di particelle venga interrotto. Un’altra esigenza stringente è costituita dalla precisione della meccanica e quindi dell’elettronica di controllo. Tramite l’utilizzo dei sistemi Profibus è stato implementato il controllo remoto dell ‘apparato meccanico integrato con un sistema di monitoraggio online della posizione di ogni singolo rivelatore. Tale applicazione ha messo in evidenza i vantaggi derivanti dall’introduzione dei sistemi Profibus in termini di portabilità e semplicità, grazie all’uso di un sistema a singolo bus di comunicazione. Inoltre, si sono registrate buone performance in termini di velocità della rete durante la sofisticata interazione dinamica tra la console di comando e il dispositivo di controllo remoto. Una seconda applicazione presenta l’implementazione di un apparato fieldbus su un sistema di controllo del vuoto utilizzato per una camera a vuoto speciale usata per sviluppare e testare sistemi di rivelazione di particelle operanti in condizioni di vuoto spinto. Il sistema nel suo complesso include due pompe da vuoto, due sensori per il vuoto e un PLC. Le due pompe lavorano in sequenza, poiché ognuna di esse opera in un determinato range di pressione. Il PLC viene impiegato per monitorare la pressione nella camera e contiene una logica capace di far commutare il funzionamento di ogni pompa. In questo caso è stato dimostrato come sia possibile combinare le caratteristiche dell’intelligenza decentrata, in accordo con la filosofia dei sistemi fieldbus, con stazioni di supervisione, sistemi di controllo (regolatori, PLC, ecc.), attuatori e trasduttori che condividono il bus e interagiscono in modi differenti.

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A cura di Cristian Randieri. Articolo pubblicato sulla rivista Fieldbus & Networks  – Settembre 2003

Per scaricare l’articolo pubblicato sulla rivista, seguire il link riportato di seguito http://www.intellisystem.it/portfolio/fns-set-2003-profibus/

The Diamond Experiment “Esperimento Diamante” – National Nuclear Physics Institute INFN

Con il telecontrollo si possono ridurre i rischi di contaminazione da radiazione durante gli esperimenti di fisica nucleare 

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A cura di Cristian Randieri. Articolo pubblicato sulla rivista Fieldbus & Networks – Giugno 2003. 

Per scaricare l’articolo pubblicato sulla rivista, seguire il link riportato di seguito http://www.intellisystem.it/portfolio/fn-giu-03-diamond-experiment/

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Situati a Catania, i Laboratori nazionali del sud dell’Istituto nazionale di fisica nucleare rappresentano da anni un centro mondiale di ricerca per la fisica nucleare sperimentale. Recentemente qui è stato condotto l’esperimento di fisica nucleare denominato ‘Esperimento Diamante’, che prevedeva il test di un rivelatore sperimentale al diamante (composto da un film di diamante depositato mediante la tecnica ‘Microwave plasma enhanced chemical vapor deposition’ su un substrato al silicio) per lo studio sistematico di un fascio di protoni ottenuto mediante un acceleratore di tipo tandem da 15 MV. Nelle applicazioni in cui è previsto un elevato livello di radiazioni l’utilizzo di un rivelatore al diamante ha dimostrato, meglio di ogni altro materiale, la capacità di caratterizzare la regione interna di un fascio di particelle emesse da un acceleratore.

Misure di questo tipo rivestono particolare importanza per le applicazioni derivabili in ambito medico che utilizzino fasci di radiazioni. Solitamente tali misure vengono effettuate mediante dei rivelatori denominati ‘tazze di Faraday’, il cui limite sta nel fatto che il segnale da essi emesso è troppo basso perché se ne possa ottenere una risoluzione spaziale, il che limita la misura del profilo del fascio in esame.

Scopo dell’esperimento era porre a confronto le misure ottenute ottenute con tre diversi tipi di rivelatori, ossia al silicio, al diamante e basati sulle tazze di Faraday.

Spesso durante gli esperimenti di fisica nucleare si pone maggiore attenzione ai sistemi di acquisizione dei dati che non agli apparati di gestione dell’esperimento, trascurando a volte tutta una serie di complicazioni puramente operazionali che possono limitare la corretta esecuzione dell’esperimento stesso.

L’insorgere di questo tipo di problematiche, infatti, può ridurre drasticamente l’effettivo tempo di acquisizione dei dati sperimentali, poiché ogni qualvolta occorre accedere alla sala sperimentale, è necessario sospendere il fascio ed eseguire un nuovo set-up.

Facciamo qualche osservazione

Attualmente la maggior parte dei sistemi di supporto agli esperimenti di fisica nucleare sono attivati manualmente all’interno delle sale sperimentali. Durante ogni esperimento la presenza di radiazioni, pericolose sia per gli essere umani, sia per la strumentazione, richiede di porre le sale sperimentali in un cosiddetto stato di ‘Safety contro!’; perciò occorre sospendere il fascio ogni qualvolta un operatore deve intervenire all’interno delle sale.

Tra le sale sperimentali e quelle di acquisizione vengono approntate connessioni dedicate di tipo punto-punto; ciò significa che un gran numero di conduttori collegano le due zone, rappresentando di fatto un potenziale punto di diffusione delle radiazioni. I sistemi di telecontrollo e teleassistenza di ultima generazione proposti da Intellisystem Technologies, utilizzando la suite di protocolli TCP/IP permettono di ottimizzare le risorse logistiche, riducendo il numero delle connessioni necessarie, e riducono i costi di gestione. Consentono inoltre agli addetti di concentrarsi con maggiore libertà sul lavoro primario di acquisizione di dati e misure sperimentali. 

A prova di radiazione

Prendendo parte all’esperimento Diamante, Intellisystem Technologies ha testato un valido strumento per il monitoraggio delle sale sperimentali utilizzando le moderne tecnologie di telecontrollo e teleassistenza. Il micro embedded Web server Recs 1O1 prodotto dall’azienda, in grado di controllare 16 ingessi e 16 uscite, è stato impiegato in combinazione con una videocamera Axis 2120, a sua volta collegata a un modulo audio Axis 2191. E’ stato possibile disporre di una postazione di telecontrollo capace non solo di gestire immagini, ma anche di controllare lo stato di dispositivi esterni quali i sensori, e di manovrarne altri, quali gli attuatori. In particolare, il dispositivo Recs 101 è stato testato per la prima volta come sistema di supervisione e controllo per il posizionamento di un bersaglio mobile oggetto del test dell’esperimento, posto all’interno della camera a vuoto sperimentale ove ha avuto luogo il test. I risultati hanno mostrato l’ottima immunità della soluzione ai disturbi dovuti a radiazioni di tipo nucleare, nella fatti specie neutroni. L’integrazione del sistema Recs 101 con i dispositivi Axis e il sistema di movimentazione hanno dimostrato come sia possibile controllare da remoto tramite Internet un impianto sperimentale per la ricerca nel campo della fisica nucleare, ottimizzando costi e tempi d’esecuzione. Sono stati anche ridotti i tempi d’intervento degli operatori durante le varie fasi dell’esperimento, con conseguente diminuzione dei rischi da esposizione a radiazioni nucleari per gli addetti. Inoltre, per la prima volta più ricercatori da ogni parte del mondo hanno potuto connettersi alla sala sperimentale via Internet, tramite un canale video e uno audio bidirezionale, e controllare la movimentazione del bersaglio.