Sistemi di controllo distribuiti: l’architettura chiave per l’automazione industriale flessibile

Oggigiorno, nel mondo dell’automazione industriale, l’efficienza non è più solo una questione di performance.
Flessibilità, scalabilità e capacità di adattamento rapido alle esigenze produttive sono diventate leve imprescindibili.

Ma come si può adempiere a queste aspettative?

I sistemi di controllo distribuiti rispondono perfettamente a queste esigenze, portando l’intelligenza direttamente sul campo e aprendo la strada a impianti più reattivi, modulari e sicuri.

In questo articolo vedremo insieme come funzionano, quali sono i loro vantaggi rispetto ai sistemi centralizzati e quali soluzioni offriamo per progettare architetture DCS (Distributed Control System: sistema di controllo distribuito) affidabili e pronte per l’Industria 4.0.

Cosa sono i sistemi di controllo distribuiti?

Un sistema di controllo distribuito è un’architettura in cui il controllo è suddiviso tra diversi nodi intelligenti, ciascuno dei quali gestisce in autonomia una porzione di processo.

Grazie a una rete industriale solida e performante, questi nodi comunicano tra loro in modo sincronizzato e sicuro, garantendo un controllo decentralizzato ed efficiente.

Questa struttura consente agli impianti di adattarsi con facilità a nuove configurazioni, ridurre i tempi di risposta e semplificare la diagnostica direttamente sul campo. Una scelta ideale per ambienti complessi e ad alta variabilità.

Controllo centralizzato vs controllo distribuito: cosa cambia davvero?

Nei sistemi tradizionali centralizzati, tutto passa da un unico PLC o CPU, con criticità evidenti:

• cablaggio complesso e costoso
• punti di failure singoli
• limitata flessibilità in caso di modifiche o ampliamenti.

Con i sistemi di controllo distribuiti, invece, l’intelligenza è suddivisa in moduli locali a bordo macchina, con vantaggi concreti:

• riduzione significativa del cablaggio
• maggiore scalabilità e modularità dell’impianto
• maggiore affidabilità locale in caso di guasti
• tempi di risposta più rapidi.

Da anni, in Murrelektronik crediamo fermamente nella decentralizzazione intelligente. Progettiamo soluzioni flessibili, robuste e facili da integrare, pensate per supportare le esigenze della produzione moderna.

I componenti chiave di un sistema di controllo distribuito

La progettazione di un DCS richiede una selezione strategica dei componenti.
Ogni parte del sistema deve integrarsi in modo fluido all’architettura generale, garantendo prestazioni elevate, sicurezza, operativa e facilità di manutenzione.

Ma quali sono i pilastri fondamentali?

• controllori locali e PLC
• reti di comunicazione industriale 
• interfacce HMI e sistemi SCADA 

Entriamo nel dettaglio.

Controllori locali e PLC intelligenti

I controllori locali rappresentano il cuore logico dell’automazione distribuita. Si tratta di unità intelligenti, installate in prossimità delle utenze (sensori, attuatori, sistemi di visione, motori, valvole), che eseguono localmente logiche di controllo e funzioni decisionali.

A differenza di un’architettura centralizzata, dove tutti i segnali confluiscono in un unico PLC, in un DCS i controllori locali elaborano i dati direttamente sul campo.

Questo approccio riduce drasticamente la lunghezza del cablaggio, il traffico sulla rete e il tempo di risposta complessivo del sistema. Inoltre, favorisce una struttura modulare, in cui ogni nodo può operare in modo indipendente, ma coordinato.

Questo garantisce maggiore continuità operativa: un’anomalia su un segmento non compromette l’intero impianto.

L’utilizzo dei controllori locali è particolarmente vantaggioso in:

• Celle robotizzate e linee di produzione modulari, dove è richiesta indipendenza funzionale.
  
• Impianti a configurazione variabile, soggetti a riconfigurazioni frequenti o lotti produttivi flessibili.
  
• Zone remote dello stabilimento, in cui portare segnali fino al quadro centrale risulterebbe inefficiente.

L’integrazione nativa con moduli I/O, funzioni diagnostiche e interfacce fieldbus rende questi dispositivi centrali nella progettazione di architetture scalabili e manutenibili.

Reti di comunicazione industriale performanti

Una rete di comunicazione solida e deterministica è il pilastro portante di qualsiasi sistema di controllo distribuito.

In un DCS, la rete collega controllori, moduli I/O remoti, interfacce operatore, sistemi SCADA e periferiche intelligenti. Il traffico di dati dev’essere sicuro, rapido e sincronizzato, affinché l’intero sistema operi in modo coerente e senza ritardi critici.

I protocolli più diffusi per queste applicazioni sono:

• PROFINET e Ethernet/IP, per comunicazioni industriali standard ad alte prestazioni.
  
• EtherCAT, per applicazioni real-time rigorose e motion control.
  
• IO-Link, per l’interconnessione di dispositivi intelligenti a livello sensore-attuatore.

Una rete ben progettata deve certamente considerare:

• La topologia fisica (lineare, ad anello, stella, mesh).
• I requisiti di diagnostica integrata per la manutenzione predittiva.
• La compatibilità con layer superiori (MES, ERP, cloud) tramite edge computing o protocolli standard come OPC-UA e MQTT.

Senza contare che l’adozione di switch IP67, connettori industriali certificati e cavi preassemblati consente l’implementazione diretta sul campo, riducendo i tempi di installazione e gli errori di collegamento.

Interfacce HMI e supervisione SCADA evoluti

In un DCS, l’interazione uomo-macchina assume un ruolo strategico. Le HMI (Human-Machine Interface) consentono all’operatore di monitorare, configurare e intervenire localmente sul processo. Devono essere robuste, intuitive e dotate di funzionalità grafiche evolute per supportare l’analisi in tempo reale e la diagnostica contestuale.

Le HMI sono spesso collocate direttamente a bordo macchina e collegate alla rete industriale via Ethernet o bus di campo, così da scambiare dati in modo rapido e affidabile con i controllori locali e i sistemi di supervisione.

Il sistema SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) raccoglie e centralizza le informazioni provenienti da tutto l’impianto:

• Visualizza lo stato in tempo reale dell’intera infrastruttura.
• Gestisce allarmi e soglie di processo.
• Archivia dati storici per l’analisi prestazionale e la manutenzione predittiva.
• Interagisce con sistemi esterni (MES/ERP) per la digitalizzazione completa della produzione.

Un buon progetto di automazione distribuita prevede un’integrazione trasparente tra HMI, controllori e SCADA, così da garantire continuità operativa, visibilità completa dell’impianto e capacità decisionale distribuita.

Le soluzioni Murreletronik per un’architettura DCS completa

Per supportare l’implementazione di architetture distribuite affidabili, proponiamo un portafoglio di soluzioni che copre tutte le esigenze dell’automazione decentralizzata: controllo, I/O, comunicazione e manutenzione.

Ecco le nostre soluzioni:

• Vario-X 
  
• Impact67 Pro 
  
• Tecnologia di rete 

Vario-X: Automazione decentralizzata senza armadio elettrico

Vario-X è una piattaforma IP67 completamente modulare che consente di installare automazione, alimentazione e comunicazione direttamente sul campo, eliminando l’armadio elettrico.

Il controllore integrato, con funzioni edge e supporto per OPC-UA e MQTT, consente l’elaborazione locale dei dati e l’interfacciamento nativo con ambienti IIoT.

Il cuore del sistema è proprio questo controllore decentralizzato, dotato di una CPU multicore e progettato come piattaforma aperta, in grado di controllare l’intero sistema e comunicare con tutti i principali standard del settore. Grazie a questa architettura, è possibile costruire sistemi in cui anche la logica di controllo è distribuita direttamente a bordo macchina, favorendo un’automazione flessibile, scalabile e perfettamente integrabile in qualsiasi impianto.

Impact67 Pro: Modulo IO-Link Master IP67 per automazione decentralizzata

 Il modulo Impact67 Pro è una soluzione IO-Link Master compatta e robusta, ideale per l’automazione decentralizzata in ambienti industriali gravosi. Con un grado di protezione IP67, è progettato per installazioni direttamente sul campo, eliminando la necessità di armadi elettrici e riducendo significativamente il cablaggio.

Dotato di otto porte multifunzionali IO-Link Classe A/B, ciascuna configurabile come ingresso o uscita digitale o analogica, Impact67 Pro offre una flessibilità senza precedenti. Ogni porta supporta fino a 4 A di corrente, garantendo un’alimentazione adeguata per una vasta gamma di dispositivi.

La compatibilità con protocolli industriali come PROFINET, EtherNet/IP ed EtherCAT assicura un’integrazione fluida nei sistemi esistenti. Inoltre, l’interfaccia OPC UA integrata consente l’accesso diretto ai dati di processo e diagnostica, facilitando l’integrazione con sistemi IT e applicazioni IIoT.

Grazie alla funzione IODD on board, la configurazione dei dispositivi IO-Link è rapida e intuitiva, senza la necessità di strumenti aggiuntivi. Il modulo supporta anche la diagnostica avanzata, monitorando in tempo reale parametri come tensione, corrente e temperatura, per una manutenzione predittiva efficace.

Con la sua struttura completamente resinata e resistente alle vibrazioni, Impact67 Pro è la scelta ideale per applicazioni in ambienti difficili, offrendo affidabilità, scalabilità e facilità di manutenzione per l’automazione industriale moderna.

Tecnologia di rete: Comunicazione industriale veloce e sicura

Con l’ampia gamma di cavi per la connessione dati e agli switch IP67 come, ad esempio, Xelity, offriamo tutto il necessario per costruire una rete industriale affidabile.

Le nostre soluzioni sono ideali per impianti distribuiti in ambienti gravosi, le nostre soluzioni di rete garantiscono trasmissione stabile, sicurezza e velocità.

In Murrelektronik affianchiamo i nostri clienti nella progettazione e realizzazione di sistemi di controllo distribuiti affidabili, scalabili e performanti, capaci di affrontare le sfide della fabbrica intelligente.