Il Time-Sensitive Networking (TSN) consente una singola infrastruttura di rete aperta che supporta l’interoperabilità multi-vendor tramite standardizzazione e convergenza IT e OT con garanzia di servizio.
Lo sviluppo della serie di standard TSN era inizialmente stato concepito per trasmettere dati sensibili al tempo a macchine in un loop chiuso e per gestire situazioni non controllabili dalle normali reti Ethernet. Tuttavia, il Time-Sensitive Networking può contribuire anche alla riduzione del rischio di incidenti e al miglioramento del livello di sicurezza della fabbrica.
Nell’ambiente di produzione esistono pericoli comuni che possono minacciare la salute e la sicurezza del personale d’officina, oltre ad avere un impatto negativo sul livello di sicurezza generale della fabbrica. I proprietari di fabbriche e i produttori sono quindi tenuti ad implementare precise procedure di sicurezza per assicurare una significativa riduzione del rischio di lesioni e di esposizione del personale a sostanze chimiche nocive.
Le procedure e i piani di sicurezza di una fabbrica devono considerare pericoli come il guasto di una macchina che può causare incidenti e lesioni al personale, l’esposizione a sostanze chimiche nocive, al rischio di incendi, a fuoriuscite di sostanze tossiche ed eccessiva rumorosità delle macchine.
In un ambiente di fabbrica o in una linea di produzione tipici, i macchinari o le apparecchiature spesso operano in tandem – con una macchina che si basa su un’altra macchina per i dati o il feedback. La rete Ethernet standard può in genere occuparsi della trasmissione dei dati ma, quando è satura per il traffico, possono insorgere problemi di trasmissione dei dati e verificarsi interruzioni della sincronizzazione.
Ciò può causare guasti dei macchinari o l’interruzione dei processi di fabbrica, comportando un aumento dei rischi all’interno dello stabilimento. L’applicazione della serie di standard TSN può gestire situazioni che presentano un incremento del traffico, facilitando la trasmissione dei dati in modo affidabile, senza che questa venga influenzata da un traffico di rete intenso e su distanze più lunghe rispetto a una rete Ethernet.
Operazioni come il controllo di robot richiedono dati in tempo reale entro millesimi di secondo. Se queste macchine non ricevono i dati in tempo, possono provocare l’interruzione dell’intero processo e della linea di montaggio. I bracci robotici, ad esempio, possono spostarsi sulla propria base a velocità e con una forza elevate, e ciò può causare gravi lesioni se non funzionano correttamente a causa della mancata ricezione di dati.
I collegamenti Ethernet non possono assicurare o garantire che questi pacchetti di dati vengano trasmessi nell’intervallo di tempo di 1µs talvolta necessario.
Inoltre, in fabbrica sono spesso presenti altre attrezzature con parti in movimento, lame o azione di taglio, ingranaggi e meccanismi rotanti. Se queste macchine non vengono comandate esattamente nei tempi in cui si suppone debbano operare, possono causare danni al personale di fabbrica che le utilizza e che si aspetta che un determinato processo avvenga entro un intervallo di tempo specifico.
Poiché il tempo è il fattore principale preso in considerazione dagli standard TSN, sviluppati per assicurare che i dati possano essere trasferiti dal trasmittente al ricevente in modo celere, la connettività TSN e la trasmissione in tempo reale dei dati può contribuire ad evitare situazioni pericolose dovute a problemi di tempo.
In un ambiente come quello di una raffineria petrolifera, esiste sempre il rischio di incendi e di emissioni di sostanze chimiche tossiche a causa di sostanze chimiche combustibili come metano, butano e molti altri idrocarburi coinvolti nel processo di raffinazione del petrolio greggio. Altri rischi tipici di una raffineria di petrolio, oltre all’incendio e all’esplosione, possono essere asfissia, ustioni, inalazione di sostanze tossiche e corrosività.
Le fonti di questi rischi sono caldaie, forni, serbatoi di stoccaggio, unità di cracking, scambiatori di calore e numerose altre apparecchiature e macchine dell’impianto. La maggior parte delle raffinerie e degli impianti possiede allarmi e sensori per monitorare il rischio di incendio e tossicità.
L’implementazione di una rete TSN potrebbe tuttavia migliorare notevolmente questi sistemi di rilevamento e allarme poiché può trasmettere rapidamente i dati critici all’unità di comando centrale, assicurando che gli operatori adottino le misure adeguate e che il personale non sia esposto ai rischi o subisca lesioni.
Le macchine e le apparecchiature difettose o non sottoposte ad adeguata manutenzione possono causare situazioni di rumorosità eccessiva e nociva. In situazioni come queste, il tempo è fondamentale. I sensori installati in fabbrica o sulle macchine rilevano l’aumento del livello acustico, dopo di che queste informazioni devono essere rapidamente trasmesse ai server o all’HMI (Human-Machine Interface, interfaccia uomo-macchina). Il personale può poi venire istruito ad evacuare immediatamente l'edificio o a spegnere le macchine che causano il problema.
In queste situazioni, una rete TSN sarebbe molto utile poiché può trasmettere i dati a basso jitter, senza perdita di pacchetti e rapidamente.
Tutte le fabbriche, gli impianti e i produttori sono tenuti a sviluppare piani, procedimenti e istruzioni di sicurezza come parte delle loro procedure operative standard.
Per implementare il TSN nell’ambito del piano di sicurezza della fabbrica, si raccomanda che il supervisore di fabbrica identifichi innanzitutto i rischi e i pericoli potenziali correlati a tutti i macchinari e processi della fabbrica. La fase successiva consiste nell’identificare tutti i macchinari e le linee di montaggio che richiedono dati critici in tempo reale e i pericoli correlati a queste macchine qualora non vengano soddisfatti i relativi requisiti in termini di dati.
Infine il supervisore di fabbrica implementerà una rete TSN e la classificherà in termini di gestione dei dati e procedure di trasmissione dati efficienti. Il supervisore di fabbrica descriverà nei dettagli la riduzione dei rischi correlata a questa rete.
In termini di effettiva integrazione nelle reti attuali, il bridge e l’endpoint TSN sarebbero collegati a un gateway IoT, un sistema SCADA o un’HMI per essere integrati nella piattaforma di gestione informazioni esistente in fabbrica. Un vantaggio fondamentale della serie di standard TSN è la loro apertura, per cui l’interoperabilità non costituisce un problema.
Questo assicurerebbe una trasmissione dei dati conforme alle esigenze e contribuirebbe a migliorare il livello di sicurezza in fabbrica in caso di emergenza o come parte dei normali processi di fabbrica.
La risposta alla domanda “può il TSN contribuire alla sicurezza in fabbrica?” è “sì”. Ethernet è per tradizione l’opzione di connessione preferita in molti settori e ambienti di lavoro per quanto riguarda la trasmissione e il trasferimento di dati su cavi digitali. Tuttavia Ethernet ha dei limiti fondamentali e non può quindi contribuire a ridurre i rischi sul lavoro in fabbrica o nell’ambiente di produzione con altrettanta efficacia delle reti TSN.
La serie di standard TSN offre soluzioni per la minimizzazione del jitter, la pianificazione temporale di quelle macchine e linee di montaggio che la richiedono e determinismo. Inoltre, il TSN può avere un ruolo importante nelle future procedure di sicurezza delle operazioni e dei processi di fabbrica.