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title: 2 - Supervisione gestione guasti
tags: Misure
info: dal video 22-09 minuto 52:00 fino al video 23-09 minuto 15:00
description: Blocco slide 2
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# Supervisione gestione guasti

## Monitoraggio di un sistema

Osservare il trend di un segnale per capire quando la variabile sta andando fuori trend (lui ha detto trend ma con il significato di soglia), permette di avere i seguenti vantaggi:
- ridurre i fermi di produzione
- ridurre i costi di manodopera
- aumentare i ricavi
- aumentare la sicurezza
- aumentare l'efficienza della manutenzione

## Supervisione e gestione dei guasti

**Controllo:** azione volta a generare gli ingressi che garantiscono ad un sistema (o sottosistema) il soddisfacimento di specifiche desiderate
**Supervisione:** azione volta a garantire che l'automazione si svolga nel modo desiderato
**Automazione:** azione volta a garantire la ripetibilità di una o più azioni del sistema con un intervento minimo o assente dell’operatore umano.

### Piramide dell'automazione
- Livello di gestione (Automazione)
- Livello di conduzione (Supervisione): sono gli impianti
- Livello di coordinamento (Controllo): sono gli apparati
- Livello di campo (Controllo): sono i dispositivi

In questa piramide la frequenza (delle operazioni) aumenta verso il basso e la banda aumenta verso l'alto.

## Supervisione classica
Realizzata tramite politiche di “limit checking” su alcune importanti variabili di processo. Gli “allarmi” sono generati se vengono superate delle soglie prefissate. L'allarme può non essere sufficiente ad individuare la causa del problema, o potrebbe arrivare in ritardo.

> Un Processo P è una qualunque cosa che è in opera, che ha un ingresso e un'uscita. L'uscita è sottoposta a rumore. Sul processo possono verificarsi guasti (per cause interne/esterne).

Se riscontro una variazione in uscita, questa potrebbe essere prodotta da: guasti, disturbi o rumore.
In un sistema a catena chiusa si valutano sia gli ingressi che le uscite.

1. **Monitoraggio**: le variabili misurate sono confrontate rispetto ai limiti di tolleranza, e gli allarmi sono generati di conseguenza per l’operatore.
2. **Azione manuale**: dopo la generazione dell’allarme, l’operatore deve prendere le opportune contromisure per limitare gli effetti negativi dell’anomalia sul processo.
3. **Protezione automatica**: se l’allarme è relativo ad una variabile pericolosa di processo, allora la contromisura può essere attivata direttamente dal sistema automatico; il processo viene commutato in uno stato detto “stato sicuro”, tipicamente uno spegnimento di emergenza.
4. **Scelta dei limiti**: viene fatto un compromesso tra la minima variazione apprezzabile e i falsi allarmi dovuti alla fluttuazione delle variabili.

### Compiti di base della supervisione

Consideriamo un processo P che operi in ciclo aperto, e definiamo le seguenti
variabili:
- $F_i$ : guasti dovuti a cause interne (usura, surriscaldamento, perdite, ecc ...);
- $F_e$ : guasti dovuti a cause esterne (umidità, corrosione, ecc ...);
- $\theta$ : parametri interni di processo;
- $\Delta \theta$ : variazione dei parametri interni di processo;
- $x$ : stato del processo;
- $\Delta x$ : variazione dello stato del processo;
- $y$ : uscita del processo;
- $\Delta y$ : variazione dell'uscita del processo;
- $n$ : disturbi e/o rumore.

### Pro e Contro Supervisione classica
$\checkmark$ semplice da implementare e da utilizzare
$\times$ efficaci solo in condizione di regime,
$\times$ sensibili solo per ampie variazioni,
$\times$ in sistemi di grandi dimensioni possono generare il fenomeno della “doccia di allarmi”, ovvero allarmi a catena in un breve intervallo di tempo,
$\times$ ritardi nell’individuazione o indeterminabilità del guasto.
## Supervisione avanzata
Valutazione sui dati a disposizione del sistema.

**Generazione feature**: segnale caratteristico dalla cui analisi è possibile estrapolare l’informazione diagnostica.
**Individuazione guasto:** analisi dei segnali caratteristici per capire se il sistema è in stato di funzionamento corretto oppure è affetto da guasto.
**Diagnosi guasto:** utilizzo di tecniche diagnostiche per determinare la tipologia, grandezza e posizione del guasto.
**Valutazione del guasto:** classificazione del guasto nelle diverse classi di rischio.
**Decisione:** in base alla classe di rischio del fault classificato e del suo possibile grado di pericolo, è possibile scegliere la contromisura (manuale o automatica) da adottare.

Le contromisure in fase di decisione possono essere:
- **Operazione “stop”**: arresto in caso di un imminente pericolo per il processo o per l’ambiente.
- **Operazione “cambio”**: non si interrompe la produzione ma si cambiano le condizioni operative del sistema.
- **Operazione “riconfigura”**: e.g. utilizzare altri sensori, attuatori o componenti ridondanti per mantenere il processo sotto controllo tramite una struttura “riconfigurata”.
- **Manutenzione**: modificare i parametri di processo o sostituire le parti danneggiate istantaneamente o alla prima occasione disponibile.
- **Riparazione**: rimuovere completamente la causa del guasto istantaneamente o alla prima occasione disponibile.

### Applicazioni e vantaggi
Con la supervisione avanzata si può operare non solo a regime, ma anche nel transitorio.
- si possono individuare facilmente i piccoli guasti che hanno comportamenti bruschi
- il servizio di diagnosi può essere remoto, basta poter accedere da remoto al DB che contiene i dati dei log (Grande vantaggio Industria 4.0)
- sistemi tolleranti ai guasti e riconfigurabili perchè sfruttando la diagnostica possono andare a riconfigurare parte del funzionamento dell'impianto
- diagnosi di guasti su attuatori, processi, componenti, sensori anche in “ciclo chiuso”
- controllo di qualità (ex qualità prodotti assemblati)
- mantenimento / manutenzione dell’intero impianto;

### Individuazione guasti con modelli di segnale

Un guasto agisce su un processo (ovvero qualcosa che ha un attuatore ed è sensorizzato).
Nel caso dell'individuazione del guasto basata sul modello di segnale uso l'informazione del segnale tramite delle funzione di Fourier o di correlazione per calcolare ampiezza e frequenza (generazione feature). Di volta in volta vado a imporre dei valori soglia di queste misure che non possono essere superati.

### Individuazione guasti con modelli di processo
Se ho un modello matematico o qualitativo si generano le feature con la stima parametrica, equazioni di parità o stima dello stato (generazione feature). Queste feature non sono altro che dei parametri stimati delle variabili di stato osservate o residui calcolati con l'equazioni di parità. Si fa anche un checking della soglia. Non è un limit checking solo sull'uscita ma anche sull'input. Dall'input e dall'uscita andiamo a creare una feature, un segnale ricco di informazioni, su cui andiamo a vedere di nuovo un checking sulla soglia.

## Domande di Riepilogo
- **Che differenza c’è tra controllo e supervisione?**
Il controllo è a livello basso (ovvero di Campo) che significa andare a modificare gli ingressi affinchè il sistema o il sottosistema abbia un comportamento secondo le specifiche.
La supervisione è l'azione di monitoraggio, ovvero mi permette di vedere se il sistema funziona correttamente oppure no.
- **Quali sono i compiti di base per la supervisione dei processi tecnologici?**
Fa un check con i valori di soglia e mi genera un allarme in caso di superamento di tali valori.
- **Quali effetti ha la retroazione sul segnale da diagnosticare?**
Quando un sistema è connesso in catena chiusa ad un controllore, se un guasto mi fa alzare o abbassare l'uscita, automaticamente la catena in retroazione chiusa e il controllore compenserà l'effetto del guasto. L'uscita è sempre uguale ma ho uno sforzo in più in quanto l'ingresso cambia. È necessario verificare contemporaneamente sia ingresso che uscita.
- **Quali sono i compiti aggiuntivi inclusi nella supervisione avanzata, rispetto alla supervisione classica?**
Nella supervisione classica si genera un allarme (eventualmente una protezione automatica se la variabile è pericolosa), mentre in quella avanzata si introduce un livello superiore di generazione delle feature, c'è un rilevamente del guasto, diagnosi del guasto, valutazione del guasto e alla fine si fa la riconfigurazione del sistema sulla base dell'informazione presa.
- **Che differenza c’è tra disturbo, rumore e fault?**
Disturbo: qualcosa di inspettato che deve essere compensato da un'azione del sistema.
Rumore: tutto ciò che non è eliminabile e fa parte del processo di misura (es. sensori che danno oscillazioni, disturbi elettromagnetici, ...).
Fault (guasto): crea una deviazione o un'interruzione dell'obiettivo, danneggia la sicurezza e la capacità di ottenere quello che voglio.