L’IoT industriale, spesso abbreviato in IIoT (Industrial IoT), è l’uso di sensori, macchine e software connessi in fabbriche, utility, magazzini e altri siti industriali, in modo che le apparecchiature comunichino di continuo il proprio stato e la propria produzione invece di essere controllate da qualcuno durante un giro di ispezione. Un sensore di temperatura in una cella frigorifera, un contatore di energia su una linea di produzione, un sensore di livello su un serbatoio di refrigerante e un controller in grado di azionare una pompa a distanza diventano tutti dispositivi IoT industriali nel momento in cui i loro dati arrivano a un sistema dove qualcuno può vederli e intervenire.

L’idea non è nuova: negli stabilimenti si misura da un secolo. A cambiare sono stati il costo e la fatica della misura. Con sensori wireless a batteria, gateway economici e software in hosting, oggi uno stabilimento può strumentare cento asset senza stendere un solo cavo. Questo cambia quali problemi valga la pena misurare, ed è per questo che se ne parla così spesso nelle riunioni operative.

In breve

  • L’IoT industriale collega sensori, macchine e controller nei siti industriali, così che i loro dati siano disponibili in modo continuo e in un unico posto.
  • I dispositivi IoT industriali tipici sono sensori, gateway, gateway edge che traducono i protocolli delle macchine, controller e tracker.
  • Le tecnologie di base sono la radio a basso consumo, protocolli di messaggistica come MQTT e OPC UA, l’elaborazione edge e una piattaforma per dati, regole e allarmi.
  • Nell’IoT industriale l’IA lavora soprattutto su quei dati: risponde a domande, aiuta a configurare il monitoraggio e agisce tramite comandi autorizzati.

Che differenza c’è tra IoT e IoT industriale?

La tecnologia è in gran parte la stessa, quindi la differenza sta soprattutto in ciò che è in gioco. Un dispositivo IoT consumer, come il termostato smart di casa, può guastarsi e il risultato è un proprietario infastidito. Un dispositivo IoT industriale che non segnala una temperatura in aumento in una cella frigorifera farmaceutica può costare un intero lotto di prodotto.

Questa differenza nelle conseguenze condiziona tutto il resto. I dispositivi industriali sono costruiti per resistere a calore, polvere, vibrazioni e lavaggi, e spesso sono dichiarati per anni di autonomia della batteria anziché per mesi. Devono funzionare accanto ad apparecchiature vecchie di decenni che usano protocolli come Modbus. Le reti industriali devono coprire siti estesi, compresi scantinati, parchi serbatoi e piazzali dove il Wi-Fi non arriva mai. E i dati devono tradursi in una risposta con un responsabile preciso, per esempio un allarme che arriva al tecnico di turno e passa al supervisore se nessuno risponde.

C’è poi una differenza in chi acquista. L’IoT consumer si compra un gadget alla volta. L’IoT industriale è di solito un progetto con un business case, un team di manutenzione o di produzione che dovrà conviverci e un reparto IT che vuole sapere come è protetto. Anche i cicli di vita sono diversi: un gadget consumer può essere sostituito dopo tre anni, mentre da un’apparecchiatura industriale ci si aspetta che funzioni per dieci o vent’anni, quindi i sensori e il software che la circondano hanno bisogno di un piano di sostituzione e assistenza per tutto quel periodo.

Quali sono i dispositivi IoT industriali?

La maggior parte delle installazioni IoT industriali si basa su cinque tipi di hardware:

  • I sensori misurano una grandezza fisica: temperatura, umidità, vibrazioni, pressione, livello, portata, corrente elettrica, stato di una porta, concentrazione di gas. Le versioni industriali sono spesso alimentate a batteria e trasmettono a intervalli di pochi minuti per diversi anni.
  • I gateway ricevono i segnali radio di molti sensori e li inoltrano al software tramite Ethernet o un altro collegamento di backhaul. Un solo gateway sul tetto può coprire un intero sito.
  • I gateway edge e i convertitori di protocollo collegano le apparecchiature cablate. Leggono i registri di un contatore di energia Modbus o i valori di un server OPC UA su un PLC e li ripubblicano in un formato che il software IoT capisce.
  • I controller e gli attuatori permettono al sistema di agire oltre che di osservare: un relè che aziona una pompa, un controller per valvole, una presa smart su un deumidificatore.
  • I tracker comunicano la posizione di veicoli, container e attrezzature mobili, di solito tramite GPS.

La qualità dei prodotti IoT industriali varia molto, quindi i dettagli della scheda tecnica contano più del marchio. Conviene verificare l’autonomia della batteria all’intervallo di trasmissione previsto, il grado di protezione IP (IP67 significa a tenuta di polvere e protetto contro l’immersione temporanea), l’intervallo di temperatura di esercizio e se la banda radio corrisponde alla propria regione. In Europa si usa EU868, in Nord America US915, e un sensore progettato per una banda non comunica con un gateway progettato per l’altra.

L’altra questione pratica è l’alimentazione. Un sensore a batteria evita di chiamare un elettricista, ma la sua durata dipende quasi interamente da quanto spesso trasmette. Un dispositivo che invia una lettura ogni quindici minuti può durare cinque anni o più, mentre lo stesso dispositivo impostato per trasmettere ogni trenta secondi potrebbe richiedere una batteria nuova nel giro di pochi mesi. L’intervallo di trasmissione va scelto in base alla velocità con cui può cambiare la grandezza misurata: il livello di un serbatoio o la temperatura di un locale raramente richiedono letture più fitte di una ogni qualche minuto. Kilo Electronics offre gateway LoRaWAN per siti interni ed esterni, ma qualsiasi gateway compatibile di un altro fornitore fa lo stesso lavoro.

Quali tecnologie si usano nell’IoT industriale?

Le tecnologie dell’IoT industriale si dividono in quattro livelli, e per ciascuno un progetto deve scegliere una soluzione.

Si parte dalla connettività. Le reti LPWAN (low-power wide-area network) come LoRaWAN e mioty trasportano piccole letture per chilometri consumando pochissima batteria, ed è per questo che si adattano ai sensori che inviano pochi valori ogni qualche minuto. Il Wi-Fi è adatto ai dispositivi alimentati da rete che hanno più dati da inviare. I bus di campo cablati restano all’interno di macchine e quadri di comando.

Sopra la radio c’è la messaggistica. MQTT è un protocollo publish/subscribe leggero: i dispositivi pubblicano messaggi su topic di un broker e qualunque sistema sia iscritto a quei topic li riceve. OPC UA è diffuso per i dati strutturati che escono dai controllori industriali, perché descrive non solo il valore ma anche il suo significato, l’unità di misura e il contesto.

Tra le macchine e la rete, l’elaborazione edge esegue i calcoli vicino alle apparecchiature. Un gateway edge può interrogare venti registri Modbus ogni secondo ma inviare solo le medie al minuto, oppure mantenere un sito in funzione localmente quando cade la connessione internet.

Infine c’è la piattaforma, dove arrivano i dati: memorizza le letture di ogni dispositivo, crea dashboard, valuta regole, genera allarmi e invia comandi. La sicurezza attraversa tutti e quattro i livelli, dai collegamenti radio cifrati e dalle connessioni TLS fino alle chiavi per singolo dispositivo e ai permessi degli utenti. La serie di norme IEC 62443 è il riferimento che la maggior parte dei team di sicurezza industriale usa per strutturare questi requisiti.

Un dettaglio che attraversa tutti questi livelli mette in difficoltà molti primi progetti: nomi e unità di misura. Due contatori di energia di produttori diversi possono chiamare lo stesso valore “P_total” e “activePower”, uno in watt e l’altro in kilowatt. Se nessuno li riconduce a un’unica misura coerente, ogni dashboard e ogni allarme deve sapere quale contatore è quale. Decidere una convenzione per nomi e unità prima che arrivi il secondo fornitore evita molto lavoro da rifare in seguito.

Come si usa l’IA nell’IoT industriale?

IoT industriale e IA si incontrano in alcuni modi concreti. Il più vecchio è l’analisi: modelli che individuano andamenti anomali su molti sensori o stimano quando una macchina avrà bisogno di manutenzione. L’IA rende anche il sistema più facile da gestire, perché si può fare una domanda in linguaggio naturale (“quali congelatori sono stati sopra i −18 °C stanotte?”) invece di costruire un report. L’uso più recente è un’IA che può agire sulle apparecchiature, e questo pone la questione di chi l’abbia autorizzata e di come vengano verificate le sue azioni.

L’IA che agisce fa parte di quella che sempre più spesso si chiama IA fisica: collegare gli oggetti fisici perché software, persone e IA condividano lo stesso contesto e possano agire su di esso. In uno stabilimento in cui un sensore porta, un controller del ventilatore e una sonda di temperatura sono tutti raggiungibili da un unico sistema, un agente IA può accorgersi che la porta di una cella frigorifera è aperta da dieci minuti e suggerire di chiuderla, oppure accendere un ventilatore, entro i permessi che qualcuno ha impostato.

In Kilo, domande e azioni passano attraverso gli stessi permessi. Si può chiedere all’IA integrata di Kilo lo stato in tempo reale dei dispositivi e le letture memorizzate, per esempio quale congelatore è stato il più caldo durante la notte o quale linea ha consumato più energia lo scorso fine settimana. Se il team usa strumenti di IA propri, li collega tramite l’endpoint MCP di Kilo, dove possono fare solo ciò che è consentito all’utente che ha effettuato l’accesso. E quando Kilo AI invia un comando a un dispositivo, chiede prima una conferma esplicita e poi indica lo stato di esecuzione.

Esempi di IoT industriale

La maggior parte dei progetti IoT industriali che si ripagano in fretta risolve problemi ordinari.

Misurare l’energia di ogni linea è un primo passo comune. Uno stabilimento riceve una sola bolletta elettrica, ma i contatori a pinza su ciascuna linea mostrano quale consuma energia nel fine settimana, quando non si produce nulla.

Un altro esempio è l’aria compressa. Secondo il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, le perdite in un impianto industriale di aria compressa possono a volte sprecare dal 20 al 30% della produzione di un compressore. Per dare qualche numero: un compressore da 55 kW che funziona 6.000 ore all’anno a 0,20 € per kWh costa circa 66.000 € all’anno di esercizio; se un quarto di quell’aria va perso, spariscono circa 16.500 € all’anno. Un sensore di pressione che mostra come l’impianto perda pressione di domenica, a produzione ferma, rende visibile la perdita.

I livelli dei serbatoi di refrigeranti, lubrificanti e prodotti chimici sostituiscono i giri di controllo con l’asta di livello ed evitano che una linea si fermi per un serbatoio vuoto che nessuno aveva controllato. Nelle celle frigorifere e nei congelatori si installano sensori di temperatura con allarmi che raggiungono qualcuno anche di notte. I tracker su carrelli elevatori, rimorchi e container mostrano dove sono finite le attrezzature condivise. L’umidità nei magazzini è un esempio meno appariscente: carta, legno, componenti elettronici e alcuni ingredienti alimentari si deteriorano quando l’umidità esce dai valori previsti, e pochi sensori wireless in un magazzino mostrano quale angolo è umido.

Nessuno di questi casi richiede un nuovo sistema di produzione, ed è per questo che spesso l’IoT industriale comincia da qui. Ognuno segue lo stesso percorso: un sensore misura, un gateway inoltra la lettura, la piattaforma la memorizza associandola all’asset giusto, una regola la confronta con un limite e una persona designata riceve un allarme quando il limite viene superato. Una volta che questo percorso funziona per un problema, aggiungere il successivo è soprattutto questione di aggiungere sensori.

IoT industriale: domande frequenti

Lo SCADA fa parte dell’IoT industriale?

Lo SCADA è nato prima del termine IoT industriale e si concentra sulla supervisione e sul controllo di un processo, di solito su reti dedicate. L’IoT industriale in parte si sovrappone, ma estende il monitoraggio ad asset che lo SCADA non ha mai coperto, spesso con sensori wireless e software in hosting. Molti stabilimenti usano entrambi, uno accanto all’altro.

Che cos’è una piattaforma IoT industriale?

Una piattaforma IoT industriale è il software che riceve i dati dai dispositivi connessi e li trasforma in qualcosa che le persone possono usare: gestione dei dispositivi, storico dei dati, dashboard, regole, allarmi e, sempre più spesso, comandi remoti e API per altri sistemi. Si colloca tra l’hardware sul campo e le persone e le applicazioni che hanno bisogno dei dati.

L’IoT industriale è sicuro?

Può esserlo, se la sicurezza è progettata a ogni livello: connessioni radio e di rete cifrate, chiavi univoche per ogni dispositivo, gateway che non espongono porte aperte e permessi utente che limitano chi può vedere o comandare cosa. I punti deboli sono di solito le password predefinite, le reti non segmentate e i dispositivi che non ricevono mai aggiornamenti.

Si possono leggere tre contatori di energia sulle principali linee di produzione tramite un gateway edge Modbus, aggiungere due sensori di temperatura nella sala compressori e impostare un allarme per ogni domenica in cui una linea assorbe più del suo consumo di base a vuoto. Dopo un mese si saprà quale linea spreca energia quando non si produce nulla. Cinque dispositivi come questi rientrano nel piano gratuito di Kilo.