Optimization of the wiring and electrical components installation procedure for industrial IP67 control networks: a model based approach

The role of the fieldbuses in industrial production lines has become increasingly important in recent years. In particular, IP67 remote I/O devices, which allow cables from sensors and actuators to be collected in a single point and then go with only two cables (data and power) to the control cabinet, are gaining in popularity, greatly simplifying the wiring and error detection processes and transmitting fieldbus communication throughout the field. It is in this context that Murrelektronik, a leading company in the automation field, is developing an innovative software, uKonn-X, which purpose is to guide the operator during the wiring operations, indicating from time to time the two connectors between which to connect a cable scanned via a machine-readable code from a smartphone. The purpose of this thesis is to generate a model capable of returning as output the optimal wiring sequence, having as input the 3D model of the machine and the electrical scheme. Starting from the inputs of uKonn-X, a graph is generated, that will be run first as a Travelling Salesman Problem, and later as a Vehicle Routing Problem (imagining that there are several operators simultaneously working on the same project) then comparing the results obtained with those of the Minimum Spanning Tree of the same graph. It is the first step to implement a function in uKonn-X that can not only guide the operator on the points to be wired, but also in the order of operations.

Negli ultimi anni il ruolo dei bus di campo nelle linee di produzione industriali si è fatto sempre più importante. In particolare, stanno prendendo sempre più piede i dispositivi I/O remoti IP67, che permettono di raccogliere in un unico punto i cavi provenienti da sensori e attuatori, per poi andare con solo due cavi (dati e alimentazione) al quadro elettrico, semplificando enormemente le operazioni di cablaggio e rilevamento degli errori, oltre a trasmettere comunicazione fieldbus per tutto il campo. È in questo contesto che Murrelektronik, azienda leader nel settore dell’automazione, sta sviluppando un software innovativo, uKonn-X, il cui scopo è guidare l’operatore durante le operazioni di cablaggio, indicando di volta in volta i due connettori tra i quali collegare un cavo scansionato tramite un machine-readable code da uno smartphone. Lo scopo di questa tesi è generare un modello in grado di restituire in output la sequenza ottimale di cablaggio, avendo come input il modello 3D della macchina e lo schema elettrico. Partendo dagli input di uKonn-X verrà quindi generato un grafo, che sarà gestito prima come Travelling Salesman Problem, e successivamente come Vehicle Routing Problem (immaginando che ci siano più operatori contemporaneamente a lavorare sullo stesso progetto) confrontando poi i risultati ottenuti con quello del Minimum Spanning Tree dello stesso grafo. È il primo passo per implementare una funzione in uKonn-X in grado non solo di guidare l’operatore sui punti da cablare, ma anche nell’ordine delle operazioni.