Development of a cybersecure and robust HMI/NMC for an integrated automation system in the field of industrial air conditioning

Data is considered as a fundamental resource that has allowed humans to make great technological progresses. Projections predict that this tendency will eventually grow up exponentially. Sticking back to the present, it has to be said that we are moving to a digital world in which every aspect of our life is coded and stored. When it comes to the industrial environment, the digitalization is actually stressed more. Nowadays we call it industry 4.0. The main idea is to collect data from sensors in order to be able to learn, predict and control goods production processes. If the interconnections of such net of sensors is funded on Internet protocols, this technology is eventually called the “Internet of Things” (IoT). Besides using the previous sentences to catch the reader’s attention, the intent of this thesis is focused on the need of providing an efficient, resilient, robust and innovative platform for the data storage facilities. The project is centered on the cooling facilities that modern datacenter user/collocators uses every day and their needs. It is common practice to think that data collection and its saving play a fundamental role in the possibility of future use as a source of information. Among data collecting sensors, only a very little part is effectively used to drive and optimize the plant. This means that in the current IoT scenario we are currently storing a huge amount of data for the future. Hidden schemes, that may allow energy and process optimization, are the new investment for the future. Nevertheless, the data storage task is often taken for granted and mechanical, especially when considering the variety of digital supports at their state of art on our modern society. The role of digital archives has been proved to be successful, not only in the protection of information, but also in the immediate and constant usability of data. The problem of consulting data and offering services to a wide audience is now solved thanks to the numerous investments in telecommunication, storage and processing infrastructures that have been done all over the world. For every solution, however, there is a threat; in the case of digital archives or data processing centers, these risks are mainly due to data loss, breakdowns and intrusions. Another aspect that has to be always kept in mind, is the principle of energy saving for the environmental protection. The IT infrastructures presented till now represent a real challenge. To tackle the issue of failures, one of the main problems of the datacenter concerns the disposal of the heat exchanged by racks; this problem affects both data processing centers and storage centers. The second topic of interest, that is IT security, not only introduces the need for the development of communication protocols that must be robust to cyber attacks, but underlines the need for a human-machine interface for the industrial process on site to be solid, in order to minimize the possibilities of unwanted accesses to IT infrastructures, increasing the degrees of redundancy in security.

I dati sono considerati una risorsa fondamentale che ha permesso agli esseri umani di compiere grandi progressi tecnologici. Si stima che questa tendenza sia destinata crescere in modo esponenziale. Tornando al presente, va detto che ci stiamo muovendo verso un mondo digitale in cui ogni aspetto della nostra vita è codificato e archiviato. Quando si tratta dell'ambiente industriale, la digitalizzazione è ancora più marcata. Oggi la chiamiamo industria 4.0. L'idea principale è raccogliere dati dai sensori per poter apprendere, prevedere e controllare i processi di produzione. Se le interconnessioni di tale rete di sensori sono strutturate su protocolli Internet, questa tecnologia viene anche chiamata “Internet delle Cose” (IoT). Oltre a utilizzare le frasi precedenti per attirare l'attenzione del lettore, l'intento di questa tesi è focalizzato sulla necessità di fornire una piattaforma efficiente, resiliente, robusta e innovativa per le strutture di archiviazione dei dati. Il progetto è incentrato sulle strutture di raffreddamento che i moderni utenti/collocatori di data center utilizzano ogni giorno e sulle loro esigenze. È pratica comune pensare che la raccolta dei dati e il loro salvataggio svolga un ruolo fondamentale nella possibilità di un futuro utilizzo come fonte di informazioni. Tra i sensori che raccolgono dati, solo una piccolissima parte viene effettivamente utilizzata per guidare e ottimizzare l'impianto. Ciò significa che nell'attuale scenario IoT stiamo archiviando un'enorme quantità di dati per il futuro. Schemi nascosti, che potranno consentire l'ottimizzazione energetica e di processo, sono il nostro investimento per il futuro. Tuttavia, il compito di archiviazione dei dati è spesso dato per scontato e meccanico, soprattutto se si considera la varietà di supporti digitali allo stato dell'arte nella nostra società moderna. Il ruolo degli archivi digitali si è dimostrato vincente, non solo nella protezione delle informazioni, ma anche nell'immediata e costante fruibilità dei dati. Il problema della consultazione dei dati e dell'offerta di servizi ad un vasto pubblico è oggi risolto grazie ai numerosi investimenti in infrastrutture di telecomunicazione, stoccaggio ed elaborazione che sono stati fatti in tutto il mondo. Per ogni soluzione, però, c'è una minaccia; nel caso di archivi digitali o centri elaborazione dati, tali rischi sono principalmente dovuti a perdita di dati, guasti e intrusioni. Un altro aspetto da tenere sempre presente è il principio del risparmio energetico per la salvaguardia dell'ambiente. Le infrastrutture informatiche presentate fino ad ora rappresentano una vera e propria sfida. Per affrontare il tema dei guasti, uno dei principali problemi del datacenter riguarda lo smaltimento del calore scambiato dai rack; questo problema riguarda sia i centri di elaborazione dati che i centri di archiviazione. Il secondo tema di interesse, ovvero la sicurezza informatica, non solo introduce la necessità dello sviluppo di protocolli di comunicazione che devono essere robusti agli attacchi informatici, ma sottolinea la necessità di un'interfaccia uomo-macchina affinché il processo industriale in loco sia solido, al fine di minimizzare le possibilità di accessi indesiderati alle infrastrutture informatiche, aumentando i gradi di ridondanza in sicurezza.