Sistemi elettronici per l'automazione e l'industria, PLC

Descrizione del segnale campionato

In questo esempio dal rapporto si evince che sono necessari 16 campioni per un periodo della sinusoide. Maggiore è questo numero, migliore è l'approssimazione perché significa che vengono prelevati molti campioni.

I segnali sono descritti da equazioni lineari e possono essere a dente di sega oppure a onda triangolare, entrambi di periodo T.

I segnali sono discreti nel tempo e campionati in modo regolare. Se sono campionati in modo regolare, significa che tra un campione e l'altro trascorre sempre lo stesso intervallo di tempo. Dunque gli istanti di campionamento si possono trovare facendo variare la costante k nei naturali con l'equazione t(k) = T * k.

La funzione che descrive il segnale sarà: e(t) = A * t + B0

I segnali sono discreti nel tempo e campionati in modo irregolare. Se sono campionati in modo irregolare invece, il tempo che intercorre tra un campione e l'altro non è sempre uguale, ma varia.

• La funzione sarà dunque descritta da: e(t)
• A t Bjk
• Discreti nelle ampiezze
• I segnali discreti nel tempo sono campionati.
• Come sono i segnali nelle ampiezze?
• Possono essere continui, o analogici, e discreti, o digitali.
• Esistono dei dispositivi chiamati convertitori che sono in grado di trasformare i segnali da analogici a digitali e viceversa.
• Ad esempio: supponiamo di voler inviare un messaggio vocale ad un amico. Innanzitutto la nostra voce deve essere acquisita per essere trasformata da analogica a digitale, come? Tramite il microfono la voce viene tradotta in un segnale elettrico, che viene campionato nel tempo e discretizzato nelle ampiezze (digitale). Una volta inviato il messaggio, se l'amico lo riproduce tramite l'altoparlante, quest'ultimo traduce il segnale digitale e campionato in un segnale discretizzato nel tempo. Dunque il segnale ascoltato è diverso rispetto a quello registrato. Per migliorare l'approssimazione del segnale

ascoltato e quindi renderlo più simile a quello registrato, vi sono dei filtri che smussano gli angoli della discretizzazione. Questo migliora il segnale in uscita, ma quest'ultimo sarà leggermente in ritardo rispetto a quello di partenza. Se il ritardo non viene percepito, allora il computer è riuscito a correggere questo errore di approssimazione.

Discreti binari

Il segnale discreto binario varia solamente tra due valori. Come viene codificata l'informazione?

L'informazione viene codificata nel tempo ed in particolare:

• nel periodo T (2 commutazioni: da 0 a 1 e da 1 a 0);
• nella lunghezza dell'impulso: (positivo), (negativo);
• T on, off, Duty Cycle, T on+T off on.

Lezione 3 - Prerequisiti 2 3

Discreti binari codificati

Codifica una sequenza di informazioni binarie nella distanza temporale di una serie di commutazioni.

Unità minima di informazione e suoi multipli

L'unità minima è il bit, che equivale a uno tra due valori possibili 0 e 1.

Il byte equivale a 8 bit.

La word equivale a 2 byte e dunque 16 bit.

La dword equivale a 2 word, 4 byte, 32 bit.

La lword equivale a 4 word, 8 byte e 64 bit.

Sensori e attuatori: un primo sguardo

Un primo sguardo

Sensori e attuatori dell'uomo

Si parla di human sensing quando si fa riferimento a quelle parti del nostro corpo che ci consentono di percepire l'ambiente attorno a noi e alcune sue particolare caratteristiche. Occhi, naso, bocca, orecchie, mani e pelle ci consentono di vedere, sentire odori e sapori, ascoltare, toccare e percepire grandezze come la temperatura, la pressione e l'umidità. Alcune di queste parti ci consentono anche di agire sull'ambiente a noi circostante, per esempio tramite la bocca possiamo emettere suoni a nostra volta, con le mani possiamo spostare o lavorare oggetti, emaniamo odori attraverso la nostra pelle.

Come si traspone tutto ciò in una macchina?

Gli input che vengono dati agli elaboratori prendono il nome di sensori, mentre gli

Output sono detti attuatori. Dal momento che l'uomo ha molti sensori, è difficile ricrearli alla perfezione su una macchina rispetto agli attuatori, che sono molti meno e più facili da automatizzare.

Cos'è un sensore? Il sensore è uno strumento che è in grado di convertire una grandezza fisica in un segnale elettrico.

Cos'è un attuatore? L'attuatore è uno strumento che è in grado di convertire un segnale elettrico in una grandezza fisica.

Cos'è un elaboratore? L'elaboratore è uno strumento che riceve in input corrente o tensione e restituisce in output corrente o tensione.

Quali tipologie di sensori e attuatori esistono? I sensori e gli attuatori possono essere:

• Analogici: convertono una sola informazione. Esempio: misurano la variazione di temperatura da -100 °C a 100 °C dando in output una tensione tra 0 e 3 V.
• Binari: convertono una sola informazione. Esempio: rilevano se una temperatura è superiore o inferiore a una soglia predefinita.

Sia o meno soprala soglia fissata, restituendo un valore compreso tra 0 e 3 V (ad esempio).

Numerici o smart: convertono più informazioni ed eventualmente anche di tipologie diverse. Se guardiamo l'informazione istantanea è di tipo binario, tuttavia sequenzialmente i bit possono assumere valori interi che portano con sé molte più informazioni. Ad esempio, un sensore numerico può restituirmi la temperatura di un ambiente in gradi centigradi, in Fahrenheit, ma può anche darmi informazioni riguardo a quando è stato costruito, da chi, quale sia il suo lotto di produzione e queste informazioni possono non essere utili nel 90% dei casi, ma diventano fondamentali nel momento in cui sorgono delle problematiche e si deve risalire alla fonte del problema.

Pulsanti e interruttori

Pulsante

Il pulsante è un sensore binario che ha uno stato di riposo, cioè quando non viene attivato, è attivo se viene premuto.

Il deviatore è un particolare tipo di interruttore dotato di una levetta che consente di deviare il passaggio di corrente.

In questo caso posso leggere due informazioni binarie complementari: se la levetta è posta sull'interruttore 1, allora leggerò uno 0 sull'interruttore 2 e viceversa.

Anche in questo caso fare diagnostica diventa piuttosto semplice perché se leggo due valori concordi, 0 per L1 e 0 per L2 o entrambi 1, allora so che la levetta è guasta.

Il selettore è un deviatore multiplo con ingressi alternativi.

Se dovessimo fare diagnostica in questo caso, quale sarebbe il risultato?

Potremmo minimizzare la funzione che mi indica tutti i casi in cui il selettore non è guasto, oppure procedere con l'informazione più intuitiva, cioè quando il selettore funziona correttamente e poi negare la funzione così ottenuta.

(!A&B&!C) * In questo caso: SEL.OK SELA SELB SELC(!A&!B&C) =!SEL.GUASTO

Sensori

Grandezze fisiche misurate

Quali sono le grandezze fisiche da misurare?

Parametri ambientali

Per parametri ambientali si intende ad esempio la temperatura, l'umidità, la pressione, che possono avere effetti sul processo.

Parametri di processo

I parametri di processo sono temperature, pressioni e umidità più difficili da rilevare rispetto a quelle ambientali, la portata, le concentrazioni chimiche, etc.

Cosa si intende per parametri più difficili da rilevare? Per esempio, nell'impianto di imbottigliamento della Coca Cola, si potrebbe voler conoscere la temperatura della bottiglia dopo che questa è stata formata e prima che venga riempita in quanto una temperatura troppo alta potrebbe comportare il rilascio di sostanze tossiche all'interno della bibita. Questa temperatura non può essere rilevata con un normale termometro a contatto, ma deve

essere misurata per esempio tramite una termo-camera.

Un altro esempio potrebbe riguardare la differenza nel range di temperatura misurabile: un termometro di casa può misurare da -40 °C a +40 °C, ma all'interno del processo di fusione di un materiale la temperatura può superare i 400 °C dunque si necessita di strumenti molto diversi, seppur la grandezza fisica sia la stessa.

Parametri legati alla movimentazione

Solitamente sono parametri legati all'utilizzo di motori elettrici, che dunque rilevano la corrente del motore, la sua velocità, la sua posizione, la temperatura, etc.

Lezione 3

Prerequisiti 2 6

Informazioni booleane a soglia

Informazione molto importante è poi quella di soglia, che mi permette ad esempio si capire se un oggetto è nel raggio di azione di un macchinario, se una temperatura supera una soglia prefissata oppure se è nelle tolleranze previste, etc.

Caratteristiche di un sensore

Un sensore è descritto dalle