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DIGITAL EDGE COMPUTING ICS Controllo industriale Il compito del controllo è dirigere le interazioni fisiche che avvengono in uno stabilimento. Per effettuare que- ste interazioni vengono utilizzati azionamenti, ovvero dispositivi elettromeccanici che convertono segna- li elettrici in azioni di natura fisica, come ad esempio il posizionamento di un pezzo o l’assemblaggio di un componente. Gli azionamenti industriali possono essere pensati come dispositivi per il controllo di movimenti di tipo lineare o rotatorio. Gli azionamenti possono essere di tipo elettrico, come motori, dispositivi piezoelettrici e solenoidi oppure di tipo non elettrico, come martinetti, freni e pompe di tipo idraulico oppure altri dispositivi che sfruttano un controllo di tipo pneumatico. Motori Il funzionamento dei motori è basato sul campo ma- gnetico generato dalla corrente elettrica che lo attra- versa che crea una forza meccanica rotativa. Essi pos- sono essere classificati in motori in alternata (AC), in continua (DC) e passo-passo, che convertono impulsi elettrici in movimenti meccanici discreti. Solenoidi I solenoidi operano in maniera analoga ai motori, ma generano un movimento lineare. Quando una corren- te elettrica passa attraverso una bobina, viene indotto un campo magnetico che esercita una forza su un’asta interna per spostarla con un movimento di tipo linea- re. Essi possono essere pilotati in corrente oppure in tensione ed essere utilizzati in una pluralità di applica- zioni, dai relè al controllo delle valvole agli interruttori. Nel caso dei dispositivi piezoelettrici, l’applicazione di una tensione provoca uno spostamento meccanico poiché il materiale, solitamente quarzo o ceramica, si deforma. Essi garantiscono una risposta rapida, con un controllo preciso. Oltre a ciò risultano particolarmente efficienti dal punto di vista energetico, in quanto non è necessario consu- mare energia per mantenerli nel loro stato come acca- de per i solenoidi. Gli svantaggi sono legati al fatto che richiedono un’elevata tensione e presentano fenomeni di isteresi. Tra i loro possibili utilizzi si possono annove- rare interfacce tattili per dispositivi consumer, posizio- namento delle valvole e meccanica di precisione. Pilotaggio degli azionamenti Per il pilotaggio degli azionamento si fa ricorso a un AFE (Analog Front End), formato da un convertitore D/A (DAC) e da un buffer ad alta tensione per gene- rare per tensioni richieste per il pilotaggio. Queste, in sintesi, le caratteristiche principali che deve avere il convertitore D/A: risoluzione compresa tra 10 e 14 bit, tempo di assestamento di 10μs, monotonicità inferiore a 1 LSB DNL, frequenza di 100 KHz e consumi conte- nuti. A causa della bassa velocità di conversione, di soli- to un convertitore D/A formato da una rete a scala di resistenze (ladder) risulta adeguato allo scopo. In fun- zione delle caratteristiche del carico si ricorre solita- mente a un buffer ad alta tensione tra il convertitore D/A e l’azionamento. Anelli di controllo Anche se diversificati tra di loro, gli anelli di controllo condividono alcuni elementi comuni, tra cui sensori e funzionalità di misura, analisi e riscontro. Sensore singolo Per meglio comprendere i principi del controllo, in pri- ma istanza è possibile prendere in esame un sistema relativamente semplice. In figura 2 è riportato lo schema di una camera cli- matica con una serie di laser e i relativi controllori. I laser devono essere mantenuti all’interno di un range di temperatura molto ristretto, dell’ordine di alcuni de- cimi di gradi Kelvin. Per regolare la temperatura della camera è possibile iniettare aria calda o fredda. Per ciascun laser e controllore sono previsti termistori po- sti nelle vicinanze per la misura della temperatura. Per essere sicuri di aver impostato la temperatura cor- retta, è necessario prendere in considerazione il fatto che potrebbe esistere una differenza tra la temperatu- ra effettiva e quella misurata dal termistore. Questa dif- ferenza è l’errore in temperatura. Sommando l’errore di ciascun termistore ed estraendo la radice della me- dia dei quadrati (rms) è possibile minimizzare l’errore nel caso peggiore (worst case). In questo caso è possibile ottenere un numero unico da utilizzare per la stima dell’errore in temperatura e che permette di determinare come controllare il flusso d’aria che entra nella camera. Il metodo più semplice per effettuare questo controllo prevede la moltiplicazione dell’errore per un numero P. Ciò fornisce una differenza che è possibile utilizzare per l’impostazione della temperatura dell’aria. Il valo- re attribuito a P determinerà la velocità di riduzione dell’errore. Uno schema di controllo di questo tipo non è comun- que in grado di eliminare completamente l’errore. Per conseguire questo obiettivo è necessario tener conto dei valori precedenti. Con l’aggiunta di un termine che 45 - ELETTRONICA OGGI 476 - MARZO 2019