Automazione Industriale: Fondamenti, Energia e Sistemi di Controllo Avanzati

Automazione: Concetti Fondamentali

L'automazione è la tecnologia impiegata per eseguire processi o procedure senza l'intervento umano diretto.

Elementi di Base di un Sistema Automatizzato

• Energia: Necessaria per il funzionamento del sistema e il completamento del processo.
• Programma: Per guidare e dirigere il processo.
• Sistema di Controllo: Per eseguire le istruzioni e controllare il processo.

Tipi di Energia nell'Automazione

L'energia è un componente cruciale per il funzionamento dei sistemi automatizzati. Esistono diverse forme di energia utilizzate:

• Elettrica
• Meccanica
• Termica
• Fonti alternative: combustibili fossili, energia idroelettrica, solare, eolica.

L'energia è altresì necessaria per le funzioni di movimentazione dei materiali, come il carico e lo scarico.

Energia nell'Automazione: Funzioni Essenziali

L'energia è indispensabile per le seguenti funzioni all'interno di un sistema automatizzato:

1. Unità di Controllo: I controllori moderni utilizzano energia per leggere le istruzioni del programma, eseguire calcoli, controllare ed eseguire le istruzioni, trasmettendo i comandi ai dispositivi di azionamento.
2. Energia per Attivare i Segnali di Controllo: I comandi inviati dalla centralina sono eseguiti da dispositivi elettromeccanici chiamati attuatori. I comandi sono comunemente trasmessi attraverso segnali di controllo a bassa tensione.
3. Raccolta ed Elaborazione di Informazioni: Le informazioni devono essere raccolte e utilizzate come input per gli algoritmi di controllo. Inoltre, potrebbe essere necessario monitorare le prestazioni del processo o la qualità del prodotto. Queste funzioni richiedono energia, anche se in quantità modeste.

Sistemi di Controllo

Il sistema di controllo di un sistema automatizzato ha il compito di eseguire il programma e di far sì che il processo svolga la sua funzione definita. I sistemi di controllo possono essere di due tipi principali:

Sistemi di Controllo a Circuito Chiuso

Circuito Chiuso

In un sistema a circuito chiuso, la variabile di uscita viene confrontata con un valore di riferimento (setpoint), e l'eventuale differenza tra i due viene utilizzata per regolare l'uscita in modo che sia coerente con il valore di riferimento.

Sistemi di Controllo a Circuito Aperto

Circuito Aperto

Un sistema di controllo a circuito aperto funziona senza un anello di feedback, senza misurare la variabile di uscita. Pertanto, non c'è confronto tra il valore di uscita attuale e il valore desiderato nel valore di riferimento.

Funzioni di Automazione Avanzata

Le funzioni avanzate riguardano il miglioramento delle performance e la sicurezza delle attrezzature, quali:

• Monitoraggio della sicurezza
• Diagnosi e riparazione
• Rilevamento errori e recupero da guasti

Monitoraggio della Sicurezza

Risposte del Sistema di Sicurezza

• Spegnimento del sistema
• Emissione di allarmi sonori
• Rallentamento dei processi
• Intervento per correggere la violazione della sicurezza

Tipi di Sensori

• Di limite
• Fotoelettrico
• Temperatura
• Fumo
• Pressione
• Visione

Livelli di Automazione

Il concetto di sistemi automatici può essere applicato a diversi livelli delle operazioni di fabbrica. Normalmente, associamo il concetto di automazione alla produzione di singole macchine. Tuttavia, la macchina produttiva è essa stessa composta da sottosistemi che possono essere automatizzati.

Siamo in grado di identificare cinque possibili livelli di automazione in un impianto di produzione, come spiegato nella figura seguente: