Dipartimento di
Informatica e Sistemistica
Strumentazione
Dott. Ing. VINCENZO SURACI
ANNO ACCADEMICO 2012-2013
Corso di AUTOMAZIONE 1
(Lezione del Prof. ALESSANDRO DE CARLI)
PROLOGO
STRUTTURA DEL NUCLEO TEMATICO:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
CLASSIFICAZIONE DELLA STRUMENTAZIONE
IDENTIFICAZIONE DELLA STRUMENTAZIONE
BUSINESS DELLA STRUMENTAZIONE
COSTO DELLA STRUMENTAZIONE
TRASDUTTORI, ATTUATORI E SENSORI
DISPOSITIVI DI MISURA
GRANDEZZE MISURATE DAI DISPOSITIVI DI
MISURA
STRUTTURA DEI DISPOSITIVI DI MISURA
TECNOLOGIE DI TRASMISSIONE
2
STRUMENTAZIONE
STRUMENTAZIONE
HARDWARE
DISPOSITIVI DI
MISURA
CONTROLLORI
LOCALI
ATTUATORI
RETE DI
COMUNICAZIONE
SOFTWARE
CONFIGURAZIONE
STRUMENTI
CONFIGURAZIONE DEL
QUADRO DI CONTROLLO
SUPERVISIONE
COLLEGAMENTO ALLE
PROCEDURE DI
ESERCIZIO E DI
PIANIFICAZIONE
SUDDIVISIONE DELLA STRUMENTAZIONE
3
PROBLEMATICHE
CLASSIFICAZIONE
DELLA STRUMENTAZIONE
4
STRUMENTAZIONE
DISPOSITIVI DI MISURA
SENSORI
TRASDUTTORI
ATTUATORI
RELÈ
VALVOLE DI REGOLAZIONE
MOTORI
RETE DI COMUNICAZIONE
PUNTO-PUNTO
BUS DI CAMPO
DISPOSITIVI DI ELABORAZIONE
CENTRALIZZATI
DISTRIBUITI
LOCALI
CLASSIFICAZIONE DELLA STRUMENTAZIONE
5
STRUMENTAZIONE
STRUMENTAZIONE
DISPOSITIVI
DI MISURA
ATTUATORI
RETI DI
COMUNICAZIONE
- DI CAMPO CON USCITA
- ATTUATORI
- SUPPORTO FISICO
- ON/OFF (soglia)
- ON/OFF (relè)
- ARIA IN PRESSIONE
- ANALOGICA (4-20 mA)
- TENSIONE CONTINUA
- MOTO CONTINUO
(pericolo scintillazione)
- DIGITALIZZATA (intrins. analog.) Lineare
Rotativo
- TENSIONE MODULATA
- DIGITALE (intrins. digit)
Alternativo
- MOTO INCREMENTALE
- SMART CON USCITE
Passo-Passo
- INFORMAZIONI
DIGITALI
- VALORE ON/OFF
(valore + info addizionali)
- AZIONAMENTI
- VALORE ANALOGICO
- INTELLIGENTI CON USCITE - ELETTRICI
- IDRAULICI
- VALORE DIGITALIZZATO
DIGITALI
- PNEUMATICI
- PROTOCOLLI
(elaborazione delle misure)
CLASSIFICAZIONE DELLA STRUMENTAZIONE
6
STRUMENTAZIONE
DISPOSITIVI DI MISURA
STRUMENTAZIONE PER L’INDUSTRIA DI PROCESSO
STRUMENTAZIONE DI PROCESSO
STRUMENTAZIONE PER L’INDUSTRIA MANIFATTURIERA
STRUMENTAZIONE CINEMATICA
SENSORI ON-OFF
TRASDUTTORI CORRENTE - TENSIONE - POTENZA
LETTORI CODICI A BARRE
SISTEMI DI VISIONE (per verifica e per misura)
STRUMENTAZIONE DI ANALISI GAS E LIQUIDI
MISURA PARAMETRI CHIMICI E FISICI
ANALISI COMPOSIZIONE CHIMICA
STRUMENTAZIONE DA QUADRO E DA PANNELLO
CLASSIFICAZIONE DEI DISPOSITIVI DI MISURA
7
STRUMENTAZIONE
STRUMENTAZIONE DI PROCESSO
MISURE DI TEMPERATURA
PRESSIONE
PORTATA
LIVELLO
PH
STRUMENTAZIONE CINEMATICA
MISURE DI POSIZIONE
VELOCITÀ
ACCELERAZIONE
COPPIA
FORZA
STRUMENTAZIONE DI PROCESSO E STRUMENTAZIONE CINETICA
8
STRUMENTAZIONE
ATTUATORI
VALVOLE DI REGOLAZIONE
PER IL CONTROLLO ON-OFF (PWM, Energ. molto efficiente, bassa fed. di risp.)
PER IL CONTROLLO DI TIPO CONTINUO (Energ. poco efficiente, alta fed. di risp.)
ATTUATORI IDRAULICI E PNEUMATICI
PER IL COMANDO ON-OFF (switch)
ATTUATORI CON MOTO LINEARE (pistoni)
MOTORI A ROTAZIONE DI TIPO CONTINUO (turbine)
MOTORI A MOTO INCREMENTALE
AZIONAMENTI ELETTRICI
PER IL COMANDO ON-OFF
ROTAZIONE DI TIPO CONTINUO
CLASSIFICAZIONE DEGLI ATTUATORI
9
STRUMENTAZIONE
DISPOSITIVI E SOFTWARE DI CONTROLLO
P A S
PROCESS AUTOMATION SYSTEMS
P L C
PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER
PID
REGOLATORI
D C S
DISTRIBUTED CONTROL SYSTEMS
CONTROLLO PER L’INDUSTRIA MANIFATTURIERA
P L C
PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER
C N C
CONTROLLO NUMERICO COMPUTERIZZATO
SOFTWARE DI SUPERVISIONE
R T U
REMOTE TERMINAL UNIT
S C A D A
SUPERVISORY CONTROL AND DATA ACQUISITION
STRUMENTAZIONE DI LABORATORIO
APPARECCHIATURE DI PROVA IN LINEA E FUORI LINEA
CLASSIFICAZIONE DEI DISPOSITIVI DI ELABORAZIONE
10
10
PROBLEMATICHE
IDENTIFICAZIONE
DELLA STRUMENTAZIONE
11
STRUMENTAZIONE
CARATTERIZZAZIONE DI UNO STRUMENTO
VARIABILE
MISURATA
FUNZIONALITÀ
DELLO
STRUMENTO
NUMERO DI
IDENTIFICAZIONE
NELL’IMPIANTO
T
C
100
TEMPERATURA
REGOLATORE
IN FORMA CORRENTE
TC100
IDENTIFICAZIONE DI UNO STRUMENTO
12
STRUMENTAZIONE
VARIABILE MISURATA
A
E
F
I
J
L
P
T
Z
COMPOSIZIONE CHIMICA
TENSIONE
PORTATA
CORRENTE
FUNZIONALITÀ
R
I
REGISTRATORE
V
VALVOLA
E
INDICATORE
PRESSIONE
A
TEMPERATURA
S
ELEMENTO PRIMARIO DI
UN SENSORE DI MISURA
REGOLATORE O
CONTROLLORE
GENERATORE DI
ALLARME
COMMUTATORE O
INTERRUTTORE
Y
ELABORAZIONE
FINALIZZATA
POTENZA
LIVELLO
POSIZIONE
C
IDENTIFICAZIONE DEGLI STRUMENTI
13
STRUMENTAZIONE
STRUMENTO SINGOLO
TC
100
SIMBOLI GRAFICI
VARIABILE MISURATA E FUNZIONALITÀ
LOCALIZZAZIONE NELL’IMPIANTO
FUNZIONALITÀ RELIZZATA CON UN
DCS
FUNZIONALITÀ RELIZZATA CON UN
PLC
14
STRUMENTAZIONE
K
MOLTIPLICAZIONE PER UNA COSTANTE

INTEGRAZIONE
d
dt
DERIVAZIONE

SOMMATORIA
Δ
DIFFERENZA
x
MOLTIPLICAZIONE
>
SELEZIONE DEL MASSIMO
<
SELEZIONE DEL MINIMO
SIMBOLI GRAFICI OPERAZIONI ANALITICHE
15
STRUMENTAZIONE
SEGNALE GENERICO
SEGNALE PNEUMATICO
SEGNALE ELETTRICO
SEGNALE IDRAULICO
COLLEGAMENTO INTERNO
SIMBOLI GRAFICI DEI SEGNALI DI COMUNICAZIONE
16
STRUMENTAZIONE
VALVOLA
VALVOLA A TRE VIE
VALVOLA A QUATTRO VIE
VALVOLA AD ANGOLO
SIMBOLI GRAFICI DELLE VALVOLE
17
STRUMENTAZIONE
SERVOVALVOLA PNEUMATICA
SERVOVALVOLA PNEUMATICA
E
H
ATTUATORE ELETTROIDRAULICO
ATTUATORE IDRAULICO CON COMANDI ON/OFF
POMPA CENTRIFUGA
SIMBOLI GRAFICI DEGLI ATTUATORI
18
PROBLEMATICHE
BUSINESS
DELLA STRUMENTAZIONE
19
STRUMENTAZIONE
MERCATO DELLA STRUMENTAZIONE
PER I SISTEMI DI PRODUZIONE DI TIPO CONTINUO
DISTRIBUTED
320 M €
CONTROL SYSTEMS
STRUMENTI
DI MISURA
215 M €
PROGAMMABLE
LOGIC CONTROLLER
115 M €
VALVOLE E
POSIZIONATORI
ANALISI
GAS E LIQUIDI
STRUMENTI
DA QUADRO
65 M €
AZIONAMENTI
60 M €
APPARECCHIATURE
DA LABORATORIO
UPS
90 M €
85 M €
35 M €
7 M€
ARTICOLAZIONE DEL MERCATO
20
STRUMENTAZIONE
MERCATO DELLA STRUMENTAZIONE
PER I SISTEMI DI PRODUZIONE AD EVENTI PROGRAMMATI
PROGRAMMABLE
360 M €
LOGIC CONTROLLER
SENSORI E
CODIFICATORI
220 M €
220 M €
AZIONAMENTI
CONTROLLORI
A LOGICA CABLATA
140 M €
APPARECCHIATURE
DI PROVA
ATTUATORI
PNEUMATICI
STRUMENTI
DA PANNELLO
U.P.S.
110 M €
60 M €
40 M €
5 M€
ARTICOLAZIONE DEL MERCATO
21
STRUMENTAZIONE
MERCATO DELLA STRUMENTAZIONE
PER LE RETI DI DISTRIBUZIONE
SISTEMI DI
TELECONTROLLO
VALVOLE E
POSIZIONATORI
AZIONAMENTI
STRUMENTI
DI MISURA
86 M €
32 M €
27 M €
20 M €
ANALISI
GAS E LIQUIDI
13 M €
STRUMENTI
DA QUADRO
9 M€
APPARECCHIATURE
DI LABORATORIO
7 M€
U.P.S.
1 M€
ARTICOLAZIONE DEL MERCATO
22
STRUMENTAZIONE
PLC
SENSORI E
APPARECCHIATURE DI MISURA
BUS DI CAMPO
AUTOMAZIONE SU PC
AZIONAMENTI
IN CORRENTE ALTERNATA
SCADA/ HMI
RETI INDUSTRIALI
AZIONAMENTI/ MOTORI
SISTEMI OPERATIVI REAL-TIME
CONTROLLI NUMERICI
DCS
ALTRO
0
20
PENETRAZIONE NEL MERCATO
40
60
80
100
23
PROBLEMATICHE
COSTO
DELLA STRUMENTAZIONE
24
STRUMENTAZIONE
COSTO DEL SISTEMA DI AUTOMAZIONE
PER UN SISTEMA DI PRODUZIONE DI TIPO CONTINUO
REALIZZATO CON D C S
4% MANUTENZIONE
6% MESSA IN SERVIZIO
6%
SOFTWARE
DI GESTIONE
SOFTWARE
APPLICATIVO
37%
VALUTAZIONE DEI COSTI
HARDWARE
FIRMWARE
47%
25
STRUMENTAZIONE
COSTO DEL SISTEMA DI AUTOMAZIONE
PER UN SISTEMA DI PRODUZIONE DI TIPO CONTINUO
REALIZZATO CON P L C
MANUTENZIONE
6%
MESSA IN SERVIZIO
2%
SOFTWARE
DI GESTIONE
4%
HARDWARE
FIRMWARE
SOFTWARE
APPLICATIVO
58%
30%
VALUTAZIONE DEI COSTI
26
STRUMENTAZIONE
COSTO DEL SISTEMA DI AUTOMAZIONE
PER UN SISTEMA DI PRODUZIONE AD EVENTI PROGRAMMATI
REALIZZATO CON CONTROLLO NUMERICO E LOGICA CABLATA
6%
2%
MANUTENZIONE
MESSA IN SERVIZIO
3%
SOFTWARE
DI GESTIONE
25%
SOFTWARE
APPLICATIVO
VALUTAZIONE DEI COSTI
HARDWARE
FIRMWARE
64%
27
STRUMENTAZIONE
COSTO DEL SISTEMA DI AUTOMAZIONE
PER UN SISTEMA DI PRODUZIONE AD EVENTI PROGRAMMATI
REALIZZATO CON P L C E PC
4%
6%
MANUTENZIONE
MESSA IN SERVIZIO
15%
SOFTWARE
DI GESTIONE
HARDWARE
FIRMWARE
31%
44%
SOFTWARE
APPLICATIVO
VALUTAZIONE DEI COSTI
28
STRUMENTAZIONE
COSTO DEL SISTEMA DI AUTOMAZIONE
PER UNA RETE DI DISTRIBUZIONE
10%
8%
8%
MANUTENZIONE
MESSA IN
SERVIZIO
SOFTWARE
DI GESTIONE
HARDWARE
FIRMWARE
40%
SOFTWARE
APPLICATIVO
35%
VALUTAZIONE DEI COSTI
29
PROBLEMATICHE
TRASDUTTORI, ATTUATORI E
SENSORI
30
STRUMENTAZIONE
SCHEMA DI UNA CATENA DI MISURA E ATTUAZIONE
COORDINAMENTO
DELLE AZIONI DI
CONTROLLO
INTERFACCIA
MECCANICA
RETE DI
COMUNICAZIONE
DISPOSITIVO
DI
CONTROLLO
ELETTRICA
ATTUATORE
APPARATO
SENSORE
SISTEMA DI CONTROLLO
DELL’APPARATO
MISURA E
ATTUAZIONE
RUOLO DEL DISPOSITIVO DI MISURA
31
STRUMENTAZIONE
TRASDUTTORE
DAL LATINO TRANS-DUCERE = CONDURRE ATTRAVERSO
DISPOSITIVO FISICO PROGETTATO PER TRASFORMARE
GRANDEZZE FISICHE APPARTENENTI AD UN SISTEMA
ENERGETICO IN GRANDEZZE EQUIVALENTI APPARTENENTI
AD UN DIVERSO SISTEMA ENERGETICO.
ATTUATORE : TRASFORMA UN SEGNALE IN ENERGIA
SENSORE: TRASFORMA ENERGIA IN UN SEGNALE
STRUMENTAZIONE DA CAMPO
32
STRUMENTAZIONE
SENSORE
– TRASDUTTORE UTILIZZATO PER MISURARE LE CONDIZIONI
OPERATIVE DI UN APPARATO
• GRANDEZZA IN INGRESSO
– ENERGIA NEL DOMINIO FISICO DELL’APPARATO
• GRANDEZZA IN USCITA
– SEGNALE NEL DOMINIO FISICO DEL SISTEMA DI CONTROLLO
DISPOSITIVO
DI CONTROLLO
SEGNALE
ENERGIA
APPARATO
SENSORE
DOMINIO FISICO:
CORRENTE
TENSIONE
TRASDUTTORE
ELETTRICO
NUMERICO
SENSORI
000100101
CORRENTE
TENSIONE
FORZA
COPPIA
PRESSIONE
DOMINIO FISICO:
ELETTRICO
MECCANICO
IDRAULICO
33
STRUMENTAZIONE
ATTUATORE
– TRASDUTTORE UTILIZZATO PER TRASFORMARE UN SEGNALE DI
COMANDO IN AZIONE SUL PROCESSO
• FUNZIONE COMPLEMENTARE A QUELLA DEL SENSORE
• GRANDEZZA IN INGRESSO
– SEGNALE NEL DOMINIO FISICO DEL SISTEMA DI CONTROLLO
• GRANDEZZA IN USCITA
– ENERGIA NEL DOMINIO FISICO DELL’APPARATO
DISPOSITIVO
DI CONTROLLO
DOMINIO FISICO:
ELETTRICO
NUMERICO
SEGNALE
CORRENTE
TENSIONE
ENERGIA
ATTUATORE
TRASDUTTORE
000100101
STRUMENTAZIONE DI CAMPO
CORRENTE
TENSIONE
FORZA
COPPIA
PRESSIONE
APPARATO
DOMINIO FISICO:
ELETTRICO
MECCANICO
IDRAULICO
34
STRUMENTAZIONE
Ymax
CARATTERISTICHE DEI TRASDUTTORI
Campo d’escursione
della variabile d’uscita
CARATTERISTICA IDEALE
SOLITAMENTE UN
TRASDUTTORE È
SCHEMATIZZATO CON UN
COMPORTAMENTO LINEARE
STATICO
TALE IPOTESI SERVE PER
SEMPLIFICARE IL PROGETTO DI
CARATTERISTICA
IDEALE
UNA MODALITÀ DI CONTROLLO
BASATA SUL TRASDUTTORE
0
Campo d’escursione
della variabile d’ingresso
STRUMENTAZIONE DI CAMPO
Xmax
35
STRUMENTAZIONE
CARATTERISTICHE DEI TRASDUTTORI
Ymax
CARATTERISTICA REALE
OGNI TRASDUTTORE PRESENTA IN
REALTÀ SCOSTAMENTI DI
campo d’escursione
della variabile d’uscita
COMPORTAMENTO RISPETTO AL
0
TRASDUTTORE IDEALE
CARATTERISTICA
REALE
TALVOLTA TALE SCOSTAMENTO VIENE
TRASCURATO (APPROSSIMAZIONE
INGEGNERISTICA) MA NON DEVE ESSERE
MAI DIMENTICATO NELLA
PROGETTAZIONE DELLA MODALITÀ DI
CONTROLLO DAL MOMENTO CHE RISULTA
CARATTERISTICA
IDEALE
campo d’escursione
della variabile d’ingresso
STRUMENTAZIONE DA CAMPO
DETERMINANTE NELLA DEFINIZIONE
DELLA PRECISIONE STATICA
Xmax
36
STRUMENTAZIONE
Il discostamento tra il comportamento ideale e
quello reale può essere modellizzato come un
rumore (noise).
Il rumore di misura è determinante nella
definizione della precisione statica.
𝑒 𝑡
𝑟 𝑡
+
𝑑𝑎 𝑡
𝑢 𝑡
CONTROLLORE
ATTUATORI
+
+
𝑛 𝑡
+
𝑑 𝑡
+
PROCESSO
+𝑦 𝑡
+
SENSORI
RUMORE
STRUMENTAZIONE DA CAMPO
37
PROBLEMATICHE
DISPOSITIVI DI MISURA
38
STRUMENTAZIONE
DISPOSITIVI DI MISURA
GESTIONE
- ANALIZZATORI DI MATERIA
- MISURATORI DI MATERIA
- MISURATORI DI GRANDEZZE FISICHE
CONDUZIONE
- LETTORI CODICI
- SENSORI DI PROSSIMITÀ
- SENSORI DI FINE CORSA
- ANALIZZATORI DELLA VISIONE
COORDINAMENTO
- DELLE VARIABILI CONTROLLATE
- ON/OFF
- DELLE VARIABILI INTERNE
CAMPO
STRUMENTAZIONE AI VARI LIVELLI GERARCHICI
39
STRUMENTAZIONE
INFORMAZIONI NECESSARIE PER CARATTERIZZARE
UN DISPOSITIVO DI MISURA
GRANDEZZA DA MISURARE
PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO DEL SENSORE
TECNOLOGIE USATE PER LA REALIZZAZIONE
SEGNALE RICAVATO DAL SENSORE
INTERFACCIA VERSO L’APPARATO
CAMPO DI ESCURSIONE
PRESTAZIONI (Banda Passante)
CLASSE DI PROTEZIONE (IP xx yy)
COSTO
CARATTERIZZAZIONE DI UN DISPOSITIVO DI MISURA
40
STRUMENTAZIONE
CRITERI PER LA VALUTAZIONE DELLA
QUALITÀ DI UN DISPOSITIVO DI MISURA
COMPORTAMENTO STATICO (Precisione a t infinito)
COMPORTAMENTO DINAMICO (Funz. di trasf.)
CLASSE DI QUALITÀ (Sensibilità)
CAMPO DI MISURA (escursione)
CAPACITÀ DI SOVRACCARICO (in cond. non nominali)
COMPATIBILITÀ CON LA RETE DI COMUNICAZIONE
COMPATIBILITÀ ELETTROMAGNETICA
COMPATIBILITÀ CON GLI ALTRI COMPONENTI
DISPONIBILITÀ
VALUTAZIONE DI UN DISPOSITIVO DI MISURA
41
STRUMENTAZIONE
CARATTERIZZAZIONE DI UN DISPOSITIVO DI MISURA
SENSIBILITÀ: rapporto fra la variazione rilevata dal
sensore e la variazione della grandezza da misurare
RISOLUZIONE: la più piccola variazione della grandezza misurata che viene rilevata dal sensore
PRECISIONE: differenza fra il valore fornito dal
sensore e il valore reale da misurare
RISOLUZIONE DEL CONVERTITORE: la più piccola
variazione della grandezza misurata che viene
rilevata dal convertitore analogico/digitale.
CARATTRIZZAZIONE DI UN DISPOSITIVO DI MISURA
42
STRUMENTAZIONE
SEGNALE DI MODULATO
MODULATO
USCITA
IN AMPIEZZA IN FREQUENZA
PROPRIETÀ
DIGITALE
PRECISIONE
STATICA
ELEVATA
ELEVATA
LIMITATA DALLA
LUNGHEZZA DI
PAROLA
COMPORTAMENTO
DINAMICO
MOLTO
RAPIDO
LIMITATO DALLA
DINAMICA DEL
TRASDUTTORE
LIMITATO DAL
CAMPIONAMENTO
MEDIAMENTE
ELEVATA
LIMITATA
LIMITATA
SEMPLICE
SEMPLICE
TRAMITE
TRASDUTTORE
TRAMITE ACCOPPIATORE OTTICO
SEMPLICE
CONTATORE
DI FREQUENZA
SEMPLICE
SENSIBILITÀ
AL RUMORE
SEPARAZIONE
GALVANICA
COSTOSA
INTERFACCIA CON CONVERTITORE
A/D
UN CALCOLATORE
CAPACITÀ DI
ELABORAZIONE
MOLTO
LIMITATA
SEMPLICE
LIMITATA
CARATTERIZZAZIONE DI UN DISPOSITIVO DI MISURA
MEDIANTE
MICROCALCOLTORE
43
PROBLEMATICHE
GRANDEZZE MISURATE DAI
DISPOSITIVI DI MISURA
44
STRUMENTAZIONE
GRANDEZZE MECCANICHE
CARATTERISTICHE
GEOMETRICHE
SPOSTAMENTO
ANGOLO
LIVELLO
CINEMATICHE
GRADIENTE
VELOCITÀ
ACCELERAZIONE
OSCILLAZIONI
SOLLECITAZIONI
STRUTTURA
ACUSTICHE
FLUSSO
FORZA
PRESSIONE
COPPIA
MASSA
VISCOSITÀ
DENSITÀ
VELOCITÀ DEL SUONO
PRESSIONE DEL SUONO
FREQUENZA DEL SUONO
MISURA DELLE GRANDEZZE MECCANICHE
45
STRUMENTAZIONE
GRANDEZZE ELETTRICHE MISURABILI
CARATTERISTICHE
VARIABILI CIRCUITALI
TENSIONE (V - Volt)
CORRENTE (A – Ampere)
POTENZA (W – Watt)
PARAMETRI CIRCUITALI
RESISTENZA (W – Ohm)
INDUTTANZA (H - Henry)
CAPACITÀ (F - Farad)
IMPEDENZA (W – Ohm)
VARIABILI DI CAMPO
CAMPO ELETTRICO (Vm-1)
CAMPO MAGNETICO (T Tesla)
GRANDEZZE TERMICHE MISURABILI
CARATTERISTICHE
TEMPERATURA
DI CONTATTO
DI IRRAGGIAMENTO
MISURA DELLE GRANDEZZE ELETTRICHE E TERMICHE
46
STRUMENTAZIONE
GRANDEZZE CHIMICHE E FISICHE
CARATTERISTICHE
CONCENTRAZIONI
VALORE DEL PH
UMIDITÀ
CONDUZIONE DEL CALORE
CONTENUTO DELLE
PARTICELLE
NELLA SOSPENSIONE
TIPO DI MOLECOLE
NEI GAS
NELLE POLVERI
NEI FLUIDI
NEI SOLIDI
CARATTERISTICHE
OTTICHE
INTENSITÀ
LUNGHEZZA D’ONDA
COLORE
MISURA DELLE GRANDEZZE CHIMICHE E FISICHE
47
PROBLEMATICHE
STRUTTURA DEI
DISPOSITIVI DI MISURA
48
STRUMENTAZIONE
STRUTTURA DI UN DISPOSITIVO DI MISURA
DISPOSITIVO DI MISURA
- SENSORE DELLA GRANDEZZA
CHE CARATTERIZZA LA
VARIABILE CONTROLLATA
- DISPOSITIVO MECCANICO E/O
ELETTRONICO CHE AMPLIFICA
ED ELABORA LA VARIABILE DI
USCITA DAL SENSORE
- DISPOSITIVO CHE CONVERTE IL
VALORE ELABORATO DAL
PRECEDENTE DISPOSITIVO IN
MODO DA RENDERLO
COMPATIBILE CON LO
STANDARD DI COMUNICAZIONE
PRESCELTO
STRUMENTAZIONE
RETE DI COMUNICAZIONE
- PNEUMATICA
PRESSIONE VARIABILE FRA 3 E 15
psi
- ANALOGICA
CORRENTE VARIABILE
FRA 4 E 20 mA
- SMART
ANALOGICA IN CORRENTE
CONTINUA CON SOVRAPPOSTA
TRASMISSIONE DIGITALE SECONDO
MODALITÀ DI TIPO PROPRIETARIO
( HART, INTERSOR, DXR 275)
- BUS DI CAMPO
TRASMISSIONE DIGITALE SECONDO
PROTOCOLLI PROPRIETARI O
FISSATI DA NORME INTERNAZIONALI
- WIRELESS
49
STRUMENTAZIONE
DISPOSITIVO DI MISURA DI TIPO STANDARD
ALLA RETE DI
COMUNICAZIONE
GRANDEZZA
CHE CARATTERIZZA
LA VARIABILE
DA MISURARE
DISPOSITIVO DI MISURA
SENSORE
DISPOSITIVO DI
AMPLIFICAZIONE
ED ELABORAZIONE
MECCANICO O
ELETTRONICO
STRUMENTAZIONE DA CAMPO
DISPOSITIVO DI
ADATTAMENTO
ALLA RETE DI
COMUNICAZIONE
(TRASMETTITORE)
50
STRUMENTAZIONE
GRANDEZZA
DA MISURARE
TRASDUTTORE
SENSORE
AMPLIFICATORE
FILTRO
PASSA-BASSO
CAMPIONAMENTO
E TENUTA
CONVERTITORE
A/D
MICRO
CALCOLATORE
RETE DI COMUNICAZIONE
STRUTTURA DI UN DISPOSITIVO DI MISURA DIGITALE
51
STRUMENTAZIONE
STRUMENTAZIONE SMART
GLI STRUMENTI SMART FORNISCONO, OLTRE ALLA
MISURA DELLA VARIABILE CONTROLLATA, ANCHE
LA MISURA DI ALTRE VARIABILI SIGNIFICATIVE PER
CONOSCERE LE CONDIZIONI OPERATIVE
DELL’APPARTO SU CUI SONO MONTATI.
TALI MISURE SONO DI AUSILIO PER LA
CONDUZIONE DELL’APPARATO E CONSENTONO DI
GESTIRE IN ANTICIPO SITUAZIONI ANOMALE E DI
FORNIRE INFORMAZIONI DA UTILIZZARE PER LA
MANUTENZIONE PREVENTIVA
STRUMENTAZIONE SMART
52
STRUMENTAZIONE
DISPOSITIVO DI MISURA DI TIPO SMART
GRANDEZZA
CHE CARATTERIZZA
LA VARIABILE
CONTROLLATA
ALLA RETE DI
COMUNICAZIONE
DIGITALE
DISPOSITIVO DI MISURA SMART
SENSORE
AMPLIFICATORE
PRINCIPALE
CONVERTITORE A/D
MICROPROCESSORE
ELABORAZIONE
DIGITALE
SENSORI
VARIO TIPO
DISPOSITIVO DI
ADATTAMENTO
ALLA MODALITÀ DI
COMUNICAZIONE
GRANDEZZE
CHE CARATTERIZZANO
ALTRE VARIABILI DI USCITA
DEL SISTEMA DA CONTROLLARE
STRUMENTAZIONE DA CAMPO
53
STRUMENTAZIONE
DISPOSITIVO DI MISURA INTELLIGENTE
ALLA RETE DI COMUNICAZIONE DIGITALE
VISUALIZZAZIONE DEL VALORE OTTENUTO DALLA STRUMENTAZIONE
INTELLIGENTE IN MODO DA RENDERLA FACILMENTE UTILIZZABILE NEL
CONTROLLO O NELLA GESTIONE OPPURE INTERPRETABILE
DISPOSITIVO DI MISURA “INTELLIGENTE”
SENSORI
VARIO TIPO
AMPLIFICATORE
CONVERTITORE A/D
MICROPROCESSORE
ELABORAZIONE IN
HARD E IN
SOFT-COMPUTING
DISPOSITIVO DI
ADATTAMENTO
ALLA MODALITÀ DI
COMUNICAZIONE
GRANDEZZE
CHE CARATTERIZZANO LA VARIABILE CONTROLLATA
E ALTRE VARIABILI AD ESSA CONNESE
STRUMENTAZIONE DA CAMPO
54
INTERFACCIA PER
L’ISTALLAZIONE DEL
SENSORE
SENSORE
ELABORAZIONE DEL
SEGNALE FORNITO DAL
SENSORE
ELABORAZIONE
PER MIGLIORARE LA
QUALITÀ DELLA
GRANDEZZA MISURATA
INTERFACCIA VERSO LA
RETE DI
COMUNICAZIONE
STRUTTURA DI UN DISPOSITIVO DI MISURA
TRASMETTITORE
DISPOSITIVO DI MISURA
STRUMENTAZIONE
55
STRUMENTAZIONE
ESEMPIO: TRASMETTITORE MULTIVARIABILE
DI PRESSIONE DIFFERENZIALE
SENSORE PRICIPALE: ORIFIZIO
SENSORI SECONDARI: CAPACITIVI E PIEZIELETTRICI
GRANDEZZE MISURATE:
• PORTATA
VARIABILE CONTROLLATA
• PRESSIONE VARIABILE INTERNA
• PRESSIONE DIFFERENZIALE VARIABILE INTERNA
• TEMPERATURA
VARIABILE INTERNA
PRECISIONE:
1% DEL VALORE MISURATO
ESCURSIONE:
STRUMENTAZIONE DA CAMPO
8:1
56
PROBLEMATICHE
TECNOLOGIE DI
TRASMISSIONE
57
STRUMENTAZIONE
TECNOLOGIA DOMINANTE
TECNOLOGIE PER LA COMUNICAZIONE
ANALOGICA 4…20 mAcc
TENSIONE MODULATA
A FREQUENZA FISSA
BUS DI CAMPO CON PROTOCOLLO
- PROFIBUS
- FIELDBUS FOUNDATION
PNEUMATICA ANALOGICA HART
DIGITALE
4…20 mAcc
3…15 psi
1950
1975
STRUMENTAZIONE DA CAMPO
WIRELESS
2000 tempo
58
STRUMENTAZIONE
PROTOCOLLO DI TRASMISSIONE HART
HIGHWAY ADDRESSABLE REMOTE TRANSDUCER
TRASMISSIONE CONTEMPORANEA SULLO STRESSO SUPPORTO FISICO
DI UNA VARIABILE ANALOGICA E DI INFORMAZIONI DIGITALIZZATE
MEDIANTE UN SEGNALE DI TIPO ANALOGICO
TRASMETTITORE
SENSORE
PRINCIPALE
CONVERSIONE
IN 4 – 20 mAcc
INFORMAZIONI
DIGITALIZZATE
CONVERSIONE CON
PROTOCOLLO HART
SEGNALE DI TIPO
ANALOGICO DA
TRASMETTERE
4 – 20 mAcc
DOPPINO TELEFONICO
o WIRELESS
PROTOCOLLO HART
59
STRUMENTAZIONE
INFORMAZIONE
DIGITALIZZATA
SEGNALE
ANALOGICO
DAL SENSORE
CONVERTITORE
A/D
MEMORIA
MICRO
PROCESSORE
SEGNALE DI TIPO
CONTINUO DA
TRASMETTERE
4 – 20 mA
CONVERTITORE
D/A
SISTEMA DI
COMUNICAZIONE
STRUTTURA DI UN TRASMETTITORE CON PROTOCOLLO HART
60
STRUMENTAZIONE
PROTOCOLLO DI TRASMISSIONE HART
HIGHWAY ADDRESSABLE REMOTE TRANSDUCER
GRANDEZZA DIGITALIZZATA
1
FREQUENZA DELLA PORTANTE
1200 Hz
0
2200 Hz
VARIABILE ANALOGICA
OTTENUTA DAL TRASDUTTORE
PROTOCOLLO HART
1 mA
GRANDEZZA DIGITALIZZATA
CONVERTITA SECONDO IL
PROTOCOLLO HART
61
STRUMENTAZIONE
MODELLO DI RIFERIMENTO OSI
OPEN SYSTEM INTERCONNECTION
PROTOCOLLO
DI TRASPORTO
PROTOCOLLO DI
APPLICAZIONE
LIVELLO
FUNZIONE
7
SERVIZIO
ESPOSIZIONE DEI DATI
6
PRESENTAZIONE
CONVERSIONE DEI DATI
5
SESSIONE
GESTIONE DEL DIALOGO
4
TRASPORTO
AFFIDABILITÀ DELLA
TRASMISSIONE
3
RETE
INSTRADAMENTO
2
LINEA
ACCESSO CONDIVISO AL
MEZZO TRASMISSIVO
1
FISICO
CODIFICA DI
SEGNALE
STRUTTURA DI UN MESSAGGIO HART
PROTOCOLLO HART
ISTRUZIONI HART
PROTOCOLLO
HART
STANDARD DI COMUNICAZIONE BELL
202
62
STRUMENTAZIONE
STRUTTURA DI UN MESSAGGIO HART
1 BIT
PREAMBOLO
SD
AD
CD
BC
1 BIT
8 BIT
1 BIT
STATO
DATI
PARITÀ
STATO DI COMUNICAZIONE
CONTEGGIO BIT RESTANTI
ISTRUZIONE HART
TERMINALE DI VISUALIZZAZIONE E INDIRIZZO DEL
DISPOSITIVO DI CAMPO
CARATTERE DI
INIZIALIZZAZIONE
STRUTTURA DI UN MESSAGGIO HART
63
campo di escursione
della variabile di uscita dal trasmettitore
mA
STRUMENTAZIONE
20
18
VARIABILE MISURATA E
GRANDEZZA AUSILIARA
CONVERTITE CON IL
PROTOLLO HART
16
14
VARIABILE MISURATA DAL SENSORE
ED ELABORATA CON TECNICHE
ANALOGICHE DAL TRASMETTITORE
12
10
8
6
4
i
i+1
i+2
i+3
i+4
i+5
i+6
i+7
i+8
tempo
TRASMISSIONE CON PROTOCOLLO HART
GRANDEZZA
AUSILIARIA
DIGITALIZZATA
SEQUENZA
DI BIT
64
STRUMENTAZIONE
ANALOGICA
CORRENTE CONTINUA CON ESCURSIONE COMPRESA FRA 4 e 20 mA
PROTOCOLLO HART
CORRENTE CONTINUA CON ESCURSIONE COMPRESA FRA 4 e 20 mA CON SOVRAPPOSTA UNA CORRENTE SINUOIDALE DI AMPIEZZA PICCO-PICCO DI 1 mA
REMOTE TERMINAL UNIT
COMUNICAZIONE DIGITALE CON
STANDARD DI COMUNICAZIONE RSxxx O
IEEExxx
PROTOCOLLI
FIELDBUS FUNDATION
PROFIBUS
MODBUS
INDUSTRIAL ETHERNET
COMUNICAZIONE DIGITALE BIDIREZIONALE FRA UN DISPOSITIVO DI CAMPO DI
TIPO SMART E UN DISPOSITIVO DI
ELABORAZIONE DEL TIPO PLC O DCS
INTERFACCIA VERSO LA RETE DI COMUNICAZIONE
65