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title: 16 - Strumentazione per l'automazione
tags: Misure
info: dal video 10-28 minuto 1:01:00
description: Blocco slide 16
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Entriamo ora in un nuovo macroblocco, ovvero quello più tecnologico. Abbiamo visto che il workflow del funzionamento delle tecniche parte sempre dall'acquisizione dei dati: è importante sapere come acquisire l'informazione. Vediamo quindi come funzionano i sensori e come possiamo trattare i segnali.

# 16 - Strumentazione per l'automazione
### Riepilogo
Fino ad adesso abbiamo detto perché si fa supervisione: mi permette di capire se quello che si sta facendo a livello di impianto è corretto oppure no e se tutto sta procedendo nella maniera desiderata.
La diagnosi è quella parte di supervisione che si rende conto della presenza di un guasto che fa si che il processo non stia funzionando nella maniera corretta e desiderata. L'abbiamo fatta tramite modelli di processo, usando l'analisi del segnale o usando l'analisi dei dati. Siamo sempre partiti da fatto che qualcuno ci ha fornito i dati con cui andare a lavorare.

Siamo partiti da questo schema. Tutto quello che entra nel blocco giallo, che è il blocco di diagnosi o supervisione diagnostica, sono gli ingressi e le uscite. Gli ingressi non sono un grosso problema perchè, se il sistema è controllato, gli ingressi ce li fornisce direttamente il controllore ma le uscite bisogna che in qualche modo vengano fornite al sistema di supervisione. Per farlo, devo andare a fornire una misura tramite sensori, ovvero dispositivi che mi danno informazioni sul processo in esame.
A partire da quelli, abbiamo fatto analisi con modelli di segnale, analisi con modelli di processo, abbiamo visto tutte le tecniche di rilevamento dei guasti, abbiamo visto le tecniche di diagnosi e qualcosa di prognosi.

## Introduzione
Quello che vediamo adesso è come collocarci nel livello di campo per andare a fare acquisizione dei dati.
Oltre al fatto che è importante avere le informazioni dei sensori, tutto ciò è importante perchè dietro c'è un mercato.
Vediamo l'analisi del mercato nazionale di automazione e strumentazione: quest'indagine di mercato fa vedere qual è il business (a livello di soldi che circolano) sul mercato della sensoristica sul mercato italiano, inteso sia come mercato interno che come prodotti in Italia ed esportati all'estero. L'oggetto dell'indagine sono i fatturati realizzati dalle imprese italiane del settore (imprese che hanno sede in Italia) considerano sia il mercato domestico che quello estero, distinguendo per macrocategoria di prodotto ("offerta") e per tipologia di mercati di sbocco ("domanda"). I risultati sono del 2012, ma ci servono solo per avere un'idea dei fatturati.
Dal punto di vista della domanda, questi sono:
* l'industria di processo: tutte le applicazioni che provvedono alla trasformazione chimico-fisica della materia prima
* l'industria manifatturiera: modificazione di foggia dei materiali
* edifici ad uso civile, industriali e del terziaro (pubblico e privato): domotica, home and building automation, quindi tutta la sensoristica per l'automazione degli edifici
* laboratorio: strumentazione per laboratori come quelli delle università o dei centri di ricerca

In termini di offerta sono stati presi in considerazione:
* strumentazione industriale di misura in campo: sensori propriamente detti
* strumentazione industriale di controllo di campo: termostati, pressostati...
* sensori e codificatori (encoder)
* analizzatori di gas
* analizzatori di liquidi
* valvole automatiche e di controllo per applicazioni industriali
* attuatori, posizionatori ed accessori
* azionamenti elettrici ed elettronici
* strumentazione da quadro e da pannello locale
* sistemi di controllo DCS (Distributed Control System)
* sistemi di controllo
* sistemi di monitoraggio ed acquisizione dati SCADA
* ....

Il valore complessivo del mercato italiano dell'automazione e strumentazione è stato nel 2012 di 3.438 mln €.
Dal punto di vista dei prodotti, quelli più remunerativi sono i sistemi di controllo classici (PAC, PLC, PC). Il secondo sono la strumentazione industriale di misura di campo, mentre il terzo sono gli azionamenti elettrici.

## Processi industriali e strumentazione
Quando abbiamo a che fare con un processo industriale, sostanzialmente siamo davanti a 4 tipologie di sottosistemi che dobbiamo considerare:
* insieme degli strumenti in grado di misurare l'attività elementare di funzionamento della macchina (**sensori**)
* dispositivi di attuazione (**attuatori**)
* unità di elaborazione opportunamente collegate tra loro (**architettura di controllo**, PLC, DCS, PID, SCADA)
* sistema di controllo tra sensori, controllo e attuatori (**reti di campo**), tra unità di controllo e supervisione (**reti di controllo**) e tra unità di controllo e gestione (**reti per l'informazione**)

Noi nel corso ci concentriamo sulla sensoristica.

## Sensori per l'automazione
Ormai la concezione che abbiamo dei sensori è quella di smart sensor. In realtà il sensore è qualcosa di molto più fisico, che reagisce in maniera opportuna ad uno stimolo. Il sensore, ovvero il dispositivo che metto a contatto con l'oggetto che devo misurare, è un qualcosa che mi trasforma l'energia del sistema che sto misurando.
Il **sensore** è quell'elemento che, posto a contatto con il misurando, mi restituisce una trasformazione di energia dal dominio del misurando al dominio elettrico.
È qualcosa che trasforma l'energia in energia elettrica. Il sensore non fa altro. La misura è uno step successivo che viene introdotto correlando la variazione dell'uscita elettrica con la variazione del misurando.
Il sensore "nudo e crudo" è un dispositivo analogico che si basa su un principio fisico e che può essere realizzato con diverse tecniche costruttive.
Analogamente, in triennale abbiamo sentito parlare di **trasduttore**, che è una sovraclasse di sensore, in quanto è un dispositivo che trasforma un'energia in un altro tipo di energia, non necessariamente elettrica.
Un **dispositivo di misura**, che chiameremo volgarmente sensore, è un insieme di trasduttore con un elemento finale che è il sensore vero e proprio. I dispositivi di misura sono elementi fondamentali dei sistemi di controllo in retroazione: scelte inappropiate di tali dispositivi, del loro posizionamento o della modalità di installazione possono influire in maniera critica sulle prestazioni del sistema di controllo. In ogni caso, i dispositivi di misura saranno costituiti da una catena di trasformazioni (trasduttori), poi il sensore che mi trasformerà l'ultima tipologia di energia in energia di tipo elettrico e infine uno stadio di amplificazione, che permette al segnare generato dal sensore di essere trattato all'esterno (il segnale, altrimenti, sarebbe talmente piccolo che non riuscirei a comunicarlo).
Nella parte industriale, i termini 'trasduttore' e 'sensore' sono usati in maniera indipendente, chiamando sensore ogni dispositivo di misura.

## Classificazione dei sensori
I sensori li possiamo classificare in tre tipologie:
* **in base al principio fisico**: significa che li classifichiamo in base alla legge fisica che mi trasforma un'energia in un altro tipo di energia. Avrò, ad esempio, i sensori ottici, quelli meccanici, quelli pneumatici e quelli elettrici.
* **in base alla grandezza da misurare**: in base al misurando che stiamo misurando, quindi li dividiamo in sensori per misurare la lunghezza, la temperatura, la pressione, la vibrazione...
* **in base al settore di destinazione**: è più industriale. Ad esempio abbiamo sensori per l'agricoltura, per la chimica, per la robotica, per il manifatturiero.

Un'altra classificazione che viene spesso utilizzata è quella che divide i sensori in sensori **attivi** e **passivi**: viene utilizzata questa nomenclatura per distinguere sensori che richiedono o meno l'utilizzo di energia da una fonte esterna, al di fuori del misurando. Il sensore attivo è il sensore che ha bisogno di un'alimentazione ausiliaria per fornire un'informazione; quello passivo restituisce comunque l'informazione, prendendo parte dell'energia del misurando.

Ci sono anche altri modi di classificare (che il prof. non ha detto ma sono sulle slide):

I sensori che andiamo a vedere sono divisi per tipologia di misura e vedremo nel primo macroblocco i sensori di spostamento, livello e prossimità; poi vedremo quelli di deformazione e forza; infine vediamo la sensoristica per robot mobili
Questi saranno poi divisi per principio fisico: sensori che misurano cosa diverse spesso si basano sugli stessi principi fisici. I principi di funzionamento sono importanti perchè danno ai sensori pregi e difetti: quando andiamo a scegliere il sensore dal data sheet, il principio di funzionamento ci permetterà di scegliere consapevolmente. Poi i data sheet avranno tanti sensori, anche sullo stesso principio, che differiscono per tipologia di costruzione.

Dopo aver trattato i segnali, parleremo anche di filtraggio e delle tecniche di condizionamento, perchè il segnale così come esce dal sensore è inutilizzabile: il segnale deve essere comunicabile e intellegibile dagli algoritmi di diagnosi e di prognosi.

## Domande di riepilogo

❑ Descrivere le tipologie di strumentazione necessarie per la realizzazione di un sistema di automazione.
❑ Elencare i modi in cui è possibile classificare la sensoristica per l’automazione.
❑ A che cosa serve il condizionamento dei segnali?
❑ A che cosa serve il filtraggio dei segnali?
❑ Fornire le linee guida per la progettazione di un sistema di automazione.