GENESI DI SISTEMI INTEGRATI. FRAMMENTI D'AUTORE?

Come già argomentato, la lettura del mondo fisico oggi si avvale di strumenti e sensori  di vario genere e natura.

 

 

Rispetto a quello di un puro scienziato che indaga l’ignoto, il compito di un integratore parte da presupposti diversi (o almeno così dovrebbe essere). L’integratore ha un obbiettivo noto a priori e tramite le proprie competenze deve individuare la catena di apparati e l’algoritmo logico che gli consentiranno di tracciare il cammino verso l’obiettivo prefissato. In ogni caso ha da sperimentare nuove soluzioni sia che si diriga verso un sistema specifico, sia che intenda realizzare un particolare prodotto. 

Nel tempo sono stati tanti i dispositivi con cui ho avuto a che fare (credo migliaia) e altrettanto numerose, se non di più, le combinazioni di questi per ottenere i risultati desiderati.

E’ capitato, quindi, che vari problemi sono stati affrontati in modo specifico mentre altri cercando di individuare una soluzione il più universale possibile, scavalcando logiche chiuse anche grazie all’impiego di sistemi open source. Nuovi componenti e dispositivi tradizionali sono stati “miscelati” per ottenere qualcosa di nuovo, originale.

Leggere temperature, umidità, livelli, portate, sono operazioni compiute da vari dispositivi. I modi in cui questi dispositivi leggono la specifica grandezza fisica non sono, poi, così tanti. Diverso è il discorso delle modalità usate da questi sensori per comunicare il dato relativo alla grandezza misurata. Sono infatti numerosi i “linguaggi” (per essere più precisi i protocolli) che impiegano; per citarne alcuni I2C, SPI, MODBUS….e si potrebbe continuare un bel po’. Ognuno con i propri pro e contro; ciascuno nato per risolvere specifiche criticità e probabilmente; tutti impiegati più o meno in specifici ambiti.

Una tendenza di questi tempi è trasferire le informazioni su piattaforme facilmente accessibili. Quelle web rappresentano soluzioni universali, fruibili da client come tablet, pc, smartphone tanto localmente che da remoto e quindi vantano una sorprendente portabilità. Questi sistemi superano di gran lunga quelli tradizionali chiusi ancora in un mondo “proprietario”  e  tutto pare dunque convergere verso il protocollo IP, sempre più collettore dei vari standard verso le piattaforme di cui sopra. Così, complessi sinottici SCADA, talvolta occupanti decine o centinaia di metri quadri di pareti nelle centrali operative, vengono sostituiti da monitor minimali che forniscono superiore contenuto informativo ma in modo decisamente più strutturato.

 

Forse non tutti sanno che i touch di cui sono dotati i nostri smartphone sono anche figli di concrete esigenze. Gestire sistemi complessi come può essere un acceleratore di particelle o una centrale nucleare, da quando esistono,  non è mai stata cosa banale… I sistemi di controllo e supervisione che asservono a impianti di questo tipo fanno capo a quadri sinottici che occupano intere stanze. Già negli anni sessanta e settanta era così. Capirete, quindi, che inserire un nuovo comando o un nuovo indicatore richiedeva “altro spazio” su queste pareti. Pensiamo allora che l’indicatore di pressione di una nuova condotta potesse essere installato su un sinottico; se quella condotta avesse fatto capo ad un'altra condotta preesistente la cui valvola di controllo fosse stata azionata da un interruttore su di un secondo sinottico, cosa sarebbe accaduto se questa avesse dovuto essere controllata in base alle indicazioni riportate dal primo indicatore?

…Lo vedete anche voi l’operatore che corre avanti e indietro da un sinottico all’altro?...

E se i sinottici fossero stati in stanze diverse?...

La cosa non era affrontabile a lungo in questi termini… da qui, nel 1973 al CERN di Ginevra prese forma l’idea di qualcosa che permettesse di passare da un pannello di controllo ad un altro sullo stesso terminale e che, per immediatezza (al pari dei sinottici), potesse essere azionabile direttamente con le dita…. ecco come nacque il touch screen (almeno nella versione capacitiva).

 

Facciamo ora un breve passo indietro tornando all’analogico. Quando si approcciano applicazioni di un certo tipo, che richiedono elevati livelli di affidabilità e precisione, il dato grezzo, quello letto sul campo dal sensore, viene comunicato nella gran parte dei casi con un segnale analogico in corrente. Tipicamente ad esempio, stabilito che il nostro sensore possa rilevare temperature tra 0 e 100, il sensore attribuisce ad ogni valore di temperatura un preciso valore di corrente.

Proverò a spiegare il perché di ciò. In tanti sappiamo che una corrente è  “fluire di cariche elettriche nel tempo”. Associamo queste cariche alle molecole d’acqua. Se facciamo scorrere dell’acqua in un tubo, a patto che lungo il percorso (se presenti) i raccordi siano ben serrati, è ragionevole intuire che tutta l’acqua che entra all’ingresso arriverà all’ uscita…qualunque sia la distanza tra ingresso e uscita. Non c’è possibilità che le molecole oltrepassino le pareti del tubo e quindi che una parte di esse si disperda.

Sulle lunghe distanze quindi, analogamente all’acqua, una corrente elettrica in un circuito ben isolato mi garantisce la conservazione delle cariche. Così saprò che il valore di corrente al sensore sarà identico al ricevitore, indipendentemente dalla distanza tra questi. Se poi associo un valore di corrente di 4mA a 0 °C e 20mA a 100°C sto definendo una scala e, contemporaneamente, un modo per capire se il sensore è guasto oppure no (sarà guasto se tutto è alimentato correttamente e la corrente di segnale è inferiore ai 4mA o nulla addirittura)

Se voglio realizzare un certo tipo di applicazione, quindi, il mio problema iniziale può spostarsi da “come leggo l‘informazione dal campo” a “cosa uso per leggere l’informazione”. Trovato cosa utilizzare ( i sensori per la lettura) occorre andare avanti con il passo successivo: interpretare i segnali di corrente.

Un amperometro ci potrebbe indicare quale sia l’intensità della corrente trasmessa. Con qualche formula, da questo valore, potremmo poi calcolare il valore della grandezza misurata. Ma ciò che si preferisce fare è adottare soluzioni digitali di rappresentazione del dato per avere la possibilità di creare storici, effettuare analisi ed altro ancora.

Sono vari i dispositivi e le centraline che possono assolvere allo scopo. Si ricercano quindi dispositivi, vagliano possibilità, analizzano soluzioni. Il tutto passa attraverso test di componenti hardware e la creazione di circuiti dedicati. Nell’ottica di uniformare tutto verso soluzioni più universali vengono in aiuto schede con convertitori Analogico/Digitale a più ingressi che, leggendo le correnti inviate da più sensori ne convertono il valore di intensità in formato digitale. Questi valori digitali vengono quindi trasformati per recuperare il valore della grandezza misurata.



Spero si intuisca che queste correnti possono essere generate da sensori che leggono grandezze diverse e quindi, con un'unica scheda, riesco ad ottenere informazioni di varia natura…è come passare dal "bianco e nero" al "colori".

In laboratorio, per esperienza e da quel che mi risulta, tipicamente si fanno voli pindarici per mettere in pratica le idee elaborate e quindi si procede “grezzamente” con materiali e componenti “grezzi”. L’importante è verificare la funzionalità del sistema immaginato ed eventualmente iniziare lo sviluppo software dedicato. Tuttavia, ad una prima fase sperimentale segue quella di verifica in campo e per far ciò non è consigliabile lasciare schede a vista esposte a danneggiamenti o a contatti potenzialmente pericolosi.

Poiché non si tratta di componenti standard, spesso non esistono involucri protettivi dedicati. In questi casi, possono tornare utili le attività dei “lavoretti” svolti all’epoca delle scuole elementari… cartone, forbici, taglierino, colla e un minimo di visualizzazione tridimensionale per ottenere delle protezioni adatte ad una sperimentazione preliminare di campo….a patto che non ci sia acqua….ma questo in ogni caso….stiamo pur sempre usando elettricità!

 

Si sa, l’appetito vien mangiando. Così, quando gli esiti dei test di campo sono incoraggianti si passa alla fase successiva di standardizzazione e arricchimento.

Si pianificano magari sistemi di alimentazione dedicata, di alimentazione autonoma di emergenza, circuiti ausiliari per varie funzionalità, moduli di comunicazione e per gradi e si arriva a soluzioni complete e funzionali.

 

Dai sistemi realizzati occorre quindi acquisire le informazioni desiderate e visualizzarle. Tipicamente la visualizzazione di questi dati è eseguita da remoto tramite PC, tablet, smartphone; è indipendente dai sistemi operativi a bordo dei client di visualizzazione;  può prevedere o meno gli storici; consente l’esportazione verso sistemi di analisi di varia natura.

Talvolta però può essere richiesta la gestione in locale senza l’impiego di client stand alone. La soluzione oggi ricade sugli schermi tattili (touch screen) e, poiché per qualcuno le dimensioni ancora contano, si può passare dai 3 ai 7 pollici e ancora a salire….

 

 Siccome anche l’occhio vuole la sua parte, c’è chi la vuole nera



...chi bianca



La strada verso l’industrializzazione è lunga e lastricata da tanti fallimenti e successi.

Le numerose attività, figlie di idee partorite dal continuo confronto, sviluppano numerose creazioni più o meno funzionali e per approssimazioni successive tendono al prodotto/sistema finale.

Come i lavori di un artigiano, non si possono forse  ritenere anche quelli di un integratore piccoli pezzi d’autore?


MaP