Elementi dell'automazione! 3. Funzioni! 3. Comando! 3. Regolazione! 3. Schema a blocchi di base! 3. Regolatori a due posizioni! 4

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1 Automazione Indice Elementi dell'automazione! 3 Funzioni! 3 Comando! 3 Regolazione! 3 Schema a blocchi di base! 3 Regolatori a due posizioni! 4 Segnale analogico! 4 Segnale digitale! 4 Conversione da decimale - binario / binario - decimale! 4 Memorie! 4 Tipi di memorie! 4 Memorie magnetiche! 5 Memorie ottiche: CD (Compact Disc)! 5 CD ROM (CD stampati)! 5 CD-R (CD registrabili)! 5 CD-RW (CD riscrivibili)! 5 DVD (Digital Versatile Disc)! 6 Memorie elettriche! 6 Memorie elettroniche! 6 Logica di commutazione! 6 Simboli base, di connessione, di equivalenza ed antivalenza! 7 Realizzazione pratica tramite elementi pneumatici! 10 Realizzazione pratica tramite circuiti integrati! 10 Logica sequenziale! 10 Temporizzatori! 11!! 1

2 Mono-Flop! 11 Flip-Flop! 12 Flip-Flop Set-Reset (SR)! 12!! 2

3 Elementi dell'automazione Operazione: bloccaggio di pezzi / utensili spostamenti di pezzi controllo di profondità posizionamento corretto controllo velocità livello temperatura controllo sequenza fasi Elementi: cilindri, magneti, valvole, molle motori elettrici, cilindri fine-corsa, sensori sensori dinamo galleggiante, sensore ottico termocoppia programma, PLC Funzioni Un processo lavorativo automatizzato è una sequenza di operazioni che sono il risultato dell'interazione di diverse singole funzioni: Comando In un comando la grandezza d'entrata interagisce continuamente sulla grandezza d'uscita: Regolazione In una regolazione la grandezza d'uscita misurata è comparata con un'altra grandezza (detta di riferimento) ed eventualmente adattata a quest'ultima: Schema a blocchi di base COMANDO (caratteristica del comando: sistema aperto) REGOLAZIONE (caratteristica della regolazione: sistema chiuso)!! 3

4 Regolatori a due posizioni È la regolazione più semplice. Per la grandezza di regolazione sono possibili solo due valori: attivato / disattivato ; acceso / spento ; aperto / chiuso Esempio: riscaldamento di una casa Segnale analogico Con questo segnale il parametro informativo IP può assumere un qualsiasi valore all'interno di un intervallo o di determinati limiti. sono disponibili tutti i valori intermedi Segnale digitale Con questo segnale il parametro informativo IP può assumere solo valori multipli interi di un'unità di base E non possiamo avere valori intermedi Conversione da decimale - binario / binario - decimale 2¹⁰ 2⁹ 2⁸ 2⁷ 2⁶ 2⁵ 2⁴ 2³ 2² 2¹ 2⁰ decimale a binario: 93 = binario a decimale: = Con la calcolatrice CASIO fx-991es si può eseguire una conversione eseguendo "MODE 4" e scegliendo tra DEC, HEX, BIN e OCT. Memorie Le memorie devono conservare i dati per un lungo periodo in modo sicuro, inoltre deve essere garantito un accesso ai dati in tempi brevi. Tipi di memorie MECCANICA MAGNETICA OTTICA ELETTRONICA sciablana cassette CD relé interruttori a cammes hard-disk DVD RAM, ROM nastro perforato dischetti Mini-Disk EPROM disco in vinile ZIP memory card videocassette flash card!! 4

5 Memorie magnetiche I segnali sono memorizzati in forma binario: segnale presente (1) segnale non presente (0). Il dischetto è realizzato con un supporto flessibile (film di PET) come base sul quale si trova uno strato di moltissime particelle magnetiche, ognuna con un polo N e un poso S. Le particelle sono forzate ad assumere una determinata posizione, con il tempo tendono a ritornare nella loro posizione originale. Memorie ottiche: CD (Compact Disc) Il CD è un supporto di 12 cm di diametro e 1.2 mm di spessore, con una capacità di 700 Mb. Le informazioni, in modo binario, sono memorizzate in modo ottico: riflette luce (1) non riflette luce (0). CD ROM (CD stampati) Un CD è realizzato con: uno strato di policarbonato come base uno strato metallico riflettente uno strato trasparente di protezione (lacca) Le informazioni sono memorizzate su una traccia disposta a spirale sul disco con un passo di 1.6 μm e viene letta dall'interno verso l'esterno. Nella fabbricazione sullo strato metallico vengono creati dei avvallamenti (detti pits o bumps) di larghezza 0.5 μm, profondità 0.11 μm e di lunghezza variabile da 0.8 a 3.0 μm. La lettura la effettua con un raggio laser di un diametro di circa 0.8 mm. Per le leggi dell'ottica nel passaggio dello strato di policarbonato il diametro si restringe fino a 1.7 μm che colpisce lo strato riflettente. Il laser viene riflesso (1) se raggiunge lo strato metallico o non riflesso (0) quando giungo ad uno degli avvallamenti creati. CD-R (CD registrabili) Un CD registrabile è realizzato con: uno strato di policarbonato come base uno strato colorato di registrazione uno strato metallico riflettente uno strato trasparente di protezione (lacca) In scrittura il laser agisce con una potenza maggiore e "brucia" delle zone dello strato colorato di registrazione in modo da creare un buco verso lo strato riflettente sottostante. Nelle zone non bruciate il laser colpisce lo strato colorato quindi non rifletterà la luce (0) CD-RW (CD riscrivibili) Un CD riscrivibile è realizzato con: uno strato di policarbonato come base uno strato di una lega argento-indio-antimonio-tellurio racchiusa tra due strati di materiale dielettrico uno strato trasparente di protezione (lacca) Il principio di funzionamento è lo stesso, creare zone riflettenti (1) e non riflettenti (0). La registrazione si basa sul cambiamento di struttura della lega metallica: inizialmente la lega ha una struttura cristallina ordinaria e riflette la luce. Durante la masterizzazione il laser crea delle parti non riflettenti riscaldando la lega fino a 600 C, temperatura che porta un mutamento alla struttura facendola passare ad uno stato amorfo non riflettente, a questo punto è necessario raffreddare rapidamente per fissarla a quello stato (per questo motivo è racchiusa tra due strati di materiale dielettrico). Il processo è reversibile, riscaldando la lega a 200 C per un periodo di tempo abbastanza lungo, la lega torna al suo stato cristallino, riflettendo la luce.!! 5

6 DVD (Digital Versatile Disc) Le capacità di un CD sono sufficienti per applicazioni audio e memorizzazione di dati, per i video fu necessario sviluppare (nel 1993) i DVD, che con le stesse dimensioni hanno una capienza di dati maggiore. L'aumento di capacità è ottenuto con: aumento della densità di pits o bumps utilizzazione di un secondo strato per lato utilizzazione dei due lati L'aumento di densità di pits (avvallamenti) significa che sono di dimensioni minori e più ravvicinati rispetto ai CD, di conseguenza si utilizza un raggio laser con una dimensione minore (lunghezza d'onda minore e focalizzazione maggiore). Il primo strato ha una capacità di 4.7 Gb, il secondo strato, che si trova sotto il primo, ha una capacità di 4 Gb. Come per i CD esistono i DVD stampati, registrabili e rescrivibili. Memorie elettriche Nella tecnica di comando come memorie sono utilizzati i relè che mantengono (memorizzano) la posizione di un contatto. Memorie elettroniche Un circuito integrato di memorie possiamo immaginarlo come un circuito composto da milioni di piccoli interruttori, che possono essere aperti (0) o chiusi (1). Come interruttori sono utilizzati transistor, condensatori, diodi o delle combinazioni di questi elementi. RAM Random Access Memory (memoria ad accesso casuale) tipica memoria di lavoro di un PC La RAM è una memoria volatile. Si divide in: DRAM Dynamic RAM bassa velocità, grande capacità, basso costo, richiede refresh SRAM Static RAM alta velocità, minore capacità, costo maggiore SDRAM Synchronous DRAM (DRAM sincrona) incremento prestazioni della DRAM ROM PROM EPROM Read Only Memory (memoria di sola lettura) I dati possono essere letti ma non modificati, in quanto i dati sono scritti in modo permanente durante la fase di costruzione. La ROM non è una memoria volatile. Programmable ROM (ROM programmabile) La realizzazione è molto costosa, per questo vengono sviluppati circuiti integrati vuoti che possono essere configurati tramite un congegno elettrico: il programmatore. In seguito la memoria viene "bruciata" per bloccare i dati in una determinata posizione: è programmabile una sola volta. Erasable PROM (ROM cancellabile e programmabile) Configurate come le PROM con un apposita apparecchiatura, però i dati possono essere cancellati con gli ultravioletti, quindi è programmabile più volte. EEPROM Electrically Erasable PROM (ROM cancellabile e programmabile elettricamente) Queste memorie sono programmabili e modificabili elettricamente in un modo più pratico delle EPROM. Hanno una vasta diffusione nelle console, macchine fotografiche digitali, lettori MP3, supporti di dati,... I vantaggi sono ingombro limitato, accesso veloce, non hanno parti meccaniche e sono silenziose. Sono conosciute coi nomi di Memory Card, Memory Stick, Compact Flash, Multimedia Card, Memory Pen, carte SIM,... Logica di commutazione Per poter elaborare uno schema di comando e rinviare in un secondo tempo la scelta della sua realizzazione pratica utilizziamo degli elementi logici. Gli elementi logici lavorano con segnali binari e possiedono delle entrate (generalmente 2) e una uscita. Le possibili combinazioni si possono calcolare con N entrate: k = 2^N combinazioni = 2 elevato numero di entrate!! 6

7 Simboli base, di connessione, di equivalenza ed antivalenza!! 7

8 !! 8

9 !! 9

10 Realizzazione pratica tramite elementi pneumatici Realizzazione pratica tramite circuiti integrati Un circuito integrato (IC detto anche chip) è un componente al cui interno è inserito un circuito elettronico sostituito da poche unità a molte decine di milioni di componenti elettronici elementari come transistor, diodi, condensatori e resistenze su un substrato di materiale semiconduttore. La combinazione di questi elementi formano le funzioni logiche. Logica sequenziale Nella logica sequenziale viene introdotto un passo successivo di comando e di regolazione con elementi di memoria e di tempo.!! 10

11 Temporizzatori Mono-Flop Applicazioni: tergicristalli automobile illuminazione scale di un palazzo asciugamani ad aria calda nei WC!! 11

12 Flip-Flop I Flip-Flop sono elementi, o circuiti semplici, utilizzati come dispositivi di memoria per la memorizzazione per lungo tempo di un segnale. Esistono diversi tipi di Flip-Flop: SR, JK, T, D. Flip-Flop Set-Reset (SR) il Flip-Flop ha due ingressi: S (set) e R (reset), generalmente ha anche 2 uscite: Q e Q inverso quando il segnale di S = 1 (e R = 0) il Flip-Flop si "setta" cioè porta il valore di Q a 1 (indipendentemente alla durata del segnale S) quando il segnale di R = 1 ( e S = 0) il Flip-Flop si "resetta" cioè porta il valore di Q a 0 (indipendentemente dalla durata del segnale R) se entrambe le entrate S e R sono a 0 il Flip-Flop si trova in uno stato "neutro" e mantiene il valore delle uscite all'ultimo stato impostato con una delle entrate S o R. In questo caso il Flip-Flop fa da memoria. con lo stato S = 1 e R = 1 abbiamo una condizione non definita che porta ad un non funzionamento dell'elemento o ad una sua insatabilità. Per questa ragione la condizione S = 1 e R = 1 non viene ammessa.!! 12

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