Controlli automatici

(la videolezione) Il termine “controllo dei processi” si riferisce ad un ampio insieme di metodologie, tecniche e tecnologie orientate alla conduzione automatizzata di impianti industriali secondo criteri di ottimizzazione di prestazioni, costi, produzione, qualità. In questo contesto, per processo s’intende in generale un insieme di operazioni o di trasformazioni che devono avvenire in sequenza opportuna in un impianto o in un sistema fisico, al fine d’ottenere la produzione di un oggetto o l’evoluzione di grandezze fisiche o parametri d’interesse. L’automazione o controllo dei processi ha lo scopo di garantire che l’insieme di operazioni avvenga in modo corretto ed affidabile, con il minimo intervento dell’uomo, anche in presenza di variazioni dell’ambiente in cui il processo si svolge o di parametri interni al processo stesso. Oggi il controllo é prevalentemente digitale, grazie allo sviluppo di microprocessori (µP), microcontrollori (µC), DSP (Digital Signal Processor), FPGA (Field Programmable Gate Array), etc, non solo nelle applicazioni hightech, ma anche nelle applicazioni di piccola e media taglia di larga diffusione, e quindi di grande interesse tecnico. 

Tra i motivi che hanno determinato la progressiva sostituzione dei controllori analogici con quelli digitali, oltre alla maggiore flessibilità e alla riduzione dei costi, c’è anche la tendenza dei sistemi d’automazione ad una maggiore integrazione. Da questo punto di vista diviene di primaria importanza la possibilità del singolo sistema di controllo di comunicare per via digitale con altri e con il sistema d’automazione di più alto livello. Un altro importante motivo di sviluppo delle tecniche digitali di regolazione, proviene dalle ditte costruttrici di sistemi d’automazione, per le quali risulta vantaggiosa la possibilità di sviluppare un sistema hardware a µC, e di modificare, via software la funzione di regolazione, in base alle esigenze della particolare applicazione. Ciò costituisce un vantaggio anche per l’utilizzatore finale del controllore che potrà riconfigurare via software le funzioni di regolazione per adattarle alle mutate esigenze dell’impianto. Inoltre l’impiego dello stesso hardware digitale per più anelli di regolazione permette d’avere un minor numero di componenti, la riduzione di ingombro, peso e consumo Tale vantaggio ha costituito una delle motivazioni più importanti a favore della regolazione digitale nella prima fase della sua introduzione in applicazioni industriali (inizio anni ’60). Ciò era dovuto al fatto che il costo di un calcolatore di processo era allora molto elevato ed occorreva quindi impiegarlo per più d’un processo per giustificare la sua introduzione. È necessario dire che però chiudere più anelli di controllo attraverso lo stesso hardware digitale non è spesso il criterio migliore poiché, in caso di malfunzionamento di quest’ultimo, si avrebbe la messa fuori servizio contemporanea di un certo numero di catene di controllo. Inoltre, la presenza di un’elaborazione di tipo digitale permette di programmare algoritmi complessi e quindi di mettere in atto strategie di controllo qualitativamente più sofisticate di quelle permesse in pratica dalla tecnologia tradizionale analogica. Infatti solo un sistema di controllo digitale permette l’implementazione di tecniche di controllo moderne che si basano sull’uso di stimatori, o che impiegano tecniche d’ottimizzazione, oppure consentono di realizzare sistemi di controllo adattativi, etc… In realtà, anche dalle realizzazione digitali di leggi di controllo analogiche, quali il controllo PID, che derivano da tecniche messe a punto nella prima metà del 1900, si ottengono degli interessanti vantaggi in quanto nel dispositivo possono essere integrate funzionalità diverse dalla semplice legge di controllo. Ad esempio, possono essere facilmente realizzate logiche combinatorie e/o sequenziali, temporizzazioni, interfacce con l’operatore e con il sistema d’automazione di più alto livello, monitoraggio del processo che viene controllato, etc. Sono soprattutto queste ultime funzionalità che hanno deciso l’affermazione del controllo digitale, oltre al vantaggio della flessibilità.