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tec.News 17: Articolo ospite Prof. Dr. Hartwig Steusloff La tecnologia di automazione tecnologia informatica per le persone e con le persone C’erano sempre guai con quella macchina a vapore: Appena si aggiungeva legna sotto la caldaia, la macchina comin- ciava ad andare più forte. Quando è stato collegato un altro tornio mediante una cinghia, la macchina rallentava e rallentavano anche tutte le macchine collegate. Già nel XIX secolo, James Watt escogitò l’idea di regolare meccanica- mente la valvola del vapore attraverso un sensore di forza centrifuga, in modo tale che il numero di giri rimanesse più o meno costante, nonostante le variazioni di carico (fig. 1). James Watt sfruttò il principio scoperto già nell’antichità della regolazione a retroazione, per cui un sensore (massa centrifuga) influenzava nel senso desiderato il processo tecnico (pistoni mossi dal vapore) attraverso un sistema di regolazione (leva e valvola). elaBoRazione Delle infoRmazioni L’elaborazione delle informazioni avviene già a questo livello! In un sistema di regolazione a retroazione, attraverso i dati del sensore vengono ricavate informazioni sul proprio stato e impiegate in modo tale da raggiungere e mantenere, mediante opportune correzioni, una funzionalità finale prevista. I complessi sistemi di automazione odierni non fanno niente di diverso, seppure servendosi di strumenti elettronici e informatici. Tali sistemi sono quindi così complessi, poiché noi utilizziamo contemporaneamente diversi circuiti di regolazione collegati, al fine di rispondere ai requisiti enormemente crescenti in termini di operatività in tempo reale, sicurezza e precisione di raggiungimento e mantenimento delle funzionalità finali, nonostante tutti i disturbi. Come si combinano informazioni, obiettivi e azioni? La fig. 2 mostra l’estrazione dai dati in contesti ben definiti di informazioni che, integrati in un sistema di regolazione, si trasformano in informazioni che rendono possibile delle azioni, nel momento in cui si ritengono necessarie. Il circuito di retroazione si chiude in seguito agli effetti, rilevati dalla variazione dei dati, delle azioni avviate nel sistema circostante. Ciascuna delle categorie rappresentate nella fig. 2 si può riconoscere come impiegata in Automazione. In particolare, la competenza impiegata deve tenere conto della molteplicità delle proprietà e dei comportamenti dei sistemi adottati, sotto forma di modello dinamico, nel modo più 6 harting tec.News 17 (2009)
completo possibile, al fine di ottenere un “automatismo” nel senso stretto del termine. Tra queste conoscenze necessarie figura non ultima quella dei prevedibili disturbi che possono influenzare il sistema, il cui completo controllo rappresenta, accanto alla rispon- denza alle caratteristiche o ai limiti qualitativi indicati, lo scopo effettivo dell’automatizzazione. Il sistema deve rimanere stabile e rimanere entro limiti operativi sicuri e accettabili, oppure essere portato all’arresto in sicurez- fig. 1: Regolatore forza centrifuga za, indipendentemente dal tipo di disturbo interno (ad es. corto circuito) o esterno (ad es. fulmine). automazione Cosa succede invece se quanto implementato nel sistema non è sufficiente a generare autonomamente azioni adeguate alla variazione delle condizioni? In questo caso, il sistema deve prevedere l’aggiunta di un elemento supplementare, spesso in tempo reale, o almeno tempestivamente. Tale elemento è il fattore umano. La competenza creativa legata alle situazioni, non in ultimo alimentata dalle proprie conoscenze inconsce, tacite, provoca anche situazioni inattese, non previste nel sistema dal progettista e legate a conoscenze specifiche. Affinché in tali situazioni una persona possa intervenire in modo veloce e appropriato, ogni sistema di automazione prevede un’adeguata interfaccia di dati contesto informazioni online online classificazione ordinamento ambiente de sistema interfaccia uomomacchina online/ offline esplicito tacito conoscenza online fig. 2: il ciclo dell’automazione obiettivi esperienziali azione evento competenza dati e informazioni, spesso denominata interfaccia uomomacchina o interfaccia uomo-sistema. Quindi, il nucleo dell’automazione, che includendo il fattore umano viene spesso chiamato “Automazione”, viene descritto secondo la definizione del VDI/VDE per la tecnica di automazione, come il modello di riferimento (fig. 3). Il sistema di regolazione a retroazione, composto da rilevamento, elaborazione ed effetto delle informazioni, viene integrato da un’infrastruttura informatica e dai componenti necessari per pianificazione sistema e progetto (Engineering). L’intero sistema è soggetto a disposizioni legali ed economiche, che ne determinano l’utilizzo e il funzionamento. Desideriamo illustrare di seguito solo alcuni di tali aspetti. il PRoCeSSo teCniCo Cominciamo dal processo tecnico. I processi si caratterizzano per il numero delle cosiddette grandezze di stato. Le grandezze di stato descrivono, in parole povere, i dispositivi di accumulo e memorizzazione di energia, materia e informazioni il cui contenuto varia durante lo svolgimento del processo. Se una macchina a vapore di Watt aveva solo alcune grandezze di stato, some ad es. il contenuto energetico della caldaia o del volano, le centrali odierne hanno da 10.000 a più di 100.000 grandezze di stato, considerando anche le “operazioni secondarie” necessarie per la tutela ambientale. Il sistema di automazione e l’essere umano 3 7
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