Un futuro tutto digitale

Oggi le tecnologie abilitanti sono indispensabili per la società in quanto, con esse, si raggiungono miglioramenti tecnologici a 360 gradi. Esaminiamo come tali innovazioni nel digitale influenzino positivamente ogni attività umana, focalizzando gli aspetti e gli utilizzi dei Big Data, IOT, Cloud Computing e dispositivi oggi ritenuti indispensabili per la vita moderna. Analizziamo, anche, il rapporto e l’interazione tra l’Uomo e la Macchina, da un punto di vista delle esperienze e delle competenze necessarie.

Introduzione

Da quando esiste l’elettronica digitale, la realizzazione dei dispositivi è divenuta sempre più facile e meno problematica. Un circuito digitale funziona al 100% e un progetto con tensioni logiche ha un successo garantito. Non si può dire la stessa cosa per un circuito analogico, per il quale occorre più studio, maggiore progettazione e un numero più grande di calcoli matematici e tentativi di test. Grazie al digitale il mondo tecnologico ha subito un miglioramento straordinario, a cominciare dalla miniaturizzazione dei dispositivi. Tutto ciò che prima era analogico adesso è digitale. Basti pensare alla televisione, alla radio, ai telefoni cellulari e agli apparati trasmittenti e riceventi, per fare qualche esempio. Da decenni la Logica Cablata è ormai stata rimpiazzata e sostituita, quasi del tutto, dalla Logica Programmata, grazie all’avvento dei PLC e delle MCU. La figura del progettista elettronico è stata sostituita con quella del progettista elettronico informatico, che non solo provvede a realizzare la parte hardware del sistema ma si occupa anche della programmazione delle logiche e delle impostazioni dei processi decisionali automatici. Con l’elettronica digitale non viene solo semplificata la vita degli sviluppatori e raggiunti livelli massimi di prestazioni dei circuiti, ma anche il mercato vede abbassare drasticamente i costi dei dispositivi e anche l’aspetto della sicurezza riceve un grande impatto.



Automazione e programmazione

Oggi un piccolissimo microcontrollore, di pochi millimetri quadrati, può svolgere mansioni estremamente complesse e tediose, in maniera del tutto automatica. Leggerezza, minimi ingombri, sicurezza, velocità e risparmio energetico caratterizzano l’intero processo. Anticamente per raggiungere gli stessi obbiettivi occorrevano circuiti giganteschi, pesanti, che contenevano centinaia di componenti. Il problema maggiore era rappresentato dalla non espandibilità dei sistemi. Per effettuare sostanziali modifiche logiche e operative occorreva riprogettare l’intero circuito da capo. Oggi è sufficiente cambiare qualche riga di codice sorgente e il gioco è fatto. Con i dispositivi programmabili P.L.C. (Programmable Logic Controller) è possibile eseguire con precisione i compiti impartiti dall’uomo. Essi non vengono utilizzati da soli ma vanno collegati a sensori e attuatori. sono delle specie di computer industriali, capaci di sopportare alte correnti, adatti a qualsiasi attività di controllo con grande facilità di programmazione. Possono essere usati in situazioni e in ambienti estremi. Un valido rappresentante dell’automazione alla portata di tutti è il Controllino Maxi, un PLC compatibile con il software per Arduino (vedi figura 1). Controllino è liberamente programmabili per uso privato e industriale secondo la norma EN 61010-2-201. Esso funge da unità elettronica di controllo ed è progettato per la massima compatibilità. L’unità offre non solo tutte le più moderne soluzioni, ma può anche essere programmato completamente da zero. In questa maniera i suoi utilizzi sono praticamente infiniti e universali.

Figura 1: il PLC Controllino Maxi

I suoi campi di applicazione sono l’automazione industriale e domestica, la domotica, la robotica e il controllo delle macchine. Ad esempio, il dispositivo può essere controllato da una pagina web, grazie alla presa di rete, collegandolo anche all’impianto elettrico di casa. Questo permetterà di realizzare un impianto domotico flessibile ed estremamente economico. Il linguaggio utilizzato per la sua programmazione è il Ladder, molto semplice e chiaro e implementabile da chiunque. E’ possibile, tuttavia, usare altri linguaggi di programmazione, anche più complicati. Vediamo alcune delle sue particolarità e caratteristiche:

  • microcontrollore: ATmega 2560;
  • connettore Ethernet;
  • frequenza di clock: 16Mhz;
  • interfaccia 2x RS232;
  • interfaccia 1x RS485;
  • interfaccia 1x SPI;
  • interfaccia I2C 1x;
  • montaggio su guida DIN: EN50022, 35mm;
  • temperatura di esercizio: 0° C-55° C;
  • ingressi digitali max. 12;
  • ingressi max. 12;
  • I/O 12;
  • uscite relè max. 10;
  • interfacce I2C, SPI, USB 2.0 presa B;
  • tensione di esercizio 12 VDC, 24 VDC;
  • assorbimento di corrente: max. 20 A;
  • uscite PWM: 12;
  • orologio in tempo reale RTC.

Con queste caratteristiche è possibile realizzare la maggior parte delle applicazioni industriali e domestiche con un PLC dalle dimensioni molto ridotte. Un progetto equivalente realizzato, diciamo, 30-40 anni fa avrebbe richiesto circuiti molto grandi ed estremamente complicati.

La vera potenza dei sistemi digitali è nel collegamento alla Rete

Qualsiasi dispositivo digitale, seppur dalle prestazioni estremamente sofisticate, non potrebbe eseguire le sue mansioni se non fosse collegato alla Rete, locale o mondiale. Un sistema ha, infatti, bisogno di trasferire l’insieme di dati e informazioni acquisite a grosse banche dati, ovvero di ricevere da queste le elaborazioni finali. Concetti come Big Data, IOT e Cloud Computing sono tutte tecnologie che presuppongono proprio una stretta connessione, fisica e logica, con diverse infrastrutture. Lo schema a blocchi di cui alla figura 2 mette in evidenza proprio questo aspetto. Il PLC è il protagonista del sistema. Esso è coadiuvato da sensori e attuatori, al fine di rilevare le grandezze fisiche ed elettriche esterne e pilotare i carichi, anche di potenza, dopo aver eseguito le opportune elaborazioni. Per connettere il dispositivo al router wireless è necessario utilizzare una WiFi-Shield in modo che il sistema può interagire con qualunque apparecchio, in qualsiasi parte del mondo. Se disponibile, si può utilizzare anche un cavo di rete collegato alla relativa presa RJ45.

schema logico del funzionamento di un PLC - sistema digitale
Figura 2: schema logico del funzionamento di un PLC connesso con il mondo esterno

Con la WiFi-Shield per Arduino, ad esempio, è possibile collegare alla rete WiFi il proprio dispositivo (vedi figura 3). Con tale connessione il sistema è aperto al mondo e le applicazioni possibili sono infinite. Con questa shield TCP/IP Arduino potrà collegarsi facilmente alle reti wireless. Supporta i protocolli di comunicazione TCP, UDP, FTP e HTTP. Con essa possono, ad esempio venire implementati sistemi robotici, domotici o stazioni meteorologiche. Permette la modalità di funzionamento a risparmio energetico

Figura 3: la WiFi-Shield di Arduino

Conclusioni

Oggi gli embedded, i PLC e i sistemi di sviluppo costano poco, consumano una minima corrente e la loro programmazione, assieme al loro utilizzo, risulta estremamente semplice. L’elettronica digitale ha dato una radicale svolta alla tecnologia e i sistemi sono caratterizzati da una affidabilità altissima. Tale potenza digitale, ovviamente, sarebbe nulla se i vari dispositivi non fossero collegati tra loro in una grande rete, in modo da condividere informazioni, dati e modelli matematici.


manutenzione predittiva - sistema digitale

Redazione Fare Elettronica