LA STRUMENTAZIONE Dipartimento di Informatica e Sistemistica Prof. ALESSANDRO DE CARLI Dott. Ing. Vincenzo Suraci ANNO ACCADEMICO 2011-20012 Corso di AUTOMAZIONE 1

STRUTTURA DEL NUCLEO TEMATICO: PROLOGO STRUTTURA DEL NUCLEO TEMATICO: CLASSIFICAZIONE DELLA STRUMENTAZIONE IDENTIFICAZIONE DELLA STRUMENTAZIONE BUSINESS DELLA STRUMENTAZIONE COSTO DELLA STRUMENTAZIONE TRASDUTTORI, ATTUATORI E SENSORI DISPOSITIVI DI MISURA GRANDEZZE MISURATE DAI DISPOSITIVI DI MISURA STRUTTURA DEI DISPOSITIVI DI MISURA TECNOLOGIE DI TRASMISSIONE 2

STRUMENTAZIONE HARDWARE SOFTWARE COLLEGAMENTO STRUMENTI DISPOSITIVI DI MISURA COLLEGAMENTO AL QUADRO DI CON-TROLLO CONTROLLORI LOCALI SUPERVISIONE COLLEGAMENTO ALLE PROCEDURE DI ESERCIZIO E DI PIANIFICAZIONE ATTUATORI RETE DI COMUNICAZIONE SUDDIVISIONE DELLA STRUMENTAZIONE 3

PROBLEMATICHE CLASSIFICAZIONE DELLA STRUMENTAZIONE 4

DISPOSITIVI DI ELABORAZIONE STRUMENTAZIONE DISPOSITIVI DI MISURA SENSORI TRASDUTTORI ATTUATORI RELÈ VALVOLE DI REGOLAZIONE MOTORI RETE DI COMUNICAZIONE PUNTO-PUNTO BUS DI CAMPO DISPOSITIVI DI ELABORAZIONE CENTRALIZZATI DISTRIBUITI LOCALI CLASSIFICAZIONE DELLA STRUMENTAZIONE 5

STRUMENTAZIONE DISPOSITIVI DI MISURA RETI DI COMUNICAZIONE ATTUATORI 6 - DI CAMPO CON USCITA - ATTUATORI - SUPPORTO FISICO - ON/OFF (sensori) - ON/OFF - ARIA IN PRESSIONE - ANALOGICA (4-20 mA) - MOTO CONTINUO Lineare Rotativo Alternativo - TENSIONE CONTINUA (pericolo scintillazione) - DIGITALIZZATA (intrins. analog.) - TENSIONE MODULATA - DIGITALE (intrins. digit) - CORRENTE CONTINUA - SMART CON USCITE DIGITALI (valore + info addizionali) - MOTO INCREMENTALE Passo-Passo - INFORMAZIONI - AZIONAMENTI - VALORE ON/OFF - INTELLIGENTI CON USCITE DIGITALI (elaborazione delle misure) - ELETTRICI - VALORE ANALOGICO - IDRAULICI - VALORE DIGITALIZZATO - PNEUMATICI - PROTOCOLLI CLASSIFICAZIONE DELLA STRUMENTAZIONE 6

DISPOSITIVI DI MISURA STRUMENTAZIONE INDUSTRIALE DI MISURA STRUMENTAZIONE DI PROCESSO RETI DI DISTRIBUZIONE STRUMENTAZIONE PER L’INDUSTRIA MANIFATTURIERA STRUMENTAZIONE CINEMATICA (Posizione, Velocità, Accelerazione, Forza, assoluta o relative) SENSORI ON-OFF TRASDUTTORI CORRENTE - TENSIONE - POTENZA LETTORI CODICI A BARRE SISTEMI DI VISIONE (per verifica e per misura) STRUMENTAZIONE DI ANALISI GAS E LIQUIDI MISURA PARAMETRI CHIMICI E FISICI ANALISI COMPOSIZIONE CHIMICA STRUMENTAZIONE DA QUADRO E DA PANNELLO CLASSIFICAZIONE DEI DISPOSITIVI DI MISURA 7

STRUMENTAZIONE DI PROCESSO TEMPERATURA MISURE DI PRESSIONE PORTATA LIVELLO P H STRUMENTAZIONE CINEMATICA POSIZIONE MISURE DI VELOCITÀ ACCELERAZIONE COPPIA FORZA STRUMENTAZIONE DI PROCESSO E STRUMENTAZIONE CINETICA 8

ATTUATORI VALVOLE DI REGOLAZIONE ATTUATORI IDRAULICI E PNEUMATICI STRUMENTAZIONE ATTUATORI VALVOLE DI REGOLAZIONE PER IL CONTROLLO ON-OFF (PWM, Energ. molto efficiente, bassa fed. di risp.) PER IL CONTROLLO DI TIPO CONTINUO (Energ. poco efficiente, alta fed. di risp.) ATTUATORI IDRAULICI E PNEUMATICI PER IL COMANDO ON-OFF ATTUATORI CON MOTO LINEARE MOTORI A ROTAZIONE DI TIPO CONTINUO MOTORI A MOTO INCREMENTALE AZIONAMENTI ELETTRICI PER IL COMANDO ON-OF ROTAZIONE DI TIPO CONTINUO CLASSIFICAZIONE DEGLI ATTUATORI 9

DISPOSITIVI E SOFTWARE DI CONTROLLO STRUMENTAZIONE DISPOSITIVI E SOFTWARE DI CONTROLLO P A S PROCESS AUTOMATION SYSTEMS P L C PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER P I D REGOLATORI D C S DISTRIBUTED CONTROL SYSTEMS CONTROLLO PER L’INDUSTRIA MANIFATTURIERA P L C PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER C N C CONTROLLO NUMERICO COMPUTERIZZATO SOFTWARE DI SUPERVISIONE R T U REMOTE TERMINAL UNIT S C A D A SUPERVISORY CONTROL AND DATA ACQUISITION STRUMENTAZIONE DI LABORATORIO APPARECCHIATURE DI PROVA IN LINEA E FUORI LINEA CLASSIFICAZIONE DEI DISPOSITIVI DI ELABORAZIONE 10 10

PROBLEMATICHE IDENTIFICAZIONE DELLA STRUMENTAZIONE 11

NUMERO DI IDENTIFICAZIONE NELL’IMPIANTO STRUMENTAZIONE CARATTERIZZAZIONE DI UNO STRUMENTO FUNZIONALITÀ DELLO STRUMENTO NUMERO DI IDENTIFICAZIONE NELL’IMPIANTO VARIABILE MISURATA T C 100 TEMPERATURA REGOLATORE TC100 IN FORMA CORRENTE IDENTIFICAZIONE DI UNO STRUMENTO 12

A R E I F V I E J C L A P S T Y Z VARIABILE MISURATA FUNZIONALITÀ STRUMENTAZIONE VARIABILE MISURATA FUNZIONALITÀ A R COMPOSIZIONE CHIMICA REGISTRATORE E TENSIONE I INDICATORE F PORTATA V VALVOLA I CORRENTE E ELEMENTO PRIMARIO DI UN SENSORE DI MISURA J POTENZA C REGOLATORE O CONTROLLORE L LIVELLO A GENERATORE DI ALLARME P PRESSIONE S COMMUTATORE O INTERRUTTORE T TEMPERATURA Y ELABORAZIONE FINALIZZATA Z POSIZIONE IDENTIFICAZIONE DEGLI STRUMENTI 13

TC 100 STRUMENTAZIONE STRUMENTO SINGOLO VARIABILE MISURATA E FUNZIONALITÀ LOCALIZZAZIONE NELL’IMPIANTO FUNZIONALITÀ RELIZZATA CON UN DCS FUNZIONALITÀ RELIZZATA CON UN PLC SIMBOLI GRAFICI 14

 Δ K d dt x > < STRUMENTAZIONE MOLTIPLICAZIONE PER UNA COSTANTE INTEGRAZIONE d dt DERIVAZIONE  SOMMATORIA Δ DIFFERENZA x MOLTIPLICAZIONE > SELEZIONE DEL MASSIMO < SELEZIONE DEL MINIMO SIMBOLI GRAFICI OPERAZIONI ANALITICHE 15

STRUMENTAZIONE SEGNALE GENERICO SEGNALE PNEUMATICO SEGNALE ELETTRICO SEGNALE IDRAULICO COLLEGAMENTO INTERNO SIMBOLI GRAFICI DEI SEGNALI DI COMUNICAZIONE 16

STRUMENTAZIONE VALVOLA VALVOLA A TRE VIE VALVOLA A QUATTRO VIE VALVOLA AD ANGOLO SIMBOLI GRAFICI DELLE VALVOLE 17

SERVOVALVOLA PNEUMATICA STRUMENTAZIONE SERVOVALVOLA PNEUMATICA SERVOVALVOLA PNEUMATICA ATTUATORE A VOLANTINO E H ATTUATORE ELETTROIDRAULICO ATTUATORE IDRAULICO CON COMANDI ON/OFF POMPA CENTRIFUGA SIMBOLI GRAFICI DEGLI ATTUATORI 18

PROBLEMATICHE BUSINESS DELLA STRUMENTAZIONE 19

MERCATO DELLA STRUMENTAZIONE PER I SISTEMI DI PRODUZIONE DI TIPO CONTINUO DISTRIBUTED CONTROL SYSTEMS 320 M € STRUMENTI DI MISURA 215 M € PROGAMMABLE LOGIC CONTROLLER 115 M € VALVOLE E POSIZIONATORI 90 M € ANALISI GAS E LIQUIDI 85 M € STRUMENTI DA QUADRO 65 M € AZIONAMENTI 60 M € APPARECCHIATURE DA LABORATORIO 35 M € U P S 7 M € ARTICOLAZIONE DEL MERCATO 20

PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER STRUMENTAZIONE MERCATO DELLA STRUMENTAZIONE PER I SISTEMI DI PRODUZIONE AD EVENTI PROGRAMMATI PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER 360 M € SENSORI E CODIFICATORI 220 M € AZIONAMENTI 220 M € CONTROLLORI A LOGICA CABLATA 140 M € APPARECCHIATURE DI PROVA 110 M € ATTUATORI PNEUMATICI 60 M € STRUMENTI DA PANNELLO 40 M € U.P.S. 5 M € ARTICOLAZIONE DEL MERCATO 21

MERCATO DELLA STRUMENTAZIONE PER LE RETI DI DISTRIBUZIONE SISTEMI DI TELECONTROLLO 86 M € VALVOLE E POSIZIONATORI 32 M € AZIONAMENTI 27 M € STRUMENTI DI MISURA 20 M € ANALISI GAS E LIQUIDI 13 M € STRUMENTI DA QUADRO 9 M € APPARECCHIATURE DI LABORATORIO 7 M € U.P.S. 1 M € ARTICOLAZIONE DEL MERCATO 22

23 STRUMENTAZIONE PENETRAZIONE NEL MERCATO 20 40 60 80 100 PLC 20 40 60 80 100 PLC SENSORI E APPARECCHIATURE DI MISURA BUS DI CAMPO AUTOMAZIONE SU PC AZIONAMENTI IN CORRENTE ALTERNATA SCADA/ HMI RETI INDUSTRIALI AZIONAMENTI/ MOTORI SISTEMI OPERATIVI REAL-TIME CONTROLLI NUMERICI DCS ALTRO PENETRAZIONE NEL MERCATO 23

PROBLEMATICHE COSTO DELLA STRUMENTAZIONE 24

COSTO DEL SISTEMA DI AUTOMAZIONE STRUMENTAZIONE COSTO DEL SISTEMA DI AUTOMAZIONE PER UN SISTEMA DI PRODUZIONE DI TIPO CONTINUO REALIZZATO CON D C S 4% MANUTENZIONE 6% MESSA IN SERVIZIO SOFTWARE DI GESTIONE 6% HARDWARE FIRMWARE SOFTWARE APPLICATIVO 47% 37% VALUTAZIONE DEI COSTI 25

COSTO DEL SISTEMA DI AUTOMAZIONE STRUMENTAZIONE COSTO DEL SISTEMA DI AUTOMAZIONE PER UN SISTEMA DI PRODUZIONE DI TIPO CONTINUO REALIZZATO CON P L C MANUTENZIONE 4% 6% MESSA IN SERVIZIO SOFTWARE DI GESTIONE 2% HARDWARE FIRMWARE SOFTWARE APPLICATIVO 58% 30% VALUTAZIONE DEI COSTI 26

COSTO DEL SISTEMA DI AUTOMAZIONE STRUMENTAZIONE COSTO DEL SISTEMA DI AUTOMAZIONE PER UN SISTEMA DI PRODUZIONE AD EVENTI PROGRAMMATI REALIZZATO CON CONTROLLO NUMERICO E LOGICA CABLATA 6% MANUTENZIONE 2% MESSA IN SERVIZIO SOFTWARE DI GESTIONE 3% SOFTWARE APPLICATIVO 25% HARDWARE FIRMWARE 64% VALUTAZIONE DEI COSTI 27

COSTO DEL SISTEMA DI AUTOMAZIONE STRUMENTAZIONE COSTO DEL SISTEMA DI AUTOMAZIONE PER UN SISTEMA DI PRODUZIONE AD EVENTI PROGRAMMATI REALIZZATO CON P L C E PC 4% MANUTENZIONE 6% MESSA IN SERVIZIO 15% SOFTWARE DI GESTIONE HARDWARE FIRMWARE 44% 31% SOFTWARE APPLICATIVO VALUTAZIONE DEI COSTI 28

COSTO DEL SISTEMA DI AUTOMAZIONE STRUMENTAZIONE COSTO DEL SISTEMA DI AUTOMAZIONE PER UNA RETE DI DISTRIBUZIONE 10% MANUTENZIONE 8% MESSA IN SERVIZIO SOFTWARE DI GESTIONE HARDWARE FIRMWARE 8% 40% SOFTWARE APPLICATIVO 35% VALUTAZIONE DEI COSTI 29

TRASDUTTORI, ATTUATORI E PROBLEMATICHE TRASDUTTORI, ATTUATORI E SENSORI 30

SCHEMA DI UNA CATENA DI MISURA E ATTUAZIONE STRUMENTAZIONE SCHEMA DI UNA CATENA DI MISURA E ATTUAZIONE COORDINAMENTO DELLE AZIONI DI CONTROLLO SISTEMA DI CONTROLLO DELL’APPARATO INTERFACCIA MECCANICA ELETTRICA RETE DI COMUNICAZIONE MISURA E ATTUAZIONE DISPOSITIVO DI CONTROLLO APPARATO ATTUATORE SENSORE RUOLO DEL DISPOSITIVO DI MISURA 31

DAL LATINO TRANS-DUCERE = CONDURRE ATTRAVERSO STRUMENTAZIONE TRASDUTTORE DAL LATINO TRANS-DUCERE = CONDURRE ATTRAVERSO DISPOSITIVO FISICO PROGETTATO PER TRASFORMARE GRANDEZZE APPARTENENTI AD UN SISTEMA ENERGETICO IN GRANDEZZE EQUIVALENTI APPARTENENTI AD UN DIVERSO SISTEMA ENERGETICO ATTUATORE : TRASFORMA UN SEGNALE IN ENERGIA SENSORE: TRASFORMA ENERGIA IN UN SEGNALE STRUMENTAZIONE DA CAMPO 32

SENSORE STRUMENTAZIONE SEGNALE ENERGIA SENSORI 33 TRASDUTTORE UTILIZZATO PER MISURARE LE CONDIZIONI OPERATIVE DI UN APPARATO GRANDEZZA IN INGRESSO ENERGIA NEL DOMINIO FISICO DELL’APPARATO GRANDEZZA IN USCITA SEGNALE NEL DOMINIO FISICO DEL SISTEMA DI CONTROLLO DOMINIO FISICO: ELETTRICO NUMERICO DISPOSITIVO DI CONTROLLO SEGNALE ENERGIA DOMINIO FISICO: ELETTRICO MECCANICO IDRAULICO APPARATO TRA- SDUTTORE SENSORE 000100101 CORRENTE TENSIONE CORRENTE TENSIONE FORZA COPPIA PRESSIONE SENSORI 33

ATTUATORE ELETTRICO NUMERICO STRUMENTAZIONE SEGNALE ENERGIA 34 TRASDUTTORE UTILIZZATO PER TRASFORMARE UN SEGNALE DI COMANDO IN AZIONE SUL PROCESSO FUNZIONE COMPLEMENTARE A QUELLA DEL SENSORE GRANDEZZA IN INGRESSO SEGNALE NEL DOMINIO FISICO DEL SISTEMA DI CONTROLLO GRANDEZZA IN USCITA ENERGIA NEL DOMINIO FISICO DELL’APPARATO DOMINIO FISICO: ELETTRICO NUMERICO DISPOSITIVO DI CONTROLLO SEGNALE ENERGIA DOMINIO FISICO: ELETTRICO MECCANICO IDRAULICO APPARATO TRA- SDUTTORE ATTUATORE 000100101 CORRENTE TENSIONE CORRENTE TENSIONE FORZA COPPIA PRESSIONE STRUMENTAZIONE DI CAMPO 34

della variabile d’ingresso STRUMENTAZIONE CARATTERISTICHE DEI TRASDUTTORI Ymax Xmax Campo d’escursione della variabile d’ingresso della variabile d’uscita CARATTERISTICA IDEALE SOLITAMENTE UN TRASDUTTORE È SCHEMATIZZATO CON UN COMPORTAMENTO LINEARE STATICO TALE IPOTESI SERVE PER SEMPLIFICARE IL PROGETTO DI UNA MODALITÀ DI CONTROLLO BASATA SUL TRASDUTTORE CARATTERISTICA IDEALE STRUMENTAZIONE DI CAMPO 35

della variabile d’ingresso STRUMENTAZIONE CARATTERISTICHE DEI TRASDUTTORI CARATTERISTICA REALE OGNI TRASDUTTORE PRESENTA IN REALTÀ SCOSTAMENTI DI COMPORTAMENTO RISPETTO AL TRASDUTTORE IDEALE TALVOLTA TALE SCOSTAMENTO VIENE TRASCURATO (APPROSSIMAZIONE INGEGNERISTICA) MA NON DEVE ESSERE MAI DIMENTICATO NELLA PROGETTAZIONE DELLA MODALITÀ DI CONTROLLO DAL MOMENTO CHE RISULTA DETERMINANTE NELLA DEFINIZIONE DELLA PRECISIONE STATICA Ymax Xmax campo d’escursione della variabile d’ingresso della variabile d’uscita CARATTERISTICA REALE CARATTERISTICA IDEALE STRUMENTAZIONE DA CAMPO 36

PROBLEMATICHE DISPOSITIVI DI MISURA 37

GESTIONE CONDUZIONE COORDINAMENTO CAMPO ATTUATORI STRUMENTAZIONE COORDINAMENTO CONDUZIONE GESTIONE CAMPO - ANALIZZATORI DI MATERIA - MISURATORI DI MATERIA - MISURATORI DI GRANDEZZE FISICHE - LETTORI CODICI - SENSORI DI PROSSIMITÀ - SENSORI DI FINE CORSA - ANALIZZATORI DELLA VISIONE ATTUATORI DISPOSITIVI DI MISURA PER I CONTROLLORI LOCALI PER IL COORDINAMENTO PER LA CONDUZIONE E PER LA GESTIONE - ELETTRICI - IDRAULICI - PNEUMATICI DELLE VARIABILI CONTROLLATE ON/OFF DELLE VARIABILI INTERNE STRUMENTAZIONE AI VARI LIVELLI GERARCHICI 38

INFORMAZIONI NECESSARIE PER CARATTERIZZARE UN DISPOSITIVO DI MISURA STRUMENTAZIONE INFORMAZIONI NECESSARIE PER CARATTERIZZARE UN DISPOSITIVO DI MISURA GRANDEZZA DA MISURARE PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO DEL SENSORE TECNOLOGIE UTILIZZATE PER LA REALIZZAZIONE SEGNALE RICAVATO DAL SENSORE INTERFACCIA VERSO L’APPARATO CAMPO DI ESCURSIONE PRESTAZIONI (Banda Passante) CLASSE DI PROTEZIONE (IP xx yy) CLASSE DELLA QUALITÀ COSTO CARATTERIZZAZIONE DI UN DISPOSITIVO DI MISURA 39

CRITERI PER LA VALUTAZIONE DELLA QUALITÀ DI UN DISPOSITIVO DI MISURA STRUMENTAZIONE CRITERI PER LA VALUTAZIONE DELLA QUALITÀ DI UN DISPOSITIVO DI MISURA COMPORTAMENTO STATICO (Precisione a t infinito) COMPORTAMENTO DINAMICO (Funz. di trasf.) CLASSE DI QUALITÀ (Sensibilità) CAMPO DI MISURA CAPACITÀ DI SOVRACCARICO COMPATIBILITÀ CON LA RETE DI COMUNICAZIONE COMPATIBILITÀ ELETTROMAGNETICA COMPATIBILITÀ CON GLI ALTRI COMPONENTI DISPONIBILITÀ VALUTAZIONE DI UN DISPOSITIVO DI MISURA 40

STRUMENTAZIONE CARATTERIZZAZIONE DI UN DISPOSITIVO DI MISURA SENSIBILITÀ: rapporto fra la variazione rilevata dal sensore e la variazione della grandezza da misurare RISOLUZIONE: la più piccola variazione della gran-dezza misurata che viene rilevata dal sensore PRECISIONE: differenza fra il valore fornito dal sensore e il valore reale da misurare RISOLUZIONE DEL CONVERTITORE: la più piccola variazione della grandezza misurata che viene rilevata dal convertitore analogico/digitale. CARATTRIZZAZIONE DI UN DISPOSITIVO DI MISURA 41

COMPORTAMENTO DINAMICO MOLTO RAPIDO STRUMENTAZIONE PROPRIETÀ SEGNALE DI USCITA MODULATO IN AMPIEZZA MODULATO IN FREQUENZA DIGITALE PRECISIONE STATICA LIMITATA DALLA LUNGHEZZA DI PAROLA ELEVATA ELEVATA COMPORTAMENTO DINAMICO MOLTO RAPIDO LIMITATO DALLA DINAMICA DEL TRASDUTTORE LIMITATO DAL CAMPIONAMENTO SENSIBILITÀ AL RUMORE MEDIAMENTE ELEVATA LIMITATA LIMITATA SEMPLICE TRAMITE TRASDUTTORE SEMPLICE TRAMITE ACCOP-PIATORE OTTICO SEPARAZIONE GALVANICA COSTOSA INTERFACCIA CON UN CALCOLATORE CONVERTITORE A / D SEMPLICE CONTATORE DI FREQUENZA SEMPLICE CAPACITÀ DI ELABORAZIONE MOLTO LIMITATA SEMPLICE MEDIANTE MICROCALCOLTORE LIMITATA CARATTERIZZAZIONE DI UN DISPOSITIVO DI MISURA 42

GRANDEZZE MISURATE DAI PROBLEMATICHE GRANDEZZE MISURATE DAI DISPOSITIVI DI MISURA 43

GRANDEZZE MECCANICHE STRUMENTAZIONE CARATTERISTICHE GEOMETRICHE SPOSTAMENTO GEOMETRICHE ANGOLO LIVELLO GRADIENTE VELOCITÀ CINEMATICHE ACCELERAZIONE OSCILLAZIONI FLUSSO FORZA SOLLECITAZIONI PRESSIONE COPPIA MASSA STRUTTURA VISCOSITÀ DENSITÀ VELOCITÀ DEL SUONO ACUSTICHE PRESSIONE DEL SUONO FREQUENZA DEL SUONO MISURA DELLE GRANDEZZE MECCANICHE 44

GRANDEZZE ELETTRICHE MISURABILI STRUMENTAZIONE GRANDEZZE ELETTRICHE MISURABILI CARATTERISTICHE VARIABILI CIRCUITALI TENSIONE (V - Volt) CORRENTE (A – Ampere) POTENZA (W – Watt) PARAMETRI CIRCUITALI RESISTENZA (W – Ohm) INDUTTANZA (H - Henry) CAPACITÀ (F - Farad) IMPEDENZA (W – Ohm) VARIABILI DI CAMPO CAMPO ELETTRICO (Vm-1) CAMPO MAGNETICO (T Tesla) GRANDEZZE TERMICHE MISURABILI CARATTERISTICHE TEMPERATURA DI CONTATTO DI IRRAGGIAMENTO MISURA DELLE GRANDEZZE ELETTRICHE E TERMICHE 45

GRANDEZZE CHIMICHE E FISICHE STRUMENTAZIONE GRANDEZZE CHIMICHE E FISICHE CARATTERISTICHE CONCENTRAZIONI VALORE DEL PH UMIDITÀ CONDUZIONE DEL CALORE CONTENUTO DELLE PARTICELLE NELLA SOSPENSIONE NELLE POLVERI NEI GAS TIPO DI MOLECOLE NEI FLUIDI NEI SOLIDI INTENSITÀ CARATTERISTICHE OTTICHE LUNGHEZZA D’ONDA COLORE MISURA DELLE GRANDEZZE CHIMICHE E FISICHE 46

PROBLEMATICHE STRUTTURA DEI DISPOSITIVI DI MISURA 47

STRUTTURA DI UN DISPOSITIVO DI MISURA STRUMENTAZIONE STRUTTURA DI UN DISPOSITIVO DI MISURA DISPOSITIVO DI MISURA RETE DI COMUNICAZIONE - PNEUMATICA PRESSIONE VARIABILE FRA 3 E 15 PSI - ANALOGICA CORRENTE CONTINUA VARIABILE FRA 4 E 20 MA - SMART ANALOGICA IN CORRENTE CONTINUA CON SOVRAPPOSTA TRASMISSIONE DIGITALE SECONDO MODALITÀ DI TIPO PROPRIETARIO ( HART, INTERSOR, DXR 275) - BUS DI CAMPO TRASMISSIONE DIGITALE SECONDO PROTOCOLLI PROPRIETARI O FISSATI DA NORME INTERNAZIONALI - WIRELESS - SENSORE DELLA GRANDEZZA CHE CARATTERIZZA LA VARIABILE CONTROLLATA - DISPOSITIVO MECCANICO E/O ELETTRONICO CHE AMPLIFICA ED ELABORA LA VARIABILE DI USCITA DAL SENSORE - DISPOSITIVO CHE CONVERTE IL VALORE ELABORATO DAL PRECEDENTE DISPOSITIVO IN MODO DA RENDERLO COMPATIBILE CON LO STANDARD DI COMUNICAZIONE PRESCELTO STRUMENTAZIONE 48

DISPOSITIVO DI MISURA DI TIPO STANDARD STRUMENTAZIONE DISPOSITIVO DI MISURA DI TIPO STANDARD GRANDEZZA CHE CARATTERIZZA LA VARIABILE DA MISURARE ALLA RETE DI COMUNICAZIONE DISPOSITIVO DI MISURA SENSORE DISPOSITIVO DI AMPLIFICAZIONE ED ELABORAZIONE MECCANICO O ELETTRONICO DISPOSITIVO DI ADATTAMENTO ALLA RETE DI COMUNICAZIONE (TRASMETTITORE) STRUMENTAZIONE DA CAMPO 49

GRANDEZZA DA MISURARE SENSORE TRASDUTTORE AMPLIFICATORE FILTRO STRUMENTAZIONE GRANDEZZA DA MISURARE SENSORE TRASDUTTORE AMPLIFICATORE FILTRO PASSA-BASSO CAMPIONAMENTO E TENUTA CONVERTITORE A / D MICRO CALCOLATORE RETE DI COMUNICAZIONE STRUTTURA DI UN DISPOSITIVO DI MISURA DIGITALE 50

STRUMENTAZIONE STRUMENTAZIONE SMART GLI STRUMENTI SMART FORNISCONO, OLTRE ALLA MISURA DELLA VARIABILE CONTROLLATA, ANCHE LA MISURA DI ALTRE VARIABILI SIGNIFICATIVE PER CONOSCERE LE CONDIZIONI OPERATIVE DELL’APPARTO SU CUI SONO MONTATI. TALI MISURE SONO DI AUSILIO PER LA CONDUZIONE DELL’APPARATO E CONSENTONO DI GESTIRE IN ANTICIPO SITUAZIONI ANOMALE E DI FORNIRE INFORMAZIONI DA UTILIZZARE PER LA MANUTENZIONE PREVENTIVA STRUMENTAZIONE SMART 51

DISPOSITIVO DI MISURA DI TIPO SMART STRUMENTAZIONE DISPOSITIVO DI MISURA DI TIPO SMART GRANDEZZA CHE CARATTERIZZA LA VARIABILE CONTROLLATA ALLA RETE DI COMUNICAZIONE DIGITALE DISPOSITIVO DI MISURA SMART SENSORE PRINCIPALE AMPLIFICATORE DISPOSITIVO DI ADATTAMENTO ALLA MODALITÀ DI COMUNICAZIONE CONVERTITORE A/D MICROPROCESSORE ELABORAZIONE DIGITALE SENSORI VARIO TIPO GRANDEZZE CHE CARATTERIZZANO ALTRE VARIABILI DI USCITA DEL SISTEMA DA CONTROLLARE STRUMENTAZIONE DA CAMPO 52

DISPOSITIVO DI MISURA INTELLIGENTE STRUMENTAZIONE DISPOSITIVO DI MISURA INTELLIGENTE ALLA RETE DI COMUNICAZIONE DIGITALE VALORE DELLA VARIABILE DA CONTROLLARE E DELLE ALTRE VARIABILI DISPOSITIVO DI MISURA “INTELLIGENTE” SENSORI VARIO TIPO AMPLIFICATORE DISPOSITIVO DI ADATTAMENTO ALLA MODALITÀ DI COMUNICAZIONE CONVERTITORE A/D MICROPROCESSORE ELABORAZIONE IN HARD E IN SOFT-COMPUTING GRANDEZZE CHE CARATTERIZZANO LA VARIABILE CONTROLLATA E ALTRE VARIABILI AD ESSA CONNESE STRUMENTAZIONE DA CAMPO 53

DISPOSITIVO DI MISURA TRASMETTITORE STRUMENTAZIONE INTERFACCIA PER L’ISTALLAZIONE DEL SENSORE SENSORE TRASMETTITORE ELABORAZIONE DEL SEGNALE FORNITO DAL SENSORE ELABORAZIONE PER MIGLIORARE LA QUALITÀ DELLA GRANDEZZA MISURATA INTERFACCIA VERSO LA RETE DI COMUNICAZIONE STRUTTURA DI UN DISPOSITIVO DI MISURA 54

ESEMPIO: TRASMETTITORE MULTIVARIABILE DI PRESSIONE DIFFERENZIALE STRUMENTAZIONE ESEMPIO: TRASMETTITORE MULTIVARIABILE DI PRESSIONE DIFFERENZIALE SENSORE PRICIPALE: ORIFIZIO SENSORI SECONDARI: CAPACITIVI E PIEZIELETTRICI GRANDEZZE MISURATE: PORTATA VARIABILE CONTROLLATA PRESSIONE VARIABILE INTERNA PRESSIONE DIFFERENZIALE VARIABILE INTERNA TEMPERATURA VARIABILE INTERNA PRECISIONE: 1% DEL VALORE MISURATO ESCURSIONE: 8 : 1 STRUMENTAZIONE DA CAMPO 55

PROBLEMATICHE TECNOLOGIE DI TRASMISSIONE 56

TECNOLOGIE PER LA COMUNICAZIONE STRUMENTAZIONE TECNOLOGIE PER LA COMUNICAZIONE BUS DI CAMPO CON PROTOCOLLO - PROFIBUS - FIELDBUS FOUNDATION tempo TECNOLOGIA DOMINANTE 1950 2000 1975 ANALOGICA 4…20 mAcc TENSIONE MODULATA A FREQUENZA FISSA PNEUMATICA 3…15 psi ANALOGICA 4…20 mAcc DIGITALE HART WIRELESS STRUMENTAZIONE DA CAMPO 57

PROTOCOLLO DI TRASMISSIONE HART STRUMENTAZIONE PROTOCOLLO DI TRASMISSIONE HART HIGHWAY ADDRESSABLE REMOTE TRANSDUCER TRASMISSIONE CONTEMPORANEA SULLO STRESSO SUPPORTO FISICO DI UNA VARIABILE ANALOGICA E DI INFORMAZIONI DIGITALIZZATE MEDIANTE UN SEGNALE DI TIPO ANALOGICO TRASMETTITORE SENSORE PRINCIPALE CONVERSIONE IN 4 – 20 mAcc SEGNALE DI TIPO ANALOGICO DA TRASMETTERE 4 – 20 mAcc INFORMAZIONI DIGITALIZZATE CONVERSIONE CON PROTOCOLLO HART DOPPINO TELEFONICO o WIRELESS PROTOCOLLO HART 58

SISTEMA DI COMUNICAZIONE STRUMENTAZIONE INFORMAZIONE DIGITALIZZATA SEGNALE DI TIPO CONTINUO DA TRASMETTERE 4 – 20 mA SEGNALE ANALOGICO DAL SENSORE MEMORIA CONVERTITORE A/D MICRO PROCESSORE CONVERTITORE D/A SISTEMA DI COMUNICAZIONE STRUTTURA DI UN TRASMETTITORE CON PROTOCOLLO HART 59

PROTOCOLLO DI TRASMISSIONE HART STRUMENTAZIONE PROTOCOLLO DI TRASMISSIONE HART HIGHWAY ADDRESSABLE REMOTE TRANSDUCER GRANDEZZA DIGITALIZZATA 1 FREQUENZA DELLA PORTANTE 1200 Hz 2200 Hz GRANDEZZA DIGITALIZZATA CONVERTITA SECONDO IL PROTOCOLLO HART 1 mA VARIABILE ANALOGICA OTTENUTA DAL TRASDUTTORE PROTOCOLLO HART 60

STANDARD DI COMUNICAZIONE BELL 202 STRUMENTAZIONE MODELLO DI RIFERIMENTO OSI OPEN SYSTEM INTERCONNECTION LIVELLO FUNZIONE ESPOSIZIONE DEI DATI CONVERSIONE DEI DATI GESTIONE DEL DIALOGO AFFIDABILITÀ DELLA TRASMISSIONE INSTRADAMENTO ACCESSO CONDIVISO AL MEZZO TRASMISSIVO CODIFICA DI SEGNALE SERVIZIO PRESENTAZIONE TRASPORTO RETE LINEA FISICO SESSIONE 7 6 5 4 3 2 1 PROTOCOLLO DI APPLICAZIONE PROTOCOLLO DI TRASPORTO PROTOCOLLO HART ISTRUZIONI HART PROTOCOLLO HART STANDARD DI COMUNICAZIONE BELL 202 STRUTTURA DI UN MESSAGGIO HART 61

STRUTTURA DI UN MESSAGGIO HART STRUMENTAZIONE STRUTTURA DI UN MESSAGGIO HART 1 BIT 1 BIT 8 BIT 1 BIT PREAMBOLO SD AD CD BC STATO DATI PARITÀ DISPOSITIVO DI CAMPO E STATO DI COMUNICAZIONE CONTEGGIO BIT RESTANTI ISTRUZIONE HART TERMINALE DI VISUALIZ-ZAZIONE E INDIRIZZO DEL DISPOSITIVO DI CAMPO CARATTERE DI INIZIALIZZAZIONE STRUTTURA DI UN MESSAGGIO HART 62

della variabile di uscita dal trasmettitore STRUMENTAZIONE mA tempo 4 6 8 10 12 14 16 18 20 della variabile di uscita dal trasmettitore campo di escursione i i+1 i+2 i+3 i+4 i+5 i+6 i+7 i+8 SEQUENZA DI BIT VARIABILE MISURATA E GRANDEZZA AUSILIARA CONVERTITE CON IL PROTOLLO HART VARIABILE MISURATA DAL SENSORE ED ELABORATA CON TECNICHE ANALOGICHE DAL TRASMETTITORE GRANDEZZA AUSILIARIA DIGITALIZZATA TRASMISSIONE CON PROTOCOLLO HART 63

STRUMENTAZIONE CORRENTE CONTINUA CON ESCUR-SIONE COMPRESA FRA 4 e 20 mA ANALOGICA CORRENTE CONTINUA CON ESCURSIO-NE COMPRESA FRA 4 e 20 mA CON SO-VRAPPOSTA UNA CORRENTE SINUOI-DALE DI AMPIEZZA PICCO-PICCO DI 1 mA PROTOCOLLO HART COMUNICAZIONE DIGITALE CON STANDARD DI COMUNICAZIONE RSxxx O IEEExxx REMOTE TERMINAL UNIT PROTOCOLLI FIELDBUS FUNDATION PROFIBUS MODBUS INDUSTRIAL ETHERNET COMUNICAZIONE DIGITALE BIDIREZIO-NALE FRA UN DISPOSITIVO DI CAMPO DI TIPO SMART E UN DISPOSITIVO DI ELABORAZIONE DEL TIPO PLC O DCS INTERFACCIA VERSO LA RETE DI COMUNICAZIONE 64