L’analogia tra corpo umano e macchina è un concetto spesso utilizzato per descrivere una macchina complessa, o comunque per facilitare la comprensione dei concetti basilari dell’automazione.
In questo articolo parleremo di:
Difatti una macchina complessa, qualunque sia il lavoro motore finale esplicato, per trasferire potenza si avvale di unità di attuazione assimilabili ai muscoli del corpo umano. Seguendo l’analogia tra corpo umano e macchina, sebbene drasticamente semplificata rispetto alla fenomenologia reale, potremmo assimilare macchine operatrici (es.: pompe, compressori) e fluido vettore di potenza (es.: olio, aria) all’apparato cardiocircolatorio (cuore, vasi, sangue).
La parte delegata al controllo ed al comando della macchina (es.: ECU, PLC, bus di campo) è senz’altro assimilabile alla rete nervosa del corpo umano. A chiusura di questo percorso nella logica d’automazione della macchina troviamo le entità delegate alla raccolta e all’elaborazione dei segnali provenienti dall’esterno; se per il corpo umano queste entità solo gli organi sensoriali, per la macchina sono i sensori. In merito alla digitalizzazione e il controllo da remoto di macchine mobili 4.0., si invita alla lettura dell'articolo "Connected Vehicles: dal controllo al cloud" .
Come si evince dall’analogia tra corpo umano e macchina appena descritta, il ruolo del sensore diviene di primaria importanza poiché delegato alla comunicazione con il mondo esterno alla macchina, fine alla misura e alla gestione di segnali destinati ad essere poi elaborati dalle unità di controllo per lo svolgimento di lavoro motore.
I segnali gestiti dai sensori riguardano prevalentemente grandezze come pressione, temperatura, portata, distanza lineare, orientamento angolare, velocità lineare e rotazionale, e misure diagnostiche varie.
Per le macchine destinate al settore dell’off-highway (es.: agricoltura, costruzione, sollevamento), talvolta indicate come macchine mobili, i sensori raccolgono i segnali dall’esterno come input per l’espletamento di funzioni macchina, funzioni sicurezza e funzioni ausiliarie. A tal proposito, ti invitiamo alla lettura della guida "Advanced Vehicles: tutto sulla connettività e le funzioni macchina" in cui abbiamo approfondito le tecnologie e le soluzioni in via di sviluppo per i veicoli autonomi, elettrici e connessi.
Per funzioni macchina si intende una serie di funzioni, semiautonome o completamente autonome, tipiche della macchina per espletare un lavoro motore.
Risulta immediatamente evidente che la gestione e l’elaborazione di segnali esterni come per esempio pressione, orientamento e accelerazione angolare, siano fondamentali per espletare una funzione macchina.
Alcuni esempi di carattere pratico: in macchine per l’agricoltura, il controllo della benna per il movimento terra può avvenire solo se segnali come la pressione esercitata dal carico e l’orientamento angolare della stessa benna sono raccolti da sensori e correttamente elaborati dalle unità di controllo e comando; così come per le macchine per il sollevamento, il controllo della catena cinematica di un braccio avviene se vengono forniti in input alle unità di controllo segnali esterni per la determinazione delle condizioni cinematiche e dinamiche del sistema.
Le funzioni di sicurezza sono quelle funzioni macchina che, pur non espletando spesso un lavoro motore, sono implementate per direttiva e normativa vigente per garantire la sicurezza attiva e passiva per macchina ed operatore; a tal proposito si invita alla lettura degli approfondimenti contenuti nella sezione Comfort & Sicurezza. Tra queste funzioni possiamo annoverare per esempio il controllo ridondato di un carico, il controllo degli organi in pressione, funzioni varie di autodiagnostica, possibili solo mediante l’input di segnali esterni raccolti dalla sensoristica, che per queste funzioni in particolare avrà un’architettura hardware e software ad hoc.
Le funzioni ausiliarie o funzioni servizi sono invece quelle delegate a garantire funzionalità e comfort della macchina. Sensoristica delegata alla misura di pressione nel circuito oleodinamico per l’azionamento dei servizi della macchina, o alla misura del regime di rotazione del motore termico, o alla temperatura in cabina per la regolazione del clima, costituiscono chiari esempi di carattere pratico per sensoristica applicata a questo tipo di funzioni.
Risulta abbastanza insolito trovare, sulle macchine per l’off highway, connessioni di tipo punto-punto tra sensoristica e unità elettroniche di controllo. Al fine di ridurre i cablaggi, fattore molto importante per questo tipo di macchine, e al fine di garantire la trasmissione bidirezionale di un messaggio robusto e strutturato, si ricorre ai bus di campo ed ai relativi protocolli di comunicazione.
Infine, se per i sensori l’acquisizione e la trasmissione di un segnale risulta un requisito di base, la capacità di effettuare un’elaborazione e storicizzazione in locale del segnale acquisito e di effettuare autodiagnostica rappresenta sicuramente il grande valore aggiunto: a tal proposito si parla di smart sensors, ovvero sensoristica intelligente. Se sulle applicazioni industriali gli smart sensors rappresentano ormai una realtà consolidata per i vantaggi offerti, la loro implementazione inizia progressivamente a vedersi, con altrettanti vantaggi, anche sulle macchine mobili.
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