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APRILE 2019 AUTOMAZIONE OGGI 413 111 La retroazione diretta delle variabili di stato è possibile grazie all’intrinseca presenza dei ritardi sulle uscite, dati dalle funzioni del circuito combinatorio. I ritardi permettono di distinguere tra uno stato presente all’ingresso della macchina combinatoria e uno stato futuro disponibile sulla sua uscita. Il circuito può così operare correttamente in due step: in primo luogo, prende atto del valore della variabile d’ingresso a stato costante, poi, se del caso, aggiorna lo stato a ingresso costante. Tale distinzione vale però solo all’arrivo di un nuovo valore della variabile d’ingresso, poiché appena trascorso il ritardo di propagazione e per tutto il successivo intervallo di tempo in cui la variabile d’ingresso rimane costante, il valore dello stato presente è sempre eguale a quello dello stato futuro. È questa la condizione di stabilità. Il continuo passaggio da una condizione di stabilità dello stato interno a un’altra deve essere sempre garantito qualsiasi sia il va- lore dei ritardi presenti sugli anelli di retroazione. Ciò implica il rispetto di una fondamentale regola di corretto impiego: il valore della variabile d’ingresso può essere modificato solo dopo che il circuito ha raggiunto la condizione di stabilità. Questa è però una condizione necessaria che non basta a ga- rantire il corretto funzionamento di un circuito con retroazioni dirette. Ci si deve infatti porre il problema di eliminare a priori l’insorgere di situazioni spurie sugli ingressi della rete. Si deve cioè evitare che la macchina legga erroneamente il cambiamento di due variabili d’ingresso allo stesso istante, cosa fisicamente non vera, che induce a errori successivi nell’esecuzione della sequenza. Occorre quindi imporre un vincolo in fase di codifica binaria alla lettura degli ingressi, per evitare che questo accada. Si può in sostanza affermare che le uscite della rete sono una funzione combinatoria degli ingressi e possono pertanto essere descritte con i metodi delle reti combinatorie. Effetti ‘aloe’, dovuti ai ritardi Le reti combinatorie (‘logic network’) svolgono funzioni di porte logiche (AND, OR, NOT, Nand, NOR, XOR). Come già detto, in ogni istante i valori di uscita dipendono unicamente dai valori applicati nello stesso istante agli ingressi. In una rete ideale, al variare dei valori in ingesso si dovrebbe avere un’immediata variazione dei valori in uscita, ma non è così, poiché si introducono dei ritardi dovuti ai tempi di esecuzione della macchina a stati e ai tempi dell’elettronica. Ciò può causare effetti indesiderati detti ‘aloe’. Il termine esprime il concetto per cui vi possono essere valori tem- poraneamente diversi da quelli attesi a causa dei ritardi introdotti. Il progettista dovrà quindi verificare con approcci teorici e speri- mentali se tali disomogeneità sono compatibili con il processo o con la linea dello stabilimento manifatturiero specifico, quindi trovare soluzioni idonee per ogni fattispecie. Se, per esempio, devo accendere il bruciatore di una caldaia per produrre vapore, dovrò innanzitutto verificare se vi sono le con- dizioni per farlo: controllerò la presenza dell’acqua nello scam- biatore, l’apertura delle valvole di flusso, la temperatura iniziale della caldaia e l’assenza di gas ecc. Solo in presenza delle condi- zioni stabilite dal progetto aprirò la valvola del gas e innescherò lo ‘scintillatore’. Successivamente, verificherò la presenza di fiamma per capire se l’operazione è andata a buon fine. Se ho avuto suc- cesso, quindi, procederò con le operazioni successive previste dal processo; in caso contrario, chiuderò la valvola del gas e le valvole di flusso ed eseguirò le operazioni necessarie per la messa in sicu- rezza dell’impianto. In questa sequenza di operazioni vi sono dei punti critici per la presenza del gas. Dovrò essere sicuro che eventuali effetti ‘aloe’ non incidano sulla sicurezza. Reti sequenziali sincrone In una rete sequenziale sincrona le variabili d’ingresso verranno aggiornate in corrispondenza del fronte di clock, così come la va- riabile di stato. Le variabili d’ingresso saranno in numero indefi- nito, il loro aggiornamento avverrà a regolari intervalli di tempo, mentre l’uscita cambierà in corrispondenza del cambiamento della variabile di stato combinato con il cambiamento delle va- riabili d’ingresso. La retroazione della variabile di stato avviene attraverso una fun- zione che introduce un ritardo. Tale ritardo è pilotato dal clock, che permette l’aggiornamento dei valori delle variabili di stato solo in precisi e predeterminati istanti di sincronismo, secondo una frequenza data. Avremo quindi una costante di tempo ‘T0’. Le variazioni delle variabili d’ingresso, che indurranno le varia- zioni dello stato futuro e dell’uscita, saranno sincrone poiché av- verranno solo in corrispondenza degli istanti di sincronismo. Ciò equivale funzionalmente ad avere una retroazione con un ritardo di durata ‘T0’. Con le retroazioni indirette, la rete sequenziale sincrona potrebbe essere intesa solo come una versione più lenta della rete sequen- ziale asincrona. È infatti necessario aspettare sempre il tempo ‘T0’ prima che il valore dello stato futuro venga reso disponibile La rete sequenziale sincrona introduce la funzione di clock Lo stato viene aggiornato solo in corrispondenza del fronti ci clock Ingresso Uscita Stato presente Stato futuro Clock Registro di stato Q D Rete conbinatoria