AES_6 2023

Settembre 2023 n Automazione e Strumentazione Approfondimenti 44 INDAGINE sviluppato dalla XMPP Standards Foundation per un’infrastruttura IIoT scalabile. Cognitive IoT è un framework sviluppato da IBM che combina l’IoT con l’intelligenza artificiale tramite l’elaborazione del lin- guaggio naturale. Lo standard OPC UA FX definisce le estensioni del framework OPC UA che consentono un collegamento in rete uniforme tra i controllori tramite un’infrastruttura di rete comune, al fine di scambiare dati di processo sulla base di un’inter- faccia indipendente dal produttore. Al centro di cre- scente interesse è anche Sparkplug B, una specifica per MQTT che definisce le modalità di invio e rice- zione dei dati. I dispositivi e i sensori ai margini di una rete possono utilizzare anche Matter, nuovo pro- tocollo di interoperabilità per la domotica che utilizza diverse tecnologie, tra cui Bluetooth, Wi-Fi, Thread e Ethernet con l’obiettivo di garantire l’interoperabilità di sistemi IoT. Altra tecnologia dalle grandi poten- zialità per la sensoristica IIoT è SPE (Single-Pair Ethernet). Si tratta di un nuovo standard (IEC 61156) legato al mondo Ethernet, in particolare al livello di comunicazione fisica. L’elenco potrebbe continuare con AMQP, COAP, DDS, IEC 61499 e il variegato mondo wireless. Altre innovazioni di scenario dei sensori IoT riguardano il medio-lungo periodo. Un primo trend interessa sensori intelligenti in grado di elaborare, convalidare e interpretare direttamente i segnali (anche con l’aiuto dell’AI) diventando dispo- sitivi Edge in grado di prendere decisioni. Un’altra tendenza è l’energy harvesting che vede un numero sempre maggiore di sensori utilizzare fonti di ener- gia rinnovabile per alimentarsi. Questa innovazione migliora l’affidabilità e la longevità dei dispositivi IoT, in particolare quelli distribuiti in luoghi remoti o inaccessibili. Vicina a maturità è anche la tecno- logia dei biosensori in cui l’elemento biologico inte- ragisce con l’analita testato e il trasduttore converte la risposta biologica in un segnale elettrico. Molto interessante, soprattutto a livello industriale, è il tema del soft sensing e della sensoristica virtuale e inferenziale. Tali tecniche sono utilizzate per for- nire alternative concrete a strumenti di misura fisici costosi o poco pratici. I sensori inferenziali si basano su algoritmi computazionali e modelli che defini- scono la relazione tra variabili misurabili e varia- bili non misurate. Essi possono misurare in tempo reale indicatori come l’efficienza di conversione di potenza di motori e turbine, l’efficienza termica di forni industriali e scambiatori di calore, l’efficienza operativa di pompe, compressori e catalizzatori. Il soft sensing applicato all’industria di processo si basa sull’utilizzo di modelli derivati da leggi fisiche, come il bilancio di massa o energia e i calcoli di equilibrio fisico-chimico. Un sensore virtuale è simile a un soft sensor, con la differenza che i suoi valori non sono basati su sensori fisici esistenti ma esclusivamente su algoritmi e modelli computazionali. WSN, Wireless Sensor Network e Mesh Le reti wireless di sensori (WSN, Wireless Sensor Network) o di sensori e attuatori (WSAN, Wireless Sensor Actuator Network) sono reti ad hoc a basso costo utilizzate per il rilevamento, l’elaborazione e la trasmissione dati in svariati campi applicativi. I fattori tecnologici alla base dello sviluppo di WSN e WSAN sono la miniaturizzazione dei componenti elettronici e degli apparati, i bassi consumi elettrici e l’introduzione di standard interoperabili (Wire- lessHart, Isa SP100, IEEE 802.15). A questo pro- cesso si sono accompagnate tecniche di modulazione sofisticate (alta velocità, elevata affidabilità) e la riduzione delle ‘barriere all’adozione’ da parte degli utenti. Il funzionamento wireless dei sensori si asso- cia non solo all’assenza di collegamenti fisici, ma anche all’assenza della rete di alimentazione. Oltre- tutto i sensori wireless rappresentano la soluzione ottimale per acquisire dati in prossimità di pozzi e piping distribuiti su vaste aree, dove è assente la rete di alimentazione elettrica. Collegati fino a decine di kilometri a sensori alimentati a batterie, gli appa- rati RTU possono inviare dati ai centri di controllo tramite ponti radio, reti cellulari o satellitari. Hanno così origine sistemi territorialmente complessi e distribuiti in grado di realizzare comunicazioni in tempo reale tra apparati periferici e centri di super- visione. Nelle WSN sono previsti metodi di ‘risve- glio’ su evento e spegnimento automatico, oltre alla presenza di un ‘coordinatore’ (interlocutore remoto del sensore) che sceglie il canale di comunicazione e rimane in ascolto. Connessi in rete, i sensori wire- less possono supportare la semplice estensione alla topologia a stella disattivandosi nel caso escano dal raggio di azione del nodo ‘coordinatore’ o sfruttare algoritmi di sincronizzazione e localizzazione dei nodi. In tal caso alcuni nodi possono fare da ‘ponti’ L’impiego diffuso di diversi sensori collegati in rete è definito ‘pervasive sensing’ con un accesso ai dispositivi sul campo che può essere continuo, latente o in tempo reale