CONTROLLO
approfondimenti
Settembre 2013
■
Automazione e Strumentazione
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binazione di tutti questi elementi di elabora-
zione
a rendere i nuovi PAC/PLC e i controller
embedded così promettenti per la semplifica-
zione dei sottosistemi.
A un livello base i sottosistemi si connettono
all’hardware e al software per svolgere una fun-
zione specifica, come, ad esempio, il controllo
della temperatura. In questo caso, gli ingressi
hardware sono i sensori di temperatura; le uscite
invece possono controllare un ventilatore o un
dissipatore di calore, e la logica software del
sistema può variare da una semplice funzione di
limite ad un algoritmo PID più avanzato. Nelle
macchine complesse a più componenti, il con-
troller per la temperatura dispone di una proget-
tazione a parte su una scheda personalizzata in
grado di comunicare con il controller principale
mediante un bus cablato.
Anziché richiedere
progettazioni hardware
distinte e ottimizzate per
i sub controller
, i pro-
gettisti possono utilizzare
i più recenti
controller
embedded
e affidarsi più
semplicemente a un
unico
core flessibile
. Grazie a
un minor numero di con-
troller definiti via software,
le macchine risultano più
semplici, con tempi di com-
mercializzazione più rapidi e costi di progetta-
zione inferiori. I sottosistemi nelle macchine
vengono astratti come blocchi software; possono
essere istallati sul processore host in virgola
mobile o sulle risorse FPGA/DSP disponibili.
Anziché pensare ai sub controller, bisognerebbe
pensare in termini di subroutine. Per quanto
riguarda l’hardware, molti sub controller utiliz-
zano già I/O modulari e le funzionalità avanzate
dei nuovi controller embedded permettono di
ridurre la necessità di una progettazione har-
dware FPGA/ASIC personalizzata.
Questa tecnologia è ideale per le applicazioni
che includono macchine ad alte prestazioni in
coppia con sottosistemi multipli. Basti pensare,
ad esempio, a una sega a laser utilizzata nella
produzione di wafer di silicio. La tecnologia
commerciale attuale consente ai progettisti di
produrre wafer di silicio con minor scarto e più
velocemente che con l’impiego di frese meccani-
che meno avanzate. Per far questo, le macchine
sono dotate di diversi sottosistemi interoperativi,
che comprendono controller distinti per il con-
trollo della temperatura, il controllo del laser,
un input analogico ad alta velocità con elabo-
razione inline e un PC per il monitoraggio con
un’interfaccia operatore. Poiché è necessaria
una struttura di comunicazione tra il controllo
centrale e tutti i sub controller, oggi i progettisti
di macchine devono realizzare un singolo pro-
getto per ciascun sottosistema. L’utilizzo di un
controller embedded con una tecnologia di ela-
borazione più moderna permette a un progettista
di sistemi di controllo di riunire molti di questi
sottosistemi in un singolo controller, come si può
vedere dall’immagine successiva. L’istruzione
software/firmware impostata per ogni controller
è presente come una subroutine indipendente al
controller principale. I progettisti di sistemi pos-
sono estendere il sistema copiando/incollando la
giusta subroutine e aggiungendo un altro modulo
I/O.
È importante notare come le macchine ad alte
prestazioni non si limitino all’ambiente pulito
della produzione di wafer. Elaborazioni di
segnali avanzate e soluzioni I/O per la qualità
delle misure sono più diffuse oggi, soprattutto
quando si tratta di manutenzione predittiva per
le attrezzature pesanti. Con i controller embed-
ded in commercio ora è più intuitivo progettare
questi sistemi; in passato, invece, era necessaria
una progettazione ASIC o FPGA/DSP persona-
lizzata. Per quanto riguarda i motori, le misure di
manutenzione predittiva sulle attrezzature rotanti
includono calcoli del valore RMS e FFT. Questi
algoritmi consumano le risorse della CPU, che
aumentano con il numero di canali. Rimangono
meno “riserve” CPU per le altre attività, le capa-
cità del controller vengono limitate o aumenta il
suo costo. Spostando questi processi verso una
combinazione FPGA/unità di elaborazione
DSP
si elimina un po’ del carico di lavoro sulla
CPU migliorando anche la velocità di trasmis-
sione dei dati, dal momento che gli FPGA gesti-
scono numerosi processi in modo più efficace.
Nonostante gli FPGA contengano uno spazio
fisso, presentano una capacità quasi illimitata di
aggiungere processi paralleli all’interno di que-
sto spazio stabilito.
Spostando l’attenzione sulla progettazione sof-
tware, è importante che gli strumenti software
siano pronti
a utilizzare le
tecnologie di ela-
borazione disponibili
. Lo standard di pro-
grammazione più diffuso per i PAC/PLC è IEC
61131, ovvero un linguaggio astratto che si con-
centra sul processo sequenziale, il controllo la
gestione della logica discreta nell’automazione
industriale, non pensato, però, per gestire pro-
grammazioni avanzate o avere come target una
struttura basata su logica FPGA/DSP. Infatti,
molti controllisti si affidano a un linguaggio di
programmazione standard come C per la pro-
gettazione embedded. Anche se C è in grado di
gestire quasi qualunque tipo di attività o target
A FIL DI RETE
Figura 2 - I nuovi PAC e
controller embedded spostano
l’unione dei sottosistemi nella
fase di progettazione del
software
