I sensori, da ‘Cenerentola’ a protagonisti dell’Industria 4.0

L'anno scorso è stato difficile aprire una rivista specializzata e non leggere di Internet of Things (IoT), Industry 4.0 o Machine-to-Machine Communications (M2M). Ma tutto il clamore e le previsioni diventeranno vane se i produttori di sensori non saranno all'altezza delle sfide che li attendono

Il concetto di Industria 4.0 ha catalizzato l’attenzione del pubblico per la prima volta solo un paio di anni fa, quando è stato proposto come tema alla Fiera di Hannover, in Germania. Esperti e “futurologi” diranno che l’idea di Industria 4.0 è diversa da quella dell’IoT o dell’M2MC, ma a occhi meno esperti sembrerebbero concetti tutti uguali, modi per aumentare significativamente la quantità dei dati raccolti dai macchinari di produzione ed elaborarli in tempo reale per produrre informazioni migliori, che a loro volta portano a una maggiore produttività.

In effetti, è abbastanza ovvio che la quantità di dati prodotti è in crescita da molti anni e che questo generalmente porta a un migliore processo decisionale. Tuttavia esiste una cosa come il sovraccarico di informazioni, quando le persone non sono in grado di selezionare le informazioni effettivamente importanti dal ‘mare dei dati’, quindi non sono in grado di prendere decisioni appropriate. Si può però ovviamente a questo problema utilizzando un computer per classificare automaticamente tutti i dati in base all’importanza e visualizzarli in modo appropriato (compresi gli allarmi di emergenza, se necessario).

Questa gestione in tempo reale di grandi quantità di dati è una disciplina ben sviluppata ed è diventata nota come Big Data. Il tutto è partito probabilmente con i sistemi di controllo impiegati per la gestione delle raffinerie di petrolio, quindi è stato esteso ad altre applicazioni ad alta intensità di dati e da lì il sistema si è evoluto. Ora è ampiamente utilizzato in molti settori diversi, dall’estrazione di petrolio e gas alla gestione delle vendite al dettaglio, dalle previsioni meteorologiche alle indagini geologiche, dall’agricoltura al controllo delle infezioni, dalla gestione dei campi di battaglia alle operazioni di rete nel campo delle telecomunicazioni.

Fare dati

Finora abbiamo discusso dell’utilizzo dei dati, ma in pratica, prima di poterli utilizzare, i dati devono essere prodotti. Ed è qui che entra in gioco il sensore. Ci rendiamo subito conto che sono, in sostanza, gli elementi costitutivi dell’Industria 4.0 e dei suoi ‘derivati’. Esistono già molti tipi di sensori, da semplici interruttori e contatori di accensione/spegnimento a sensori sofisticati, come quelli dell’azienda TorqSense, che misurano continuamente la coppia generata da un albero rotante.

Sembra quindi inevitabile che la tecnologia dei sensori si svilupperà rapidamente nei prossimi anni. Abbiamo già sensori per misurare quasi tutti i parametri utili, inclusi temperatura, velocità, velocità di produzione, colore, viscosità, peso, pressione e coppia, quindi non sono necessari nuovi tipi di sensori. I prossimi sviluppi ci porteranno in nuove direzioni.

Un requisito ovvio sono i “sensori intelligenti“, sensori con capacità di elaborazione dati a bordo (o almeno locali). Invece di inviare dati grezzi al sistema di controllo centrale per l’elaborazione, questi sensori eseguono alcune o tutte le elaborazioni sul campo. In tal modo producono informazioni raffinate, che possono essere in diversi formati, ciascuno adatto a un diverso tipo di utente. La tecnologia dei sensori ha aperto la strada a questo tipo di intelligenza distribuita alcuni anni fa e ha una lunga storia nella fornitura di sensori intelligenti per molte applicazioni diverse.

Attualmente, non tutti gli utenti richiedono questa funzionalità, ma quelli lo fanno ne traggono notevoli vantaggi pratici e stanno essenzialmente creando la propria Intranet of Things su misura. È probabile che la domanda di sensori intelligenti cresca in modo esponenziale con l’adozione dell’IoT e di altre tecnologie simili. Considerando le basi e gli sviluppi fondamentali già messi in atto dalle aziende in prima linee in questo campo nello sviluppo tecnologico, questa tendenza è libera di svilupparsi senza ostacoli.

Isole di controllo

Uno sviluppo logico del sensore intelligente è il sensore LAN (rete locale) o cluster di sensori. In questo caso, una serie di sensori invia dati grezzi o informazioni elaborate a un controller vicino per un’ulteriore elaborazione. Ciò produce un’architettura di sistemi di controllo altamente distribuiti con attributi come robustezza, velocità, agilità e flessibilità per il cambiamento e lo sviluppo. È da notare che una LAN di sensori sarà libera di includere diversi tipi di sensori, quindi potrebbe misurare molte variabili diverse. Potrebbe anche monitorare, ad esempio, la temperatura in più posizioni separate e/o la coppia in un numero di alberi di trasmissione diversi. Pertanto, il livello di informazioni che potrebbe produrre e trasmettere a utenti diversi potrebbe essere molto sviluppato.

Altre tendenze che possiamo aspettarci di vedere nel mondo dei sensori includono la riduzione dei costi, la miniaturizzazione e la standardizzazione dei protocolli di comunicazione, il plug&play, la capacità di incorporamento e miglioramenti della qualità del segnale. I sensori potrebbero anche dover sviluppare la capacità di bypassare il sistema di controllo centrale e fornire informazioni direttamente al cloud o a un archivio dati remoto. Forse, soprattutto, i sensori dovranno essere estremamente flessibili, facili da installare e rimuovere, facili da collegare a una rete di controllo e facili da riconfigurare per nuove funzioni.

Se dunque in passato i sensori erano la ‘Cenerentola’ fra gli argomenti trattati dagli esperti di sistemi di controllo, oggi occorre un ripensamento. Stanno infatti assumendo un’importanza tale da poter cambiare in futuro l’intero concetto di controllo così come la conosciamo.

di Tony Ingham di Sensor Technology Ltd, Oxfordshire

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