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Cos’è un sistema di controllo digitale? Cos’è un sistema di controllo distribuito? Sono la stessa cosa? Quali tipi di sistemi di controllo digitale esistono? In questo articolo risponderemo a queste domande, ma per farlo dovremo prima tornare agli inizi dei sistemi di controllo.
Che cos’è un sistema di controllo?
Cominciamo con una definizione di sistema di controllo. Un sistema di controllo è un insieme di elementi che permette ad un altro sistema o processo di comportarsi in un modo precedentemente stabilito. I primi sistemi di controllo nella storia erano dispositivi meccanici o idraulici, con i primi controllori pneumatici che apparvero negli anni ’20.
I controllori elettronici analogici apparvero alla fine degli anni ’50, sostituendo i tubi pneumatici con collegamenti elettrici. L’azione di controllo era implementata attraverso l’uso di componenti elettrici come resistenze, capacità e transistor. Esempi di questi primi sistemi di controllo sono mostrati nelle seguenti foto.
Cos’è un sistema di controllo digitale?
Quando i computer entrarono in scena, la loro ovvia applicabilità al controllo divenne presto evidente e i sistemi di controllo digitale iniziarono ad apparire. Un sistema di controllo digitale è un sistema di controllo che elabora segnali provenienti da sensori per mezzo di un computer. Il segnale analogico (continuo in valore e tempo) deve essere campionato e prendere valori discreti a determinati intervalli di tempo. Questo processo è noto come digitalizzazione del segnale.
Questi sistemi di controllo, che includono la conversione analogico-digitale, sono anche noti come sistemi di controllo digitale diretto. L’applicazione del computer al controllo dei processi ha segnato un enorme progresso tecnologico, che ha portato all’implementazione di nuovi modelli di controllo nell’ambiente industriale, rendendo possibile, per esempio, lo sviluppo della navigazione nello spazio.
Quali sono i principali sistemi di controllo digitale?
Ci sono diversi sistemi di controllo digitale che si sono evoluti da diversi tipi di controlli analogici.
Per esempio, alla fine degli anni ’60 l’industria stava studiando nuove tecnologie alla ricerca di una soluzione più efficiente per sostituire i sistemi di controllo basati su circuiti elettrici con relè, normalmente utilizzati per il controllo tutto-o-nulla dei macchinari della catena di montaggio. Questo portò al primo PLC o controllore logico programmabile.
I sistemi di controllo distribuito o DCS apparvero più tardi, alla fine degli anni ’70, nell’area del controllo dei processi continui, nell’industria petrolchimica e della carta, nelle centrali elettriche, negli impianti di trattamento delle acque, nell’industria farmaceutica, ecc.
Nacquero con la necessità di sfruttare le capacità dei primi computer per migliorare la competitività delle aziende, e furono usati inizialmente per sostituire i pannelli analogici nei compiti di supervisione remota dei processi. Di conseguenza, il concetto di sistemi digitali di monitoraggio e controllo a livello di processi completi fece la sua comparsa.
Il termine ‘distribuito’ indica il fatto che il controllo potrebbe risiedere in diversi computer distribuiti in luoghi diversi, ma con un’architettura che permette la comunicazione tra loro e la condivisione e la visualizzazione delle informazioni nella sala di controllo.
Quali sono le somiglianze e le differenze tra i PLC e i sistemi di controllo distribuiti?
Anche se in origine i PLC si concentravano sul controllo tutto o niente di elementi di apparecchiature (apertura o chiusura di valvole, avvio o arresto di motori, ecc.), in un’area locale e i DCS sull’implementazione di cicli di regolazione del segnale analogico digitalizzato, la loro successiva evoluzione li ha fatti convergere. I costruttori di DCS hanno progressivamente incorporato elementi per azioni tutto-o-niente, combinando di fatto DCS e PLC in una stessa architettura di controllo.
Da parte loro, i costruttori di PLC hanno incorporato nelle loro apparecchiature funzioni di controllo di loop analogici più avanzate, fornendo loro livelli crescenti di prestazioni paragonabili a quelle dei semplici DCS, contribuendo così ad una certa confusione sui limiti che separano i due tipi di sistema.
La figura seguente mostra gli elementi di un sistema di controllo digitale, sia un PLC che un DCS.
Per quanto riguarda le differenze, una delle più importanti è che i PLC hanno bisogno di un sistema SCADA per poter svolgere la funzione di interfaccia operatore, che è già integrata in un DCS.
Questo richiede ai sistemi PLC + SCADA di mantenere due database, mentre con i DCS c’è un unico database. Inoltre, i DCS di solito incorporano caratteristiche più avanzate, come l’autodiagnosi, la gestione intelligente degli strumenti, l’estrazione e l’analisi dei dati, l’amministrazione degli allarmi, ecc.
A Tecnatom lavoriamo con DCS e PLC di diversi produttori, sia per l’implementazione di soluzioni specifiche nei processi dei nostri clienti che per la loro integrazione nei nostri simulatori (sostituiamo il processo con i nostri simulatori).
Ricardo Garcia