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SENSORI WIRELESS

Un aspetto chiave per la produttività industriale

I sensori di grandezze fisiche rivestono da sempre un ruolo cospicuo nel progresso tecnologico delle attività produttive in ambito industriale.

Il massiccio sviluppo dei mezzi informatici e dell’elettronica da un lato, e la notevole spinta verso l’automazione e il controllo dei processi produttivi dall’altro, ne hanno evidenziato la funzione strategica.

Attraverso i sensori, una quantità fisica non elettrica viene convertita in elettrica, generalmente corrente o tensione. Ciò permette di trasferire, sui segnali che trasportano le informazioni pertinenti a tali grandezze, i vantaggi caratteristici dei segnali elettrici: opportunità di ricavare le informazioni a distanza, di amplificare, filtrare e avere accesso all’elaborazione dei dati.

Una rete di sensori wireless è costituita da una serie di sensori indipendenti, ovvero i nodi della rete, installati in un ambiente diffuso e capaci di misurare dati come pressione, vibrazioni, temperature, ecc.

Il dialogo tra i diversi nodi avviene impiegando il dispositivo radio di cui sono equipaggiati i nodi. I rilevatori possono essere alimentati con batterie oppure, in alternativa, utilizzano processi di energy harvesting, recuperando energia accessibile nell’ambiente, per esempio l’energia solare.

Vantaggi delle reti wireless

Tale tecnologia non necessita di cablaggi estesi e ciò rende le reti di sensori wireless particolarmente idonee a coprire ambienti operativi piuttosto ampi.

L’applicazione delle reti wireless offre inoltre l’occasione di implementare sistemi di supervisione, controllo e data logging persino in spazi difficilmente raggiungibili e ostili. Ciò è garanzia di un’alta flessibilità, siccome il funzionamento delle suddette reti non è condizionato dalla topologia del sistema che le ospita.

L’aggiunta di attuatori porta a reti WSAN (Wireless Sensor and Actuator Network) e consente anche di ottenere sistemi di controllo in retroazione, lasciando la possibilità di integrare la rete con nuovi sensori, in modo facile ed economico.

I vantaggi dei collegamenti wireless si sono estesi a macchia d’olio a parecchi settori industriali, abbinando la racconta dati all’assistenza sugli impianti da remoto.

La nuova frontiera è determinata da soluzioni di tipo cloud, volte allo studio dei dati acquisiti nell’ottica di una manutenzione predittiva.

Le tecnologie wireless più sfruttate

Si esaminano brevemente le opzioni adottate con maggior frequenza per le reti wireless.

  • Bluetooth. I sensori che supportano questa tecnologia sono distinti in 3 classi. Le classi 2 e 3 appartengono abitualmente ai telefoni cellulari e ad apparecchi simili alimentati a batteria, mentre la classe 1 include i dispositivi abitualmente usati nel comparto industriale. La qualità più importante del protocollo Bluetooth è l’eccellente robustezza verso eventuali interferenze di segnale esterne.
  • WLAN. Il termine “Wireless Local Area Network” denota una rete locale senza fili e la tecnologia WLAN più diffusa è incentrata sullo standard IEEE 802.11; ad oggi, è l’opzione ideale per creare l’infrastruttura di rete, con impianti di automazione industriale che si servono di macchine mobili (carriponte, veicoli a rotaia, ecc.). Il principale vantaggio di questo meccanismo è la facoltà di definire canali alternativi adoperabili per lo scambio dati, qualora l’Access Point rilevi la presenza di un segnale di disturbo sulla stessa frequenza del canale di trasmissione. A scopo di chiarezza, l’Access Point è lo strumento che realizza la copertura WLAN.
  • GSM/GPRS/EDGE/UMTS/Banda Larga. Tutte le tecnologie appena citate sono accomunate da due elementi: la terminazione radiomobile, progettata per il collegamento e la connessione verso i servizi offerti dai provider di telefonia, e un modulo utente noto come SIM card, comprensivo delle informazioni disponibili per un certo cliente. La possibilità di fruire di reti quali UMTS aiuta ad aumentare le applicazioni delle Wireless Sensor Network (WSN) anche su infrastrutture tanto estese come gasdotti. La sicurezza delle reti è comunque sempre assicurata nel caso sia associata a un sistema crittografico.

Esempio applicativo

Le WSN hanno trovato uno sbocco proficuo in vari ambiti: agricoltura, sorveglianza, automotive, aeronautica e automazione industriale.

Ci si sofferma su un esempio concreto, realizzato per la raccolta di segnali e la movimentazione di risorse in uno zuccherificio romagnolo. La materia prima lavorata dallo stabilimento è la barbabietola da zucchero, coltivata a 50-100 km dalla realtà industriale.

Il raccolto è condensato in agosto e questo comporta un intenso flusso di tir che conducono le barbabietole verso l’industria. L’installazione di un sistema di sensori wireless ha ottimizzato l’arrivo di veicoli mediante segnalazioni semaforiche per l’ingresso, il consenso allo scarico della merce, la pesatura della stessa e l’automazione di nastri trasportatori.

L’intero processo è stato reso più efficiente, riducendo al minimo gli scarti di materiale dovuti a fermentazione e incrementando la produzione finale dello stabilimento, con un sostanziale abbattimento dei costi d’esercizio.