L'automazione industriale così come la conosciamo oggi è la versione moderna di un processo di evoluzione che per decenni ha caratterizzato questo settore. Il Programmable Logic Controller (PLC) è stato creato nel 1968 per sostituire i tradizionali sistemi relè non modificabili che all'epoca controllavano i sistemi di automazione industriale. La flessibilità del PLC è all'origine dell'automazione dei tipici processi elettromeccanici industriali quali il controllo dei macchinari nelle linee di assemblaggio in fabbrica, nei parchi divertimenti e l'affidabilità della generazione di energia.
Livello di controllo
I progressi realizzati nel settore dell'automazione industriale spingono gli ingegneri verso la ricerca di metodi versatili per aggiungere maggiore capacità informatica e ottenere progettazioni sempre più intelligenti. Al centro della progettazione dei moderni PLC si colloca la famiglia MCU XMC a 32 bit di Infineon. Questa famiglia scalabile include periferiche a segnale misto digitale ed analogico e fornisce prestazioni eccezionali in tempo reale in un pacchetto economico. Le soluzioni XMC combinano un core ARM a 32 bit con periferiche avanzate ideate per applicazioni specifiche. Grazie ai processi flash State of the Art incorporati e alle schede wafer ad elevato volume, Infineon è in grado di offrire prodotti ad elevate prestazioni rispettando nel contempo gli obiettivi di spesa del cliente.
Gli ingegneri puntano a espandere le opzioni di comunicazione per modernizzare i sistemi tradizionali di controllo. Anche le reti industriali cominciano ora a sfruttare i protocolli di rete ad altissima velocità racchiusi in soluzioni più semplici e compatte. Infineon offre già la prima MCU basata su flash con una periferica EtherCAT che consente di connettersi facilmente a una rete EtherCAT senza ASIC o memoria esterna. EtherCAT® utilizza in maniera efficiente cavi e PHY Ethernet per applicazioni di automazione quali il controllo e la regolazione dei processi fisici in cui è necessario un livello elevato di integrità, sicurezza e sincronismo dei dati. La periferica MCAN nelle MCU XMC consente di connettere fino sei reti CAN. XMC4800 supporta EtherCAT, CAN, USB OTG, Ethernet, SPI, I2C, I2S, UART (ad esempio RS232 e RS485) e LIN rendendola la soluzione perfetta per controlli e input/output industriali.
Nella moderna automazione industriale il controllo assume molte forme in cui è richiesto un livello elevato di integrità, sicurezza e sincronismo dei dati.
Flessibilità nel controllo di progetto
Il concetto di flessibilità nel controllo è all'avanguardia nella progettazione dei PLC. L'uso di XMC1400, XMC4300 o XMC4800 come core dei diversi moduli I/O garantisce il riutilizzo del progetto e la comunanza tra i moduli. La possibilità di riutilizzare il codice in maniera coerente all'interno di un'architettura accelera i tempi di sviluppo e migliora l'affidabilità.
Allo stesso tempo, gli ingegneri vogliono il più alto livello di controllo possibile. “Le soluzioni Infineon offrono interruttori di potenza protetti e compatti in grado di ospitare ora fino a 8 canali controllati singolarmente. Sono progettati per carichi induttivi, capacitivi o resistivi cosicché gli ingegneri non devono più preoccuparsi del tipo di carico specifico. I carichi resistivi sono per i riscaldatori, i carichi induttivi per motori e trasformatori, quelli capacitivi per applicazioni quali lampade flash e defibrillatori. Indipendentemente dal tipo di applicazione, molte di queste soluzioni hanno una protezione interna che consente al sistema di resistere a situazioni estreme quali sovraccarico, corto circuito, polarità inversa o perdita di massa che potrebbero compromettere la progettazione di rete.” – Karthi Gopalan, Infineon Technologies
Parti correlate: ITS42008-SB/D, ITS4200S-ME-O
Livello di campo
I sistemi di automazione industriale a livello di campo si basano sull'autoconservazione, l'autovalutazione e l'intercomunicazione. I sensori di qualità sono una parte integrante del lavoro a livello di campo e l'automazione industriale ha tratto enormi benefici dall'attuale rivoluzione nel campo dei sensori. I sensori effetto hall e ad angolo come TLI/TLV496x e TLE5012B di Infineon e i sensori 3D come il TLV/TLI493D-x1B6 garantiscono il controllo preciso di velocità e coppia e offrono informazioni generali sul posizionamento. I sistemi moderni si affidano sempre di più ai motori DC senza spazzole in quanto garantiscono maggiore efficienza, affidabilità e densità di potenza. Tuttavia, rendono anche più difficile determinare la posizione corrente, importante per valutare lo stato del sistema, la sicurezza e la presenza di sistemi di controllo più efficienti. L'aggiunta di sensori ad angolo alla soluzione, in particolar modo i sensori con resistenza ai campi magnetici parassiti e quelli con calibrazione integrata semplifica l'importazione di più dati nel progetto globale garantendo maggiore efficienza ed affidabilità.
“Le tradizionali misurazioni analogiche usano potenziometri o soluzioni ottiche che hanno durata limitata, fattori di forma più ampi e comportano spesso costi maggiori. Il sensore TLV493D-A1B6 costituisce un'alternativa dalle prestazioni elevate, costi ridotti e senza contatto per le applicazioni che richiedono misurazioni 3D accurate e un basso consumo energetico. Questa nuova linea di sensori magnetici 3D offre misurazioni affidabili dei movimenti tridimensionali, lineari e rotativi su tre assi in un pacchetto ridotto da 6 pin. L'uso dei sensori 3D favorisce il rilevamento di movimenti parassiti e vibrazioni che potrebbero danneggiare il sistema nel tempo, offrendo quindi un valido contributo alla manutenzione e alla prevenzione dei guasti.” – Karthi Gopalan, Infineon Technologies
Le soluzioni per il controllo del motore di Infineon ottengono più risultati con meno risorse. In particolare, la famiglia NovalithIC™ consente agli ingegneri di creare soluzioni estremamente compatte per il controllo del motore con funzionalità di alta potenza. Grazie alla protezione di sovracorrente, sopra e sottotensione e sovratemperatura e alle funzioni incorporate di diagnosi del flag di stato e di rilevamento della corrente analogica, NovalithIC™ offre funzionalità di controllo del motore a corrente elevata in un pacchetto di piccole dimensioni, con basso percorso di resistenza di 6mOhm e corrente elevata fino a 68 amp.
Parti correlate: NovalithIC™, IFX9201, TLV493D-A1B6
Gli ingressi per il controllo intelligente di NovalithIC™ consentono ai microcontroller di regolare il motore per applicazioni specifiche eseguendo allo stesso tempo il monitoraggio per la rilevazione di eventuali problemi; si tratta di una soluzione versatile ed intelligente che rappresenta un segno distintivo nella moderna automazione industriale. Le soluzioni non possono più limitarsi a fornire prestazioni elevate in un fattore di forma di piccole dimensioni; i sistemi di oggi devono essere in grado di funzionare in maniera intelligente. Oltre a NovalithIC™, Infineon offre una linea di moduli di potenza intelligenti in cui driver del gate, bootstrap e interruttori sono integrati in un unico pacchetto che offre protezione da corto circuito, sensore di corrente e sovratemperatura. Queste soluzioni di autodiagnostica sono certificate UL e sono destinate ad essere i componenti integrali nella prossima ondata di innovazioni dell'automazione per il controllo del motore e la commutazione di potenza.
La semplificazione è un fattore chiave nella progettazione dei sistemi del motore, in quanto offre maggiore affidabilità e tempi ridotti di commercializzazione. Le famiglie dei moduli di potenza (IPM) e iMotion™ vengono sviluppate per aiutare i progettisti di sistema a migliorare le prestazioni dei sistema e l'efficienza energetica offrendo densità elevata di potenza, maggiore robustezza dei sistemi ed affidabilità. Il sistema di valutazione flessibile e compatto fornisce una piattaforma di progettazione scalabile per i motori trifase nella gamma da 20 W a 300 W. Include controller e schede di alimentazione disponibili con o senza sensori. Questo kit consente di progettare un sistema del motore completamente funzionante nel giro di un'ora mediante una semplice procedura: è sufficiente inserire le schede nel PC, nel motore e nella griglia, quindi scaricare, installare e configurare il software.
Sicurezza e protezione
I progressi dell'automazione industriale si sono rivelati talmente rapidi e innovativi che le loro applicazioni sono ora la base portante di molti aspetti della società moderna. In effetti, molte delle soluzioni che rendono "moderna" questa società, dalla produzione e generazione di energia ai sistemi di filtraggio e purificazione assumono la forma attuale in ragione di questi progressi nel settore dell'automazione industriale. Sfortunatamente, la sicurezza non è stata al passo dell'innovazione. L'automazione è strettamente collegata ad applicazioni che storicamente sono rimaste isolate e in cui la sicurezza digitale non era la priorità, se non veniva addirittura trascurata del tutto. Perfino semplici protocolli come la modifica della password predefinita nei sistemi non vengono seguiti in alcuni casi.
Ora che questi sistemi di automazione industriale isolati sono online e connessi in rete, sono anche maggiormente esposti ai pericoli. Le minacce si sono evolute per sfruttare questo ambiente in rapida evoluzione. I virus Stuxnet e Flame sono esempi di sofisticati attacchi in grado di compromettere interi sistemi e vi sono prove certe che in alcuni casi questi attacchi con malware ostili sono addirittura appoggiati da stati nazionali. Il virus Stuxnet è stato particolarmente efficace e devastante in quanto è stato in grado di sabotare il sistema PLC dell'impianto di arricchimento dell'uranio di Natanz in Iran a tal punto da distruggere le centrifughe mente i tecnici erano totalmente all'oscuro. Da allora Stuxnet ha infettato una numero enorme di sistemi mettendo in evidenza una totale carenza degli impianti industriali in termini di sicurezza generale.
Solo di recente i produttori si sono attivati per riempire questi buchi nella sicurezza. La soluzione OPTIGA™ TRUST P di Infineon offre una funzione di autenticazione univoca che consente di controllare se i messaggi sono sicuri e provengono da un mittente affidabile prima che gli utenti possano caricarli. Le soluzioni OPTIGA™ offrono meccanismi di controllo della sicurezza degli aggiornamenti per prevenire modifiche dannose del codice e includono controlli di integrità della memoria per evitare attacchi di buffer overflow che consentono agli hacker di modificare altre aree del codice. Dal momento che queste soluzioni sono in grado di crittografare i dati archiviati, gli amministratori possono evitare che le informazioni riservate o i codici di configurazione finiscano nelle mani sbagliate.
OPTIGA™ TPM di Infineon è una soluzione versatile che garantisce sicurezza a tutti i livelli.
L'automazione industriale è tra i settori che crescono più rapidamente nell'elettronica moderna, ma l'innovazione delle applicazioni in questo settore non è certo una novità. Gli ingegneri hanno sviluppato soluzioni versatili per l'automazione industriale per decenni. Recentemente lo sviluppo di soluzioni intelligenti ha acquisito maggiore importanza rispetto alla semplice creazione di soluzioni sempre più efficaci. Infineon affronta quotidianamente la sfida rappresentata dalla realizzazione di soluzioni intelligenti per l'automazione industriale che copra tutti gli aspetti di un sistema grazie a soluzioni potenti e compatte, oltre che connesse e sicure.
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