Le funzioni logiche presenti in alcuni sensori sono operazioni fondamentali che elaborano i segnali in ingresso per determinare un’uscita. Queste funzioni aiutano il sensore a prendere decisioni applicando regole come AND, OR, XOR oppure latch/flip-flop con abilitazione.

Ciò consente ai sensori di reagire o attivare azioni in base a condizioni specifiche senza richiedere a un processore centrale di interpretare i dati. Le funzioni logiche permettono ai sensori di combinare, modificare e analizzare i dati in ingresso per produrre un’uscita utile sulla base di criteri predefiniti.

La maggior parte dei sensori non integra funzionalità logiche. Queste funzioni sono presenti più comunemente nei sensori dotati di protocolli configurabili, tra cui IO-Link è uno degli esempi tipici. La configurazione software di IO-Link consente di confrontare simultaneamente più intervalli di segnale; l’uscita finale inviata al controller soddisfa una condizione di confronto, fornendo funzioni a finestra o di commutazione.

 

Sensori con funzioni logiche a confronto con un PLC

Sebbene i PLC siano estremamente versatili e ampiamente utilizzati nell’automazione industriale, esistono scenari in cui un PLC potrebbe non essere la scelta migliore per gestire direttamente le funzioni logiche.

 

Applicazioni di automazione semplici

Se le esigenze di automazione sono relativamente semplici e poco complesse, utilizzare sensori dedicati con funzioni logiche integrate può essere più efficiente che installare sistemi PLC di dimensioni maggiori. Ad esempio, se è necessario monitorare solo alcuni ingressi e attivare uscite di base in base a condizioni predefinite, l’uso di sensori con logica integrata può consentire una programmazione molto più semplice.

 

Considerazioni sui costi

I PLC possono richiedere un investimento significativo in hardware, software e manutenzione. L’uso di sensori con funzioni logiche integrate può offrire una soluzione più conveniente senza compromettere le prestazioni nei progetti con vincoli di budget.

 

Velocità di esecuzione del programma

Ogni passaggio di un programma PLC contribuisce al tempo di ciclo complessivo. Per questi semplici confronti logici, il numero di righe di codice può essere ridotto eseguendo i calcoli logici direttamente sul sensore.

 

Funzioni logiche comuni

AND

Questa funzione utilizza una porta AND nei circuiti digitali. Una porta AND è una porta logica digitale fondamentale che genera un’uscita vera (1) solo quando tutti i suoi ingressi sono veri. Questa caratteristica è essenziale nei controlli industriali, dove il funzionamento dei macchinari può dipendere dal soddisfacimento simultaneo di più condizioni di sicurezza. L’uso delle porte AND garantisce che tutte le condizioni specificate siano soddisfatte prima di ricevere un segnale in ingresso.

 

Figura 1. Questa immagine illustra il simbolo logico "AND". Gli ingressi "A" e "B" devono essere entrambi attivi per alimentare il segnale di uscita "Q". Immagine utilizzata per gentile concessione di Carlo Gavazzi

 

OR

La funzione logica "OR" è un’operazione fondamentale della logica digitale. La sua uscita è vera se almeno uno degli ingressi è vero. Si può immaginare come un varco decisionale che si apre se uno qualsiasi dei segnali di ingresso specificati indica uno stato "vero". Ad esempio, in uno scenario semplice con due ingressi, A e B, l’uscita della porta OR sarà vera se A o B (o entrambi) è vero. Questa funzione viene comunemente utilizzata nei circuiti per rappresentare scenari in cui più condizioni possono condurre a un unico risultato, garantendo affidabilità nei sistemi che reagiscono a diverse combinazioni di ingressi.

 

Figura 2. Questa immagine mostra la funzione logica "OR". Se A o B riceve un segnale attivo, anche Q emetterà un segnale. Immagine utilizzata per gentile concessione di Carlo Gavazzi

 

XOR

La funzione logica "XOR" (OR esclusivo) è un’operazione fondamentale della logica digitale. L’uscita è vera se esattamente uno degli ingressi è vero. In altre parole, l’uscita è vera se gli ingressi sono diversi; se sono uguali, l’uscita è falsa. Si può pensare a questa funzione come a un varco che consente il passaggio solo quando un ingresso è vero, ma non entrambi. Ad esempio, se l’ingresso A è vero e l’ingresso B è falso, oppure se l’ingresso A è falso e l’ingresso B è vero, l’uscita della porta XOR sarà vera. Tuttavia, se i due ingressi sono uguali (entrambi veri o entrambi falsi), l’uscita sarà falsa. Le porte XOR sono comunemente utilizzate in diverse applicazioni, tra cui il rilevamento degli errori e l’elaborazione dei segnali, quando è necessario distinguere tra gli stati degli ingressi.

 

Figura 3. Immagine del simbolo logico "XOR". Immagine utilizzata per gentile concessione di Carlo Gavazzi

 

SR-FF con abilitazione

Un flip-flop set-reset con abilitazione può essere paragonato a una stanza con due pulsanti sulla parete: uno per accendere le luci (il pulsante set) e uno per spegnerle (il pulsante reset). Tuttavia, questa stanza dispone anche di un interruttore speciale accanto alla porta (l’interruttore di abilitazione). Quando l’interruttore di abilitazione è acceso, premere il pulsante set o reset influisce immediatamente sulle luci. Se invece l’interruttore di abilitazione è spento, i pulsanti set e reset non avranno alcun effetto sulle luci finché l’interruttore di abilitazione non verrà riattivato.

Questa configurazione consente di controllare con precisione quando le azioni set e reset diventano effettive, aggiungendo flessibilità alla gestione dello stato delle luci. Nei circuiti digitali, questo concetto viene utilizzato per controllare quando si verificano determinate operazioni, consentendo una temporizzazione e un coordinamento precisi delle azioni.

 

Figura 4. Riferimento a un circuito digitale per la funzione "SR-FF con abilitazione". Immagine utilizzata per gentile concessione di Carlo Gavazzi

 

Esempi di applicazione per i sensori con funzioni logiche

Monitoraggio ambientale nelle camere bianche

Mantenere una qualità ottimale dei prodotti e prevenire la contaminazione è fondamentale in una camera bianca. I sensori dotati di funzionalità di rilevamento della temperatura e della polvere possono essere configurati con la funzione OR per attivare un allarme se la temperatura supera una soglia predefinita o se il livello di polvere oltrepassa un limite specifico. Questo approccio garantisce una notifica rapida dei potenziali rischi ambientali, consentendo interventi tempestivi per mantenere l’integrità dell’ambiente controllato e rispettare gli standard di qualità.

 

Ispezione automatizzata

Mantenere la qualità dei componenti è importante nella produzione automatizzata per soddisfare gli standard del settore e le aspettative dei clienti. I sensori con funzionalità di rilevamento della temperatura e di visione possono essere fondamentali per individuare i difetti. Utilizzando una funzione OR, questi sensori potrebbero attivare avvisi se la temperatura del componente supera una soglia predefinita, causando deformazioni, OPPURE se durante l’ispezione vengono rilevate anomalie visive.

 

Utilizzo di PLC e sensori con funzioni logiche

Combinare PLC e sensori con funzioni logiche integrate può essere un’ottima scelta. Questi sensori contribuiscono a ridurre la complessità del cablaggio del PLC, semplificando l’installazione e minimizzando i potenziali punti di guasto. Inoltre, poiché i sensori gestiscono l’elaborazione di base degli ingressi, il carico di lavoro del PLC si riduce, consentendo ai programmatori di concentrarsi su attività più complesse. Anche negli ambienti con spazio limitato, le dimensioni compatte di questi sensori integrati possono essere utili quando non c’è spazio per due sensori.

L’automazione dei sistemi di controllo consiste nel sfruttare i punti di forza di ogni componente per creare un sistema di automazione robusto, in grado di soddisfare i requisiti specifici del progetto.