 Buongiorno a tutti e benvenuti, sono Francesca Sandrini, Technical Marketing Press SETI Microelectronics. Oggi parleremo delle soluzioni SETI per digital input nell'ambito dell'automazione industriale, in particolare della famiglia d'interfaccio CLT e del nuovo prodotto CLT-032Q3 per ingressi digitali autoalimentati. Diamo un'occhiata ai punti che andremo a sviluppare. In primis, un elenco delle principali applicazioni che indiriziamo con l'interfaccio CLT-03. Subito dopo ci occuperemo dalla funzione, o per meglio dire, dello scopo di un digital input e delle sue caratteristiche. Vi mostreremo i reali vantaggi di una soluzione integrata rispetto ad una realizzazione a componenti discreti. Di qui, un breve riassunto del portafoglio prodotti di SETI per i digital input. E poi, per concludere, introdurremo il nuovo componente CLT-03 e le sue caratteristiche. Cominciamo col primo argomento, le applicazioni di riferimento. Oggi si parla molto di smart factory, una definizione molto sintetica e, per usare un altro inglesismo, molto trendy, che indica una realtà complessa, ambienti di produzione molto ben organizzati, strutturati su diversi livelli, che possono cominciare da linea di produzione, o shop floor, per arrivare al livello base, quello dove trovano spazio e la sensoristica e l'attuazione. Da un lato abbiamo sensore di temperatura, di pressione, di flusso, barriere di sicurezza infrarossi e diverse pulsanti. Dall'altra, motori, relay o indicatori luminosi. Questi componenti solitamente si interfacciano o con control orea logica programmabili, dette PLC, che sono installate in cabino e di controllo centralizzati, o con sistemi di input output distribuiti nella fabbrica. PLC comunicano poi con il livello superiore e con i sistemi di gestione della fabbrica con network solitamente basati su industrial internet, come EtherCAD, Profinet o Ethernet IP. L'interfaccio per ingressi digitali, di cui parliamo oggi, si trovano nei sistemi distribuiti di input output, nei PLC, nei loro moduli preferici, ma anche nei Motor Drives. Questi prodotti trovano spazio non solo nell'automazione industriale, che ovviamente è l'applicazione di riferimento, ma anche in molte altre applicazioni, come macchine per industria tessile, l'automazione di palazzo ad uso ufficio, macchinare per l'agricoltura o per attività marittime. Vi assumiamo brevemente qual è la funzione principale in digital input e quali sono le sue caratteristiche salienti. Che cosa fa un'interfaccia per ingressi digitali? Deve convertire un segnale binario che arriva dal lato processo, qui a sinistra sullo schermo, in un segnale logico che va un microcontrollore o un processore che si trova in quello che qui chiamiamo lato logico. Solitamente deve convertire un segnale di ampiezza di 24Vc a due livelli, che arriva ad esempio all'ingresso del nostro PLC, valutarle e traslarle in un livello logico compatibile con 5V o 3.3V, che possa poi essere gestito da un microcontrollore o microprocessore. Ad assicurar la compatibilità tra l'interfaccia e tutte le diverse fonti di segnale che ci sono nel lato processo, ad esempio i diversi tipi di sensore, abbiamo lo standard IEC 61131-2, che define specifica le diverse topologie di interfacce. Come appena detto, lo standard IEC 61131-2 è il riferimento per i digitali in putere le loro caratteristiche. In questo standard sono definiti tre diversi tipi di interfaccia, il tipo 1, il tipo 2 e il tipo 3. Per un uno di queste tipologie, lo standard define tre regioni operative nel piano corrente e tensione, chiamate regione di off, regione di transizione e regione di on. I valori di corrente e tensione che delimitano queste regioni cambiano passando da un tipo di interfaccia all'altro, ma la forma delle regioni nel piano corrente e tensione rimane più o meno la stessa. Ognuno delle tre tipologie è più adatta a certi tipi d'interruttori e meno adatta ad altri. Ad esempio, la tipologia 1 in questa slide è stata definita per adattarsi a interruttore elettromeccanici, comire le o i pulsanti a pressione. Non è la soluzione più adatta a sensori a stato solido a due fili, perché la sua regione di transizione inizia a corrente abbastanza basse nell'entorno del mezzo milliamper e la regione di on richiede tensione abbastanza alte, almeno 15 volte. Ecco la caratteristica degli ingressi di tipo 2. Rispetto al caso precedente, le soglie in corrente per la transizione tra gli Stati non sono più mezzo milliamper e 2 milliamper, ma rispettivamente 2 milliamper per andare nella regione di transizione e 6 milliamper per passare nella regione di on. Analizzando i valori di tensione, vediamo che non servono più 15 volt per andare in fase di on, ma ne bastano 11. Questo si traduce nella possibilità di connettere interruttori con una corrente di leakage più alta quando in off e con una caduta di tensione più alta quando in on rispetto al tipo 1. La tipologia 2 è quindi particolarmente adatta agli interruttori di prossimità a due fili. Infine la tipologia 3. È un buon compromesso tra le due precedenti, la potremmo quasi considerare una sfoluzione universale perché permette di usare sia interruttori elettromecamici che i più recenti sensori a due fili che hanno consumi limitati. Per progettare una interfaccia per ingressi digitali ci sono diverse possibilità. Analizziamo ora le differenze fra una soluzione integrata e una discreta. Ovviamente la soluzione integrata sarà molto più piccola dell'equivalente soluzione indiscretta, ma ci sono anche altri fattori da considerare che portano ulteriori vantaggi, vediamo quali. La soluzione più semplice a cui si può pensare è quella di utilizzare un partettore resistivo con un filtro RC. La caratteristica di ingresso, tensione corrente di questa connessione è lineare. Significa che la corrente di ingresso cresce proporzionalmente la tensione che viene fornita. Questo implica che nella condizione di ON, quella più alta tensione, avremo alta dissipazione di potenza. La nostra soluzione integrata si basa sui prodotti CLT, sigla che sta per current limited termination, terminale a corrente limitata e offre parecchi vantaggi. Il primo è che la caratteristica corrente di tensione non è più lineare, ma la corrente è limitata ad un valore predefinito su tutto l'intervallo di tensione. E questo ci assicura innanzitutto il rispetto dello standard IC. In secondo luogo, una riduzione significativa della dissipazione di potenza. Oltre a questi due vantaggi, il dispositivo integra diverse funzioni atte a rendere l'applicazione più sicura, quindi protezioni, e a rendere il design dell'applicazione più facile, oppure a migliorarne l'immunità elettromagnetica. Concentriamoci qui sulla dissipazione di potenza e vediamo un esempio pratico di quanto la soluzione CLT può migliorare l'efficienza della soluzione. Nel grafico vedete la caratteristica della tipologia 3 e le sue regioni, da definizione nello standard. Possiamo disegnare nel grafico la caratteristica lineare di una soluzione passiva con un'impedenza di circa 5 km. Poi aggiungiamo la caratteristica tensione corrente di uno dei nostri CLT. In questo caso la corrente ha tensione più alta e limitata, decisamente più bassa del primo caso. Quando poi confrontiamo la potenza dissipata alla tensione nominale 24V possiamo vedere che la soluzione integrata riduce di circa il 50% la potenza dissipata rispetto alla soluzione discreti. Un numero decisamente degno in nota. Vediamo adesso il portafoglio prodotti ST di ingressi digitali integrati. Ci sono diversi prodotti disponibili e in questo grafico sono riassunte le loro principali caratteristiche. Partendo da sinistra abbiamo CLT3-4B, una interfaccia 4 canali compatibile con le caratteristiche 1 e 3. Questa soluzione integra la protezione iSorge che ha un uscite in grado di pilotare un fotocoppiatore LED. Movendoci poi verso destra abbiamo PCLT, un dispositivo a due canali, programmabile per essere compatibile con tutte e tre retoppologie di input e con una interfaccia di uscita compatibile sia con fotocoppiatore che con logici che ci moscono livelli compresi 3 e 3, 5V. Sulla terza colonna abbiamo due dispositivi, SCLT3 e CLT01, entrambi ad 8 canali con interfaccio SPI. La differenza fra i due è la velocità con CLT01 ottimizzato per datare i talti. Nell'ultima colonna destra il prodotto più recente, CLT03 ha due canali, interfaccia di uscita compatibile sia con fotocoppiatore che con logica e ci mosse, quindi ingresso compatibile a 60V e molte altre funzioni. Nelle prossime slide ci concentreremo solo su CLT03 e 2Q3, la novità di questa famiglia di prodotti. Analizziamo le funzioni del dispositivo partendo dal suo diagramma blocchi, qui quello relativo ad un singolo canale dato che i due canali sono identici. Cominciamo ad un regolatore di tensione che fornisce l'alimentazione ai circuiti interni. Utilizza solo l'energia che arriva dal lato dell'ingresso e questo implica che il dispositivo non necessita di un'alimentazione dedicata che poi sarebbe sempre presente. I pin di ingresso possono sostenere fino a 60V, caratteristiche importante per la fedabilità e la robustezza del sistema. La struttura di ingresso integra la funzione di rettificazione e il dispositivo può quindi interfacciarsi con segnale riferiti a massa, riferiti all'alimentazione o segnali a C. La caratteristica d'ingresso è compatibile con le tipologie 1 e 3. Lo stadio di uscita può interfacciarsi sia con un fotocoppiatore che con logica CMOS a 3.3V. C'è anche un generatore di impulsi di test per migliorarla sicurezza del sistema. Infine, il dispositivo è ospitato in un package DFN che misura solo 2 mm per 4. I due canali sono totalmente indipendenti e isolati l'uno dall'altro fino a tensioni di 230V. Quest'ultima caratteristica rende il dispositivo adatto anche da applicazioni che ricadono nell'ambito safety. Questo è un tipico schema applicativo. Qui vedete due esempi di connessione sul lato sinistro. Uno di un sensore riferito a massa, l'altro di un sensore riferito all'alimentazione. Abbiamo poi un transil per la protezione Sorge. Quest'opzionale, se non richiesto, può essere messo. In più qualche capacità esterna. L'uscita in questo esempio pilota un fotocoppiatore, ma è possibile anche aumentare il numero di fotocoppiatori o utilizzare una combinazione di led di stato. Dopo aver elencato le caratteristiche del dispositivo, vediamo quali vantaggi queste portano a livello di sistema. Cominciamo analizzando la caratteristica tensione corrente del CLT-03. I 60V non solo migliorano la robustezza del sistema, ma facilitano il raggiungimento delle certificazioni safety. Poi, oltre la limitazione in corrente standard, abbiamo una limitazione aggiuntiva chiamata SMART. Come funziona? Quando la tensione all'ingresso supera i 30-40V circa, il dispositivo riconosce la condizione come anomala e limita ulteriormente la corrente. Questo permette di ridurre drasticamente la dissipazione di potenza in condizioni di sovratensione. Infine, come si vede dalla curva, gli ingressi hanno caratteristica tensione corrente simmetrica e questo permette di prevenire fallimenti sul campo causati da un cablaggio sbagliato. Abbiamo già detto che questa soluzione ci permette di dissipare meno potenza. Andiamo ora a quantificare quanto meno. Nel grafico, il risultato della nostra prova. Abbiamo aumentato gradualmente la tensione di ingresso da 0,60V e abbiamo valutato la dissipazione del canale. Nel grafico, la tensione è sulle scisse e la potenza dissipata sulle ordinate, avendo nel frattempo cura di disabilitare il generatore di impusi per poterci avvicinare al caso peggiore. Quando si attive la limitazione di corrente, qui nell'entorno di 40V, la potenza diminuisce di circa 3V. Analizziamo ora lo stadio di uscita. Abbiamo qui un generatore di corrente che fornisce tra i 2 e 4 mA, mentre un circuito di limitazione dedicato fa sì che la tensione di uscita non superi 3,6V. Grazie a questa struttura interna, il dispositivo è in grado di pilotare i fotocoppiatori o logici most standard a 3,3V senza aggiungere componenti esterni. È possibile anche utilizzare più fotocoppiatori o combinazione di fotocoppiatori led in serie. Tra le funzioni integrate abbiamo anche un generatore di impulsi di test. La periodicità di questi impulsi può essere programmata in un intervallo che vada 1,2 ms a 62 ms, scegliendo fortunamente la capacità da collegare al pin tp. In questo modo è possibile abilitare dei test periodici, connettendo il dispositivo ad un microcontrollore. Se questa funzione non fosse richiesta, si può semplicemente connettere il pin tp a massa. Assumiamo i motivi per cui vale la pena testare e utilizzare il nuovo Celet in 0,3. Non richiede alimentazione dedicata, quindi massima flessibilità. Fornisce la massima compatibilità e dal lato processo, perché può gestire sensore sia verso massa che verso alimentazione e anche dalla tuscita grazie alla possibilità di utilizzare sia fotocoppiatori che logiche cimosse. Assicura la massima affidabilità grazie alla capacità di sostenere tensioni fino a 60V, al generatore di impulsi di test e alla completa separazione di due canali. E buon ultimo, ma non meno importante, minimizza lo spazio occupato solo stampato grazie al package dfn. In questa slide abbiamo una sintesi della documentazione delle board di valutazioni che sono disponibili per tutti i prodotti Celet. In particolare nell'ultima riga evidenziata in giallo la board ST Eval IFP 035v1 che monta il nuovo Celet 03 2Q3. Con questo siamo aggiunti al termine della presentazione. Spero che le informazioni ricevute oggi siano state utili. Ringraziandovi per l'attenzione vi invito a visitare il nostro sito web st.com in caso abbiate bisogno di ulteriori dettagli. Arrivederci!