Controllo di sequenze nell automazione industriale

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1 Ingegneria e Tecnologie dei Sistemi di Controllo Controllo di sequenze nell automazione industriale PARTE 2 Prof. Alberto Tonielli, Ing. Andrea Tilli DEIS Alma Mater Studiorum Università di Bologna atonielli,, atilli@deis.unibo.it Revisionato: 29/10/2007

2 Indice della presentazione Parte 2 Sequential Function Chart (SFC) esempi di utilizzo delle strutture Altri linguaggi della norma IEC : 3: alcune caratteristiche Da un SFC alla Programmazione una possibile soluzione Strumenti di alto livello: il Gemma. di Bologna Controllo di sequenze 2 2

3 SFC Sequenza unica Esempi di utilizzo delle Strutture successione di stati che si possono attivare uno dopo l altrol esempio: passaggio a livello su binario unico a senso unico Ipotesi: distanza tra coda treno e testa successivo A-C b treno presente a c treno in arrivo treno in uscita. di Bologna Controllo di sequenze 2 3

4 SFC Sequenza unica passaggio a livello su binario unico a senso unico a attesa treno comando: barriere su treno in a arrivo treno barriere giù treno in c uscita treno barriere su treno fuori da c b c Il sensore b non serve. Ridondanza per sicurezza. di Bologna Controllo di sequenze 2 4

5 SFC Sequenze alternative Esempi di utilizzo di Strutture Esempio: serratura a combinazione l apertura è condizionata dalla digitazione di un codice numerico su una tastiera la successione delle cifre porterà all apertura apertura qualunque errore nella sequenza porta al blocco della porta ed all attivazione attivazione di un segnale sonoro di allarme. La condizione di allarme può essere disattivato solo manualmente da operatore abilitato con chiave il meccanismo di accettazione della combinazione è attivo solamente a porta chiusa. di Bologna Controllo di sequenze 2 5

6 SFC Sequenze alternative Esempio: serratura a combinazione ( ) chiusura sblocca 6 allarme riarmo manuale. di Bologna Controllo di sequenze 2 6

7 SFC Sequenze simultanee Esempio: Isola di foratura con 3 postazioni se la lavorazione è difettosa il sistema si blocca con il tastatore in alto per consentire l espulsione l manuale del pezzo difettoso un comando consente la rotazione di 120 della giostra caricamento lavorazione testatore espulsione. di Bologna Controllo di sequenze 2 7

8 SFC Isola di foratura 1 Attesa tutto O.K 2 Caricamento 3 Lavorazione 4 Misura ed espulsione Tutti fermi 5 Rotazione giostra Fine rotazione. di Bologna Controllo di sequenze 2 8

9 SFC 1 tutto O.K. 2 caric. avanti caricato 3 caric. indiet. sezione caricamento. di Bologna Controllo di sequenze 2 9

10 SFC 1 tutto O.K. 4 serraggio serrato 5 foratura forato 6 risalita risalito 7 sblocco sezione lavorazione. di Bologna Controllo di sequenze 2 10

11 SFC 1 tutto O.K. o.k. testatore su espulso 8 misura 9 11 risalita testat. 10 espuls. esp. indietro 12 non o.k. risalita testat. test. su 13 espuls. man. esp. man. terminata sezione misura ed espulsione. di Bologna Controllo di sequenze 2 11

12 SFC Mutua esclusione tra sequenze Scarico di due vagoni Il carico avviene in zone diverse per i due vagoni lo scarico è in comune A A carico Attesa B B Scarico. di Bologna Controllo di sequenze 2 12

13 SFC Mutua esclusione tra sequenze Scarico di due vagoni Il carico avviene in zone diverse per i due vagoni lo scarico è in comune A A carico B Attesa B Scarico. di Bologna Controllo di sequenze 2 13

14 SFC Mutua esclusione tra sequenze Scarico di due vagoni Il carico avviene in zone diverse per i due vagoni lo scarico è in comune A carico B A Attesa B Scarico. di Bologna Controllo di sequenze 2 14

15 SFC Mutua esclusione tra sequenze Scarico di due vagoni Il carico avviene in zone diverse per i due vagoni lo scarico è in comune A A carico Attesa B B Scarico. di Bologna Controllo di sequenze 2 15

16 SFC Mutua esclusione tra sequenze Scarico di due vagoni Il carico avviene in zone diverse per i due vagoni lo scarico è in comune A carico B B Attesa A Scarico. di Bologna Controllo di sequenze 2 16

17 SFC Scarico di due vagoni 2 3 carica A posizione attesa A attesa se pieno avanza carrello carica B posizione attesa B attesa se pieno avanza carrello =1 s3 4 5 scambio in A posizione scarico scarico T/4/10s avanza sema foro scambio in B posizione scarico scarico T/14/10s avanza 6 ritorno carrello 16 ritorno carrello posizione attesa A posizione attesa B 7 ritorno carrello 17 ritorno carrello posizione carico A posizione carico B. di Bologna Controllo di sequenze 2 17

18 Altri linguaggi dell IEC : 3: alcuni dettagli. di Bologna Controllo di sequenze 2 18

19 Lista di istruzioni di basso livello La maggior parte delle istruzioni è composta da un operatore un operando Fa riferimento al contenuto di un registro (current result) Per il contenuto dell altro operando Per memorizzare il risultato dell operazione Instruction List (IL) L operatore indica l operazione l che deve essere eseguita tra il valore corrente del registro e l operando. l Il risultato viene memorizzato nel registro. result:= result OPERATOR operand LABEL: OPERATOR OPERAND (*COMMENT*) Lab1: LD BOO1 (*result:=boo1 *) AND BOO2 (* result:= result and BOO2 *) ST BOO3 (* BOO3:=result*) O3:=result*) (** BOO1 and BOO2*). di Bologna Controllo di sequenze 2 19

20 Operatori di IL LD (load) Carica un valore (costante, variabile, ecc.) nel registro ST (store) Assegnamento LD false ST BOO1 (* BOO1:= false *) S (set), R (reset) Inizializzazione condizionata al valore del registro LD true (* se result = true allora BOO1:= true *) S BOO1 (* altrimenti non viene modificato *) Altri operatori Logici AND, OR, XOR Aritmetici ADD, SUB, MUL, DIV Relazionali GT, GE, EQ, LE, LT, NE Controllo del programma (salto a label, chiamata a funzione,ecc.) CAL, JMP, RET Vedi Libro Bonfatti o Manuale Isagraf Instruction List (IL). di Bologna Controllo di sequenze 2 20

21 Instruction List (IL) Modificatori di flusso: N (negazione( negazione) ORN BOO1 (* result := result OR NOT(BOO1) *) C (operazione( condizionata) Solo con JMP, CAL, RET JMPNC LAB1 (* se result=false allora salta a LAB1 *) (* LAB1 è un etichetta *) ( ) (operazione( ritardata) AND ( BOO1 OR BOO2 ) (* result := result and (BOO1 or BOO2)*). di Bologna Controllo di sequenze 2 21

22 Ladder Diagram (LD) Rappresentazione grafica di operazioni booleane mediante schemi elettrici a relè evoluti Gli operandi sono rappresentati da contatti (contacts) Interruttori che lasciano fluire la corrente a seconda del valore della variabile associata Il risultato dell operatore è rappresentato da una bobina (coil) Memorizzano il risultato in una variabile di uscita IN1 IN2 IN3 IN1 IN4 OUT1 ( ) OUT2 ( ) OUT3 ( ) V+ V- OUT1 := not (IN1) OUT2 := (IN1 or IN2 or not(in3)) and not(in4) OUT3 := (IN1 or IN2 or not(in3)) and not(in4). di Bologna Controllo di sequenze 2 22

23 Ladder Diagram (LD) Contatti IN1 IN2 OUT1 ( ) Contatto diretto Contatto invertito OUT1 := IN1 and not (IN2) IN1 IN2 OUT1 P ( ) Contatto sul fronte di salita (P) e di discesa (N) La corrente passa dal contatto solo al ciclo time-driven in cui c è un fronte di salita di IN2 (IN2 varia da false a true) OUT1 := IN1 and (IN2 and not(previous_in2)) (* previous_in2 indica il valore precedente di IN2 *). di Bologna Controllo di sequenze 2 23

24 Ladder Diagram (LD) Bobine IN1 IN2 OUT1 ( ) Bobina diretta OUT1 := IN1 and IN2 OUT2 ( ) Bobina invertita OUT2 := not ( IN1 and IN2) OUT3 ( S) Bobina latched S OUT4 ( R) If (IN1 and IN2) then OUT3 := true; End_if; If (IN1 and IN2) then Bobina latched R OUT4 := false; End_if;. di Bologna Controllo di sequenze 2 24

25 Bobine IN1 IN2 OUT1 ( P ) Bobina sul fronte di salita (P) e discesa (N) OUT2 ( N) Ladder Diagram (LD) Temp:= (IN1 and IN2) ; If Temp and not (prev_temp) then out1:= true; else out1:=false; End_if; (* prev_temp: valore precedente di IN1 and IN2 *)... IN3 LABEL1 LABEL1: IN1 IN2 OUT1 Esecuzione del codice dall alto verso il basso (a parte nel caso di jump) ( ). di Bologna Controllo di sequenze 2 25

26 Rappresentazione di schemi a blocchi Ogni blocco ha variabili di ingresso e uscita Un blocco rappresenta: una funzione Function Block Diagram (FBD) Es. funzione logica, aritmetica, relazionale, ecc. un function block (equivalente( a un istanza di un oggetto) Es. contatori,, timer, generatori di segnali, ecc. V. librerie standard L esecuzione avviene dall alto alto verso il basso (a parte utilizzando jump). di Bologna Controllo di sequenze 2 26

27 Function Block Diagram. di Bologna Controllo di sequenze 2 27

28 IMPLEMENTAZIONE SFC (ovvero Ctrl Sequenze) Due alternative Ambiente di programmazione SFC disponibile Ormai tipico per PLC (ma da poco.) NON BISOGNA OPERARE ALCUNA TRADUZIONE IN CODICE (ILo ST) BISOGNERA DECIDERE LA MAPPATURA SUI TASKS REALTIME Tipicamente Semplice Time Driven Monotask Attenzione alle interazioni tra SFC in task diversi Ambiente di programmazione SFC non disponibile Controllo di sequenze non su PLC. Oltre ai passi suddetti bisognerà effettuare traduzione in codice Tipicamente varibile che memorizza step attivi e costrutto case/ case/switch Attenzione a stato futuro. di Bologna Controllo di sequenze 2 28

29 Dall' SFC al programma IL (AWL) Due alternative Ambiente di programmazione SFC disponibile interfaccia grafica per ogni stato e per ogni transizione il progettista deve predisporre azioni e condizioni eventualmente usando uno dei linguaggi di livello più basso supportato dall'ambiente (ST, IL, FB, LD) 2 timers possono essere associati ad ogni stato TIME-OUT inizializzato a + dal S.O. (disabilitato) serve per evitare situazioni di dead-lock dell' SFC causate da errori di programmazione o da guasti nei sensori o negli attuatori DELAY inizializzato a 0 dal S.O. (disabilitato) serve per ritardare l'attivazione delle transizioni in uscita. di Bologna Controllo di sequenze 2 29

30 Dall' SFC al programma IL (AWL) Due alternative Ambiente di programmazione SFC non disponibile Procedura per utenti AWL Si definiscono due vettori di stato (presente e futuro) ciascuno con tante componenti (bit) quanti sono gli stati bit = 1 stato corrispondente attivo bit = 0 stato corrispondente non attivo Si associa ad ogni stato una procedura (FB) che implementa il controllo in quello stato Si costruisce una procedura (FB) che implementa la verifica delle condizioni di transizione ed aggiorna il vettore di stato futuro Si costruisce una procedura organizzativa generale (OB1) costituita da chiamate condizionate alle procedure di stato e di transizione Si predispongono procedure di inizializzazione dello stato (OB21- OB22). di Bologna Controllo di sequenze 2 30

31 Dall' SFC al programma IL (AWL) Esempio 1 T T4 T1 T3 T5 5 6 T6 MB 10 MB 30 Stato corrente se T7 vero Stato futuro T7 T8 MB 10 Stato iniziale di Bologna Controllo di sequenze 2 31

32 Dall' SFC al programma IL (AWL) 0 T1 FB 10 Esempio FB 12 1 T2 2 3 FB 11 T3 5 FB 13 6 T6 FB 15 FB 16 FB 200 T4 T5 4 FB 14 7 T7 T8 FB 17. di Bologna Controllo di sequenze 2 32

33 Dall' SFC al programma IL (AWL) Esempio - Inizializzazione dello stato OB21 L T BE OB 22 L T BE Avviamento manuale KH 01 Selezione dello stato iniziale MB 10 Inizializza il vettore di stato presente Avviamento automatico KH 01 Selezione dello stato iniziale MB 10 Inizializza il vettore di stato presente OB 1 Programma principale.. di Bologna Controllo di sequenze 2 33

34 Dall' SFC al programma IL (AWL) Esempio - Il blocco organizzativo (main( main) OB 1 Programma principale SPA FB 200 Aggiorna transizioni NOME:TRAN U M 10.0 Testa se stato 0 è attivo SPB FB 10 Esegui il controllo se attivo NOME:STA0 U M 10.1 Testa se stato 1 è attivo SPB FB 11 Esegui il controllo se attivo NOME:STA1 BE. di Bologna Controllo di sequenze 2 34

35 FB 200 Aggiornamento transizioni U M 10.0 Testa se stato 0 è attivo SPB FB 210 Esegui la verifica 1 a transizione NOME:TRA0. Dall' SFC al programma IL (AWL) Esempio - gestione delle transizioni transizione normale aggiornamento dello stato futuro U M 10.4 Testa se stato 4 è attivo U M 10.6 Testa se stato 6 è attivo SPB FB 216 Esegui la verifica della transizione NOME:TRA1... L T BE transizione di uscita da sincronizz. MB 30 Stato futuro in MB 10 Stato presente. di Bologna Controllo di sequenze 2 35

36 Ingegneria e Tecnologie dei Sistemi di Controllo Controllo di sequenze nell automazione industriale PARTE 2 - FINE Prof. Alberto Tonielli, Ing. Andrea Tilli DEIS Alma Mater Studiorum Università di Bologna atonielli,, atilli@deis.unibo.it