SFC. Sequential Functional Chart. Reti e Sistemi per l Automazione. Stefano Panzieri SFC - 1

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1 SFC Sequential Functional Chart Stefano Panzieri SFC - 1

2 Sequential Functional Chart Nel 1975 nasce il GRAFCET GRAPHe de Coordination Etapes Transitions Nel 1987 è stato adottato come standard internazionale dall IEC (Comitato Elettrotecnico Internazionale) Recentemente compreso tra i possibili linguaggi di programmazione dei PLC nello standard IEC con il nome di Sequential Functional Chart (SFC) Specifico per il controllo dei sistemi ad eventi discreti Spesso tradotto in un linguaggio a più basso livello (Ladder Logic) per poter essere eseguito su un PLC Stefano Panzieri SFC - 2

3 Grafi di stato Una macchina a stati è particolarmente indicata per la rappresentazione di un programma che svolga funzioni di coordinamento e sequenziamento di azioni elementari 0,1 1, ,0 0,0 Stefano Panzieri SFC - 3

4 Elementi base di un SFC Fase Tappa, passo Condizione invariante del sistema che viene modificata all occorrenza di un determinato evento Inattiva: vuota Attiva: pallino Xn: marker di fase True o False Fase iniziale Doppia cornice (fase) (azione) (azione) 5 apri valvola 3 20 apri valvola 2 10 Stefano Panzieri SFC - 4

5 Elementi di base di un SFC Transizione Tn Rappresenta una condizione per il passaggio da una fase a quella successiva T32 (ok AND T>20) OR NOT abilita Arco orientato Collega tra loro le fasi stabilendone la sequenza ed è sempre interrotto da una transizione L orientamento è indicato con una freccia, omessa se verso il basso Stefano Panzieri SFC - 5

6 Importante Tra due fasi collegate da un arco orientato c è sempre una transizione T1 10 Tra due transizioni c è sempre almeno una fase T2 Definizioni Fase a monte di T2 Fase a valle di T2 20 T3 Stefano Panzieri SFC - 6

7 Esempio di SFC 1 5 T1 fun1 2 accendi T2 fun2 T9 fun9 6 3 spegni 8 T6 fun6 T3 fun3 T8 fun8 7 T7 fun7 T4 4 fun4 Stefano Panzieri SFC - 7

8 Condizione di un SFC L insieme delle fasi attive Per definire superabile una transizione Tutte le fasi a monte devono essere attive La condizione associata deve essere vera Se una transizione è superabile: Viene superata Tutte le fasi a monte vengono disattivate Tutte le fasi a valle vengono attivate Regole di evoluzione T23 Ok AND t >20 71 Stefano Panzieri SFC - 8

9 Ambiguità #1 La durata delle attivazioni e disattivazioni è considerata infinitamente piccola Se più transizioni diventano superabili nello stesso istante, esse sono tutte superate contemporaneamente Differente dalle reti di Petri asincrone nelle quali le transizioni sono superate in sequenza In certe versioni dell SFC si supera solo la transizione a priorità più elevata Stefano Panzieri SFC - 9

10 Ambiguità #2 Se una fase deve essere attivata e disattivata questa rimane attiva T4 11 Fun4 ( = 1 ) T4 11 T5 12 Fun5 ( = 1 ) T Stefano Panzieri SFC - 10

11 Esempio del nastro trasportatore Stefano Panzieri SFC - 11

12 Doppia linea se: Più fasi convergono in una stessa transizione Più fasi succedono ad una transizione Sequenze in parallelo T Stefano Panzieri SFC - 12

13 Differenze con le reti di Petri SFC Lo stato di una fase di un SFC è booleano: Attivo-Disattivo Tutte le transizioni simulatenamente superabili sono superate Le condizioni di transizione possono dipendere dallo stato delle singole fasi PETRI Lo stato di una fase è un numero intero Numero di attivazioni (marker) Le transizioni superabili sono superate con una sequenza che potrebbe anche non comprenderle tutte Le condizioni sono solo segnali esterni Stefano Panzieri SFC - 13

14 Variabili di Ingresso Ingresso semplice La variabile dell SFC assume lo stesso valore (binario) del segnale del sensore Segnale A Variabile A Ingresso a fronte La variabile dell SFC vale 1 solo in corrispondenza di un fronte di salita (A) o di discesa (A ) A A t A t Stefano Panzieri SFC - 14

15 Variabili Temporali Indicata con t/xn/d t: variabile temporale Xn Xn: marker associato alla fase d: durata della temporizzazione d d d Assume il valore 0 all istante iniziale t/xn/d Rimane 0 quando Xn si attiva Diventa 1 dopo l intervallo d NOT t/xn/d t Torna a 0 se la fase si disattiva Stefano Panzieri SFC - 15

16 Esempio utilizzo var. temporale Preriscaldamento 33 Scalda motore T33 t/x33/20s 34 parti Watchdog timer 2 Fuori carrello T21 Uscito AND NOT t/x2/2s T22 t/x2/2s allarme Stefano Panzieri SFC - 16

17 Watchdog di un ciclo globale A T1 f1 T100 X2 2 B 101 T14 f14 T101 X1 AND NOT t/x101/30s T102 t/x101/30s 102 allarme T15 15 L f15 T103 Ripristino sicurezza Stefano Panzieri SFC - 17

18 Continua Tipi di Azioni Uscita che deve valere 1 per tutta la durata di attivazione della fase Non cambia valore se associata a due fasi consecutive 3 A X3 X22 22 A A t Stefano Panzieri SFC - 18

19 Tipi di Azioni Condizionata Contiene una condizione di attivazione ulteriore a quella relativa alla fase a cui è associata C X3 3 A C A t Stefano Panzieri SFC - 19

20 Tipi di Azioni Limitata nel tempo (Condizionata) Limitata nel tempo se la condizione è una variabile temporale NOT t/x3/d 3 A X3 t/x3/d d A t Stefano Panzieri SFC - 20

21 Tipi di Azioni Ritardata La condizione è data da una variabile temporale associata alla stessa fase a cui è associata l azione t/x3/d X3 d 3 A t/x3/d A t Stefano Panzieri SFC - 21

22 Tipi di Azioni Impulsiva (limitata nel tempo ad una sola scansione) Dura un tempo infinitamente piccolo Si indica con A* Esempi: Aggiornamento di un contatore Attivazione di un timer Calcolo numerico 3 A* X3 A* t Stefano Panzieri SFC - 22

23 Memorizzata Tipi di Azioni Lo stato della variabile associata permane anche quando la fase viene disattivata SET RESET 3 SET A X3 X46 46 RESET A A t Stefano Panzieri SFC - 23

24 Strutture Classiche Scelta 1 T1 cond1 T2 cond Scelta non ambigua 1 T1 cond1 T12 cond1*cond2 T2 cond Stefano Panzieri SFC - 24

25 Strutture Classiche Convergenza T15 18 T Stefano Panzieri SFC - 25

26 Strutture Classiche Parallelismo 5 T Stefano Panzieri SFC - 26

27 Strutture Classiche Sincronizzazione T Stefano Panzieri SFC - 27

28 Mutua esclusione (semaforo) con priorità Strutture Classiche 25 T13 not cond1 and cond2 T T43 cond1 T Stefano Panzieri SFC - 28

29 Strutture Classiche Sincronizzazione locale T4 T T21 T T T Stefano Panzieri SFC - 29

30 Scelta con Sincronizzazione T20 sarà difficilmente superabile ;-) 1 Struttura Errata T1 T T20 2 Stefano Panzieri SFC - 30

31 Parallelismo con convergenza La fase 2 rischia di essere attivata due volte Struttura Ambigua T T T27 2 Stefano Panzieri SFC - 31

32 Esempi: Trapano automatico p S D x R O a m b T9 T2 y T1 x AND m 1 p AND y 2 SET R D T3 T4 T5 T6 x 3 D 4 m a S 5 O t/x5/2s y T7 T8 6 D b 7 S a 8 RESET R Stefano Panzieri SFC - 32

33 Macrofase e relativa espansione Macrofase 4 I 30 5 M30 6 U 30 Stefano Panzieri SFC - 33

34 Forzatura Indica l insieme delle fasi da attivare in un SFC Macroazioni Valida per tutta la durata della fase associata a meno che non sia impulsiva 4 Forzare 11 G2:{12} 12 A a b 13 B G2 c X4 11 a 12 A b 13 B c X4 X4 Stefano Panzieri SFC - 34

35 Sospensione Disattiva tutte le fasi in un SFC Macroazioni 4 Forzare 11 S2:{ } 12 A a b 13 B c S2 11 a 12 A b 13 B c X4 X4 X4 Stefano Panzieri SFC - 35

36 Bloccaggio Arresta l esecuzione di un SFC Macroazioni 4 Forzare 11 S2:{* } 12 A a b 13 B c 11 a AND NOT X4 12 A b AND NOT X4 13 B c AND NOT X4 Stefano Panzieri SFC - 36

37 SFC Gerarchico per il controllo del Trapano Automatico T10 T11 T12 T13 SFC STOP 12 S 13 Forzare SFC2:{ } RESET a =1 Forzare SFC2:{1} R RESET R T9 T2 y T1 x AND m T7 T8 SFC2 1 2 SET R D 6 D b 7 S a p AND y T3 T4 T5 T6 x 3 D 4 m a S 5 O 8 RESET R t/x5/2s Stefano Panzieri SFC - 37

38 Esempio Taglierina Automatica Un dispositivo è composto da un nastro trasportatore su cui è disposto un film omogeneo che deve essere tagliato da una taglierina verticale. Il nastro trasportatore è attuato da un motore lineare. Un sensore ottico rileva un segno presente sul film indicante quando è necessario tagliare, mentre due sensori di inizio e fine corsa indicano la posizione della taglierina. Stefano Panzieri SFC - 38

39 Esempio Taglierina Automatica I requisiti funzionali prevedono che: Quando il sensore ottico rileva il segno sul film, deve essere effettuato il taglio; Quando la taglierina esegue il taglio, il nastro trasportatore deve essere fermo; Quando la taglierina viene riportata in condizione di riposo, il nastro trasportatore può essere riattivato Tre sono i possibili stati ammissibili: Nastro trasportatore acceso, taglierina a riposo; Nastro trasportatore fermo, taglierina scende per eseguire il taglio; Nastro trasportatore fermo, taglierina risale Stefano Panzieri SFC - 39

40 Esempio Taglierina Automatica Stefano Panzieri SFC - 40

41 ESEMPIO Distributore Automatico Si consideri una macchina distributrice di bibite che sia in grado di riconoscere monete da 0.1, 0.2 e 0.5 Euro e di erogare tre differenti tipi di bibita, A, B e C. La bibita A costa 0.6 Euro, la bibita B ne costa 0.8 e la bibita C costa 1 Euro. La macchina è dotata di display, sul quale viene visualizzata la stringa Inserire Monete fino a quando il cliente non inserisce una prima moneta, dopodichè viene visualizzato l importo totale inserito. L utente ha a disposizione i pulsanti di selezione di ciascuna bibita e un pulsante di espulsione monete, con il quale può annullare l operazione. La macchina infatti non dà resto! Stefano Panzieri SFC - 41

42 ESEMPIO Distributore Automatico Il riconoscimento della moneta viene effettuato da un sottosistema di scansione, il quale fornisce al sistema di controllo principale quattro soli segnali logici: Moneta 01, Moneta 02, Moneta 05, Non Valida. Ad ogni nuova moneta riconosciuta viene aggiornata la somma memorizzata e la moneta viene messa in uno scompartimento di pre-incasso, mentre se la moneta non `e valida viene immediatamente espulsa. Se l utente preme un tasto di selezione bibita e l importo introdotto `e sufficiente, la bibita richiesta viene espulsa e le monete vengono incassate definitivamente.la durata minima di apertura degli sportelli di contenimento bibite e monete della macchina è: 300 ms per lo sportello dello scomparto dell ultima moneta inserita; 1 s per lo sportello dello scomparto di pre-cassa; 2 s per lo sportello degli scomparti contenenti le bibite. Stefano Panzieri SFC - 42

43 ESEMPIO Distributore Automatico Stefano Panzieri SFC - 43

44 ESEMPIO Distributore Automatico Stefano Panzieri SFC - 44