Ingegneria e Tecnologie dei Sistemi di Controllo LA

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1 Lauree Triennali in Ing. dell Automazione e in Ing. Informatica Lauree Specialistiche in Ing. Elettronica e in Ing. Informatica Ingegneria e Tecnologie dei Sistemi di Controllo LA Controllo Logico nell Automazione Industriale Ing. Andrea Tilli DEIS - Università di Bologna Tel andrea.tilli@unibo.it Revisionato Revisionato il il 25/11/ /11/2009

2 Sommario Premessa Controllo logico nell automazione storicamente visto da un punto di vista implementativo/tecnologico non funzionale a differenza dei controlli diretti di variabili temporali (tempocontinui e tempodiscreti) Spesso indicato come: Programmazione di sistemi di controllo per l automazione (tipicamente PLC) SW per l automazione Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico 1 2

3 Parte 1 Sommario Introduzione alla progettazione di controlli logici (o di sequenze o sequenziali) Linee guida generali Qualche dettaglio in più su progetto tecnologico e realizzazione Lo standard IEC strumenti e linguaggi di programmazione Sequential Function Chart (SFC) concetti base sintassi strutture Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico 1 3

4 Parte 2 Sommario Sequential Function Chart (SFC) esempi di utilizzo delle strutture Altri linguaggi della norma IEC Da un SFC alla Programmazione una possibile soluzione CoDeSys Introduzione all uso, Peculiarità, Esempi Una procedura per la progettazione funzionale del controllo di sequenze Concetto base: attuatore generalizzato Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico 1 4

5 Generalità sul Progetto di Controlli Logici Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico 1 5

6 Progettazione di Controlli Logici Introduzione La progettazione del Controllo di Sequenze per un Sistema Industriale è un compito complesso Verranno presentati, in modo intuitivo e non formale, i passi logici della soluzione Chiarimento del compito e descrizione del sistema Progetto funzionale: Definizione automa per imporre la sequenza voluta Progetto implementativo/tecnologico: Elaborazione dei documenti di specifica Cenni sulla realizzazione del Progetto Collaudo del sistema di controllo e messa in funzione della macchina Stesura della documentazione Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico 1 6

7 Progettazione di Controlli Logici Chiarimento del compito e strutturazione del sistema Descrizione generale del sistema da automatizzare Descrizione del funzionamento che si vuole ottenere Descrizione dettagliata del sistema Grado di automazione delle parti tutto senza operatore? Definizione di cosa misurare e di come e dove attuare Interconnessione con CONTROLLI DIRETTI DI VAR. TEMPORALI spesso già fissato a priori. Strutturazione della macchina in parti omogenee funzionalmente correlazione nel processo produttivo/operativo spazialmente collocazione fisica adiacente Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico 1 7

8 impacchettatrice Progettazione di Controlli Logici Descrizione del processo Alimentazione del prodotto Formazione del pacco Stesura del film e movimentazione del pacco Avvolgimento del pacco Saldatura Espulsione Pacco finito Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico 1 8

9 Progettazione di Controlli Logici Progetto Funzionale Dalla descrizione di funzionamento Dalla struttura di massima Grado di automazione Dove attuare e misurare Interconnessione con CONTROLLI DIRETTI Definizione di Automa o di Automi interagenti per imporre la sequenza voluta Ma: Quale linguaggio per descriverlo? Vedi dopo Documento fondamentale Spesso omesso NB: il progetto del controllo logico, in senso stretto, finirebbe qui Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico 1 9

10 Progettazione di Controlli Logici: il seguito Elaborazione dei documenti di specifica delle parti (Inizio del Progetto Implementativo) Cruciale per la buona riuscita del progetto Mappatura su architettura Hardware/Software dei compiti INSIEME ALLA MAPPATURA DI CONTROLLI DIRETTI Scelta dei sistemi di elaborazione e mappatura degli automi Riprogrammabili o cablati? Scelta di dettaglio dei sensori e degli attuatori Scelta dei sistemi di comunicazione eventuale loop col progetto funzionale Già accennato all inizio del corso Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico 1 10

11 Progettazione di Controlli Logici: il seguito Elaborazione dei documenti di specifica (Inizio del Progetto Implementativo) Lavoro di gruppo Diverse persone che si occupano delle diverse parti sensori/attuatori elaboratori e implementazione SW Elaboratori cablati specifiche chiare e non ambigue interfacce ben definite Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico 1 11

12 Progettazione di Controlli Logici: il seguito Realizzazione del Progetto Implementativo Hardware acquisto controllori industriali acquisto + progettazione di parti specifiche progettazione completa Software applicativo Va progettato/realizzato secondo l automa risultante dal progetto funzionale Deve tenere in conto delle caratteristiche dell arch. HW Elaboratore: - Risorse computazionali - S.O. RT Event Driven o Time Driven? Applicazione reattiva o ciclica pseudotrasformazionale? Caratteristiche dei sensori/attuatori Caratteristiche del sistema di comunicazione/interfacciamento Caratteristiche degli elaboratori per controllo diretto Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico 1 12

13 Progettazione di Controlli Logici: il seguito Realizzazione del Progetto Implementativo Software applicativo (continuazione) Seguire regole generali per progetto/sviluppo SW per uso professionale/industriale realizzazione gruppo di lavoro manutenzione, aggiornamento, riutilizzo noi o altre persone Attività cruciale Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico 1 13

14 Progettazione di Controlli Logici: il seguito Collaudo del sistema di controllo e messa in funzione dell'impianto Fase costosa e delicata realizzata da altre persone realizzata presso il cliente esigenze di avvio della produzione tempi e costi dipendono fortemente dalla qualità della fase di progettazione meglio investire tempo e risorse sulla progettazione che spendere poi nel collaudo e nella messa in servizio Nella pratica industriale raramente viene seguita questa filosofia per diverse motivazioni, solitamente non tecniche Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico 1 14

15 Progettazione di Controlli Logici: il seguito Stesura della documentazione La documentazione è parte integrante e fondamentale di un progetto industriale un progetto non è completato finché non è corredato da adeguata documentazione La predisposizione della documentazione va effettuata congiuntamente con lo sviluppo di ogni fase della progettazione Tecniche di progettazione che intrinsecamente producono documentazione sono da privilegiare CAD programmazione strutturata SFC (GEMMA) Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico 1 15

16 Progettazione di Ctrl Logici: torniamo all automa Strumenti di modellazione per il controllo di sequenze Come rappresentare l automa o l insieme di automi? Obiettivi della rappresentazione: Elevato potere espressivo Complessità ridotta Facile leggibilità Indipendenza dall implementazione Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico 1 16

17 Progettazione di Ctrl Logici: torniamo all automa Strumenti di modellazione per il controllo di sequenze: Possibili soluzioni: descrizione letterale (a parole) lunga, imprecisa, troppo personale descrizione puramente logica troppo particolareggiata legata alla tecnologia implementativa diagrammi temporali pesante carenza nella descrizione degli elementi sequenziali Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico 1 17

18 Progettazione di Ctrl Logici: torniamo all automa Strumenti di modellazione per il controllo di sequenze: Possibili soluzioni: diagramma degli stati Molto interessante Concetto di stato esplicito Rappresentazione concentrata ed efficace della situazione operativa raggiunta in funzione del passato Razionalizza l analisi dell informazione: contestualizza l informazione ad una data condizione operativa Soluzione tipo reti logiche : strumento idoneo per sistemi di modesta complessità perché troppo particolareggiato Idoneo anche per sistemi complessi con una opportuna ridefinizione del concetto di stato. SFC Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico 1 18

19 Lo standard IEC Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico 1 19

20 Lo Standard IEC SCOPO Definire linguaggi standard per la programmazione di PLC Stimolare una normalizzazione della sintassi dei linguaggi di programmazione per l'automazione Considerazioni Parte della norma IEC61131 (1993, recepita in Italia nel 1996, revisione in 2003): standardizzazione PLC IEC : Definizione PLC IEC : Architettura HW/SW dei PLC (Real-time Time Driven) IEC : Linguaggi di programmazione per implementare su PLC i controlli di sequenze Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico 1 20

21 Lo Standard IEC linguaggi proposti: Grafici: SFC, LD, FBD Testuali: ST, IL Cinque sono tanti! Stesura della norma condizionata dalla precedente pratica industriale Linguaggi molto diversi tra loro Tengono conto in modo diverso delle caratteristiche del PLC: Esecuzione sequenziale PLC sistema tipicamente monoprocessore (modello della macchina di Von Neumann) S.O. Real Time, Time Driven: ciclo while intrinseco Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico 1 21

22 Lo Standard IEC Comunque: Tra i diversi linguaggi proposti nella norma ve ne è uno (SFC) che mostra: - elevata potenza espressiva - elevata semplicità e leggibilità potenziale necessario corretto utilizzo - scarso legame con l implementazione solo in alcuni punti non fondamentali - NB: addirittura nella norma è tenuto separato dagli altri linguaggi BUONO PER LA RAPPRESENTAZIONE FUNZIONALE DEL CONTROLLO DI SEQUENZE Insieme ad alcuni costrutti particolari (Function Blocks, FB), che vedremo in seguito Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico 1 22

23 Lo Standard IEC In seguito (in questo gruppo di lucidi): Carrellata dei 5 linguaggi Cenni a tipi di dato e organizzazione del SW secondo la IEC Approfondimento dell SFC Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico 1 23

24 Lo Standard IEC Linguaggio a contatti (Ladder Diagram, LD) E1.0 E1.1 A4.0 ( ) AND OR E1.2 A4.1 ( ) V+ V- E Grafico Riprende schemi a relay Regole base: Flusso di potenza da sx verso dx Esecuzione da alto verso basso Feedback: rete sincrona NB: Allontanamento da schema a relay: - no esecuzione parallela - no corse critiche - no ambiguità su percorsi Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico 1 24

25 Lo Standard IEC Schemi a blocchi funzionali logici (Function Block Diagram, FBD) Grafico E1.0 E1.1 & A4.0 ( ) 1 Riprende reti logiche cablate Regole base: Flusso di segnale E1.1 E1.2 A4.1 > = 1 ( ) 2 Esecuzione dall alto al basso Feedback: rete sincrona NB: Allontanamento da rete logica pura: - no esecuzione parallela - no corse critiche Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico 1 25

26 Lo Standard IEC Testo Strutturato (Structured Text, ST). if (fine_corsa) then motore := off; else motore := on; end_if;. Testuale Pseudo Pascal Costrutti evoluti Regole base: Nessuna particolare Regole di sviluppo: Per implementare Ctrl di sequenze: no loop di attesa evanti (sfrutta mappatura in task pseudotrasf. Ciclici, tipica di RTOS time-driven ) Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico 1 26

27 Lo Standard IEC Lista di istruzioni (Instruction List, IL). LD ENABLE ANDN FINE_CORSA STR MOTORE.. Testuale Pseudo Assembly Regole base: Istruzioni monooperando con uso dell accumulatore (current result, IL register) Regole di sviluppo: Per implementare Ctrl di sequenze: no loop di attesa eventi (sfrutta mappatura in task pseudotrasf. Ciclici, tipica di RTOS time-driven ) Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico 1 27

28 Lo Standard IEC Sequential Function Chart Grafico Condizioni per la transizione 5 Step/Fasi 4 Transizioni Rappresentazione a diagrammi a stati evoluto : Piu step attivi.. Linguaggio incompleto : transizioni e azioni definite per mezzo degli altri Livello di astrazione e capacità rappresentativa elevata Deriva da Grafcet Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico 1 28

29 Per tutti e 5 i linguaggi Lo Standard IEC Tipi di Dato Simili ad altri linguaggi (C, Pascal, etc.): INT, DINT, REAL, LREAL Tipi particolari: Gestione di stringhe di bit: BOOL, BYTE, WORD Rappresentativi di date e tempi TIME, DATE, TOD, DT Indicatore di tipo generico: Per raggruppare diversi tipi: ANY, ANY REAL Peculiarità del PLC Manuale Codesys (in seguito) o Libro Bonfatti et al. per dettagli Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico 1 29

30 Lo Standard IEC Organizzazione del SW Obiettivo: Organizzare l architettura del SW PLC Stimolare approccio Top-Down Modularità e Riutilizzo Legato all implementazione, ma utile anche per progetto funzionale Program Organization Units (POUs): FUNCTION FUNCTION BLOCK PROGRAM Vedi Libro Bonfatti et al. per approfondimenti Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico 1 30

31 Lo Standard IEC Organizzazione del SW FUNCTIONS Procedure prive di memoria che dati certi IN producono un OUT Invocazione/definizione in linguaggi grafici o testuali Predefinite o custom Predefinite: Sono parte degli operatori base di IL, FBD, ST Sono blocchi particolari per LD Uso di EN e ENO per garantire flusso di corrente in caso di IN-OUT non booleani Esempi ADD, TRUNC, SHL, MAX, GE Funzioni per ottenere il tempo di sistema Ma allora i task possono sapere il tempo. Ma non possono sapere come sarà allocato il tempo CPU. Manuale Codesys (in seguito) o Libro Bonfatti et al. per dettagli Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico 1 31

32 Lo Standard IEC Organizzazione del SW FUNCTION BLOCKS Procedure con memoria che dati certi IN e lo stato producono uno o più OUT Invocazione/definizione in linguaggi grafici o testuali Diverse Istanze (diversi set di dati di memoria, stato) Predefinite o custom Esempi di Predefinite: Bistabili: SR, RS Edge-detection: R_TRIG, F_TRIG Counters: CTU, CTD, CTUD Timers: TP, TON, TOFF Basate su peculiarità del PLC Manuale Codesys (in seguito) o Libro Bonfatti et al. per dettagli Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico 1 32

33 Lo Standard IEC Organizzazione del SW PROGRAMS Insieme di unità e/o istruzioni costituiscono l implementazione del controllo di sequenze di una macchina/impianto o una parte rilevante di esso Macro unità In generale racchiuderà più Functions e Function Blocks Manuale Codesys (in seguito) o Libro Bonfatti et al. per dettagli Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico 1 33

34 Lo Standard IEC Considerazioni sui linguaggi Linguaggi testuali IL e ST: Implementazione Ctrl. Seq fortemente legate alla struttura RT timedriven del PLC Leggibilità media per ST e bassa per IL Linguaggi grafici LD e FBD: Legati a tecnologie implementative, diverse da PLC Regole aggiuntive per adattare a PLC esecuzione non parallela In ogni caso: poco astratti e poco leggibili IL, ST, LD, FBD poco adatti alla rappresentazione funzionale del controllo di sequenze Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico 1 34

35 SFC: Lo Standard IEC Considerazioni sui linguaggi Evoluzione di diagramma a stati Vantaggi dell uso esplicito del concetto di stato Alto grado di astrazione Semplicità e leggibilità Parallelismo e Sincronismo Nessuna tecnologia di riferimento (o quasi) Rare le regole legate a implementazione su PLC Vedremo in seguito E ADATTO PER IL PROGETTO FUNZIONALE DEI CONTROLLI DI SEQUENZE NB: SFC incompleto nella definizione di azioni e condizioni di transizione: si consiglia uso di ST Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico 1 35

36 Lo Standard IEC Precisazione: SFC vs. Grafcet SFC deriva da Grafcet Grafcet nasce in Francia Grafcet normato in IEC60848 (1988 e poi 2002) Formalismo Grafcet ancora più astratto da di SFC rispetto a implementazione Ma non trova utilizzo diretto negli ambienti di sviluppo comuni in automazione Per questo, in tale corso, si sceglie di presentare SFC come strumento funzionale di rappresentazione del controllo logico Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico 1 36

37 Sequential Function Chart Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico 1 37

38 Da tenere a mente che: Sequential Function Chart Si analizzano le regole per SFC definite nella norma IEC Legame con PLC (anche se blando) SFC deriva da formalismo chiamato Grafcet (IEC60848) Alcune discrepanze tra i due Nella presentazione si evidenzieranno La norma in alcuni casi non è precisa I vari ambienti di sviluppo IEC presentano deroghe rispetto alla norma Ottica: utilizzo di SFC per modellazione e progetto funzionale del controllo logico Maggiore astrazione possibile rispetto a qualunque implementazione (anche PLC) Non è importante il rigoroso rispetto di IEC Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico 1 38

39 Stato (fase, tappa, passo) Sequential Function Chart Concetti base l evoluzione temporale del funzionamento desiderato di un impianto complesso è descrivibile mediante una successione temporale di situazioni operative più semplici (fasi), nelle quali solo un sottoinsieme dei comandi e delle misure è attivo (attenzione ) Definizione di Stato (fase, tappa, passo) Uno stato rappresenta una condizione operativa della macchina (o di una parte di essa) che ne definisce il comportamento A ogni stato sono associati uno o più algoritmi di controllo (Azioni), diversi da quelli associati agli altri Stati In generale, durante il tempo di permanenza in uno Stato le uscite del controllo (comandi) possono variare in risposta alle variazioni degli ingressi (sensori) o allo scorrere del tempo (es. in dipendenza dal controllo diretto di variabili continue) Ing. Andrea Tilli - ITSC LA Controllo Logico 1 39

40 Transizioni Sequential Function Chart Concetti base il verificarsi di un particolare evento forza il passaggio (Transizione) da uno stato a un altro stato Un evento rappresenta l occorrenza di una particolare condizione Definizione di Transizione Mediante le transizioni si realizza il controllo logico tra un passo/i e il successivo/i possibilità di evoluzione da uno Stato ad un altro non tutti gli Stati ammettono tra loro una Transizione ad ogni Transizione è associata una Condizione logica che deve essere verificata affinché la Transizione avvenga Ing. Andrea Tilli - ITSC LA Controllo Logico 1 40

41 Sequential Function Chart Concetti base Condizioni (di transizione) Il verificarsi di una condizione corrisponde all evento che determina il passaggio ad un altro stato La condizione dipende da segnali di ingresso, dall evoluzione del tempo, da variabili interne, ecc. La sintassi per definire gli Stati, le Transizioni, le Azioni e le Condizioni di transizione è molto precisa SFC è simile a un automa le Condizioni vengono espresse con espressioni booleane o una lista di istruzioni (in ST, IL) o con reti a relè o logiche (in LD, FBD) Le Azioni vengono espresse in un qualsiasi linguaggio: lista di istruzioni (in ST, IL), variabili booleane, reti logiche (in FBD) o a relè (LD) Stato n azioni Condizione Transizione m azioni Ing. Andrea Tilli - ITSC LA Controllo Logico 1 41

42 Esempio - timbratrice automatica Sequential Function Chart Concetti base pistone pneumatico testa di timbratura oggetto da timbrare Ing. Andrea Tilli - ITSC LA Controllo Logico 1 42

43 Esempio - timbratrice automatica tre stati Sequential Function Chart Concetti base attesa pezzo 1 nessun comando Ing. Andrea Tilli - ITSC LA Controllo Logico 1 43

44 Esempio - timbratrice automatica tre stati Sequential Function Chart Concetti base 1 pezzo presente 2 Ing. Andrea Tilli - ITSC LA Controllo Logico 1 44

45 Esempio - timbratrice automatica tre stati Sequential Function Chart Concetti base 1 esecuzione timbratura 2 comando pistone avanti Ing. Andrea Tilli - ITSC LA Controllo Logico 1 45

46 Esempio - timbratrice automatica tre stati Sequential Function Chart Concetti base 1 2 timbratura o.k. 3 Ing. Andrea Tilli - ITSC LA Controllo Logico 1 46

47 Esempio - timbratrice automatica tre stati Sequential Function Chart Concetti base 1 2 evacuazione pezzo 3 Comando pistone indietro Comando evacuazione pezzo Ing. Andrea Tilli - ITSC LA Controllo Logico 1 47

48 Esempio - timbratrice automatica tre stati Sequential Function Chart Concetti base 1 2 timbro su 3 Ing. Andrea Tilli - ITSC LA Controllo Logico 1 48

49 Esempio - timbratrice automatica tre stati Sequential Function Chart Concetti base attesa pezzo 1 nessun comando 2 3 Esecuzione ciclica dei passi Ing. Andrea Tilli - ITSC LA Controllo Logico 1 49

50 Stati Sequential Function Chart Sintassi ad ogni stato vanno associate le Azioni da eseguire quando quello stato è attivo algoritmo di controllo attivo quando il sistema si trova in quello stato È possibile non definire alcuna azione associata allo stato (stato di attesa) due stati vanno sempre separati da una transizione Transizioni partono da uno stato ed arrivano ad un altro stato di solito sono indicate mediante linee verticali, ma è opportuno indicare i collegamenti con frecce per evitare ambiguità ad ogni transizione va associata una sola Condizione che ne determina l attivazione (passaggio ad un nuovo stato) due transizioni successive non separate da uno stato sono proibite Ing. Andrea Tilli - ITSC LA Controllo Logico 1 50

51 Stato attivo/inattivo Sequential Function Chart Regole di evoluzione Se lo stato è attivo le sue azioni vengono eseguite Possono esistere più stati attivi contemporaneamente SFC è più generale rispetto ai diagrammi a stati classici (automi) Inizializzazione Il nome stato non è propriamente corretto dal punto di vista della teoria dei sistemi Lo stato dell SFC (nel senso della teoria dei sistemi) è l insieme degli stati attivi Occorre definire gli stati attivi all avviamento stati iniziali gli stati iniziali possono essere più di uno si indicano con due quadretti uno dentro l altro possono non essere i primi stati di uno schema GRAFCET consente più step iniziali Norma IEC e Codesys prevedeno UN SOLO STEP INIZIALE PER PROGRAMMA O FB in SFC - Aggirabile con costrutto di parallelismo (vedi dopo). Cmq brutto! Ing. Andrea Tilli - ITSC LA Controllo Logico 1 51

52 Abilitazione delle transizioni Sequential Function Chart Regole di evoluzione una transizione si dice Abilitata quando TUTTI gli stati precedenti alla transizione sono attivi Vengono testate SOLO le transizioni Abilitate una transizione diventa Attiva quando contemporaneamente è Abilitata la Condizione associata è vera NB: TUTTI? TUTTI = 1 cioè lo stato immediatamente a monte per quanto visto fino ad ora TUTTI = Molti con costrutti visti in seguito (sincronismo) Ing. Andrea Tilli - ITSC LA Controllo Logico 1 52

53 Sequential Function Chart Regole di evoluzione La transizione Attiva determina il cambio di stato Lo stato precedente (o gli stati precedenti) diventa inattivo (e le azioni associate vengono interrotte) lo stato successivo (o gli stati successivi) viene attivato (e le azioni associate vengono eseguite) Se più transizioni diventano attive contemporaneamente, sono superate simultaneamente Il tempo di attivazione di una transizione (e del cambio di stato) e il tempo di esecuzione di uno stato possono essere considerati istantanei (astrazione) Nell implementazione pratica non sono nulli Dipendono dal modello di esecuzione imposto In PLC Ts Ing. Andrea Tilli - ITSC LA Controllo Logico 1 53

54 Sequential Function Chart Variabili associate ad uno stato in SFC Step flag: Statename.x indica che lo stato "Statename" è attivo variabile logica che assume il valore vero (1) per tutto il tempo di permanenza nello stato Step time: Statename.t indica il tempo trascorso dall attivazione dello stato "Statename" variabile timer inizializzata a zero all'entrata nello stato, contiene l'indicazione del tempo trascorso dall'entrata nello stato all'uscita dallo stato rimane costante (al valore pari al tempo di permanenza nello stato) Queste variabili possono essere utilizzate in ogni linguaggio la sintassi di definizione dei nomi associati agli stati dipende dalla specifica implementazione dello standard Ing. Andrea Tilli - ITSC LA Controllo Logico 1 54

55 Sequential Function Chart Azioni associate ad uno stato Qualificatore dell'azione m Q m A m V m Variabile logica (opzionale) che indica l avvenuta esecuzione Azione da eseguiredell azione n Q m A m V m Action A m : Num:=Num+1 end_action di solito descritta a parte se semplice può essere riportata nel blocco stesso A ogni stato possono essere associati uno o più blocchi di azione Il qualificatore determina le regole di esecuzione dell azione Si può scegliere liberamente il linguaggio con cui programmare le azioni (ST, LD, IL, FBD) tra i diversi linguaggi disponibili Ing. Andrea Tilli - ITSC LA Controllo Logico 1 55

56 Sequential Function Chart Azioni associate ad uno stato Qualificatori dell'azione Stabiliscono l intervallo temporale di esecuzione dell azione N Non Stored eseguita finché lo stato è attivo P Pulsed eseguita solo una volta quando lo stato è attivato S Set (Stored) eseguita finché il qualificatore R non è eseguito (azione memorizzata) R Reset termina l'azione memorizzata (S) L time Limited termina esecuzione dopo un certo tempo (se lo stato rimane attivo) D time Delayed inizia esecuzione dopo un certo tempo (se lo stato rimane attivo) SD Stored/Delayed inizia azione Set dopo un certo tempo DS Delayed/Stored inizia azione Set se lo stato rimane attivo In combinazione con R SL per un certo tempo Stored/time-Limited inizia azione Set e la termina dopo un certo tempo Ing. Andrea Tilli - ITSC LA Controllo Logico 1 56

57 Sequential Function Chart Tipi di Azioni Azione N non memorizzata m N Azione A m n n N Azione A A eseguita in tutti gli stati a cui è associata t Azione P pulsata n P Azione A Nota su legame con implementazione RT: Pseudo-Trasf Trasf.. Ciclica!!! n A eseguita solo una volta quando lo stato è attivato t Ing. Andrea Tilli - ITSC LA Controllo Logico 1 57

58 Sequential Function Chart Tipi di Azioni m S Azione A m Azione S/R memorizzata n R Azione A n A t si ottiene lo stesso comportamento con azioni N in tutti i blocchi compresi fra m (incluso) e n (escluso) è importante garantire che l evoluzione del diagramma porti all attivazione dello stato n Ing. Andrea Tilli - ITSC LA Controllo Logico 1 58

59 Azione D Tipi di Azioni ritardata n D Azione A t=3 inizia esecuzione dopo un certo tempo (se lo stato rimane attivo) Sequential Function Chart n A 3 3 t Azione L temporizzata termina esecuzione dopo un certo tempo (se lo stato rimane attivo) n m L t=5 L t=5 Azione A Azione A n m A 5 5 t L esecuzione di azioni D e L può essere realizzata (in modo equivalente) con azioni N condizionate all evoluzione della variabile temporale stato.t Ing. Andrea Tilli - ITSC LA Controllo Logico 1 59

60 Sequential Function Chart Regole per l esecuzione delle azioni L esecuzione delle azioni è condizionata allo stato di una rete logica, dipendente dal tipo di qualificatore Q identifica l esecuzione dell azione Le variabili S, R, ecc. sono associate a un passo Flip flop set/reset S R S R FF SR Q & Q Q Qualificatori Set e Reset Rilevatore del fronte di salita P R TRIG CLK Q Q Qualificatore Pulsed Ing. Andrea Tilli - ITSC LA Controllo Logico 1 60

61 Sequential Function Chart Regole per l esecuzione delle azioni L esecuzione delle azioni è condizionata allo stato di una rete logica, dipendente dal tipo di qualificatore Q identifica l esecuzione dell azione D t IN PT TON Q Timer On: l uscita Q diventa vera se IN rimane vero per un tempo PT (se IN è falso, Q è falso) Q Qualificatore time Delayed Operatore logico And L t IN PT TON Q & Q Q Qualificatore time Limited Ing. Andrea Tilli - ITSC LA Controllo Logico 1 61

62 Sequential Function Chart Regole per l esecuzione delle azioni L esecuzione delle azioni è condizionata allo stato di una rete logica, dipendente dal tipo di qualificatore Q identifica l esecuzione dell azione SD R S R FF SR Q t IN PT TON Q Q Qualificatore Stored Delayed inizia azione Set dopo un certo tempo DS t IN PT TON Q R S R FF SR Q Q Qualificatore Delayed Stored inizia azione Set se lo stato rimane attivo per un certo tempo Ing. Andrea Tilli - ITSC LA Controllo Logico 1 62

63 Sequential Function Chart Regole per l esecuzione delle azioni L esecuzione delle azioni è condizionata allo stato di una rete logica, dipendente dal tipo di qualificatore Q identifica l esecuzione dell azione SL R S R FF SR Q t IN PT TON Q & Q Q Qualificatore Stored time Limited inizia azione Set e la termina dopo un certo tempo Ing. Andrea Tilli - ITSC LA Controllo Logico 1 63

64 Sequential Function Chart Strutture di collegamento Scelta alternativa Parallelismo No No Ing. Andrea Tilli - ITSC LA Controllo Logico 1 64

65 Sequential Function Chart Strutture di collegamento Convergenza Sincronizzazione No No Ing. Andrea Tilli - ITSC LA Controllo Logico 1 65

66 Sequential Function Chart Strutture di collegamento Scelta alternativa (anche detta: divergenza singola) Più transizioni collegate allo stesso passo Il flusso segue UN SOLO percorso È importante definire in modo esplicito condizioni mutualmente esclusive per definire precedenze e evitare ambiguità Garanzia logica sui segnali a prescindere dal loro significato fisico e applicativo Evitare comportamenti impredicibili per disturbi IEC non chiara in merito Se più condizioni vere si attiva solo la transizione più a sx Codesys fa così Oppure il sistema genera errore Addirittura in IsaGraf si attivavano più step!!!! Meglio mutua esclusione esplicita imposta da progettista OBBLIGATORIO NEI PROGETTI D ESAME!!!!! Convergenza (singola) Tipicamente serve per chiudere la diramazione di più percorsi generati da una scelta alternativa Ing. Andrea Tilli - ITSC LA Controllo Logico 1 66

67 Sequential Function Chart Strutture di collegamento Parallelismo (divergenza doppia) Da una singola transizione a più passi I passi diventano simultaneamente attivi Sincronizzazione (convergenza doppia) Da più passi a una sola transizione Quando tutti i passi precedenti sono attivi e la condizione è vera, i passi precedenti vengono disattivati e il passo successivo diventa attivo N.b. affinché la transizione sia abilitata, è necessario che TUTTI i passi precedenti siano attivi (se ciò non accade si ha deadlock). Ing. Andrea Tilli - ITSC LA Controllo Logico 1 67

68 Sequential Function Chart Mutua esclusione fra scelte alternative 5 Tx Ty Tz Definizione di scelte alternative a livello di segnali quando vi è solo Mutua esclusione funzionale Priorità fra scelte Per assegnare una priorità decrescente a Ty, Tz, Tx, si sostituiscono le condizioni con Ty =Ty Tz =Tz and not Ty Tx =Tx and not (Ty or Tz) Tx Ty Tx Ty Tz Tz Ing. Andrea Tilli - ITSC LA Controllo Logico 1 68

69 Sequential Function Chart Mutua esclusione fra scelte alternative 5 Tx Ty Tz Tx-z Definizione di scelte alternative Quando necessario un funzionale Se è necessario fare azioni di Step 7 e Step 10 in parallelo quando Tx e Tz vere e Ty falsa Ty =Ty Tz =Tz and not(ty or Tx) Tx =Tx and not(ty or Tz) Tx-z=Tx and Tz and notty Tx Tz Ty Tx Tx-z Tz Ty Ing. Andrea Tilli - ITSC LA Controllo Logico 1 69

70 Sequential Function Chart Strutture di collegamento: errori T12 1 T13 1 T T68 T68 T67 8 Errore: scelta alternativa con sincronizzazione! (deadlock) Ambigua: parallelismo con convergenza Ing. Andrea Tilli - ITSC LA Controllo Logico 1 70

71 Sequential Function Chart Str. di collegamento: corretto uso di Parallelismo PARALLELISMO N-RAMI CHIUSO DA SINCRONISMO PARALLELISMO N-RAMI CICLICI SEPARATI (ANCHE CON ALTRI PAR O SINC INTERMEDI) (CON EVENTUALI SINCR O PAR A MONTE DEI CICLI) 1 1 T12 T T68 Regole di buon progetto (VINCOLANTI PER PROG. D ESAME!!!) Se derogate dovete convincere il docente che è comunque pulito Non vincolato dalla norma Codesys aiuta fornendo costrutto di parallelismo molto bloccato Ma non per tutti i casi Ing. Andrea Tilli - ITSC LA Controllo Logico 1 71

72 Sequential Function Chart Strutture di collegamento speciali T3-4 3 (T10-11) * (T3-4) = 0 non basta 10 T Sequenze da rendere mutuamente esclusive ad es. agiscono sulla stessa parte di impianto con azioni diverse Mutua Esclusione tra Sequenze 18 Ing. Andrea Tilli - ITSC LA Controllo Logico 1 72

73 Sequential Function Chart Strutture di collegamento speciali Non basta garantire la mutua esclusione (es. sostituendo T10-11 con T10-11 and not(t3-4)) T3-4 3 (T10-11) * (T3-4) = 0 non basta 10 T errore Mutua Esclusione tra Sequenze 18 Ing. Andrea Tilli - ITSC LA Controllo Logico 1 73

74 Sequential Function Chart Strutture di collegamento speciali Mutua Esclusione tra Sequenze 3 10 T3-4 4 Sincronizzazione S Semaforo 11 (T10-11) & not(3.x & T3-4) 8 17 Sblocco 9 Il semaforo deve essere stato iniziale Attenzione: vincoli della norma Ing. Andrea Tilli - ITSC LA Controllo Logico

75 Sequential Function Chart Strutture di collegamento speciali Sincronizzazione di sequenze indipendenti T La sequenza 2 non può andare oltre lo stato 12 finché la sequenza 1 non ha completato il controllo relativo allo stato 4 Punto di sincronizzazione sequenza sequenza 1 Non basta condizionare T a T4-5 5 perché dopo che Seq.1 è uscita da S4 la T4-5 5 può diventare falsa T12-13 Ing. Andrea Tilli - ITSC LA Controllo Logico 1 75

76 Sequential Function Chart Strutture di collegamento speciali Sincronizzazione di sequenze indipendenti T La sequenza 2 non può andare oltre lo stato 12 finchè la sequenza 1 non ha completato il controllo relativo allo stato 4 sequenza S Semaforo 12 6 sequenza 1 Il semaforo non è uno stato iniziale 13 T12-13 Ing. Andrea Tilli - ITSC LA Controllo Logico 1 76

77 Sequential Function Chart Mutua Esclusione e Blocco tramite Semaforo di parti di SFC Collegamento con quanto detto in Sistemi RT e su non interazione applicazioni? Mutua esclusione e blocco a livello di controllo (cioè a livello funzionale) non di risorse di elaborazione, attuazione e misura La deadline di azione che puo essere ritardata da mutua esclusione deve essere specificata in modo congruente a livello funzionale Ing. Andrea Tilli - ITSC LA Controllo Logico 1 77

78 Sequential Function Chart Mutua Esclusione e Blocco tramite Semaforo di parti di SFC Collegamento con schema funzionale? Tipicamente gestito in una unica funzione di controllo Ma se si dividesse? Controllori cooperanti? Si Piccola deroga al modello generale Per la gestione implemetativa si tenta di non avere variazioni Soprattutto su time-driven Variabile semaforo condivisa! Ing. Andrea Tilli - ITSC LA Controllo Logico 1 78

79 Sequential Function Chart Mutua Esclusione e Blocco tramite Semaforo di parti di SFC O.S. Real Time può dare infrastrutture? Normalmente no task interagenti non graditi per schedulazione Se rimango all interno di una funzione (task) no problemi di concorrenza (li gestisce il progettista) Se divido in piu task con variabile condivisa per semaforo Attenzione sezioni critiche Se mappo ctrl seq in task pseudotraf. ciclici (normale per TimeDriven, spesso anche per Event Driven): modello di esecuzione imposto a progetto per evitare concorrenza (es: task in seq su stesso Ts per time Driven) CoDeSys? Costruire semaforo per seq. mutuamente esclusive è complesso Vincoli grafici Ing. Andrea Tilli - ITSC LA Controllo Logico 1 79

80 Macrostato Sequential Function Chart Strutture speciali Rappresenta un insieme di stati e transizioni stato iniziale stato finale Ing. Andrea Tilli - ITSC LA Controllo Logico 1 80

81 Sequential Function Chart Strutture speciali: Macrostato per consentire una rappresentazione più sintetica è possibile raggruppare pezzi di SFC in un macrostato: All ingresso nel macrostato, viene eseguito lo stato iniziale Viene eseguita la successione degli stati nel macrostato secondo le regole standard di SFC L esecuzione del macrostato termina all uscita dallo stato finale (si continua l esecuzione dello schema SFC) La transizione in uscita dal macrostato è abilitata solo se è stato raggiunto lo stato terminale dentro il macrostato No cicli In Grafcet: definizione chiara In IEC : definizione non chiara Azione di step definita in SFC Gestione in Codesys e non chiarissima Ing. Andrea Tilli - ITSC LA Controllo Logico 1 81

82 Sequential Function Chart Strutture speciali Macroazioni - Forzatura 3 a 10 =1 10 =1 4 Forzare SFCX:{Y} b Y= set 11 c =1 SFCX SFCX Ing. Andrea Tilli - ITSC LA Controllo Logico 1 82

83 Sequential Function Chart Strutture speciali Macroazioni - Forzatura in Sospensione 3 a =1 4 Forzare SFCX:{} b =1 6 Y= vuoto c =1 SFCX SFCX Ing. Andrea Tilli - ITSC LA Controllo Logico 1 83

84 Sequential Function Chart Strutture speciali Macroazioni - Forzatura in Blocco nello stato attuale 3 a 10 a*not Forzare SFCX:{*} b 11 a*not Y= * c 12 a*not1 12 SFCX SFCX Ing. Andrea Tilli - ITSC LA Controllo Logico 1 84

85 Lauree Triennali in Ing. dell Automazione e in Ing. Informatica Lauree Specialistiche in Ing. Elettronica e in Ing. Informatica Ingegneria e Tecnologie dei Sistemi di Controllo LA Controllo Logico nell Automazione Industriale FINE Ing. Andrea Tilli DEIS - Università di Bologna Tel andrea.tilli@unibo.it