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 PROGETTAZIONE FUNZIONALE DI CONTROLLI DI SEQUENZE: APPROCCIO AD ATTUATORE GENERALIZZATO Ing. Andrea Tilli DEIS - Università di Bologna Tel andrea.tilli@unibo.it Revisionato il 09/12/2009 Introduzione e doverose citazioni Obiettivi della progettazione Sommario Introduzione della metodologia di progettazione proposta tramite un esempio Timbratrice Descrizione generale della metodologia proposta Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico 3 2 INTRODUZIONE Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico 3 3 1

2 Introduzione Controllo logico (o di sequenze) = automa o insieme di automi che reagisce/reagiscono ad eventi per imporre comportamento voluto ad un sistema Vista funzionale Detti anche DEDS (Discrete-Events Dynamic Systems) Linguaggio proposto per la rappresentazione funzionale: SFC Standard IEC per l automazione industriale Elevata astrazione rispetto all implementazione Elevata potenza espressiva Vedi lucidi precedenti. SFC è un linguaggio incompleto Per la definizione delle azioni si userà ST Sono ammissibili anche FBD, IL, LD Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico 3 4 Scopo: Introduzione DEFINIRE UNA METODOLOGIA DI PROGETTAZIONE FUNZIONALE DEI CONTROLLI DI SEQUENZE Obiettivi della metodologia vanno oltre il fatto che il controllo di sequenze deve essere giusto Metodologia proposta: Basata sul concetto di attuatore generalizzato per separare politiche e meccanismi Utilizzo della POU FB per la rappresentazione Ringraziamenti: Prof. E. Faldella Ing. A. Paoli, Ing. M. Sartini Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico 3 5 Note: Introduzione I progetti d esame dovranno essere svolti secondo questa metodologia Si svilupperanno in ambiente CoDeSys Per l uso dei linguaggi: A lezione non sono stati trattati in dettaglio tutti i costrutti sintattici Problemi di tempo Si tratta comunque di dettagli. Fare riferimento all Help di CoDeSys per questi dettagli : ST segue formalismo pseudo-pascal Nell help di CoDeSys è descritta in dettaglio la sintassi Operatori base Costrutti tipo IF, CASE, etc. Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico 3 6 2

3 Note (cont d): Per l uso dei linguaggi: Fare riferimento all Help di CoDeSys per i dettagli Introduzione Altro : Dettagli per Azioni N, P, S, R per IEC Step in SFC Nell help di CoDeSys e nella dispensa (sito Ing. Sartini) sono descritte tali azioni Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico 3 7 OBIETTIVI DELLA METODOLOGIA DI PROGETTAZIONE PROPOSTA Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico 3 8 Obiettivo implicito: Garantire che il C. di Seq. progettato sia corretto Ma questo dipende di più dal progettista. Obiettivi per la metodologia proposta: 1. Leggibilità e facilità di documentazione Strutturazione secondo certi criteri 2. Riutilizzabilità delle parti (componenti) Modularità/Incapsulamento 3. Facilitare la verifica di correttezza del risultato Verifica dei componenti presi singolarmente Verifica della composizione Simulazione e Metodi formali. Obiettivi Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico 3 9 3

4 Obiettivi per la metodologia proposta: Obiettivi 4. Facilitare la diagnosi dei guasti (faults) del sistema durante il funzionamento e la riconfigurazione, se possibile (fault tolerance) Diagnostica gestita a livello di componente Note: I punti 1, 2, 3 sono tipici dell Ingegneria del SW Il punto 4 è una funzionalità sempre più richiesta nell automazione In questo corso non si considerano i punti 3 e 4 Si considererà solo in parte il punto 4 nei progetti d esame Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico 3 10 INTRODUZIONE DELLA METODOLOGIA PROPOSTA TRAMITE ESEMPIO Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico 3 11 Descrizione del processo Vedi dispensa GenActuator_Marking.pdf Funzione generale Struttura meccanica Lista attuatori / sensori (a livello funzionale: segnali) [Table 1] Metodo usuale di procedere Vedi Dispensa [Figure 2] Vedi CoDeSys.. Introduzione di varianti Sensore di posizionamento Diversi prodotti diverse temperature di stampaggio Vedi CodeSys e Dispensa [Figure 3] Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico

5 Introduzione di varianti (cont d) PROBLEMA: confusione politiche e meccanismi Bassa leggibilità Difficile riutilizzo o sostituzione di parti : riutilizzo/sostituzione controllo temperatura Utilizzo esplicito sensore temperatura in controllo movimento timbro no incapsulamento! Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico 3 13 Metodologia alternativa proposta Idea di base: Controllo logico = insieme di azioni (meccanismi) + politica di coordinamento delle azioni base Approccio: 1) Si definiscono prima i meccanismi tramite il concetto di Attuatore Generalizzato 2) Si definisce la politica di coordinamento delle azioni svolte dai meccanismi Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico 3 14 Metodologia alternativa proposta DEFINIZIONE DEI MECCANISMI Procedura: 1. Identificazione delle azioni base [Figure 4] Ragionevolmente non ulteriormente decomponibili Perlomeno rispetto al funzionamento previsto del sistema 2. Associazione attuatori e sensori alle diverse azioni [Figure 4] Introduzione concettuale Attuatori Generalizzati Entità che gestiscono insieme di azioni base Ovvero insiemi di sensori e attuatori Sono sempre attivi anche quando le azioni non sono in esecuzione Continuano a gestire i sensori e gli attuatori diagnosi Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico

6 Metodologia alternativa proposta Procedura (cont d): 3. Identificazione Attuatori Generalizzati (GA) [Figure 4] CRITERIO: Raggruppare azioni base che hanno sensori e/o attuatori in comune in un GA Vincoli: - L unione di tutti i GA deve coprire tutti gli attuatori Di solito anche i sensori, ma non sempre (sensori usati direttamente da politica) - No Sensori e/o Attuatori in comune tra GA No ambiguità si ricordi Architettura Funzionale dei controlli nella PA Dall esempio si nota: DUE TIPOLOGIE DI GA DO-DONE e START-STOP Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico 3 16 Metodologia alternativa proposta Procedura (cont d): 3. Definizione I/O dei GA [Figure 5] 4. Progetto dei GA Incapsulamento in FB Vedi CoDeSys Nota1: attenzione ai nomi delle variabili no corrispondenza esatta Nota2: attenzione SFC dei GA necessitano di ritocchi (abuso di stati) IMPORTANTE: mappatura in task degli FB usati per GA Attenzione: gestione comando Do Chi lo resetta? Soluzioni diverse per PackMotion (PackFB) e RamMotion (MarkFB) Meglio MarkFB!! Nella dispensa per PackMotion gestione ancora diversa [Figure 7]: Ack della ricezione (INDIPENDENZA DALL IMPLEMENTAZIONE) Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico 3 17 Metodologia alternativa proposta DEFINIZIONE DELLA POLITICA DI COORDINAMENTO: 3. Automa (o insieme di Automi) in SFC che comanda i GA Vedi esempio CoDeSys Vedi Dispensa [Figure 8] Nota Bene: Come mettere in esecuzione FB in Codesys Vedi esempio: PRG di tipo FBD e istanze FB Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico

7 GENERALIZZAZIONE DELLA METODOLOGIA Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico 3 19 Generalizzazione DEFINIZIONE DI ATTUATORE GENERALIZZATO Idea base: Separazione tra - meccanismi per la realizzazione delle azioni - politica di coordinamento Attuatore Generalizzato (GA): Entità definita per incapsulare i meccanismi di realizzazione delle azioni GA gestiscono insiemi di attuatori e sensori per realizzare azioni GA sono entità sempre attive Due tipologie: Do-Done e Start-Stop Interfaccia standardizzata Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico 3 20 Generalizzazione INTERFACCIA GENERALIZZATA DEI GA Interfaccia verso la politica di gestione Standard Do-Done, Start-Stop Comunicazioni Non Standard Interfaccia verso sensori/attuatori (low-level) I/O Parametri di configurazione vedi dispensa [Figure 9 e 10] NON si dettaglia il protocollo dei segnali Do-Done o Start-Stop Preferibile quello ad Acknowledge (Dispensa [Figure 7]) (attenzione: indipendenza dall implementazione) Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico

8 Generalizzazione Passi di individuazione e progetto dei GA e della politica di supervisione: 1. Identificazione azioni base del processo/sistema da controllare 2. Classificazione delle azioni Do-Done (DD) o Start-Stop (SS) 3. Raggruppamento delle azioni e definizione dei GA Criterio: comunanza tra le azioni di sensori e/o attuatori Tipicamente azioni con I/O comuni sono dello stesso tipo (DD o SS) Vincoli: - ogni attuatore deve appartenere ad un GA tipicamente anche per sensori, ma non necessariamente - insiemi dei sensori e attuatori dei GA disguinti Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico 3 22 Generalizzazione Passi di individuazione e progetto dei GA e della politica di supervisione (cont d): 4. Progetto di ogni singolo GA Definizione interfaccia Progetto della logica di GA in accordo con lo schema di riferimento (Vedi dispensa [Figure 11]) (incapsulare in FB) Diagnostica delle funzionalità di GA Non visto in dettaglio nell esempio 5. Progetto della politica di gestione Interfacciamento con GA Non viene definita una struttura di riferimento Casi molto variegati Esistono tentativi di standardizzazione.. GEMMA Non considerato. Sviluppato a prescindere da GA. Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico 3 23 Note sulla Diagnostica Diagnostica per questa struttura può essere vista su due livelli: 1. Diagnostica di funzionamento corretto sensori/attuatori Completamente incapsulata nei GA In funzione dei comandi imposti su attuatori ci sia attende un certo comportamento Esempi: Sequenza di attivazione dei sensori Tempi entro cui si deve avere attivazione di un sensore Se GA rileva anomalia Sensori/Attuatori lo comunica al gestore della politica DIAGNOSTICA DI BASSO LIVELLO Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico

9 Note sulla Diagnostica Diagnostica per questa struttura può essere vista su due livelli: 2. Diagnostica di politica/ga A. Corretta interazione tra gestore della politica e i vari GA Esempi: Comandi da politica a GA non devono essere conflittuali GA rileva un errore di scelta nella politica Politica rileva una mancata risposta di GA GA deve rispondere anche in caso di problemi, se non risponde politica rileva errore di GA NB: Se la progettazione è corretta NON dovrebbero esserci gli errori suddetti SE NON INTERVENGONO PERTURBAZIONI ESTERNE Le perturbazioni si potrebbero avere se l implementazione fosse distribuita su più unità di controllo con comunicazione non sicura Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico 3 25 Note sulla Diagnostica Diagnostica per questa struttura può essere vista su due livelli: 2. Diagnostica di politica/ga B. Raffinamento di Diagnosi di GA da parte della politica Correlazione di informazioni provenienti da diversi GA per meglio identificare guasti/malfunzionamenti A+B indicate come DIAGNOSTICA DI ALTO LIVELLO Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico 3 26 ESERCIZIO E NOTE SUL PROGETTO D ESAME Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico

10 Esercizio Riprendere l esempio dell imbottigliatore e progettare il controllo di sequenze secondo la metodologia dell attuatore generalizzato Tra qualche lezione vi mostreremo una possibile soluzione Compatibilmente con i tempi Soluzione su pagina web dell Ing. Sartini Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico 3 28 Note sul Progetto d Esame Definite i gruppi per il progetto d esame Regole dettagliate sulla pagina web del corso Scioglimento Ripresentazione Leggetele!! Attenzione alle regole di sintassi SFC 1. Nelle sequenze alternative mutua esclusione deve essere garantita sempre CoDeSys aiuta? 2. Parallelismi devono essere chiusi correttamente Sequenze parallele con struttura a ciclo all infinito Chiusura con sincronismo CoDeSys auita Errori sintattici che violino i punti suddetti implicano una penalizzazione tra i 2 o 3 punti Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico 3 29 Diagnostica Note sul Progetto d Esame Si considererà solo Diagnostica di basso livello Si ipotizzerà possibile rottura solo di alcuni sensori/attuatori Nelle simulazioni: segnali per l utente per imporre la rottura TALI SEGNALI NON SONO LEGGIBILI DAL CONTROLLO DI SEQUENZE Usate il buon senso! Non si considererà Diagnostica di Alto livello Progettisti devono garantire la correttezza Possibilmente a prescindere dall implementazione Si assume non siano presenti PERTURBAZIONI ESTERNE Non si richiede esplicitamente di correlare informazioni da diversi GA Scelta dei progettisti Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico

11 Note sul Progetto d Esame Diagnostica Non è stata definita una interfaccia GA Politica per segnalazione Fault Lasciata ai progettisti Non sono state date linee guida per la politica in particolare per la gestione dei Fault Complesso Lasciata ai progettisti Suggerimento Sfruttare partizionamento dell SFC di politica in più programmi e interazione con flag Vedi Manuale Sartini SFC Padre che rileva i fault e blocca SFC figlio Non strettamente necessario per i progetti dati, ma utile in generale Invito a proporre vostre idee di approccio generale BONUS DA 1 a 5 PUNTI SUL PROGETTO per BUONE IDEE Max da 30/30 a 35/30 Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico 3 31 Nota Bene Variante a esempio timbratrice Obiettivo: mostrare una eccezione al metodo proposto Caso di stesso GA che devono gestire azioni Do/Done e Start/Stop Ipotesi: In qualche momento l alimentazione della resistenza di riscaldamento timbro non sia garantita (ANCHE IN CONDIZIONI NOMINALI) concomitanza di altra utenza che satura la potenza elettrica installata Caso limite molto fantasioso Soluzione: A livello di controllo (politica) unica gestione possibile: fermare discesa timbro se temperatura non è nel range Non più definibile azione di base GoDown (tipo Do-Done) ma solo MoveDown (tipo Start-Stop), perché lo stop deve essere deciso da politica (fine corsa down o problemi di temperatura). GA Ram Motion deve gestire GoUp (DD) e MoveDown (SS) Ridefinire interfaccia Caso limite raramente accade (almeno sembra) Ing. Andrea Tilli ITSC-LA Controllo Logico 3 32 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 PROGETTAZIONE FUNZIONALE DI CONTROLLI DI SEQUENZE: APPROCCIO AD ATTUATORE GENERALIZZATO FINE Ing. Andrea Tilli DEIS - Università di Bologna Tel andrea.tilli@unibo.it 11