Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS

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1 Laurea Specialistica in Ingegneria Informatica Laurea Specialistica in Ingegneria Elettronica e delle Telecomunicazioni Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Controllo Logico nell Automazione Industriale Ing. Andrea Tilli DEIS - Università di Bologna Tel andrea.tilli@unibo.it Revisionato Revisionato il il 20/02/ /02/2009

2 Parte 2 Sequential Function Chart (SFC) esempi di utilizzo delle strutture Structured Text: costrutti base Linguaggio consigliato per completare SFC Indice della presentazione Altri linguaggi della norma IEC : alcune caratteristiche Alcuni riferimenti a Codesys Da un SFC alla Programmazione una possibile soluzione Strumenti di alto livello: il Gemma Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Controllo Logico 2 2

3 Sequenza unica SFC - esempi Esempi di utilizzo delle Strutture successione di stati che si possono attivare uno dopo l altro esempio: passaggio a livello su binario unico a senso unico Ipotesi: distanza tra coda treno e testa successivo A-C treno presente b a c treno in arrivo treno in uscita Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Controllo Logico 2 3

4 Sequenza unica passaggio a livello su binario unico a senso unico SFC 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 Attenzione: varianti significative uso migliore di SFC Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Controllo Logico 2 4

5 Sequenze alternative SFC - esempi 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 qualunque errore nella sequenza porta al blocco della porta ed all attivazione di un segnale sonoro di allarme. La condizione di allarme può essere disattivata solo manualmente da un operatore abilitato con chiave il meccanismo di accettazione della combinazione è attivo solamente a porta chiusa Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Controllo Logico 2 5

6 Sequenze alternative Esempio: serratura a combinazione ( ) SFC - esempi chiusura 9 5 sblocca 6 allarme riarmo manuale Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Controllo Logico 2 6

7 SFC - esempi 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 Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Controllo Logico 2 7

8 SFC - esempi 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 Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Controllo Logico 2 8

9 SFC - esempi 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 Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Controllo Logico 2 9

10 SFC - esempi 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 Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Controllo Logico 2 10

11 SFC - esempi 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 Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Controllo Logico 2 11

12 Scarico di due vagoni 2 3 carica A posizione attesa A attesa se pieno avanza carrello carica B posizione attesa B attesa SFC - esempi se pieno avanza carrello =1 s3 4 5 scambio in A posizione scarico scarico fine scarico avanza sema foro scambio in B posizione scarico scarico fine scarico 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 Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Controllo Logico 2 12

13 Sequenze simultanee Esempio: Isola di foratura con 3 postazioni SFC - esempi se la lavorazione è difettosa il sistema si blocca con il tastatore in alto per consentire l espulsione manuale del pezzo difettoso un comando consente la rotazione di 120 della giostra caricamento lavorazione tastatore evacuazione Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Controllo Logico 2 13

14 Approccio alla gestione di pipe-line Macchine a pipe-line: più stazioni di lavorazione sistema di movimentazione Catena di montaggio Giostre Approccio al controllo logico: AUTOMAZIONE ORIENTATA AL PEZZO Operazioni in sequenza sul pezzo singolo Una nuova istanza di controllo logico per ogni pezzo Stazioni di lavoro: risorse di impianto condivise (semafori) AUTOMAZIONE ORIENTATA ALLA MACCHINA Operazioni in parallelo su più pezzi Buffer dei pezzi per gestire stato di ogni pezzo Gestione più semplice della movimentazione condivisa tra pezzi NORMALMENTE SI PREFERISCE Nota Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Controllo Logico 2 14

15 Isola di foratura (soluzione orientata alla macchina) SFC - esempi 1 Attesa tutto O.K 2 Caricamento 3 Lavorazione 4 Misura ed espulsione Tutti fermi 5 Rotazione giostra Fine rotazione Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Controllo Logico 2 15

16 SFC - esempi 1 tutto O.K. 2 caric. avanti caricato 3 caric. indiet. sezione caricamento Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Controllo Logico 2 16

17 SFC - esempi 1 tutto O.K. 4 serraggio serrato 5 foratura forato 6 risalita risalito 7 sblocco sezione lavorazione Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Controllo Logico 2 17

18 Esempio: isola di foratura 1 tutto O.K. SFC - esempi Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Controllo Logico 2 18 o.k. tastatore su espulso Fine corsa espulsore 8 misura 9 11 risalita tastat. 10 espuls. esp. indietro non o.k. tast. su 13 espuls. man. sezione misura ed espulsione risalita tastat. Pezzo espulso

19 Structured Text Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Controllo Logico 2 19

20 Linguaggio ST Linguaggio strutturato di alto livello (SIMIL PASCAL) Lista di istruzioni separate da ; (* commento *) Operatori booleani per definire le condizioni (NOT, AND, OR, ecc.) Tipi di Istruzioni in ST (dettagli in help Codesys): Assegnamento variabile :=espressione; Chiamata a funzioni o function block variabile:=nome_fun(vparam1, Vparam2, ); inst_fb(param1:= Vparam1, param2:=vparam2); out1:=inst_fb.out1; out2:=inst_fb.out2; Selezione (IF, CASE) IF bool THEN int1=int2+int3; END_IF; Iterazione (WHILE REPEAT, FOR) FOR index := 1 TO length BY 1 DO <statement>; END_FOR; Controllo (RETURN, EXIT) Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Controllo Logico 2 20

21 Linguaggio ST Uso di variabili <stepname>.t, <stepname>.x per azioni Attenzione in Codeys: Per IEC step: OK Installare Iecsfc.lib Per Non-IEC step: <stepname>, _time<stepname> Operatori matematici e logici Vedi Manuale Codesys Funzioni e function block standard es. F_trig, R_trig, contatori, timer V. help Codesys Installare Standard.lib Linguaggio consigliato per completare l SFC Azioni Transizioni Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Controllo Logico 2 21

22 Altri linguaggi dell IEC : alcuni dettagli Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Controllo Logico 2 22

23 Linguaggi di programmazione a basso livello Ancora largamente impiegati Per ragioni storiche e di compatibilità Per motivi di ottimizzazione del codice (raro) Scarsa capacità espressiva! Instruction List (IL, o AWL) Linguaggio testuale simile all Assembler Ladder Diagram (LD) Linguaggio grafico per la rappresentazione di schemi a contatti (relè) Function Block Diagram (FBD) Linguaggio grafico per la rappresentazione di schemi a blocchi funzionali Possono essere usati per completare SFC Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Controllo Logico 2 23

24 Lista di istruzioni La maggior parte delle istruzioni è composta da un operatore un operando Fa riferimento al contenuto di un registro Per il contenuto dell altro operando Per memorizzare il risultato dell operazione Instruction List (IL) L operatore indica l operazione che deve essere eseguita tra il valore corrente del registro e l operando. 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*) (* BOO1 and BOO2*) Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Controllo Logico 2 24

25 Operatori di IL LD (load) Instruction List (IL) 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 Per dettagli v. Bonfatti o manuale Codesys Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Controllo Logico 2 25

26 Instruction List (IL) L esecuzione delle istruzioni avviene dall alto al basso Modificatori di flusso: N (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)*) Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Controllo Logico 2 26

27 Ladder Diagram (LD) Rappresentazione grafica di operazioni booleane rappresentate mediante schemi elettrici a relè evoluti Barre alim. V+ e V- e circuito elettrico lungo cui fluisce la corrente Il flussodipotenzavadasinistraa destra L esecuzione va dall alto al basso No esecuzione in parallelo Rete sincrona (implementazione pseudotrasf. ciclica): Possibilità di feedback senza corse critiche Ricorsione campionata IN1 IN2 IN1 IN4 OUT1 ( ) OUT2 ( ) OUT3 ( ) IN3 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) Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Controllo Logico 2 27

28 Ladder Diagram (LD) Rappresentazione grafica di operazioni booleane rappresentate mediante schemi elettrici a relè evoluti Gli operandi sono rappresentati da contatti (contacts) Interruttori che lasciano passare o meno la corrente a seconda del valore della variabile associata Operazione definita da interconnessione dei contatti Il risultato dell operatore è rappresentato da una bobina (coil) Memorizzano il risultato in una variabile di uscita IN1 OUT1 ( ) OUT1 := not (IN1) IN1 IN2 IN4 OUT2 ( ) OUT3 ( ) IN3 V+ V- OUT2 := (IN1 or IN2 or not(in3)) and not(in4) OUT3 := (IN1 or IN2 or not(in3)) and not(in4) Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Controllo Logico 2 28

29 Contatti IN1 IN2 OUT1 ( ) Contatto diretto Contatto invertito Ladder Diagram (LD) 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 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 *) Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Controllo Logico 2 29

30 Bobine IN1 IN2 OUT1 ( ) Bobina diretta Ladder Diagram (LD) OUT1 := IN1 and IN2 OUT2 ( ) Bobina invertita OUT3 ( S) Bobina latched S OUT4 ( R) Bobina latched R OUT2 := not ( IN1 and IN2) If (IN1 and IN2) then OUT3 := true; End_if; If (IN1 and IN2) then OUT3 := false; End_if; Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Controllo Logico 2 30

31 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) ( ) Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Controllo Logico 2 31

32 Function Block Diagram (FBD) Rappresentazione di schemi a blocchi funzionali logici Riprende le reti logiche cablate Un blocco rappresenta una funzione 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 verso il basso (a parte utilizzando jump) Rete sincrona Possibilità di feedback senza corse critiche Reicorsione campionata Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Controllo Logico 2 32

33 Function Block Diagram Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Controllo Logico 2 33

34 Implementazione SFC Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Controllo Logico 2 34

35 IMPLEMENTAZIONE SFC (ovvero Ctrl Logico) Due alternative Ambiente di programmazione SFC disponibile Ormai tipico per PLC (ma da poco.) NO TRADUZIONE IN CODICE TESTUALE PER PROGETTISTA Compilazione fatta da tool di sviluppo (es. codesys) sulla base di: - tipo di applicazioni RT su cui ci si vuole mappare Tipicamente pseudotrasformazionali cicliche - primitive di O.S. disponibile PROGETTISTA DEVE DECIDERE LA MAPPATURA SUI TASKS REALTIME EFFETTIVI Ovviamente congruentemente con assunzioni di compilazione Tipicamente semplice: Time Driven Monotask Scelta Ts Attenzione alle interazioni tra SFC in task diversi Sezioni critiche gestione esplicita. già detto. Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Controllo Logico 2 35

36 IMPLEMENTAZIONE SFC (ovvero Ctrl Logico) Due alternative Ambiente di programmazione SFC non disponibile Controllo logico in SFC non su PLC ma va fatto un doc! Progettazione funzionale esplicita e documentata Oltre ai passi di progetto funzionale bisognerà effettuare traduzione in codice testuale (o altro disponibile) L operazione di compilazione fatta in modo esplicito da progettista, sempre sulla base di: - tipo di applicazione RT su cui mapparsi - primitive di O.S. diponibili Successivamente bisognerà mappare su task in modo esplicito Come nel caso precedente Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Controllo Logico 2 36

37 IMPLEMENTAZIONE SFC (ovvero Ctrl Logico) Due alternative Ambiente di programmazione SFC non disponibile NOTE SU TRADUZIONE IN LINGUAGGIO DI BASSO LIVELLO ST, IL, LD, FBD in IEC C o suoi derivati in ambienti non IEC Facendo riferimento (come solito) a: - O.S. Real Time Time Driven a singolo Ts - applicazioni pseudotrasformazionali cicliche Idea base: Variabili che memorizzano step attivi e costrutto case/switch o insieme di if Attenzione a step attivati per futuro per gestione transizioni Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Controllo Logico 2 37

38 Implementazione mediante ST/IL/LD di un programma SFC Per ogni step N dell SFC si definiscono due variabili booleane: Stato corrente (CSt(N)): flag associato all attivazione dello stato Per ogni ciclo, è true se lo step è attivo Stato futuro (FSt(N)): associato all attivazione dello step nel ciclo futuro Per ogni ciclo, indica se lo stato associato sarà attivo variabile intermedia utilizzata per l aggiornamento dello stato Si definiscono delle procedure (in ST, IL, LD) che si occupano di: Inizializzazione dello stato iniziale ed esecuzione azioni di step iniziali eseguita una sola volta Valutazione delle transizioni abilitate in funzione degli CSt attivi e delle condizioni associate alle transizioni azioni su FSt Evitare transizioni multiple senza Azioni dello step.. Aggiorno stato corrente con stato futuro Esecuzione delle azioni associate ad ogni stato in funzione di CSt e a seconda del qualificatore di azione If multipli o switch/case se CSt collassati in variabile unica Attenzione a caso di più step attivi Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Controllo Logico 2 38

39 Implementazione mediante ST/IL/LD di un programma SFC Implementazione di SFC: Lettura input THEN IF (Primo Ciclo=TRUE) ELSE Inizializzazione SFC; (*i.e. attivazione step iniziali*) For N:=1 TO N_tot DO FSt(N) := CSt(N) ; (*Non necessario strettamente*) For N:=1 TO N_tot DO <Valuta transiz. attive sulla base di CSt(N) modifica FSt(N)>; For N:=1 TO N_tot DO CSt(N) := FSt(N); (*Fontamentale!*) Esecuzione azioni degli step attivi; (*case/switch o if multipli su CSt, attenzione possibili più step attivi*) Scrittura uscite Operazioni cicliche eseguite dal S.O. del PLC Codifica dell SFC Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Controllo Logico 2 39

40 Laurea Specialistica in Ingegneria Informatica Laurea Specialistica in Ingegneria Elettronica e delle Telecomunicazioni Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Controllo Logico nell Automazione Industriale FINE Ing. Andrea Tilli DEIS - Università di Bologna Tel andrea.tilli@unibo.it