Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS

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1 Laurea pecialistica in Ingegneria Informatica Laurea pecialistica in Ingegneria Elettronica e delle elecomunicazioni istemi e ecnologie per l'utomazione L ipologie di Elaboratori Digitali Real ime per il Controllo (Controllori Real ime) Ing. ndrea illi DEI - Università di Bologna el andrea.tilli@unibo.it Revisionato Revisionato il il 19/01/ /01/2009 biettivo Dopo aver descritto: ipologie di soluzioni/componenti HW Caratteristiche dell elaborazione Real ime ipologie di sistemi di elaborazione per il controllo (sempre al livello dei controlli nella piramide dell automazione) Ing. ndrea illi - istemi e ecnologie per l'utomazione L Controllori 2 ipologie di Elaboratori Digitali Real ime per il Controllo (detti Controllori Real ime) Controllori Embedded Controllori Industriali o General Purpose Ing. ndrea illi - istemi e ecnologie per l'utomazione L Controllori 3 1

2 ipologie di Controllori Real ime Controllori embedded istemi di controllo dedicati ad una particolare applicazione (o ad una classe ristretta) Progettati o commissionati da realizzatore di sistemi di controllo sono parte integrante del sistema, posizionato direttamente sul plant HW generalemente custom a livello di costruttore di sistema di controllo : schede a µp, µc, DP.. real-time custom fortemente orientato all applicazione specifica ime driven, event driven o ibridi ttenzione alla predicibilità ttività hard real-time prevalgono: controllo digitale: regolatori standard () e non Industria aerospaziale, automobilistica, robotica, azionamenti elettrici, alimentatori di Power Electronics speciali Ing. ndrea illi - istemi e ecnologie per l'utomazione L Controllori 4 ipologie di Controllori Real ime Realizzati per coprire una vasta gamma di applicazioni di controllo (General purpose) Progettati da costruttore di controllori general purpose Es: Controllori Logici Programmabili (PLC), soft-plc, Distributed Control ystems DC In altra parte del corso approfondiremo i PLC ttenzione: confusione sul termine DC rchitettura implementativa al livello dei controlli della Piramide dell utomazione con più elaboratori è Distribuita (ovvero è un Distributed Control ystem) Con DC si indica anche: particolare tipo di unità di elaborazione per il controllo Ing. ndrea illi - istemi e ecnologie per l'utomazione L Controllori 5 istemi Real ime e i istemi di Controllo HW: general purpose (PC-based) o custom a livello di costruttore di controllori ipicamente con architettura modulare a bus (detta a Rack) ipicamente le CPU utilizzate sono µp particolari e DP Rari i µc: periferiche per il controllo sui moduli Rack, backplane and bus Power supply CPU and memory Digital I/ nalog I/ Fieldbus Network Ing. ndrea illi - istemi e ecnologie per l'utomazione L Controllori 6 2

3 ipologie di Controllori Real ime HW: general purpose (PC-based) o custom a livello di costruttore di controllori ipicamente con architettura modulare a bus (detta a Rack) Configurabilità e modularità adattare l i/o dell unità di controllo general purpose alla particolare applicazione (interfacciamento sensori e comunicazione) NB: i PC hanno una architettura a bus Ing. ndrea illi - istemi e ecnologie per l'utomazione L Controllori 7 ipologie di Controllori Real ime HW: general purpose (PC-based) o custom a livello di costruttore di controllori ipicamente con architettura modulare a bus (detta a Rack) Varie tipologie di bus: Bus proprietari: Definiti dal costruttore del controllore industriale Bus standard: Dal mondo PC: I, EI, PCI, PCI+ Dal mondo PC Industriale: PC104, PC104+ ipicamente industriale: VE Elevate prestazioni nche interconnessione di diverse CPU della stessa unità di elaborazione (sistema multiprocessore) ttenzione BU INERN LL ELBRRE! Non confondere con i bus esterni come i bus di campo! Ing. ndrea illi - istemi e ecnologie per l'utomazione L Controllori 8 ipologie di Controllori Real ime.. Real-ime: Definito dal Costruttore del Controllore ipicamente IE DRIVEN (soprattutto nei PLC) Rende trasparente il bus Virtualizza le periferiche e la gestione del tempo (ovviamente ) pesso commerciale/tandard: VxWorks, RI Linux, FemLab, Inime, WinRX pplicazioni: definite da progettista del sistema di controllo finale Interfaccia di programmazione fornita dal costruttore del controllore spesso maschera la mappatura implementativa (modello di esecuzione) sarà piu chiaro i seguito quando si vedrà la programmazione del controllo di sequenze per PLC Ing. ndrea illi - istemi e ecnologie per l'utomazione L Controllori 9 3

4 ipologie di Controllori Real ime DUE GRNDI FIGLIE PLC: oprattutto Controllo di sequenze oft Real time Utilizzo: Industria manifatturiera ( + ) Industria di processo ( - ) DC: oprattutto Controllo digitale NDRD () Hard Real time sample = 1-10ms Utilizzo: Industria di processo ( + ) Industria manifatturiera ( - ) Ing. ndrea illi - istemi e ecnologie per l'utomazione L Controllori 10 Digressione Industria anifatturiera vs Industria di Processo Continuous Input Discrete Input Continuous Batch Input Discrete Batch Input Production Process Production Process Production Process Production Process Continuous output Discrete output Continuous Batch output Discrete Batch output Process Industry anufacturing Industry Ing. ndrea illi - istemi e ecnologie per l'utomazione L Controllori 11 Digressione Industria anifatturiera vs Industria di Processo Industria anifatturiera: Produzione pezzi meccanici Produzione veicoli Produzione schede/componenti elettronici Produzione elettrodomestici Produzione alimenti confezionati Cibo solido Bevande Dolciumi Produzione farmaci per il consumatore.. Industria di processo: Produzione/distribuzione energia elettrica Distribuzione gas/acqua Industria chimica Industria petrolifera Produzione della carta Produzione alimenti sfusi. Ing. ndrea illi - istemi e ecnologie per l'utomazione L Controllori 12 4

5 ipologie di Controllori Real ime Prima Considerazione: ipicamente: Controllori embedded: sono dentro ai prodotti finali (che necessitano di controllo) utomobile, ereo, zionamento elettrici Controllori industriali servono per controllare i sistemi di produzione Produzione automobili, aerei, cioccolatini Ci sono delle eccezioni: In prodotti grandi (es: aeroplani) si possono anche usare controllori industriali Porzioni particolari di un sistema di produzione: controllo embedded Es: sistema di taglio al laser Ing. ndrea illi - istemi e ecnologie per l'utomazione L Controllori 13 ipologie di Controllori Real ime econda Considerazione: ipicamente: Controllori embedded: realizzati da costruttori/realizzatori di sistemi di controllo : HW,, mbiente di sviluppo e W applicativo sviluppato/gestito dalla stessa azienda utomotive, zionamenti elettrici Controllori industriali realizzati da costruttori di controllori : HW,.. e ambiente di sviluppo fatto dal costruttore di controllori W applicativo fatto da realizzatore di sistemi di controllo acchine automatiche/utensili Industria di processo Ing. ndrea illi - istemi e ecnologie per l'utomazione L Controllori 14 ipologie di Controllori Real ime econda Considerazione (cont.): ttenzione: Ci possono essere situazioni che stimolano approcci diversi: controllori industriali realizzati da costruttori di sistemi di controllo Riduzione costi olo per elevato numero di pezzi aggiore protezione del proprio know how Indipendenza dal costruttore di controlli onofornitore ttenzione: difficile ottenere le stesse prestazioni eam di progetto articolato: HW/W/Controlli Casistica per la verifica ggiornamenti Ing. ndrea illi - istemi e ecnologie per l'utomazione L Controllori 15 5

6 lcune architetture tecnologiche basate su Controllori Industriali Ing. ndrea illi - istemi e ecnologie per l'utomazione L Controllori 16 rchitetture basate su controllori industriali Introduzione: odello generale per architettura tecnologica ( livello dei controlli nella P..) i analizzano alcune architetture tecnologiche specifiche molto usate: - per industria di processo DC - per industria manifatturiera PLC e otion Control Ing. ndrea illi - istemi e ecnologie per l'utomazione L Controllori 17 rchitetture basate su controllori industriali Industria di processo odello funzionale tipico: Unità di riferimento: impianto (o parte di esso) Controllo di diretto di variabili temporali prevale ( domina) Controllo Digitale (ancora qualche soluzione analogica o meccanica ) Controllo di portata, di pressione, livello, reazione chimica, ampiezza e frequenza della tensione elettrica prodotta Controllo di sequenze modesto: vvio funzionamento di regime rresto + Emergenze Poche sequenze nel funzionamento di regime Rare azioni dirette sul campo pesso gestito manualmente da operatore onitoraggio dell operatore molto approfondito e continuo Ing. ndrea illi - istemi e ecnologie per l'utomazione L Controllori 18 6

7 rchitetture basate su controllori industriali Industria di processo odello funzionale tipico: upervisore (operatore assistito da elettronica) upervisione Ctrl seq. (semplice) Controlli Impianto Ing. ndrea illi - istemi e ecnologie per l'utomazione L Controllori 19 rchitetture basate su controllori industriali Industria di processo rchitettura tecnologica tipica: upervisore (operatore) Ethernet Ctrl seq. (semplice) Elaboratore (PC) con HI/CD upervisione Fieldbus es: odbus, Foundation, Vbus.. Controlli DC-FC Impianto Ing. ndrea illi - istemi e ecnologie per l'utomazione L Controllori 20 rchitetture basate su controllori industriali Industria manifatturiera odello funzionale tipico: Unità di riferimento: acchina (o parte di essa) Insieme di meccanismi che devono produrre moto coordinato In passato: vincoli meccanici ggigiorno: sempre più con controllo elettronico azionamenti elettrici Camme Elettriche o Elettroniche Es: macchina etichettatrice (introduzione al corso) m ac m ac c h i n a c h i n a sse meccanico sse elettrico Ing. ndrea illi - istemi e ecnologie per l'utomazione L Controllori 21 7

8 rchitetture basate su controllori industriali Industria manifatturiera odello funzionale tipico: Controllo di sequenze rilevante: Quasi esclusivamente automatico equenze di lavorazione/movimentazione: Innescano: - diverse traiettorie di moto - diverse interdipendenze tra gli organi Rilevanti azioni dirette sul campo Ing. ndrea illi - istemi e ecnologie per l'utomazione L Controllori 22 rchitetture basate su controllori industriali Industria manifatturiera odello funzionale tipico (continuazione): Controllo di diretto di variabili temporali Quasi esclusivamente confinato all interno degli azionamenti elettrici Visti spesso come attuatori Controllo Embedded ltre rare occorrenze Controllo temperatura colla per etichettatura Controllo di tiro di nastri onitoraggio/intervento dell operatore saltuario olo per cambio rilevante nel funzionamento Es: Cambio Formato Ing. ndrea illi - istemi e ecnologie per l'utomazione L Controllori 23 rchitetture basate su controllori industriali Industria manifatturiera odello funzionale tipico: upervisore upervisione Ctrl sequenze Generatore traiettorie Controlli Ctrlotore Ctrlotore Ctrlotore Impianto Ing. ndrea illi - istemi e ecnologie per l'utomazione L Controllori 24 8

9 rchitetture basate su Controllori Industriali rchitettura tecnologica industria manifatturiera Field-bus PLC cheda assi zionamenti assi Inverters I C C H I N Ing. ndrea illi - istemi e ecnologie per l'utomazione L Controllori 25 rchitetture basate su Controllori Industriali rchitettura ecnologica per Ind. anifatturiera: Variante Importante L architettura vista ora acchine utomatiche Per CCHINE UENILI CNRLL NUERIC alcune differenze imile ad rchitettura dell industria manifatturiera per la parte di otion Control Però specifiche diverse Precisione Velocità NB: in generale Differente la generazione di traiettorie e sequenze di lavoro: istemi CD/C potrebbe non esservi un controllo di sequenze esplicito N PLC Ing. ndrea illi - istemi e ecnologie per l'utomazione L Controllori 26 rchitetture basate su Controllori Industriali Nota: Impostazione del corso Viste alcune architetture tecnologiche bassate su Ctrl Real-time cenesonomoltealtre copo di questa parte del corso: NN ELENCRE tante soluzioni tecnologiche, ma FRNIRE ED PER CPRENDERE E CLIFICRE una qualunque architettura tecnologica per il livello dei controlli della P (anche tramite gli esempi visti) Cardini del metodo: gni soluzione è generalmente conforme alla arch. generale vista a inizio corso Dietro ogni soluzione tecnologica c è un modello funzionale Esplicito o implicito Bisogna metterlo in luce! rchitetture funzionali del livello dei controlli della P in genere sono conformi al modello generale visto a inizio corso. Ing. ndrea illi - istemi e ecnologie per l'utomazione L Controllori 27 9

10 Laurea pecialistica in Ingegneria Informatica Laurea pecialistica in Ingegneria Elettronica e delle elecomunicazioni istemi e ecnologie per l'utomazione L ipologie di Elaboratori Digitali Real ime per il Controllo (Controllori Real ime) FINE Ing. ndrea illi DEI - Università di Bologna el andrea.tilli@unibo.it 10