Introduzione alle macchine a stati (non definitivo)

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1 Introduzione alle macchine a stati (non definitivo) - Introduzione Il modo migliore per affrontare un problema di automazione industriale (anche non particolarmente complesso) consiste nel dividerlo in sottoproblemi più piccoli. La divisione permette di realizzare uno schema a blocchi che risulta molto utile per l analisi del problema e semplifica la risoluzione dello stesso. Ogni condizione nella quale può trovarsi il ciclo della lavorazione viene detta STATO; la scelta ed il numero degli stati varia da caso a caso ed in generale programmatori diversi possono usare stati di diversa complessità. A ogni stato è possibile pervenire tramite delle apposite condizioni di ingresso; ad ognuno degli stati è poi associata una Memoria la cui attivazione identificherà lo stato nel quale si trova la macchina via via che il ciclo prosegue; l ingresso in uno stato deve chiaramente provocare il reset dello stato dal quale si proviene: non è infatti possibile trovarsi contemporaneamente in più stati (anche se per problemi semplici questo in genere non causa problemi, in casi di maggiore complessità può portare ad anomalie anche rilevanti); Si passa da uno stato all altro mediante una, essa può essere realizzata mediante segnali di ingresso, contatti di temporizzatori oppure di contatori ecc Ad ogni stato sono associate delle azioni: tali azioni possono interessare direttamente le uscite, oppure semplicemente creare delle condizioni di passaggio allo stato successivo; alla fine del ciclo si deve ritornare alla condizione iniziale (che in alcuni casi viene chiamata STATO0); a questo punto è quindi possibile ricominciare con il ciclo. - Schema di base di una macchina a stati Lo schema base di una macchina a stati si presenta come in figura: STATO 2 Azioni in questo stato Azioni in questo stato

2 - Inizio ciclo: è la condizione che permette di entrare nello Stato 1 della macchina; tipicamente essa è rappresentata dal pulsante di START; - : rappresenta una delle parti del ciclo di lavorazione che si deve implementare; tale parte viene identificata all interno del programma per mezzo di una memoria (M1); - Azioni all interno degli stati: sono le azioni da implementare all interno di ogni stato: possono essere ad esempio l attivazione di una uscita, l inserimento di un contatore o di un temporizzatore, ecc - : è la condizione che, se verificata, permette di passare dallo STATO1 allo STATO2; questa condizione può essere rappresentata da un ingresso, da un contatore o da un temporizzatore; tale condizione deve anche resettare lo STATO1 poiché non è possibile essere contemporaneamente all interno di più stati; (in generale ogni condizione di passaggio da uno stato al successivo deve resettare lo stato precedente) - STATO 2: è la seconda parte del ciclo; anche questa parte viene identificata all interno del programma mediante una memoria (M2); - Fine ciclo: è la condizione che permette di terminare il ciclo e tornare alla condizione di partenza (spesso si introduce anche uno STATO0 ovvero lo stato di riposo prima che inizi il ciclo; la fine del ciclo porta quindi allo STATO0.) Esercizio 1 Problema: si voglia realizzare il seguente ciclo: Alla pressione del tasto START il motore si avvii sino a raggiungere il finecorsa, arrivato a tale finecorsa il motore inverta il suo moto sino a tornare nel punto di partenza. - Identificazione degli ingressi: START (I1) 1, Finecorsa avanti (I2), Finecorsa indietro (I3) = 3 Ingressi; - Identificazione delle uscite: Motore avanti (Q1), Motore indietro (Q2) = 2 uscite; - Identificazione degli stati: Andata (STATO1), Ritorno (STATO2); - Realizzazione della macchina a stati: 1 È importante notare che in questo caso (estremamente comune) nello stato di riposo della macchina, il finecorsa I3 è comunque attivo (si veda il disegno); per essere certi che la macchina parta dallo STATO0 è quindi possibile introdurre un ulteriore condizione per l avvio.

3 START, I1 Fc indietro, I3 Fc avanti, I2 STATO 2 Set M1; Q1 attiva Set M2; Reset M1; Q2 attiva In uno schema completamente corretto, sarebbe necessario che l intervento dell ingresso I3 possa provocare effetti sul sistema esclusivamente quando ci si trova nello STATO2; in questo caso non è necessario poiché è fisicamente impossibile che l ingresso I3 sia attivo in istanti diversi che dalla posizione finale. Esercizio 2 Problema: si voglia realizzare il seguente ciclo:

4 Alla pressione del tasto START il motore si avvii sino a raggiungere il finecorsa, arrivato a tale finecorsa il motore si arresti per 5 secondi, trascorsi i quali ritorni nel punto di partenza. - Identificazione degli ingressi: START (I1), Finecorsa avanti (I2), Finecorsa indietro (I3) = 3 Ingressi; - Identificazione delle uscite: Motore avanti (Q1), Motore indietro (Q2) = 2 uscite; - Identificazione degli stati: Andata (STATO1), Attesa (STATO2), Ritorno (STATO3) 2 ; - Realizzazione della macchina a stati: START, I1 Fine ciclo, I3 Fc. Avanti, I2 STATO 2 ATTESA Tempo STATO 3 Set M1, Uscita Q1 attiva Reset M1, Set M2, Timer attivo Reset M2, Set M3, Q2 attiva 2 Si sarebbero potuti utilizzare ancora una volta 2 stati, ovvero inglobando gli stati 1 e 2.

5 - Condizioni a scelta multipla È possibile creare una macchina che implementi delle condizioni a scelta multipla. Questo tipo di condizioni viene usato quando si ha a che fare con una macchina che può eseguire delle lavorazioni su dei pezzi: in questo modo, a seconda del tipo di pezzo che viene caricato (segnali di ingresso distinguono i pezzi) è possibile eseguire una operazione piuttosto che un altra. 1 STATO 2a 2 STATO 2b È importante notare che, una volta entrati nello STATO2a, un eventuale verificarsi della 2 non porta ad entrare nello STATO2b; anche le condizioni di uscita dagli STATI2 sono indipendenti, ovvero trovandosi nello STATO2a il verificarsi della condizione di uscita dallo STATO2b il sistema non deve andare nello STATO0. - Esercizio 1 Problema: si voglia realizzare il seguente ciclo: Alla pressione del tasto START il motore si avvii sino a raggiungere i 2 sensori, a questo punto se è attivo il sensore basso il motore torna indietro, se è attivo il sensore alto il motore aspetta 5 secondi e poi torna indietro, il motore si arresta una volta arrivato al finecorsa indietro.

6 - Identificazione degli ingressi: START (I1), sensore basso (I2), sensore alto (I3), Finecorsa indietro (I4) = 4 Ingressi; - Identificazione delle uscite: Motore avanti (Q1), Motore indietro (Q2) = 2 uscite; - Identificazione degli stati: Avanti (STATO1), Ritorno (STATO2a) 3, Attesa (STATO2b); - Realizzazione della macchina a stati: START, I1 I4 I2 STATO 2a (M2) (M1) Tempo I3 STATO 2b ATTESA (M3) 3 Non serve introdurre uno stato di ritorno apposito dopo l attesa, infatti lo stato di ritorno già esiste.

7 - Cicli con posizioni doppie (o multiple) Tipicamente un ciclo completo presenta delle posizioni doppie; si immagini ad esempio il ciclo rappresentato in figura: La sequenza che descrive questo è la seguente: alla pressione del pulsante di START parte il primo motore sino a raggiungere il finecorsa (I2); a questo punto parte il motore 2 sino a raggiungere il finecorsa (I4) per poi tornare indietro fino al finecorsa (I3); a questo punto il motore 1 ritorna al punto iniziale raggiungendo il finecorsa (I5). La cosa da notare in questo ciclo è che la condizione di I2 e I3 attivi si verifica 2 volte ma tale condizione, a seconda che il ciclo sia in fase di andata oppure di ritorno il sistema deve compiere una azione diversa. È quindi necessario in questo caso far capire al software in quale delle due condizioni si trova; questo viene fatto mediante lo STATO. Avremo quindi 2 STATI: uno STATO1 di andata e uno STATO2 di ritorno e in base a quale dei sue si trovi la macchina, la condizione (I2 e I3 attivi) eseguirà una istruzione piuttosto che un altra. Tutte queste combinazioni e limitazioni vengono realizzate in modo automatico utilizzando gli STATI: poiché ad ogni stato è associata una memoria, le condizioni di uscita sarà posta in serie ad un contatto di tale memoria, in modo da poter agire esclusivamente in quello STATO e non in un altro: Analizzando lo schema in figura, si può notare che l arrivo del pezzo in macchina (segnalato dall ingresso I1) provoca effetti differenti a seconda dello STATO in cui ci si trova; in particolare se ci si trova nello STATO1 (M1) viene attivata l uscita Q1, mentre se ci si trova nello STATO2 (M2) viene attivata l uscita Q2. L utilizzo degli stati e delle memorie diviene quindi indispensabile quando un sistema assume più volte la stessa posizione ma deve eseguire operazioni differenti. - Identificazione degli ingressi: START (I1), motore 1 avanti (I2), motore 2 indietro (I3), motore 2 avanti (I4), motore 1 indietro (I5) = 5 Ingressi; - Identificazione delle uscite: Motore1 avanti (Q1), Motore1 indietro (Q2), Motore2 avanti (Q3), Motore2 indietro (Q4)= 4 uscite;

8 - Identificazione degli stati: Avanti motore1(stato1), Avanti motore2 (STATO2), Indietro motore2 (STATO3), Indietro motore1 (STATO4); - Realizzazione della macchina a stati: START, I1 Fine ciclo, I5 Motore1 I2 STATO 2 Motore2 I4 STATO 3 Motore2 I3 STATO 4 Motore1 Set M1, Q1 attiva Reset M1, Set M2, Q3 attiva Reset M2, Set M3, Q4 attiva Reset M3, Set M4, Q2 attiva Come si può notare dallo schema, l ingresso I3 agisce sul sistema unicamente se esso si trova nello STATO3; se questo non avvenisse l ingresso tenderebbe in ogni istante di far muovere indietro il motore1. [DA INSERIRE]

9 - Condizioni di salto È possibile inserire delle condizioni che permettono di saltare da uno stato ad un altro non adiacente: questo può avvenire in lavorazioni nella quali in base al tipo di oggetto si debba effettuare oppure no una determinata operazione; si pensi ad esempio al caso in cui un pezzo debba essere raffreddato tramite ventola (STATO2 nello schema sotto) oppure debba andare direttamente in lavorazione (STATO3) START Fine ciclo STATO STATO 3