Ingegneria e Tecnologie dei Sistemi di Controllo. Programmazione di sistemi di controllo industriale (PLC) PARTE 1.

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1 Ingegneria e Tecnologie dei Sistemi di Controllo Programmazione di sistemi di controllo industriale (PLC) PARTE 1 Prof. Alberto Tonielli, Ing. Andrea Tilli DEIS Alma Mater Studiorum Università di Bologna atonielli,, atilli@deis.unibo.it Revisionato: 14/11/2004

2 Sommario Parte 1 Progettazione di controlli sequenziali un esempio Lo standard IEC 1131 strumenti e linguaggi di programmazione Sequential functional chart (SFC) concetti base sintassi strutture Prof. A. Tonielli, Ing. A. Tilli - DEIS - Univ.. di Bologna Programmazione per PLC 2

3 Sommario Parte 2 Sequential functional chart (SFC) esempi di utilizzo delle strutture Strumenti per la gestione delle eccezioni GEMMA Un linguaggio testuale di basso livello AWL dai diagrammi a relais alla programmazione caratteristiche del linguaggio Da un SFC alla Programmazione una possibile soluzione Prof. A. Tonielli, Ing. A. Tilli - DEIS - Univ.. di Bologna Programmazione per PLC 3

4 Progettazione di Controlli Sequenziali Introduzione La progettazione del Software di Automazione per un Sistema Industriale è un compito complesso La metodologia generale di soluzione esula dagli scopi di questo corso Mediante un esempio verranno presentati i passi logici della soluzione Chiarimento del compito e strutturazione del sistema Elaborazione dei documenti di specifica Realizzazione del Progetto Collaudo del sistema di controllo e messa in funzione della macchina Stesura della documentazione Prof. A. Tonielli, Ing. A. Tilli - DEIS - Univ.. di Bologna Programmazione per PLC 4

5 Progettazione di Controlli Sequenziali Chiarimento del compito e strutturazione del sistema Descrizione generale della macchina da automatizzare Descrizione del funzionamento Descrizione dettagliata della macchina liste sensori liste attuatori Strutturazione della macchina in parti omogenee funzionalmente correlazione nel processo produttivo spazialmente collocazione fisica adiacente Grado di automazione delle parti Prof. A. Tonielli, Ing. A. Tilli - DEIS - Univ.. di Bologna Programmazione per PLC 5

6 Progettazione di Controlli Sequenziali Descrizione del processo produttivo impacchettatrice Alimentazione del prodotto Formazione del pacco Stesura del film e movimentazione del pacco Avvolgimento del pacco Saldatura Espulsione Pacco finito Prof. A. Tonielli, Ing. A. Tilli - DEIS - Univ.. di Bologna Programmazione per PLC 6

7 Progettazione di Controlli Sequenziali Elaborazione dei documenti di specifica Cruciale per la buona riuscita del progetto Distribuzione Hardware/Software dei compiti Scelta dei sensori e degli attuatori Lavoro di gruppo specifiche chiare e non ambigue interfacce ben definite Prof. A. Tonielli, Ing. A. Tilli - DEIS - Univ.. di Bologna Programmazione per PLC 7

8 Hardware Progettazione di Controlli Sequenziali Realizzazione del Progetto acquisto acquisto + progettazione di parti specifiche progettazione completa Software normalmente va progettato software per uso industriale realizzazione gruppo di lavoro manutenzione, aggiornamento, riutilizzo noi o altre persone Controllo digitale diretto, controllo di sequenze Attività cruciale Prof. A. Tonielli, Ing. A. Tilli - DEIS - Univ.. di Bologna Programmazione per PLC 8

9 Progettazione di Controlli Sequenziali 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 Prof. A. Tonielli, Ing. A. Tilli - DEIS - Univ.. di Bologna Programmazione per PLC 9

10 Progettazione di Controlli Sequenziali 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 Prof. A. Tonielli, Ing. A. Tilli - DEIS - Univ.. di Bologna Programmazione per PLC 10

11 Progettazione di Controlli Sequenziali Strumenti di modellazione per il controllo logico descrizione letterale (a parole) lunga, imprecisa, troppo personale descrizione puramente logica troppo particolareggiata legata alla tecnologia implementativa diagrammi temporali carenza nella descrizione degli elementi sequenziali non consente di mettere in evidenza sequenze simultanee diagramma degli stati strumento idoneo per sistemi di modesta complessità perché troppo particolareggiato idoneo con una opportuna ridefinizione del concetto di stato Prof. A. Tonielli, Ing. A. Tilli - DEIS - Univ.. di Bologna Programmazione per PLC 11

12 Lo Standard IEC Strumenti software standardizzati per la descrizione e la progettazione del ciclo operativo di macchine ed impianti scopo stimolare una normalizzazione della sintassi dei linguaggi di programmazione per l'automazione obiettivi programmazione strutturata modularità del software riusabilità del software portabilità del codice tra macchine diverse semplicità di programmazione tempi e costi di sviluppo ridotti Prof. A. Tonielli, Ing. A. Tilli - DEIS - Univ.. di Bologna Programmazione per PLC 12

13 Lo Standard IEC Linguaggi di Programmazione Grafici Sequential Functional Chart (SFC) Rappresentazione a diagrammi a stati evoluto Progettazione delle sequenze di Controllo 1 Stati 2 3 Condizioni per la transizione 4 Transizioni 5 Prof. A. Tonielli, Ing. A. Tilli - DEIS - Univ.. di Bologna Programmazione per PLC 13

14 Lo Standard IEC Linguaggi di Programmazione grafici Linguaggio a contatti (Ladder( Diagram) E1.0 E1.1 A4.0 ( ) AND 1 OR E1.2 A4.1 ( ) 2 V+ V- E1.1 Prof. A. Tonielli, Ing. A. Tilli - DEIS - Univ.. di Bologna Programmazione per PLC 14

15 Lo Standard IEC Linguaggi di Programmazione grafici Schemi a blocchi funzionali (Function( Block Diagram) E1.0 E1.1 & A4.0 ( ) 1 E1.1 E1.2 > = 1 A4.1 ( ) 2 V+ V- Prof. A. Tonielli, Ing. A. Tilli - DEIS - Univ.. di Bologna Programmazione per PLC 15

16 Lo Standard IEC Linguaggi di Programmazione testuali Testo Strutturato (pseudo( pseudo-pascal). if (fine_corsa) then motore := off; else motore := on; end_if;. Prof. A. Tonielli, Ing. A. Tilli - DEIS - Univ.. di Bologna Programmazione per PLC 16

17 Lo Standard IEC Linguaggi di Programmazione testuali Lista di istruzioni (Instruction( list). AND FINE_CORSA SET MOTORE ANDN FINE_CORSA RESET MOTORE.. Prof. A. Tonielli, Ing. A. Tilli - DEIS - Univ.. di Bologna Programmazione per PLC 17

18 Lo Standard IEC Considerazioni SFC strumento di più alto livello rispetto agli altri Da utilizzare per il progetto del sistema di gestione dell automazione Gli altri strumenti sono più implementativi Se SFC non è direttamente compilabile Per la gestione di sezioni particolari Attenzione: i linguaggi grafici sono indipendenti dal modello implementativo,, mentre i testuali ne risentono Modello implementativo: : HW + S.O. Real Time Es: : Attesa evento, divisione in processi Prof. A. Tonielli, Ing. A. Tilli - DEIS - Univ.. di Bologna Programmazione per PLC 18

19 Strumento per la Progettazione di Controlli Sequenziali Sequential Functional Chart Formalismo gerarchicamente superiore agli altri linguaggi serve per progettare il controllo sequenziale gli altri linguaggi, a discrezione del progettista, servono per implementare il controllo Descrizione e progettazione del ciclo operativo di macchine ed impianti assimilabile ad un diagramma degli stati indipendente dalla tecnologia utilizzata per l implementazione formalismo astratto semplifica la rappresentazione stimolando la scomposizione in sottoproblemi in ogni situazione operativa solo un sottoinsieme delle informazioni è indispensabile per il controllo Prof. A. Tonielli, Ing. A. Tilli - DEIS - Univ.. di Bologna Programmazione per PLC 19

20 Concetti base Stato (fase, tappa, passo) Strumenti Software - SFC l evoluzione temporale del funzionamento 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 definizione di Stato uno Stato è una condizione operativa della macchina alla quale è associato un ben preciso algoritmo di controllo (Azioni),, diverso da quelli associati agli altri Stati. il verificarsi di un particolare evento forza il passaggio (Transizione) ad un altro Stato in generale, durante il tempo di permanenza in uno Stato (codizione di stato attivo) ) le uscite del controllo (comandi) possono variare in risposta alle variazioni degli ingressi (sensori) o allo scorrere del tempo Prof. A. Tonielli, Ing. A. Tilli - DEIS - Univ.. di Bologna Programmazione per PLC 20

21 Transizioni Concetti base Strumenti Software - SFC 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 che deve essere verificata affinché la Transizione avvenga Condizioni (di transizione) evento che determina il passaggio ad un altro stato La sintassi per definire gli Stati, le Transizioni e le Condizioni è molto precisa n Stato Condizione Transizione m Prof. A. Tonielli, Ing. A. Tilli - DEIS - Univ.. di Bologna Programmazione per PLC 21

22 Concetti base Esempio - timbratrice automatica Strumenti Software - SFC pistone pneumatico testa di timbratura oggetto da timbrare Prof. A. Tonielli, Ing. A. Tilli - DEIS - Univ.. di Bologna Programmazione per PLC 22

23 Concetti base Esempio - timbratrice automatica tre stati Strumenti Software - SFC attesa pezzo nessuna azione 1 Prof. A. Tonielli, Ing. A. Tilli - DEIS - Univ.. di Bologna Programmazione per PLC 23

24 Concetti base Esempio - timbratrice automatica tre stati Strumenti Software - SFC pezzo presente 1 2 Prof. A. Tonielli, Ing. A. Tilli - DEIS - Univ.. di Bologna Programmazione per PLC 24

25 Concetti base Esempio - timbratrice automatica tre stati Strumenti Software - SFC 1 esecuzione timbratura comando pistone avanti 2 Prof. A. Tonielli, Ing. A. Tilli - DEIS - Univ.. di Bologna Programmazione per PLC 25

26 Concetti base Esempio - timbratrice automatica tre stati Strumenti Software - SFC 1 timbratura o.k. 2 3 Prof. A. Tonielli, Ing. A. Tilli - DEIS - Univ.. di Bologna Programmazione per PLC 26

27 Concetti base Esempio - timbratrice automatica tre stati Strumenti Software - SFC 1 2 evacuazione pezzo comando evacuazione pezzo comando pistone indietro 3 Prof. A. Tonielli, Ing. A. Tilli - DEIS - Univ.. di Bologna Programmazione per PLC 27

28 Concetti base Esempio - timbratrice automatica tre stati Strumenti Software - SFC 1 2 timbro su 3 Prof. A. Tonielli, Ing. A. Tilli - DEIS - Univ.. di Bologna Programmazione per PLC 28

29 Concetti base Esempio - timbratrice automatica tre stati Strumenti Software - SFC attesa pezzo nessun comando Prof. A. Tonielli, Ing. A. Tilli - DEIS - Univ.. di Bologna Programmazione per PLC 29

30 Stati Sintassi Strumenti Software - SFC ad ogni stato vanno associate le Azioni da intraprendere quando si è in quello stato algoritmo di controllo attivo quando il sistema si trova in quello lo stato due stati vanno sempre separati da una transizione ATTENZIONE: in un diagramma a run time ci possono essere più stati attvi più generale rispetto a diagrammi a stati classici (automi) il nome stato non è proprio 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 I quadratini vengono detti comunque stati con abuso di notazione Prof. A. Tonielli, Ing. A. Tilli - DEIS - Univ.. di Bologna Programmazione per PLC 30

31 Transizioni Sintassi Strumenti Software - SFC ad ogni transizione va associata una sola Condizione che ne determina l attivazione l (passaggio ad un nuovo stato) due transizioni successive non separate da uno stato sono proibite Collegamenti partono da uno stato ed arrivano ad un altro stato di solito linee verticali, ma è opportuno indicare i collegamenti con frecce per evitare ambiguità Prof. A. Tonielli, Ing. A. Tilli - DEIS - Univ.. di Bologna Programmazione per PLC 31

32 Inizializzazione Regole di evoluzione Occorre definire gli stati attivi all avviamento avviamento stati iniziali gli stati iniziali possono essere più di uno concetto di stato in senso lato... si indicano con due quadretti uno dentro l altrol possono non essere i primi stati di uno schema Abilitazione delle transizioni Strumenti Software - SFC una transizione si dice Abilitata quando lo stato di partenza è attivo una transizione non Abilitata non viene testata una transizione diventa Attiva quando è Abilitata e la Condizione associata è vera. la transizione Attiva determina il cambio di stato.. Il controllo relativo allo stato precedente viene interrotto e viene attivato quello relativo allo stato successivo Prof. A. Tonielli, Ing. A. Tilli - DEIS - Univ.. di Bologna Programmazione per PLC 32

33 Strumenti Software - SFC Tipi di Azioni m Azione A m Azione continua n n Azione A A Condizione n Azione condizionata n Azione A C A Prof. A. Tonielli, Ing. A. Tilli - DEIS - Univ.. di Bologna Programmazione per PLC 33

34 Strumenti Software - SFC Tipi di Azioni Azione temporizzata limitata nel tempo Tx = Timer n. x n = stato trigger d = durata n NOT (Tx/n/d) Azione A n Tx A d Tx/n/d n Azione temporizzata ritardata n Azione A C A d Prof. A. Tonielli, Ing. A. Tilli - DEIS - Univ.. di Bologna Programmazione per PLC 34

35 Altri tipi di azione: Tipi di Azioni P, S, R.. Esercitazioni ISAGRAF Strumenti Software - SFC Prof. A. Tonielli, Ing. A. Tilli - DEIS - Univ.. di Bologna Programmazione per PLC 35

36 Strutture di collegamento Mutuamente esclusive Strumenti Software - SFC Scelta alternativa Parallelismo No No Prof. A. Tonielli, Ing. A. Tilli - DEIS - Univ.. di Bologna Programmazione per PLC 36

37 Strutture di collegamento Strumenti Software - SFC Convergenza Sincronizzazione No No Prof. A. Tonielli, Ing. A. Tilli - DEIS - Univ.. di Bologna Programmazione per PLC 37

38 Strutture di collegamento Strumenti Software - SFC T3-4 3 (T3-4)*(T10-11)=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 Prof. A. Tonielli, Ing. A. Tilli - DEIS - Univ.. di Bologna Programmazione per PLC 38

39 Strutture di collegamento Strumenti Software - SFC T3-4 3 (T3-4)*(T10-11)=0 non basta 10 T Mutua Esclusione tra Sequenze Prof. A. Tonielli, Ing. A. Tilli - DEIS - Univ.. di Bologna Programmazione per PLC 39

40 Strumenti Software - SFC 3 Strutture di collegamento Mutua Esclusione tra Sequenze 10 T3-4 4 Sincronizzazione S Semaforo 11 T Sblocco 9 Il semaforo deve essere stato iniziale 18 Prof. A. Tonielli, Ing. A. Tilli - DEIS - Univ.. di Bologna Programmazione per PLC 40

41 Strumenti Software - SFC Strutture di collegamento 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 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 Prof. A. Tonielli, Ing. A. Tilli - DEIS - Univ.. di Bologna Programmazione per PLC 41

42 T Strumenti Software - SFC Strutture di collegamento Sincronizzazione di sequenze indipendenti 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 Prof. A. Tonielli, Ing. A. Tilli - DEIS - Univ.. di Bologna Programmazione per PLC 42

43 Strutture speciali Macrostati Strumenti Software - SFC Prof. A. Tonielli, Ing. A. Tilli - DEIS - Univ.. di Bologna Programmazione per PLC 43

44 Strutture speciali Macroazioni - Forzatura Strumenti Software - SFC 3 a 10 =1 10 =1 4 Forzare SFCX:{Y} b Y= set 11 c =1 SFCX SFCX Prof. A. Tonielli, Ing. A. Tilli - DEIS - Univ.. di Bologna Programmazione per PLC 44

45 Strumenti Software - SFC Strutture speciali Macroazioni - Forzatura in Sospensione a =1 4 Forzare SFCX:{} b =1 6 Y= vuoto c =1 SFCX SFCX Prof. A. Tonielli, Ing. A. Tilli - DEIS - Univ.. di Bologna Programmazione per PLC 45

46 Strumenti Software - SFC Strutture speciali Macroazioni - Forzatura in Blocco nello stato attuale a a*not1 4 Forzare SFCX:{*} b 11 a*not Y= * c 12 a*not1 12 SFCX SFCX Prof. A. Tonielli, Ing. A. Tilli - DEIS - Univ.. di Bologna Programmazione per PLC 46

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