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

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1 Ingegneria e Tecnologie dei Sistemi di Controllo Programmazione di sistemi di controllo industriale (PLC) PRTE 2 Prof. lberto Tonielli, Ing. ndrea Tilli DEIS lma Mater Studiorum Università di ologna atonielli, atilli@deis.unibo.it Revisionato: 4//2004 Indice della presentazione Parte 2 Sequential functional chart (SFC) esempi di utilizzo delle strutture Strumenti per la gestione delle eccezioni GEMM Un linguaggio testuale di basso livello WL dai diagrammi a relais alla programmazione caratteristiche del linguaggio Organizzazione generale del software di un PLC la scansione ciclica la gestione dell' I/O Da un SFC alla Programmazione una possibile soluzione Prof. lberto Tonielli - DEIS Università di ologna Software per l'utomazione 2 Esempi di utilizzo delle Strutture Sequenza unica successione di stati che si possono attivare uno dopo l altro esempio: passaggio a livello su binario unico a doppio senso treno presente b a c treno in arrivo Prof. lberto Tonielli - DEIS Università di ologna Software per l'utomazione 3

2 Sequenza unica passaggio a livello su binario unico a doppio senso a attesa treno comando: barriere su treno in a oppure c 2 arrivo treno barriere giù treno in b b 3 treno in transito barriere giù treno fuori da b 4 allontanamento treno barriere su treno in a oppure c c ttenzione!! nel diagramma c'è un errore Prof. lberto Tonielli - DEIS Università di ologna Software per l'utomazione 4 Esempi di utilizzo di Strutture Sequenze alternative 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 disattivato solo manualmente da operatore abilitato con chiave il meccanismo di accettazione della combinazione è attivo solamente a porta chiusa Prof. lberto Tonielli - DEIS Università di ologna Software per l'utomazione 5 Sequenze alternative Esempio: serratura a combinazione ( ) chiusura sblocca 6 allarme riarmo manuale Prof. lberto Tonielli - DEIS Università di ologna Software per l'utomazione 6 2

3 Sequenze simultanee Esempio: Isola di foratura con 3 postazioni 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 20 della giostra caricamento lavorazione testatore espulsione Prof. lberto Tonielli - DEIS Università di ologna Software per l'utomazione 7 Isola di foratura ttesa tutto O.K 2 Caricamento 3 Lavorazione 4 Misura ed espulsione Tutti fermi 5 Rotazione giostra Fine rotazione Prof. lberto Tonielli - DEIS Università di ologna Software per l'utomazione 8 tutto O.K. 2 caric. avanti caricato 3 caric. indiet. sezione caricamento Prof. lberto Tonielli - DEIS Università di ologna Software per l'utomazione 9 3

4 tutto O.K. 4 serraggio serrato 5 foratura forato 6 risalita risalito 7 sblocco sezione lavorazione Prof. lberto Tonielli - DEIS Università di ologna Software per l'utomazione 0 tutto O.K. 9 tastatore su 8 misura o.k. risalita testat. 0 espuls. espulso esp. indietro non o.k. risalita 2 testat. tast. su 3 espuls. man. sezione misura ed espulsione Prof. lberto Tonielli - DEIS Università di ologna Software per l'utomazione Mutua esclusione tra sequenze Scarico di due vagoni Il carico avviene in zone diverse per i due vagoni lo scarico è in comune carico ttesa Scarico Prof. lberto Tonielli - DEIS Università di ologna Software per l'utomazione 2 4

5 Mutua esclusione tra sequenze Scarico di due vagoni Il carico avviene in zone diverse per i due vagoni lo scarico è in comune carico ttesa Scarico Prof. lberto Tonielli - DEIS Università di ologna Software per l'utomazione 3 Mutua esclusione tra sequenze Scarico di due vagoni Il carico avviene in zone diverse per i due vagoni lo scarico è in comune carico ttesa Scarico Prof. lberto Tonielli - DEIS Università di ologna Software per l'utomazione 4 Mutua esclusione tra sequenze Scarico di due vagoni Il carico avviene in zone diverse per i due vagoni lo scarico è in comune carico ttesa Scarico Prof. lberto Tonielli - DEIS Università di ologna Software per l'utomazione 5 5

6 Mutua esclusione tra sequenze Scarico di due vagoni Il carico avviene in zone diverse per i due vagoni lo scarico è in comune carico ttesa Scarico Prof. lberto Tonielli - DEIS Università di ologna Software per l'utomazione 6 Scarico di due vagoni se pieno 2 carica avanza carrello posizione attesa 2 carica posizione attesa se pieno avanza carrello 3 attesa 3 attesa = s3 4 scambio in avanza 4 scambio in avanza 5 posizione scarico scarico T/4/0s sema foro 5 posizione scarico scarico T/4/0s 6 ritorno carrello 6 ritorno carrello posizione attesa posizione attesa 7 ritorno carrello 7 ritorno carrello posizione carico posizione carico Prof. lberto Tonielli - DEIS Università di ologna Software per l'utomazione 7 Strumenti Software - GEMM GEMM Metodologia per determinazione delle modalità di funzionamento rispondere alle esigenze di produzione, messa a punto far fronte alle situazioni di guasto o arresto Strumento per determinare situazioni operative ammissibili condizioni per transitare tra le condizioni ammissibili GEMM è come un SFC globale del sistema che indica le possibili evoluzioni tra le diverse situazioni operative Prof. lberto Tonielli - DEIS Università di ologna Software per l'utomazione 8 6

7 Strumenti Software - GEMM Concetti Fondamentali Il sistema di automazione è suddiviso in due parti Parte Operativa impianto da controllare Parte di Controllo Criterio Energetico delimita l'ambito di operatività dei modi di marcia ed arresto della Parte di Controllo l'unità di controllo deve essere correttamente alimentata correttamente inizializzata perfettamente funzionante in sintesi i modi di marcia ed arresto si riferiscono alla situazione in cui la Parte Operativa è correttamente pilotata da quella di Controllo, che risulta in perfetto ordine di marcia Prof. lberto Tonielli - DEIS Università di ologna Software per l'utomazione 9 Strumenti Software - GEMM Concetti fondamentali Criterio di Produzione il processo si dice in produzione quando produce e quindi genera valore aggiunto ai prodotti altrimenti il processo è fuori produzione la zona corrispondente alla produzione è indicata nel diagramma GEMM con una doppia linea tratteggiata Famiglie di Marcia sono individuate tre famiglie di modi di marcia ed arresto famiglia di funzionamento (F) non tutti i modi di funzionamento rappresentano stati di produzione famiglia di arresto () per eventi esterni al comportamento dell'impianto ( es.operatore) famiglia di guasto (D) per eventi interni all'impianto (es. guasto al sistema di controllo) Prof. lberto Tonielli - DEIS Università di ologna Software per l'utomazione 20 Strumenti Software - GEMM Famiglie di Marcia Modi di Funzionamento (F) F produzione normale GRFCET che descrive il funzionamento dell'impianto F2 fase di preparazione al funzionamento normale attività preliminari necessarie al buon funzionamento riscaldamento di parti, riempimento di serbatoi, ecc F3 fase di chiusura o preparazione all'arresto complementare a F2 F4 fase di verifica parziale del corretto funzionamento esecuzione discontinua o rallentata di parti del ciclo F F5 fase di verifica completa del corretto funzionamento come F4 ma con la possibilità di passare ad F in ogni momento F6 Fase di prova calibrazione, test, ecc. Prof. lberto Tonielli - DEIS Università di ologna Software per l'utomazione 2 7

8 Strumenti Software - GEMM Famiglie di Marcia Modi di rresto () rresto nello stato iniziale macchina fuori produzione ma pronta per partire stato iniziale del GEMM (due rettangoli) 2 rresto richiesto a fine ciclo funzionamento normale fino alla fine del ciclo. E' uno stato transitorio verso 3 rresto in uno stato determinato (diverso da fine ciclo) arresti temporanei per piccoli interventi sul prodotto 4 rresto ottenuto è lo stato terminale della fase 3 5 Preparazione per il riavviamento dopo un guasto 6 Inizializzazione (manuale o automatica) della P.O. 7 Inizializzazione della P.O. in uno stato diverso da quello iniziale (ovviamente previsto dalla P.C.) Prof. lberto Tonielli - DEIS Università di ologna Software per l'utomazione 22 Famiglie di Marcia Modi di Guasto (D) Strumenti Software - GEMM D rresto di emergenza modalità di arresto precauzioni da prendere possono essere previste diverse procedure di arresto è indispensabile che l'impianto si porti in condizioni di sicurezza nel minor tempo possibile D2 Intervento in caso di guasto procedure per ripristinare il corretto funzionamento dopo D D3 Produzione comunque per evitare guai peggiori (es. solidificazione del prodotto) occorre continuare la produzione anche se con qualità degradata del prodotto le condizioni di sicurezza vanno comunque rispettate Prof. lberto Tonielli - DEIS Università di ologna Software per l'utomazione 23 Strumenti Software - GEMM Procedure di rresto F Procedure di Funzionamento 6 P.O. in stato iniziale 7 P.O. in stato X 5 Preparazione vviamento D2 Intervento per guasto rresto in Stato Iniziale 2 rresto Fine ciclo D3 Produzione comunque D Emergenza D Procedure di Guasto P.O. 4 Fermo 3 rresto in stato X F3 rresto F Produzione F2 vviamento PRODUZIONE F4 Verifica parziale F5 Verifica completa F6 Prova Prof. lberto Tonielli - DEIS Università di ologna Software per l'utomazione 24 8

9 Linguaggio WL Struttura del programma ed esecuzione ciclica Immagine di Processo di ingresso U E.0 UN E. = 4.0 ON E.2 O E. = 4. Istruzioni logiche Istruzioni di esecuzione Istruzioni logiche Istruzioni di esecuzione L'esecuzione non ha effetto sulle uscite fino alla fine del ciclo di esecuzione Immagine di Processo di uscita Prof. lberto Tonielli - DEIS Università di ologna Software per l'utomazione 3 Linguaggio WL Procedure Vengono definite LOCCHI nello STEP5 Sono definiti diversi tipi di blocchi locchi Organizzativi (O) servono per la gestione del programma applicativo locchi di Programma (P) strutturazione del programma applicativo non parametrizzabili (non usare in sistemi complessi) locchi di Passo (S) come P per comandi sequenziali (non usare) locchi Funzionali (F) procedure utente parametrizzabili set istruzioni esteso locchi dati parametri utente Prof. lberto Tonielli - DEIS Università di ologna Software per l'utomazione 43 Linguaggio WL locchi Organizzativi Importanti O Programma principale chiamato ciclicamente dal S.O. O 2 O 5 Gestione di allarmi attivati da allarmi (Interrupt) O 0 O 3 Procedure attivate a tempo O 2 O 22 Inizializzazione di reti sequenziali (eseguite una sola volta all'avviamento) O 23 O 34 Procedure attivate da errori Prof. lberto Tonielli - DEIS Università di ologna Software per l'utomazione 44 9

10 nnidamento Procedure Linguaggio WL O F 0 F 240 F 50 F 5 F 30 F 50 P35 O2 P 2 O22 Livello Livello 2 Livello 5 Prof. lberto Tonielli - DEIS Università di ologna Software per l'utomazione 48 PLC: ambiente di programmazione Struttura generale del software Run/Stop inizializzazione O 2 Ritorno rete inizializzazione O 22 vviamento bilitazione uscite Lettura input O run ttuazione output Prof. lberto Tonielli - DEIS Università di ologna Software per l'utomazione 49 PLC: ambiente di programmazione Il Sistema Operativo garantisce scansione ciclica programma il programma viene eseguito in tempo reale non si devono programmare loop di attesa il S.O. garantisce la costanza del tempo di campionamento per l algoritmo di controllo gestione automatica I/O all inizio di ogni ciclo il S.O. legge gli ingressi aggiorna le uscite gestione dei timer e dei counter Prof. lberto Tonielli - DEIS Università di ologna Software per l'utomazione 50 0

11 Dall' SFC al programma WL Due alternative mbiente di programmazione SFC disponibile interfaccia grafica per ogni stato e per ogni transizione il progettista deve predisporre azioni e condizioni eventualmente usando uno dei linguaggi di livello più basso supportato dall'ambiente (ST, IL, F, LD) 2 timers possono essere associati ad ogni stato TIME-OUT inizializzato a + dal S.O. (disabilitato) serve per evitare situazioni di dead-lock dell' SFC causate da errori di programmazione o da guasti nei sensori o negli attuatori DELY inizializzato a 0 dal S.O. (disabilitato) serve per ritardare l'attivazione delle transizioni in uscita Prof. lberto Tonielli - DEIS Università di ologna Software per l'utomazione 5 Dall' SFC al programma WL Due alternative mbiente di programmazione SFC non disponibile Procedura per utenti WL Si definiscono due vettori di stato (presente e futuro) ciascuno con tante componenti (bit) quanti sono gli stati bit = stato corrispondente attivo bit = 0 stato corrispondente non attivo Si associa ad ogni stato una procedura (F) che implementa il controllo in quello stato Si costruisce una procedura (F) che implementa la verifica delle condizioni di transizione ed aggiorna il vettore di stato futuro Si costruisce una procedura organizzativa generale (O) costituita da chiamate condizionate alle procedure di stato e di transizione Si predispongono procedure di inizializzazione dello stato (O2- O22) Prof. lberto Tonielli - DEIS Università di ologna Software per l'utomazione 52 Dall' SFC al programma WL 0 T T2 T3 2 3 T4 T5 4 Esempio Stato corrente M T6 se T7 vero 6 Stato futuro M T7 Stato iniziale 7 M T8 Prof. lberto Tonielli - DEIS Università di ologna Software per l'utomazione 53

12 0 F 0 T Dall' SFC al programma WL Esempio F 2 F T2 T3 2 3 T4 T5 4 F 4 5 F 5 T6 6 F 6 F 3 F 200 T7 7 F 7 T8 Prof. lberto Tonielli - DEIS Università di ologna Software per l'utomazione 54 Dall' SFC al programma WL Esempio - Inizializzazione dello stato O2 vviamento manuale L KH 0 Selezione dello stato iniziale T M 0 Inizializza il vettore di stato presente E O 22 vviamento automatico L KH 0 Selezione dello stato iniziale T M 0 Inizializza il vettore di stato presente E O Programma principale. Prof. lberto Tonielli - DEIS Università di ologna Software per l'utomazione 55 Dall' SFC al programma WL Esempio - Il blocco organizzativo (main) O Programma principale SP F 200 ggiorna transizioni NOME:TRN U M 0.0 Testa se stato 0 è attivo SP F 0 Esegui il controllo se attivo NOME:ST0 U M 0. Testa se stato è attivo SP F Esegui il controllo se attivo NOME:ST E Prof. lberto Tonielli - DEIS Università di ologna Software per l'utomazione 56 2

13 Dall' SFC al programma WL Esempio - gestione delle transizioni F 200 ggiornamento transizioni U M 0.0 Testa se stato 0 è attivo SP F 20 Esegui la verifica a transizione NOME:TR0 transizione normale. aggiornamento dello stato futuro U M 0.4 Testa se stato 4 è attivo U M 0.6 Testa se stato 6 è attivo SP F 26 Esegui la verifica della transizione NOME:TR... transizione di uscita da sincronizz. L M 30 Stato futuro in T M 0 Stato presente E Prof. lberto Tonielli - DEIS Università di ologna Software per l'utomazione 57 Ingegneria e Tecnologie dei Sistemi di Controllo Programmazione di sistemi di controllo industriale (PLC) PRTE 2 - FINE Prof. lberto Tonielli, Ing. ndrea Tilli DEIS lma Mater Studiorum Università di ologna atonielli, atilli@deis.unibo.it 3