Sistemi e Tecnologie per l'automazione

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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 Introduzione Ing. Andrea Tilli DEIS - Università di Bologna Tel andrea.tilli@unibo.it Revisionato Revisionato il il 06/01/ /01/2009 Scopo del Modulo Scopo e Indice del Modulo Introdurre lo scopo del corso e le tematiche del corso Introdurre alcuni concetti fondamentali Questa introduzione è parte integrante del corso Descrivere le modalità di insegnamento e il materiale didattico Descrivere le modalità d esame Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Introduzione 2 Indice del Modulo Obiettivi del corso in forma intuitiva Alcuni concetti fondamentali: Funzione vs. Implementazione La Piramide dell Automazione Controllo Logico Obiettivi del corso in dettaglio Conoscenze pregresse necessarie Programma Lezioni ed Esercitazioni Ricevimento Studenti Materiale Didattico Modalità d Esame Scopo e Indice del Modulo Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Introduzione 3 Introduzione 1

2 DEFINIZIONE DI AUTOMAZIONE Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Introduzione 4 Automazione Disciplina che studia le metodologie e le tecnologie che permettono il controllo dei flussi di energia e/o di materiali e/o di informazioni e/o di altre grandezze, per la realizzazione di processi, senza l intervento dell uomo (o con intervento parziale) Automazione industriale Disciplina che studia le metodologie e le tecnologie che permettono il controllo dei flussi di energia, materiali e informazioni per la realizzazione di processi produttivi, senza l intervento dell uomo (o con intervento parziale) Disciplina ingegneristica che si occupa dell effettiva realizzazione di sistemi di controllo automatico Sistema di controllo automatico: sistema in cui l intervento umano è assente o minimizzato i riferimenti principali del corso saranno verso l'automazione Industriale molti concetti utili anche per applicazioni non industriali Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Introduzione 5 Schema (funzionale) di riferimento: Sistema ingressi attuatori sensori uscite informazioni Sistema di Controllo informazioni informazioni Il sistema da controllare e il sistema di controllo possono essere molto complessi Scomposizione in parti (sia funzionalmente, sia implementativamente) Lo schema suddetto può non rispecchiare la realizzazione fisica (funzione vs. implementazione) L insieme delle parti di controllo potrebbe essere non geometricamente coeso Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Introduzione 6 Introduzione 2

3 Esempi di Automazione Industriale: Industria di Processo Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Introduzione 7 Esempi di Automazione Industriale: Industria Manifatturiera Linee di produzione automatizzate Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Introduzione 8 Linea di produzione automatizzata Macchine automatiche Confezionatrici Inscatolatrici Packaging alimentare. Movimentazione e immagazzinamento automatico Pallettizzatori e Depallettizzatori Linee di trasporto automatiche Autonomous Guided Veichles (AGV) Magazzino automatizzato Macchine utensili a controllo numerico Lavorazioni meccaniche Robot industriali Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Introduzione 9 Introduzione 3

4 Automazione vs. Automazione Industriale Automazione Automazione di Prodotti Industriali Automazione per mezzi di trasporto Automotive Aerospace Railways Marine Domotica Automazione Industriale Robotica Robotica industriale Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Introduzione 10 Automazione di Prodotti Industriali Ascensori Cancelli automatici Lavatrici, Elettrodomestici in genere Hard Disk (controllo del movimento della testina) Domotica Automazione/Controllo di sistemi di climatizzazione (HVAC) Automazione/Controllo di sistemi di illuminazione Automazione/Controllo di sistemi di produzione di energia domestici Solare termico e/o fotovoltaico Automazione/Controllo di sistemi di ausilio a disabili e/o anziani Es: movimentazione Coordinamento dei vari sistemi suddetti tra loro e con elettrodomestici e servizi di telecontrollo Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Introduzione 11 Motore Sistemi di automazione per automotive Controllo del motore endotermico, riduzione emissioni Drivetrain Trasmissione automatica, controllo della cambiata Controllo veicolo ABS, controllo trazione, controllo assetto, controllo attivo delle sospensioni, servosterzo Comfort e entertainment Climatizzazione, sedili, illuminazione, impianto audio, TV, Internet, GPS Sicurezza Sistemi per la sicurezza attiva, rilevamento collisioni Altro Sistemi X-by-wire, Cruise control, Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Introduzione 12 Introduzione 4

5 Automazione vs. Automazione Industriale ATTENZIONE: AUTOMAZIONE INDUSTRIALE e ALTRI AMBITI DELL AUTOMAZIONE PRESENTANO ALCUNE PROBLEMATICHE E ALCUNE SOLUZIONI AFFINI Valenza generale della trattazione dell automazione industriale Almeno fino a certi livelli (vedi avanti: Piramide dell Automazione) Materiali Energia Processo Produttivo o Processo Fisico sensori attuatori Materiali Energia informazioni Sistema di Controllo informazioni informazioni Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Introduzione 13 Automazione vs. Automatica e Ingegneria in genere AUTOMATICA: Disciplina ingegneristica (con forte connotazione matematica) dove si trattano: Modellazione matematica e identificazione di sistemi fisici Studio delle proprietà strutturali dei modelli matematici Simulazione dei modelli matematici Progetto e verifica di sistemi di controllo Effettuati basandosi principalmente su modelli matematici Non dimenticando il significato fisico Diagnosi dei guasti e riconfigurazione del controllo Effettuati basandosi principalmente su modelli matematici Non dimenticando il significato fisico Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Introduzione 14 AUTOMATICA (cont.) Modellazione matematica e identificazione di sistemi fisici Tempo-continui/discreti, ad eventi discreti, ibridi Equazioni differenziali, alle differenze, automi Modellistica: leggi fisiche Identificazione strutturale e parametrica Spesso: modellistica + ident. parametrica Modelli per il controllo Complessità ridotta, Semplificazioni secondo certi criteri Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Introduzione 15 Introduzione 5

6 AUTOMATICA (cont.) Studio delle proprietà strutturali dei modelli matematici Teoria dei sistemi Ragg., Contr., Oss., Ric., Stabilità, Grado relativo, Dinamica Zero Ricavare informazioni sul sistema fisico Guida per la scelta della struttura del modello Es: identificazione strutturale Ausilio per il dimensionamento dei sistemi fisici rispetto al compito da svolgere Non molto comune Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Introduzione 16 AUTOMATICA (cont.) Simulazione dei modelli Algoritmi di integrazione (sviluppati in matematica applicata ) Diverse rappresentazioni del modello matematico influenzano la simulazione Condizionamento numerico Interconnessione per la simulazione di modelli complessi Spesso strumentale all identificazione e al controllo Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Introduzione 17 AUTOMATICA (cont.) Progetto e verifica di sistemi di controllo In retroazione, in catena aperta Tempo continui/discreti, ad eventi discreti, ibridi Varie Tecniche Diverse specifiche Prestazioni, robustezza Diverse soluzioni Esempio: tecniche Lineari (classico, ottimo, H ), Non Lineari, Adattative Tecniche di filtraggio e osservazione per la ricostruzione di variabili (stati) non direttamente misurabili Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Introduzione 18 Introduzione 6

7 AUTOMATICA (cont.) Diagnosi dei guasti e riconfigurazione del controllo Relativamente nuova Diagnosi: tramite Osservatori dello stato o identificazione on-line rilevare mutamenti nel sistema da controllare Riconfigurazione: modifica on-line del controllore al fine di garantire (se possibile) il minimo degrado nel funzionamento. sicurezza attiva Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Introduzione 19 AUTOMATICA Nota bene: Il nome automatica è legato all obiettivo principale di realizzare sistemi di controllo in cui l intervento umano è minimizzato Detta anche sistemistica e automatica Mettere in risalto i temi di analisi dei sistemi Modellistica, identificazione, teoria dei sistemi, simulazione Nell automatica si affronta il problema suddetto principalmente in modo matematico Il problema reale viene rimappato in un ambito matematico sufficientemente rappresentativo Diversi livelli di approssimazione Es: divisione in fenomeni primari e del secondo ordine Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Introduzione 20 Automazione vs. Automatica e Ingegneria in genere L'Automazione è un campo dell'ingegneria fortemente interdisciplinare E l insieme di diverse metodologie, sistemi e tecnologie (anche mutuate da altri ambiti) Basi teoriche / metodologiche: Automatica Elaborazione: Elettronica Digitale / Informatica Comunicazione: Elettronica Digitale / Informatica / Telecomunicazioni Acquisizione misure da sensori e apparecchiature di misura: Elettronica di segnale Attuazione: Elettronica di Potenza / Elettrotecnica / Meccanica / Idraulica Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Introduzione 21 Introduzione 7

8 Automazione vs. Automatica e Ingegneria in genere L'Automazione è un campo dell'ingegneria fortemente interdisciplinare Interazione con altre discipline che realizzano i sistemi da automatizzare: Gli impianti da automatizzare possono essere di vario tipo e dimensioni: Robots Macchine automatiche e utensili Industria di processo Industria manifatturiera Industria chimica Alimentatori per acceleratori di particelle Azionamenti elettrici. Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Introduzione 22 Obiettivi del Corso in forma intuitiva Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Introduzione 23 Obiettivi del Corso in forma intuitiva Obiettivo del Corso Fornire le conoscenze di base sulle architetture tecnologiche per la realizzazione di sistemi automatici e di automazione Introdurre di alcune problematiche funzionali tipiche dei sistemi di automazione Controllo logico (o di sequenze) Approfondire alcune tematiche progetti di massima Sapere Saper fare Obiettivo collaterale: mettere in evidenza agli studenti le sinergie con altri settori dell ingegneria dell informazione Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Introduzione 24 Introduzione 8

9 Funzione del Sistema vs. Implementazione / Struttura Fisico-Tecnologica del Sistema Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Introduzione 25 Funzione vs. Implementazione Funzione: di un sistema, di un dispositivo, etc. definisce COSA FA Esempi: Elaborazione di dati: Algoritmo/Automa Controllore: R(s), R(z) Impianti: Modello semplificato per il controllo Motore c.c. Modello a parametri concentrati 1 sl + R k 1 sj + b 1 s k Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Introduzione 26 Funzione vs. Implementazione Implementazione/Struttura fisica-tecnologica: di un sistema, di un dispositivo, etc. definisce COME REALIZZA FISICAMENTE la funzione Esempi: Elaborazione dati Tipo di calcolatore, Tipo di S.O., Linguaggio e procedura SW Controllori HW di elaborazione, etc. Impianti: modello strutturale Motore c.c. Equazioni di Maxwell FEM Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Introduzione 27 Introduzione 9

10 Funzione vs. Implementazione Progettazione funzionale e Implementativa Ingegneria = progettazione e realizzazione di sistemi Ciclo di progetto di un sistema o di parte di esso: Prima progettare la funzione che deve svolgere Poi la sua implementazione/struttura fisica o tecnologica Vincoli sul progetto della funzione: Tecnologie a disposizione per la realizzazione, costi Es: Controlli digitali: ritardo di calcolo, altri esempi? Può essere necessario ciclare tra i due passi Vincoli non noti a priori Comunque partire sempre col primo Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Introduzione 28 Progettazione funzionale e implementativa Vantaggi: Funzione vs. Implementazione dimensionamento ottimo della realizzazione del sistema, anche se ci sono parti già vincolate.. Rimappatura su diversa tecnologia Documentazione / riutilizzabilità Etc. Sembra ovvio? Spesso nel mondo industriale non si fa! Soprattutto nell automazione! Es: Dimensionamento azionamenti elettrici Es: Sistema di controllo Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Introduzione 29 Progettazione funzionale e implementativa Attenzione: Spesso la divisione tra prog. funzionale e implementativa è RICORSIVA Ciò che è implementazione ad un certo livello di analisi può essere ulteriormente suddiviso in funzione ed implementazione ad un livello di analisi più basso Es: Controllore fatto da PC + O.S. + Applicazione di Ctrl A livello di Automazione implementazione Funzione vs. Implementazione A livello Elettronico/Informatico Funzione + Implementazione Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Introduzione 30 Introduzione 10

11 Funzione vs. Implementazione Esempio: Progetto funzionale di un controllo digitale Sp Camp. Controllore Attuatore R(z) Ric. Ka G(S) Sensore Ks Processo I blocchi sono descritti come: guadagni, f.d.t., funzioni matematiche modellazione funzionale Visti in corsi precedenti Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Introduzione 31 Funzione vs. Implementazione Esempio: Approccio progettuale seguito Dato un sistema/processo fisico da controllare Modello funzionale del sistema da controllare Di tipo matematico/logico Progetto del modello funzionale del controllore Tecniche di progetto e verifica simulativa E poi? Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Introduzione 32 Esempio: Approccio seguito - cosa manca? Progetto del modello funzionale del controllore Sistema di controllo fisico Funzione vs. Implementazione In realtà già nel progetto del modello funzionale del controllore si tiene in parte conto dell implementazione fisica Es: controllo tempodiscreto per implementazione digitale GIUSTO!! Es: Controllo già progettato come codice visto che sarà implementato via SW DA EVITARE!!! Poco leggibile Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Introduzione 33 Introduzione 11

12 Esempio: Approccio seguito - cosa manca? (cont d) Operazione finale da funzione di controllo a controllore reale Funzione vs. Implementazione richiede una mappatura da schema funzionale a schema implementativo/tecnologico Tenendo presenti vincoli tecnologici e di costo necessario: Modello/Architettura funzionale generale di riferimento Modello/Architettura implementativo/tecnologico generale di riferimento Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Introduzione 34 Funzione vs. Implementazione Esempio: Approccio seguito - cosa manca? (cont d) Attenzione: spesso loop progettuale tra modello del controllo e realizzazione fisica Limiti del sistema di controllo fisico Tempi di elaborazione vs necessità di campionamento Non idealità del controllo e del Plant non considerate nella modellazione funzionale Tecniche di rapid prototyping per abbreviare i tempi di convergenza del loop progettuale SW in the loop HW in the loop (non è oggetto di questo corso) Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Introduzione 35 Piramide dell Automazione e Controllo Logico Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Introduzione 36 Introduzione 12

13 Piramide dell Automazione Piramide dell Automazione: Rappresentazione (qualitativa) dell architettura funzionale tipica del sistema di controllo per automazione industriale Sistema da controllare: Azienda che fa produzione industriale Modello introdotto in sinergia con ambiti gestionali (CIM) Processo Produttivo Materiali attuatori sensori Materiali Energia informazioni Sistema di Controllo Energia informazioni informazioni Controllore di Azienda Controllori di Stabilimenti Controllori di Macchine/Impianti Controllori di Gruppi Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Introduzione 37 Piramide dell Automazione Piramide dell automazione architettura gerarchica e modulare Ricalca la struttura del sistema da controllare Filosofia solitamente seguita per sistemi di tipo complesso La struttura gerarchica e modulare semplifica la gestione della complessità (soluzione intuitiva) Scomposizione e soluzioni isolate dei sottoproblemi più semplici Riaggregazione Azienda impianto Stabilimento impianto impianto Stabilimento impianto gruppo gruppo gruppo gruppo gruppo gruppo gruppo gruppo la piramide si riproduce ad ogni livello Automazione diversa ai diversi livelli Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Introduzione 38 Piramide dell Automazione PIRAMIDE DELL AUTOMAZIONE: esempio motivante Carico Scarico Giostre per etichettatura di bottiglie a camme elettriche : alcune funzioni di ctrl Ctrl del moto del caricatore Ctrl del moto dell espulsore Ctrl del moto della giostra Giostra Ctrl del moto dei piattelli Ctrl della testa di etichettatura Ctrl di tiro del film di etichettatura Ctrl di taglio (Ctrl temperatura colla) Coordinamento dei moti di giostra/caricatore/espulsore/p Stazione di etichettatura iattelli Orientamento bottiglie con testa di etichettatura (fotocellula) Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Introduzione 39 Introduzione 13

14 Piramide dell Automazione PIRAMIDE DELL AUTOMAZIONE: esempio motivante Giostre per etichettatura di bottiglie a camme elettr. : possibili soluzioni di controllo Tutto in un unico blocco Controllo multivariabile o simili Complesso Non riutilizzabile se cambia anche una sola componente Meglio suddividere in sottoparti (fin quando possibile e conveniente)! Organizzazione delle sottoparti: Tutti allo stesso livello Coordinamento moto diviso nei singoli controlli di moto Ancora scarsa riutilizzabilità, poca indipendenza e chiarezza Organizzazione gerarchica: Funzione di coordinamento separata dai ctrl di moto e gerarchicamente superiore: politica di coordinamento ben individuabile Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Introduzione 40 Piramide dell Automazione PIRAMIDE DELL AUTOMAZIONE: esempio motivante Giostre per etichettatura di bottiglie a camme elettr. : possibili soluzioni di controllo Organizzazione Modulare e Piramidale Dove si è già incontrata una organizzazione simile nei corsi di controlli? Inoltre: tutti i moduli di controllo/coordinamento sono facilmente rappresentabili con una R(s) o R(z)? CONTROLLO LOGICO O DI SEQUENZE Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Introduzione 41 Piramide dell Automazione PIRAMIDE DELL AUTOMAZIONE (PA) Controllore di Azienda Controllori di Stabilimenti Controllori di Macchine/Impianti Controllori di Gruppi Campo (sensori/attuatori) Organizzazione modulare e gerarchica del sistema di controllo In ogni livello: diversi moduli /controllori che si occupano dei diversi sistemi presenti di una data tipologia. I controllori dei livelli superiori vedono come processo fisico il sistema fisico reale più i controllori dei livelli inferiori Il modello processo-sistema di controllo si ripresenta ai diversi livelli (incapsulamento, es: controllo in cascata) L architettura modulare e gerarchica spesso si mappa nell architettura HW Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Introduzione 42 Introduzione 14

15 Piramide dell Automazione Flusso dell informazione nella PA comandi Controllore di Azienda Controllori di Stabilimenti Controllori di Macchine/Impianti Controllori di Gruppi Campo (sensori/attuatori) Misure/dati Comandi e misure (virtuali) Tipicamente verticale (poco orizzontale) Spesso i livelli superiori non misurano/attuano sul sistema fisico vero, ma sui controllori inferiori Specifiche temporali e dimensioni dei dati molto diverse ai diversi livelli Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Introduzione 43 Piramide dell Automazione Flusso dell informazione nella PA Comunicazione fra i vari livelli Ai livelli più elevati: I dati elaborati sono complessi e strutturati La frequenza con cui si acquisiscono le informazioni, si elaborano le strategie e si attuano i comandi non sono stringenti (assenza di vincoli temporali stretti) Ai livelli più bassi I dati elaborati sono semplici La frequenza è elevata (es. acquisizione misure dal campo - sistemi hard real-time) Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Introduzione 44 Piramide dell Automazione Nomenclatura e Grado di Automazione nella PA Gestione (NON / POCO AUTOMATICA) Controllore di Azienda Controllori di Stabilimenti Controllori di Macchine/Impianti Controllori di Gruppi Campo (sensori/attuatori) Supervisione (MISTA) Controllo (AUTOMATICA) Nel Corso: - Focus su Livello di Controllo (elevato grado di automazione ) - Qualche nota anche sul Livello di Supervisione Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Introduzione 45 Introduzione 15

16 Piramide dell Automazione e Controllo Logico Livello di Controllo nella PA Si tratta di sistemi di controllo per i livelli più bassi della piramide Elevato grado di automazione Due tipologie di funzioni di controllo in questo livello: Controllo diretto di variabili temporali (sistemi guidati dal tempo) Vedi Controlli Automatici LA/LB, Sistemi di Controllo Digitale Classico Controllo logico (o di sequenze) Ctrl di e con sistemi modellabili funzionalmente con automi guidati da eventi Similitudine col formalismo delle reti logiche Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Introduzione 46 Piramide dell Automazione e Controllo Logico Livello di Controllo nella PA vs. Automazione Definito con riferimento ad Automazione Industriale Elevate affinità Automazione con gli altri settori dell Automazione Automazione di per Prodotti prodotti industriali Automazione Industriali per sistemi di trasporto Robotica Domotica Automazione Robotica Etc. per mezzi di Automazione Robotica presentano trasportoarchitettura Industriale funzionale di ctrl modulare e gerarchica livelli industriale Automotive più bassi affini al livello di controllo della PA Aerospace Elevato grado di automazione Ctrl di variabili temporali e Ctrl logico Railways in alcuni casi non sono presenti altri livelli Marine Prodotti industriali (es: lavatrice) Domotica soluzioni implementative-tecnologiche possono essere differenti, ma ci sono punti in comune Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Introduzione 47 Controllo logico (o di sequenze) Controllo Logico Detto anche supervisione o gestione delle sequenze operative Affine alle problematiche di gestione e supervisione dei livelli più alti.. però l uso dello stesso nome è fuorviante Esempi: Controllo della sequenza di operazioni che deve compiere un ascensore per passare da un piano ad un altro Controllo delle fasi di lavaggio di una lavatrice Sequenza di lavoro di una macchina automatica: Avvio funzionamento normale arresto Essenzialmente: realizzato con operazioni di logica comb/seq anche complesse Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Introduzione 48 Introduzione 16

17 Controllo logico (o di sequenze) Controllo Logico Lo studio e la formalizzazione di questa tipologia di controllo è recente e ancora allo stato embrionale Sviluppato sia in ambito informatico sia in ambito automatico E ancora molto legato alla pratica dell automazione Apparentemente intuitivo Complessità può esplodere anche in funzione del tipo di rappresentazione Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Introduzione 49 Obiettivi Specifici del Corso Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Introduzione 50 SAPERE Obiettivi Specifici del Corso 1 Fornire conoscenze su tecnologie e metodi per l implementazione di Ctrl Diretti di Variabili Temporali e Ctrl Logici (Livello dei controlli della PA) Architetture, tecnologie e componenti principali Approfondendo: Unità di elaborazione per i controlli tipicamente digitali programmabili cenni a problemi di elaborazione real-time Un particolare tipo di attuatori: Azionamenti Elettrici Sistemi di comunicazione per l automazione focus principale sul livello di controllo Problematiche per realizzazione di sistemi di elaborazione hard-rt distribuiti Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Introduzione 51 Introduzione 17

18 SAPERE Obiettivi Specifici del Corso 2 Fornire conoscenze sulle metodologie di rappresentazione, di progetto funzionale e di implementazione dei controlli logici Implementazione tipicamente SW Metodologia di rappresentazione e progetto funzionale, però, è generale Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Introduzione 52 SAPER FARE Obiettivi Specifici del Corso 1 Eseguire scelte e dimensionamento di azionamenti elettrici per applicazioni date Molto importante nel mondo della realizzazione delle macchine per l industria manifatturiera Attività molto diffusa in Emilia Romagna 2 Progettare Controlli Logici di complessità media con l ausilio di un opportuno CAD Molto importante per le aziende di automazione in genere Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Introduzione 53 NOTA BENE Obiettivi Specifici del Corso Nella trattazione delle architetture e le tecnologie per la realizzazione di Ctrl Logici e Ctrl di Variabili Temporali Focus su: concetti e metodi di valutazione e comprensione di soluzioni tecnologiche No elenco asettico di soluzioni Impossibile elenco esaustivo Concetti validi anche per future evoluzioni Solo qualche esempio utile Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Introduzione 54 Introduzione 18

19 Conoscenze Pregresse Necessarie Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Introduzione 55 Conoscenze Pregresse Necessarie Conoscenze (di base): Controlli Automatici di base Solo concetti fondamentali Calcolatori Elettronici Architettura dei processori Sistemi Operativi Multitasking Schedulazione Reti Informatiche, livelli ISO-OSI, TCP/IP Reti Logiche Elettrotecnica di base Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Introduzione 56 Funzione vs. Implementazione Programma del Corso Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Introduzione 57 Introduzione 19

20 Programma 1. Generalità sulla struttura tecnologica del livello dei controlli Architettura generale di riferimento e componenti Tecnologie usate per le varie parti: caratteristiche e problematiche 2. Piattaforme HW/SW per elaboratori digitali in automazione Piattaforme HW General Purpose e Custom Elaborazione Real-Time per l automazione 3. Controllori Embedded e Controllori Industriali per Automazione Architetture funzionali e tecnologiche tipiche per industria di processo e manifatturiera Approfondimento su PLC 4. Controllo Logico SW per l automazione (impropriamente detto) Standard IEC , CoDeSys Uno strumento di progetto Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Introduzione 58 Programma 5. Azionamenti Elettrici Generalità Tipologie Metodologia di scelta del tipo e della taglia Esercizi 6. Reti Informatiche per l Automazione Specifiche peculiari rispetto a reti informatiche generiche Field-Bus 7. Problematiche e concetti fondamentali per la realizzazione di sistemi di controllo distribuiti con vincoli Hard Real-Time Generalità Temporizzazione Entità Real-Time per la modellazione Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Introduzione 59 Lezioni ed Esercitazioni Ricevimento Studenti Materiale Didattico Modalità d Esame Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Introduzione 60 Introduzione 20

21 Calendario delle Lezioni Dal 12/01/2009 al 13/01/2009 Orario delle Lezioni Lezioni ed Esercitazioni Mercoledì: ore 9-12, aula A4 (Rasi-Spinelli) Giovedì: ore aula A4 (Rasi-Spinelli) Esercitazioni in laboratorio Esercitazioni su pacchetto di progettazione e simulazione per il controllo di sequenze (CoDeSys Suite V2.3.x.x) Esercitazione libere (i.e. non assistite) CoDeSys della 3S-software scaricabile al sito: Versione Demo, Licenza Free Richiesta registrazione pro-forma Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Introduzione 61 Ricevimento Studenti Ricevimento Studenti Per appuntamento da fissare via Presso l ufficio del docente al DEIS di Bologna Disponibile a rispondere a domande formulate per Allo studente valutare se la domanda è gestibile in tal modo o meno Se sono domande di valenza generale: porle durante la lezione Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Introduzione 62 Materiale Didattico Materiale del Corso e Bibliografia Lucidi del Corso Disponibili alla pagina web del docente www-lar.deis.unibo.it/people/atilli/index.html Bibliografia: Bonivento, Gentili, Paoli, Sistemi di automazione industriale architetture e controllo, Mc Graw Hill, 2006 Kopetz, Real-time systems. Design principles for distributed Embedded Applications, Kluver Acc. Pub., 1997 (ultimo argomento del Programma) Ulteriore bibliografia Articoli e materiale scaricabile dal sito web del docente Bonfatti, Monari, Sampieri, IEC Programming Methodology, CJ International, Le Saint Georges, France Chiacchio, Basile, Tecnologie informatiche per l automazione, 2 edizione, Mc Graw Hill Bonometti, Convertitori di potenza e servomotori brushless, Ed. Delfino, Milano Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Introduzione 63 Introduzione 21

22 Prova scritta obbligatoria: Prove d Esame domande brevi sugli argomenti del corso Un esercizio: Scelta (tipo e taglia) di azionamenti elettrici per un dato task di moto Presentazione di un progetto obbligatorio (a gruppi): Modalità d Esame Controllo logico sviluppato in ambiente CoDeSys per un particolare impianto assegnato dal docente Presentazione di gruppo e corredata di breve relazione scritta Prova orale facoltativa: Domande sugli argomenti del corso Non vi sono vincoli di precedenza tra le prove obbligatorie L eventuale prova facoltativa può essere sostenuta solo dopo le due prove obbligatorie Regole dettagliate sulla pagina web del corso A breve Non sono previsti parziali durante lo svolgimento del corso Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Introduzione 64 Laurea Specialistica in Ingegneria Informatica Laurea Specialistica in Ingegneria Elettronica e delle Telecomunicazioni Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Introduzione FINE Ing. Andrea Tilli DEIS - Università di Bologna Tel andrea.tilli@unibo.it Introduzione 22