SISTEMI E AUTOMAZIONE: esempi di domande e esercizi per III prova esame di stato

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Carmelo Toscano
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SISTEMI E AUTOMAZIONE: esempi di domande e esercizi per III prova esame di stato Automazione industriale 1- Disegnare lo schema di un semplice alimentatore di tensione continua da 24 volt mettendo in

digitali ed analogici di un PLC e quando si utilizzano 4- Spiegare la differenza tra un ingresso analogico a 8 bit ed uno a 16 bit e i vantaggi della seconda soluzione 5- Disegnare lo schema

Controllo di livello 1- Spiegare le differenze tra un controllo di processo ad anello aperto ed uno ad anello chiuso 2- Come si calcola la velocità di uscita da un serbatoio pieno di acqua con

3- Spiegare qual è l effetto sulla velocità di uscita da un serbatoio di una valvola regolatrice con Kv noto 4- Disegnare lo schema a blocchi di un controllo di livello di tipo ON-OFF 5- Disegnare lo

un serbatoio cilindrico con Abase=3 dm2 e Atubo di scarico = 0,785 cm2 sapendo che il livello dell acqua è di 100 mm, Kv= 12 e l altezza del tubo di scarico è di 170 mm.

1 SISTEMI E AUTOMAZIONE: esempi di domande e esercizi per III prova esame di stato Automazione industriale 1- Disegnare lo schema di un semplice alimentatore di tensione continua da 24 volt mettendo in evidenza i vari blocchi e l andamento della tensione nel tempo in ogni blocco 2- Disegnare lo schema a blocchi di un PLC e spiegare brevemente i vari componenti 3- Spiegare la differenze fra ingressi digitali ed analogici di un PLC e quando si utilizzano 4- Spiegare la differenza tra un ingresso analogico a 8 bit ed uno a 16 bit e i vantaggi della seconda soluzione 5- Disegnare lo schema semplificato di un controllo di processo tramite PLC / PC. Controllo di livello 1- Spiegare le differenze tra un controllo di processo ad anello aperto ed uno ad anello chiuso 2- Come si calcola la velocità di uscita da un serbatoio pieno di acqua con Bernoulli? 3- Spiegare qual è l effetto sulla velocità di uscita da un serbatoio di una valvola regolatrice con Kv noto 4- Disegnare lo schema a blocchi di un controllo di livello di tipo ON-OFF 5- Disegnare lo schema semplificato del controllo di livello presente nel laboratorio e ricavare il modello matematico che esprime la variazione di livello nel tempo 6- Calcolare la velocità di uscita dell acqua da un serbatoio cilindrico con Abase=3 dm2 e Atubo di scarico = 0,785 cm2 sapendo che il livello dell acqua è di 100 mm, Kv= 12 e l altezza del tubo di scarico è di 170 mm. 7- Spiegare che tipo di sensore e di attuatore si utilizza in controllo di livello di tipo PI. 8- Descrivere quali sensori / trasduttori di livello conosci e come funzionano. 9- Ricavare il modello matematico di un sistema termico che deve essere mantenuto ad una temperatura di set point tramite la fornitura di una potenza elettrica. 10- Spiegare come si effettua la simulazione numerica di un controllo di livello tramite EXCEL mettendo in evidenza la tabella con le grandezze che devono essere calcolate nel tempo. 11- Spiegare come si realizza l integrazione numerica dell errore in EXCEL (controllo integrale). Qual è l influenza dell intervallo di tempo nell integrazione numerica? 1

Controllo di temperatura 1- Come si calcola la potenza (watt) quantità di calore (joule) che attraversa la parete di un serbatoio con Tinterna > Testerna 2- Come si calcola la resistenza termica di

2 Controllo di temperatura 1- Come si calcola la potenza (watt) quantità di calore (joule) che attraversa la parete di un serbatoio con Tinterna > Testerna 2- Come si calcola la resistenza termica di una parete costituita da strati di materiale diversi. Spiegare l analogia elettrica. 3- Descrivere brevemente i sensori di temperatura e il loro campo di funzionamento 4- Descrivere il funzionamento di un sensore PT100 e lo schema elettrico tipico di impiego 5- Disegnare lo schema elettrico per convertire la variazione di resistenza di una PT100 in una variazione di tensione mettendo in evidenza i valori tipici delle resistenze in gioco. 6- Disegnare lo schema a blocchi di un controllo di temperatura di tipo ON-OFF, il diagramma temporale della temperatura e spiegare la logica del controllore. 7- Disegnare lo schema a blocchi di un controllo di temperatura di tipo PI, il diagramma temporale della temperatura e spiegare la logica del controllore. 8- Disegnare e spiegare lo schema elettrico con transistor BJT per il controllo ON-OFF di temperatura 9- Disegnare e spiegare lo schema elettrico con TRIAC per il controllo proporzionale di temperatura 10- Calcolare la dispersione di calore di un serbatoio di 80 litri con temperatura interna 60 C, area=0,5 m2 trasmittanza termica U= 0,6 w/m2k. Disegnare lo schema di un boiler elettrico a serpentina. 11- Calcolare l area di scambio termico di uno scambiatore di calore in c.c alimentato da una caldaia (Tci=80 c e Tcu= 60 c) che deve portare una massa di acqua fredda (Tfi=10 c) ad una temperatura di 45 C. Assumere come trasmittanza acqua-acqua U= 1000 w/m2 k. 12- Ricavare il modello matematico di un sistema termico che deve essere mantenuto ad una temperatura di Set Point tramite la fornitura di calore in forma di potenza elettrica. 13- Spiegare come si effettua la simulazione numerica di un controllo di temperatura tramite EXCEL mettendo in evidenza la tabella con le grandezze che devono essere calcolate nel tempo. 14- Spiegare come si realizza l integrazione numerica dell errore in EXCEL (controllo di tipo I = integrale ). Qual è l influenza dell intervallo di tempo nell integrazione numerica 2

Sensori 1. Descrivere il funzionamento di un trasduttore di forza e ricavare il legame fra la forza applicata e la variazione resistenza elettrica fornita dal sensore 2.

3 Sensori 1. Descrivere il funzionamento di un trasduttore di forza e ricavare il legame fra la forza applicata e la variazione resistenza elettrica fornita dal sensore 2. Si può utilizzare un trasduttore di forza (estensimetro) per una misura di livello di un serbatoio? Come? 3. Disegnare lo schema elettrico tipico di impiego di un trasduttore di forza 4. Quali sono i trasduttori di posizione che conosci. Spiegarne brevemente uno. 5. Descrivere il funzionamento di un encoder ottico di tipo assoluto ed evidenziare la differenza con uno relativo 6. Descrivere quali sono i vantaggi di un encoder ottico assoluto con codifica della posizione a 16 bit rispetto ad uno a 8 bit. Fare un esempio numerico. 7. Che tipo di traduttore si utilizza per misurare la velocità angolare di un albero rotante? Su quale principio si basa il suo funzionamento? 3

Disegnare lo schema di un robot complanare di tipo RRP (SCARA) e ricavare la posizione finale dell end effector con la cinematica diretta 4.

4 Robotica 1. Definire che cos è un robot e quali sono le parti principali di cui è costituito 2. Disegnare lo schema di massima di un robot evidenziando la struttura di controllo ad anello chiuso 3. Disegnare lo schema di un robot complanare di tipo RRP (SCARA) e ricavare la posizione finale dell end effector con la cinematica diretta 4. Disegnare lo schema di un robot complanare di tipo RRP (SCARA) e ricavare la posizione finale dell end effector con la cinematica inversa 5. Dimensionare la ventosa (end effector) di un robot SCARA che deve sollevare un pezzo di 2 kg 6. Dimensionare la pinza (end effector) di un robot SCARA che deve sollevare un pezzo cilindrico (diametro 2 cm) di massa pari a 0,5 kg 4

7. Spiegare quando è preferibile impiegare ventose pneumatiche al posto delle pinze e qual è la formula di massima per il loro dimensionamento. 8.

Scrivere il programma x un robot SCARA che deve spostare assemblare il pezzo indicato in figura utilizzando la cinematica diretta sia per gli spostamenti sul piano x-y che i movimenti verticali. 10.

5 7. Spiegare quando è preferibile impiegare ventose pneumatiche al posto delle pinze e qual è la formula di massima per il loro dimensionamento. 8. Indicare le principali istruzioni di programmazione di un robot SCARA e spiegarne il significato 9. Scrivere il programma x un robot SCARA che deve spostare assemblare il pezzo indicato in figura utilizzando la cinematica diretta sia per gli spostamenti sul piano x-y che i movimenti verticali. 10. Spiegare qual è il vantaggio dell utilizzo dei cicli nella programmazione dei robot e fare un esempio 11. Disegnare il GRAFCET dell automatismo (stazione di Pick & Place) indicato in figura. 12. Descrivere le parti principali di un robot antropomorfo e descrivere i pro e i contro rispetto ad uno SCARA. 13. Ricavare la finale dell end effector con la cinematica diretta di un robot antropomorfo 14. Ricavare la finale dell end effector con la cinematica inversa di un robot antropomorfo 15. Descrivere lo schema di un controllo di visione per il riconoscimento di forma e posizione di pezzi meccanici 5

6 PROVA DI SISTEMI STUDENTE Rispendere alle seguenti domande in modo conciso e mirato 1- Come si calcola la resistenza termica di una parete costituita da strati di materiale diversi. Descrivere con formule l analogia elettrica. 2- Descrivere il funzionamento di un sensore PT100 e lo schema elettrico tipico di impiego 3- Calcolare l area di scambio termico di uno scambiatore di calore in c.c alimentato da una caldaia (Tci=80 c e Tcu= 65 c) che deve portare una massa di acqua fredda (Tfi=10 c) ad una temperatura di 50 C. Assumere come trasmittanza acqua-acqua U= 600 w/m2 k. 4- Ricavare il modello matematico di un sistema termico che deve essere mantenuto ad una temperatura di Set Point tramite la fornitura di calore in forma di potenza elettrica. 5- Spiegare come si effettua la simulazione numerica di un controllo di temperatura tramite EXCEL mettendo in evidenza la tabella con le grandezze che devono essere calcolate nel tempo. 6

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