SISTEMI PER L INDUSTRIA E PLC 21/01/19 Teoria, 30minuti, Minimo 4 punti su 12 di Programmazione

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1 Teoria, 30minuti, Minimo 4 punti su 12 di Programmazione Nome Matricola TEORIA 1) Si descriva il ciclo di scansione di un PLC e a perché sono utili le immagini di processo degli ingressi e delle uscite (3 punti) 2) Illustrare le tipologie di moduli dei PLC e come sia possibile, all interno di uno stesso PLC, distinguere due moduli identici tra loro e connessi alla stessa CPU (3 punti).... 3) Dato un sensore di umidità relativa (RH) con uscita tra 1V (10%) e 2V (90%) acquisito con un modulo di ingressi analogici a 12 bit tra 0 e 10V, si scriva l equazione che permette di ricavare il valore di RH a partire dalla lettura del numero N. Si dica quale numero si leggerebbe in corrispondenza di RH=50% e la risoluzione della stima di RH.(3 punti) 4) I relè erano vantaggiosi rispetto ad un PLC per quanto riguarda (2 punti) a) semplicità d uso b) velocità c) ingombro 5) I timer. Hanno una linea di Reset, oltre agli ingressi IN e PT: (2 punti) a) TON b) TOF c) TONR 6) La memoria di un PLC è organizzata (2 punti) a) a byte b) a word c) a double word 7) Un azionamento è classificabile come: (2 punti) a) un sensore b) un attuatore c) uno SCADA 8) I segnali abilitanti. (2 punti) a) sono cablati NA verso il controllore b) sono cablati NC verso il controllore c) sono cablati NA se attivi sul fronte e NC se attivi sul livello 9) OPC permette: (2 punti) a) interfaccia standard tra le applicazioni b) standardizzazione nei linguaggi di programmazione del PLC c) standardizzazione nei bus di campo

2 Minimo 4 punti su 12 su Programmazione Nome Matricola Programmazione, ES 1 (30 minuti) Scrivere su carta un programma che piloti un motore Q0.0 in modalità JOG e Start-Stop mediante i pulsanti Start (I0.0, NA), Stop (I0.1, NC), Jog (NA, I0.2) e il selettore a due uscite Sel_Jog (I0.7, NA) e Sel_SS (I0.6, NA) (2 punti). Indicare gli interblocchi di sicurezza che dovrebbero essere inseriti (1 punto) commentandone l utilità.

3 Il sistema di imbottigliamento di profumo deve funzionare nel modo seguente: In presenza di ABIL, se viene premuto lo START, si avvia il ciclo di lavorazione K accendendo il MOTORE_RULLO che fa avanzare le bottiglie di profumo. Alla presenza del SENSORE di PROSSIMITA viene spento il MOTORE_RULLO e per 2 secondi viene attivato il POSIZIONAMENTO_FINE della bottiglia alla fine del quale viene aperta la VALVOLA del liquore. La VALVOLA del liquore viene richiusa quando interviene il SENSORE_LIVELLO e comunque entro 4 secondi dall istante di apertura. Se è intervenuto il SENSORE_LIVELLO, si procede con l INSERZIONE_TAPPO per 1 secondo e quindi si attiva NASTRO_LATERALE per 2 secondi per lo spostamento fuori linea del prodotto finito e ci si rimette in attesa del prossimo START; se invece VALVOLA è stata chiusa dopo 4s allora si attiva la procedura di DIAGNOSTICA e si attende il segnale DIAGNOSTICA_OK e ci si rimette in attesa del prossimo START In assenza di ABIL il ciclo torna nello stato iniziale, a meno che il segnale ABIL non venga a mancare durante il periodo di apertura della VALVOLA, nel qual caso si chiude immediatamente la VALVOLA, si accende l uscita CRITICITA e si attiva la procedura di DIAGNOSTICA, attendendo poi il segnale DIAGNOSTICA_OK per rimettersi in attesa del prossimo START. 1) Disegnare la macchina a stati (1 punto) 2) Realizzare il programma (ingressi e uscite come da tabella) PROGR_BASE (4 punti) 3) Si modifichi il programma in modo che, durante il tempo di apertura VALVOLA, sia possibile sospendere il processo (chiudere temporaneamente la valvola e fermare il calcolo dei 4 secondi di massimo tempo di apertura) all attivarsi del segnale CONTROLLO_QUALITA. PROGR_1 (2 punti) 4) Si faccia in modo che, se sono state eseguite 2 operazioni di diagnostica consecutive, quando si riceve il segnale DIAGNOSTICA_OK la seconda volta, si attivi la SIRENA per 3 secondi e si attenda il CONSENSO_OK dell operatore prima di tornare in attesa del prossimo Start. PROGR_2 (2 punti) Nome Collegamento Polarità Filtro START I0.0 NA 500ms SENSORE_PROSSIMITA I0.1 NC 100ms SENSORE_LIVELLO I0.2 NC 100ms DIAGNOSTICA_OK I0.3 NA 200ms CONSENSO_OK I0.4 NA 500ms CONSTROLLO_QUALITA I0.5 NA 100ms ABIL I0.7 NA 1s MOTORE_RULLO Q0.0 POSIZIONAMENTO_FINE Q0.1 VALVOLA Q0.2 INSERZIONE_TAPPO Q0.3 NASTRO_LATERALE Q0.4 DIAGNOSTICA Q0.5 SIRENA Q0.6 CRITICITA Q0.7

4 Soluzione 1) Si descriva il ciclo di scansione di un PLC e a perché sono utili le immagini di processo degli ingressi e delle uscite (3 punti) Il ciclo di scansione di un PLC viene eseguito dal firmware residente nel PLC e fornito dal costruttore e comprende una serie di operazioni svolte dal PLC in modo ciclico asincrono. Il PLC: legge gli ingressi fisici e ne memorizza lo stato in apposite variabili (Immagini di processo degli ingressi), esegue il programma scritto dall utente (ciclo k), comunica con altri dispositivi (controllori, PC, etc.), esegue l autodiagnostica e infine scrive sulle uscite fisiche il valore delle Immagini di processo delle uscite opportunamente modificate dal programma applicativo, quindi ricomincia un nuovo ciclo. Il tempo di ogni ciclo dipende da tanti fattori, inclusa la durata del programma applicativo che può variare da ciclo a ciclo; le fasi Comunica e Autodiagnostica hanno un limite di durata in modo che il ciclo di scansione non impieghi un tempo eccessivo (tipicamente limitato tra 0,1ms e 20ms) Il programma applicativo non ha accesso immediato alle uscite fisiche e agli ingressi fisici, ma accede a variabili di memoria dedicate dette Immagini di processo. Le immagini di processo degli ingressi sono utili perché il ciclo k programma scritto dall utente opera a ingressi stabili, facilitando il debug del software. Le immagini di processo delle uscite sincronizzano le uscite, che quindi non possono presentare impulsi di durata inferiore a 0,1ms, e permettono a sottoprogrammi che agiscono sulla stessa uscita di avere una priorità (l ultimo ad essere eseguito ha priorità sugli altri. 2) Illustrare le tipologie di moduli dei PLC e come sia possibile, all interno di uno stesso PLC, distinguere due moduli identici tra loro e connessi alla stessa CPU (3 punti) I PLC hanno struttura modulare nel senso che l hardware viene configurato connettendo una o più CPU con uno o più moduli periferici. I moduli periferici possono essere di tipo generico (ingressi digitali, uscite digitali, ingressi analogici, uscite analogiche) o possono essere moduli dedicati all interfaccia di specifici sensori (moduli termocoppia, moduli encoder, ) o moduli intelligenti (controllo di posizionamenti su 1 o più assi, moduli di comunicazione, ). I moduli comunicano con la CPU attraverso immagini di processo, quindi scambio dati con variabili in comune. L indirizzo del modulo corrisponde all indirizzo delle immagini di processo utilizzate dalla CPU per comunicare con quel modulo. Per evitare la programmazione dell indirizzo modulo per modulo, i moduli hanno indirizzo geografico e quindi l indirizzo delle immagini di processo con le quali quel particolare modulo comunica sono fisse e note a priori a seconda della posizione del modulo, ossia dalla distanza fisica dalla CPU. 3) Dato un sensore di umidità relativa (RH) con uscita tra 1V (10%) e 2V (90%) acquisito con un modulo di ingressi analogici a 12 bit tra 0 e 10V, si scriva l equazione che permette di ricavare il valore di RH a partire dalla lettura del numero N. Si dica quale numero si leggerebbe in corrispondenza di RH=50% e la risoluzione della stima di RH.(3 punti) Le due relazioni di proporzionalità diretta sono: N = 4096*Vin/10V (Vin-1V):(2V-1V) = (RH-10%):(90%-10%) Esprimendo la seconda in p.u. si ha Vin = 1 + (RH-10%)/80% = 1 + (RH-0,1)/0,8 Sostituendo Vin dalla prima relazione si ha N = 409, (RH-0,1) E quindi, invertendo la formula, <RH> = 0,1 + (N-409,6)/512 In corrispondenza di RH = 50% = 0,5 (in p.u.) si avrebbe N = 409, (0,5-0,1) = 409,6+204,8 = 614,4 = 614 La risoluzione della stima di RH è pari alla più piccola variazione di RH percepibile. d<rh> / dn = 1/512 e dato che dn,min=1 allora d<rh>,min = 1/512 = 0,00195 pari a circa 0,2% 4) I relè erano vantaggiosi rispetto ad un PLC per quanto riguarda (2 punti) a) semplicità d uso b) velocità c) ingombro 5) I timer. Hanno una linea di Reset, oltre agli ingressi IN e PT: (2 punti) a) TON b) TOF c) TONR 6) La memoria di un PLC è organizzata (2 punti) a) a byte b) a word c) a double word 7) Un azionamento è classificabile come: (2 punti) a) un sensore b) un attuatore c) uno SCADA 8) I segnali abilitanti. (2 punti) a) sono cablati NA verso il controllore b) sono cablati NC verso il controllore c) sono cablati NA se attivi sul fronte e NC se attivi sul livello 9) OPC permette: (2 punti) a) interfaccia standard tra le applicazioni b) standardizzazione nei linguaggi di programmazione del PLC c) standardizzazione nei bus di campo

5 Minimo 4 punti su 12 su Programmazione Nome Matricola Programmazione, ES 1 (30 minuti) Scrivere su carta un programma che piloti un motore Q0.0 in modalità JOG e Start-Stop mediante i pulsanti Start (I0.0, NA), Stop (I0.1, NC), Jog (NA, I0.2) e il selettore a due uscite Sel_Jog (I0.7, NA) e Sel_SS (I0.6, NA) (2 punti). Indicare gli interblocchi di sicurezza che dovrebbero essere inseriti (1 punto) commentandone l utilità. Gli interblocchi inseriti sono due: uno bilaterale per il selettore, per cui si considera Sel_jog attivo solo in assenza di Sel_SS e viceversa, e uno unilaterale che inibisce lo Start in presenza dello Stop.

6 Soluzione esercizio 2 Il sistema di imbottigliamento di profumo deve funzionare nel modo seguente: In presenza di ABIL, se viene premuto lo START, si avvia il ciclo di lavorazione K accendendo il MOTORE_RULLO che fa avanzare le bottiglie di profumo. Alla presenza del SENSORE di PROSSIMITA viene spento il MOTORE_RULLO e per 2 secondi viene attivato il POSIZIONAMENTO_FINE della bottiglia alla fine del quale viene aperta la VALVOLA del liquore. La VALVOLA del liquore viene richiusa quando interviene il SENSORE_LIVELLO e comunque entro 4 secondi dall istante di apertura. Se è intervenuto il SENSORE_LIVELLO, si procede con l INSERZIONE_TAPPO per 1 secondo e quindi si attiva NASTRO_LATERALE per 2 secondi per lo spostamento fuori linea del prodotto finito e ci si rimette in attesa del prossimo START; se invece VALVOLA è stata chiusa dopo 4s allora si attiva la procedura di DIAGNOSTICA e si attende il segnale DIAGNOSTICA_OK e ci si rimette in attesa del prossimo START In assenza di ABIL il ciclo torna nello stato iniziale, a meno che il segnale ABIL non venga a mancare durante il periodo di apertura della VALVOLA, nel qual caso si chiude immediatamente la VALVOLA, si accende l uscita CRITICITA e si attiva la procedura di DIAGNOSTICA, attendendo poi il segnale DIAGNOSTICA_OK per rimettersi in attesa del prossimo START. 1) Disegnare la macchina a stati (1 punto) 2) Realizzare il programma (ingressi e uscite come da tabella) PROGR_BASE (4 punti) 3) Si modifichi il programma in modo che, durante il tempo di apertura VALVOLA, sia possibile sospendere il processo (chiudere temporaneamente la valvola e fermare il calcolo dei 4 secondi di massimo tempo di apertura) all attivarsi del segnale CONTROLLO_QUALITA. PROGR_1 (2 punti) 4) Si faccia in modo che, se sono state eseguite 2 operazioni di diagnostica consecutive, quando si riceve il segnale DIAGNOSTICA_OK la seconda volta, si attivi la SIRENA per 3 secondi e si attenda il CONSENSO_OK dell operatore prima di tornare in attesa del prossimo Start. PROGR_2 (2 punti) Nome Collegamento Polarità Filtro START I0.0 NA 500ms SENSORE_PROSSIMITA I0.1 NC 100ms SENSORE_LIVELLO I0.2 NC 100ms DIAGNOSTICA_OK I0.3 NA 200ms CONSENSO_OK I0.4 NA 500ms CONSTROLLO_QUALITA I0.5 NA 100ms ABIL I0.7 NA 1s MOTORE_RULLO Q0.0 POSIZIONAMENTO_FINE Q0.1 VALVOLA Q0.2 INSERZIONE_TAPPO Q0.3 NASTRO_LATERALE Q0.4 DIAGNOSTICA Q0.5 SIRENA Q0.6 CRITICITA Q0.7 Abil_N & Stato<>3 START I0.0 1 Sens_Pross I s 2 2s 5 1s Sens liv I0.2 3 Abil_N Consenso_ok I0.4 Diag_ok I0.3 &cont<=1 4 4s 6 9 3s 6 sempre 8 Diag_ok I0.3 &cont>1