Sistemi e Tecnologie per l Automazione LS

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Giacomo Papi
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1 Sistemi e Tecnologie per l Automazione LS (Corso da 60 ore, 6CFU) C.D.L. SPECIALISTICA IN INGEGNERIA INFORMATICA C.D.L. SPECIALISTICA IN INGEGNERIA ELETTRONICA E DELLE TELECOMUNICAZIONI SECONDA FACOLTÀ D INGEGNERIA (SEDE DI CESENA) A.A. 2008/09 Docente Ing. Andrea Tilli (ricercatore confermato, corso tenuto a supplenza) andrea.tilli@unibo.it pagina web: Finalità del Corso L'obiettivo del corso è illustrare i principali aspetti ingegneristici e tecnologici connessi con la realizzazione dei moderni sistemi di controllo e di automazione, evidenziando la forte sinergia con gli strumenti messi a disposizione da altre discipline dell Ingegneria dell Informazione (Ingegneria Informatica, Ingegneria Elettronica e Ingegneria delle Telecomunicazioni). Ci si concentra in particolare su sistemi di automazione industriale (ovvero sull automazione di sistemi di produzione industriale) vista la loro elevata diffusione e la validità piuttosto generale dello studio degli stessi rispetto al mondo più ampio dell automazione e dei sistemi di controllo in genere. Gli argomenti trattati sono suddivisibili in due tematiche principali: - architettura e componenti dei sistemi di automazione industriale; - controllo logico di sistemi di automazione. Nell ambito della prima tematica vengono brevemente discusse le architetture realizzative dei sistemi di controllo mappando gli schemi funzionali (simili a quelli visti nei moduli di Controlli Automatici) in schemi tecnologici. Successivamente vengono approfonditi alcuni particolari componenti delle architetture tecnologiche dell automazione industriale al fine di evidenziare la forte interdisciplinarità dell automazione e per fornire criteri di scelta e dimensionamento in funzione dell applicazione considerata. Infine si affronta lo studio di soluzioni di controllo distribuito con specifiche hard-real-time mediante l introduzione di alcuni concetti e metodi di approccio basilari. Nella seconda tematica è introdotto il controllo logico (o di sequenze) di sistemi di automazione, evidenziandone la natura funzionale che potrebbe essere trattata potenzialmente in modo astratto dalle tecnologie implementative. Quindi viene introdotto lo standard IEC per la definizione 1

it pagina web: http://www-lar.deis.unibo.

2 dei linguaggi normalmente usati per la definizione e l implementazione software del controllo logico. Infine viene presentata una procedura generale di approccio alle progettazione del controllo logico. Tramite l utilizzo di un opportuno CAD, sono presentati alcuni esempi agli studenti ai quali viene, in seguito, richiesto di affrontare autonomamente un problema di controllo logico per automazione assegnato dal docente. Propedeuticità E consigliabile aver seguito il Corso di Controlli Automatici LA. E preferibile avere conoscenze di base di Reti Logiche, Calcolatori Elettronici, Sistemi Operativi e Reti Informatiche. Programma Introduzione e concetti fondamentali Definizione di Automazione e Automazione Industriale. Funzione vs. Implementazione. Piramide dell Automazione e Livello dei Controlli. Controllo diretto di variabili temporali e Controllo Logico. Generalità sulla struttura tecnologica per il Livello dei Controlli Architettura generale di riferimento. Tecnologie adottate per le varie parti e problematiche. Piattaforme HW/SW per elaboratori digitali in automazione Piattaforme HW General Purpose e Custom. Microcontrollori e DSP. Concetti fondamentali relativi a sistemi di elaborazione Real-Time per applicazioni di controllo. Controllori Embedded e Controllori Industriali per l Automazione. Differenze tra controllori embedded e controllori industriali. Tipici controllori industriali: PLC e DCS. Architetture funzionali e tecnologiche tipiche per l industria di processo e per l industria manifatturiera basate su controllori industriali. Approfondimenti su PLC. Controllo Logico nell Automazione Gestione delle sequenze operative di macchine e impianti. Perché spesso si parla di Software per l Automazione. Lo standard IEC Una metodologia di approccio alla progettazione del controllo logico. Esempi. Illustrazione di un ambiente CAD (CoDeSys) per la progettazione. Presentazione dei temi su cui eseguire il progetto. Gli Azionamenti Elettrici per l'automazione Caratteristiche generali di un azionamento, tipologie di motori elettrici e tecniche di controllo. 2

Tramite l utilizzo di un opportuno CAD, sono presentati alcuni esempi agli studenti ai quali viene, in seguito, richiesto di affrontare autonomamente un problema di controllo logico per automazione

3 Problematiche relative al controllo del moto. Scelta della tipologia e della taglia di un azionamento. Reti Informatiche per l Automazione Inquadramento rispetto alle reti informatiche standard. Alcune tipologie di field-bus. Problematiche e concetti fondamentali per la realizzazione di sistemi di controllo distribuiti con vincoli hard-real-time Generalità, Problematiche di temporizzazione e tempo globale. Introduzione di entità real-time per la modellazione. Testi Consigliati Materiale fornito dal docente nella pagina web del corso. Bonivento, Gentili, Paoli, "Sistemi di automazione industriale - Architetture e controllo" McGraw-Hill, ISBN (consigliato). Kopetz, "Real time systems Design Principles for Distributed Embedded Applications", Kluwer Academic Publisher (consigliato per l ultima parte del corso). Bonfatti, Monari, Sampieri "IEC Programming Methodology" CJ International (solo per approfondimenti). Modalità d Esame L esame consiste delle seguenti tre prove, le prime due obbligatorie, la terza facoltativa. 1) Esame scritto con domande sui temi del corso e 1 esercizio: - Le domande potranno variare in numero tra 10 e 20 e saranno a risposta breve (si/no e/o con una o due righe al massimo di spiegazione). - L esercizio sarà relativo alla scelta della tipologia e della taglia di azionamenti elettrici per applicazioni di automazione. 2) Presentazione orale del progetto di controllo logico per sistemi di automazione assegnato dal docente (che dovrà essere svolto e presentato a gruppi di non più di tre persone). 3) Esame orale con domande sul programma del corso. L ordine in cui sostenere/superare le prime due prove non è vincolato. Ognuna delle prime due prove si intende superata se viene raggiunta una votazione di almeno 18/30. Per quanto riguarda l esame scritto: - il punteggio massimo conseguibile è 33/30; 3

Problematiche e concetti fondamentali per la realizzazione di sistemi di controllo distribuiti con vincoli hard-real-time Generalità, Problematiche di temporizzazione e tempo globale.

4 - tipicamente ognuna delle domande a risposta breve ha un valore variabile tra 1/30 e 2/30, in caso di risposta errata non vengono attribuiti punteggi negativi; - tipicamente l esercizio avrà un valore complessivo attorno ai 13/30; - la durata dell esame scritto sarà di 3 ore; - il voto maturato dal candidato è quello relativo all ultima prova consegnata (a prescindere dal fatto che sia positivo o negativo); - non vi sono, ovviamente, vincoli o penalizzazioni legate al numero di volte per cui è stata sostenuta la prova. Per quanto riguarda la presentazione del progetto: - il voto massimo conseguibile alla prima presentazione del progetto è 30/30; - nel caso in cui un progetto relativo allo stesso tema venga ripresentato più volte, il voto massimo conseguibile cala di 4 punti rispetto alla presentazione precedente; - il voto maturato dal candidato o dal gruppo di candidati è quello relativo all ultima presentazione effettuata (a prescindere dal fatto che sia positivo o negativo). I voti conseguiti su ciascuna prova rimangono validi per l Anno Accademico in cui la prova è stata sostenuta, salvo situazioni particolari in cui il docente può decidere di estenderne la validità. Un candidato che abbia superato entrambe le prove obbligatorie, senza violare i vincoli di validità temporale suddetti, avrà maturato un voto registrabile pari alla media dei voti delle due prove. Gli arrotondamenti saranno a discrezione del docente. Una volta ottenuto un voto registrabile, il candidato può richiedere di sostenere la terza prova (esame orale). La variazione del voto rispetto al voto registrabile, derivante da questa ulteriore prova, è comunque compresa nel seguente range: [, 25. ] +. Per conseguire la lode il candidato dovrà avere un voto finale maggiore uguale di 31/30. Regole per la formazione/scioglimento dei gruppi e per l assegnazione del progetto da eseguire I gruppi possono essere costituiti al massimo da 3 studenti (ovviamente ciascun studente può appartenere ad un solo gruppo). Un gruppo (anche se formato da un solo studente) è costituito nel momento in cui la sua composizione viene comunicata al docente. Il docente durante le lezioni chiederà agli studenti di formare e comunicargli i gruppi. Chi non dovesse seguire questa procedura (es. studenti non frequentanti) potrà comunicare via la costituzione del gruppo. Il docente risponderà alla comunicazione di costituzione di un gruppo assegnando il progetto da eseguire e aggiornando l elenco dei gruppi e dei progetti assegnati, presente sulla pagina web del Corso. 4

positivo o negativo); - non vi sono, ovviamente, vincoli o penalizzazioni legate al numero di volte per cui è stata sostenuta la prova.

5 Nel caso un gruppo desiderasse dividersi in più gruppi, il progetto assegnato a ciascuno dei nuovi gruppi è automaticamente quello del gruppo originario. Il fatto deve essere in ogni caso comunicato al docente via . Non è consentita l aggregazione di gruppi, salvo casi molto particolari valutati del docente. Un gruppo può chiedere di cambiare progetto solo dopo che ha superato la presentazione dello stesso. Questa opzione può essere sfruttata per riportare il punteggio massimo conseguibile a 30/30 (cfr. Modalità d Esame). Tesi di Laurea Sono disponibili tesi di laurea con svolgimento presso il Laboratorio di Automazione e Robotica (LAR) del DEIS di Bologna, presso il Centro di Ricerca sui Sistemi Automatici Complessi (CASY) sempre del DEIS di Bologna e/o presso laboratori di industrie. 5

Un gruppo può chiedere di cambiare progetto solo dopo che ha superato la presentazione dello stesso. Questa opzione può essere sfruttata per riportare il punteggio massimo conseguibile a 30/30 (cfr.

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