collana di istruzione scientifica serie di automatica

Transcript

1 collana di istruzione scientifica serie di automatica _Chiacchio_interno.indd 1 20/03/

2 Al lettore La realizzazione di un libro comporta costi variabili (carta, stampa e legatura) e costi fissi, cioè indipendenti dal numero di copie stampate (traduzione, preparazione degli originali, redazione, composizione, impaginazione). I fotocopiatori possono contenere il prezzo perché, oltre a non pagare i diritti d autore, non hanno costi fissi. Ogni fotocopia, d altra parte, riducendo il numero di copie vendute dall editore, aumenta l incidenza dei costi fissi a copia e costringe l editore ad aumentare il prezzo; questo naturalmente fornisce un ulteriore incentivo a fotocopiare. Se questo circolo vizioso non verrà spezzato, arriveremo al punto in cui gli editori non avranno più convenienza economica a realizzare libri di testo per l università. In quel momento non ci saranno più neppure fotocopie. L editore _Chiacchio_interno.indd 2 20/03/

3 Pasquale Chiacchio Francesco Basile Tecnologie informatiche per l automazione Seconda edizione McGraw-Hill Milano New York San Francisco Washington D.C. Auckland Bogotá Lisboa London Madrid Mexico City Montreal New Delhi San Juan Singapore Sydney Tokyo Toronto _Chiacchio_interno.indd 3 20/03/

4 Copyright 2004, 1996 The McGraw-Hill Companies, S.r.l. Publishing Group Italia via Ripamonti Milano McGraw-Hill A Division of The McGraw-Hill Companies I diritti di traduzione, di riproduzione, di memorizzazione elettronica e di adattamento totale e parziale con qualsiasi mezzo (compresi i microfilm e le copie fotostatiche) sono riservati per tutti i Paesi. Nomi e marchi citati nel testo sono generalmente depositati o registrati dalle rispettive case produttrici. Editor: Paolo Roncoroni Produzione: Donatella Giuliani Realizzazione editoriale: Oldoni Prestampa S.r.l. Grafica di copertina: G&G Realizzazione print on demand: Ilovebooks, Fara Gera d Adda (Bergamo) Stampa: Prontostampa, Fara Gera d Adda (Bergamo) ISBN Printed in Italy _Chiacchio_interno.indd 4 20/03/

5 Indice Prefazione IX Introduzione 1 PARTE I PROGRAMMAZIONE DEI DISPOSITIVI DI CONTROLLO 11 Capitolo 1 Variabili e tipi di variabili 13 Capitolo 2 Linguaggi di programmazione Testo strutturato Linguaggio a contatti Diagramma a blocchi funzionali Lista istruzioni 27 Capitolo 3 Unità di organizzazione della programmazione Le funzioni I blocchi funzionali I programmi I compiti Le risorse La configurazione 48 Capitolo 4 Diagramma funzionale sequenziale La fase La transizione Gli archi orientati Le azioni Regole di evoluzione _Chiacchio_interno.indd 5 20/03/

6 VI Indice 4.6 Strutture classiche di programmazione Vantaggi del Sequential Functional Chart nel progetto del controllo Esempi di programmazione in Sequential Functional Chart Il carrello automatico Il sistema di irrigazione Il trapano automatico Il distributore automatico di bibite L accesso al parcheggio Il carroponte a elettrocalamita Il sistema semaforico 79 Capitolo 5 Esempi di programmazione Controllo sistema di illuminazione Sistema di nastri trasportatori Sistema di nastri trasportatori e girello automatico 94 PARTE II DISPOSITIVI PER IL CONTROLLO 99 Capitolo 6 Requisiti di un dispositivo per il controllo 101 Capitolo 7 Controllori per applicazioni generiche Controllori monolitici Controllori con architettura a bus Controllori basati su personal computer 110 Capitolo 8 Il controllore a logica programmabile Cenni storici PLC e sistema PLC Il modulo processore I moduli di ingresso/uscita Il modulo alimentatore L armadio Il terminale di programmazione I moduli speciali Classificazione dei PLC Linguaggi di programmazione 124 Capitolo 9 Controllori specializzati Controllori di macchine a controllo numerico Regolatori PID industriali Controllori per motori elettrici _Chiacchio_interno.indd 6 20/03/

7 Indice VII PARTE III CONTROLLO DISTRIBUITO 131 Capitolo 10 Produzione integrata tramite elaboratori 133 Capitolo 11 Reti per l automazione Il modello OSI La topologia Il mezzo di trasmissione Il metodo di accesso Standard per i livelli OSI Integrazione tra reti Reti per l automazione Il protocollo MAP Reti di campo ASI Seriplex InterBus-S Reti basate sul bus CAN (DeviceNet e SDS) Foundation Fieldbus Profibus 153 Capitolo 12 Sistemi per il controllo di supervisione e l acquisizione dati Base dati di processo Modulo di comunicazione Interfaccia uomo-macchina Gestione allarmi Gestione ricette Tendenze e rapporti Supporto alla manutenzione Sistema esperto Controllo statistico di processo Linguaggi di programmazione Architetture hardware Considerazioni finali 167 Capitolo 13 Sistemi per l esecuzione della produzione (MES) e sistemi di controllo distribuito (DCS) I sistemi MES I sistemi DCS 171 PARTE IV PROGETTAZIONE DEI SISTEMI DI CONTROLLO 173 Capitolo 14 Sviluppo dei sistemi di controllo Ciclo di sviluppo del software applicativo _Chiacchio_interno.indd 7 20/03/

8 VIII Indice 14.2 Ciclo di sviluppo complessivo Conduzione di un sistema automatizzato 180 Capitolo 15 Esempi di architetture di controllo Criteri di scelta per un architettura di controllo Centralina di controllo di un motore a scoppio Comando motori asincroni Impianto per il trattamento di acque Controllo di un robot industriale Controllo di un robot per applicazioni spaziali Cella presse robotizzata Gestione di una galleria del vento Controllo di un magazzino automatico 189 Capitolo 16 Metodologie per la progettazione del controllo logico/sequenziale I sistemi a eventi discreti Gli automi a stati come strumento di modello Le reti di Petri come strumento di modello Specifiche per il controllo supervisivo Sintesi del supervisore Progetto di un supervisore monolitico per un automa a stati finiti Progetto di un supervisore per reti di Petri Esempio di sintesi del supervisore Problematiche di realizzazione del supervisore 225 Appendice A Traduzione del Sequential Functional Chart ed elementi innovativi 231 A.1 Equazioni booleane equivalenti 232 A.2 Algoritmo di evoluzione 233 A.3 Codifica dell algoritmo di evoluzione 235 A.4 Esempi di traduzione di SFC in linguaggio a contatti 238 A.4.1 Il carrello automatico 238 A.4.2 Il sistema di irrigazione 240 A.4.3 Il trapano automatico 245 A.4.4 Il distributore automatico di bibite 247 A.4.5 L accesso al parcheggio 249 A.4.6 Il carroponte a elettrocalamita 250 A.4.7 Il sistema semaforico 252 A.5 Le macroazioni 255 Appendice B Implementazione di supervisori 262 B.1 Algoritmo di evoluzione del supervisore 262 B.2 Codifica dell algoritmo di evoluzione 264 B.2.1 Codifica di un supervisore modellato ad automi 264 B.2.2 Codifica di un supervisore modellato a rete di Petri _Chiacchio_interno.indd 8 20/03/

9 Prefazione Stiamo vivendo in un epoca in cui a causa dello strabiliante progresso della tecnologia si è resa indispensabile, per la comunità tecnica e scientifica, la costruzione di una base comune di conoscenze che sia il più possibile completa e aggiornata. Questo volume vuole essere il nostro modesto contributo al raggiungimento di questo obiettivo nel campo dell ingegneria e delle tecnologie dei sistemi di controllo, a partire dall esperienza da noi acquisita nello svolgimento di corsi universitari e di formazione professionale, nonché nell attività di ricerca applicata e di base in questo ambito. Oggigiorno le tecnologie informatiche hanno assunto un ruolo determinante anche nei sistemi di controllo e di automazione. Che cos è un controllore a logica programmabile? Come lo si programma? Come si connettono dei dispositivi di controllo in rete informatica? Che cos è un sistema SCADA? Che cosa si intende per controllo supervisivo di un sistema di automazione industriale? Queste sono alcune delle domande cui un tecnico che intenda occuparsi di controllo automatico o di automazione deve saper dare una risposta. Ebbene, rispondere a queste domande, e a molte altre, è proprio l obiettivo che ci siamo posti nello scrivere questo libro. Inoltre, chi si trova a operare nel mondo del controllo automatico e dell automazione industriale si deve spesso confrontare con strane sigle, con informazioni ridondanti e spesso inutili, con cataloghi e letteratura tecnica in cui si usano nomi diversi per definire le stesse cose, con forzature pubblicitarie. Questo libro si concentra invece su quello che è necessario conoscere, avendo l ambizione di poter servire come riferimento per chi in quel mondo deve muoversi e operare. Il libro si rivolge principalmente a studenti universitari e di corsi di formazione professionale, ma è stato concepito in modo da poter essere di ausilio a tutti coloro che vogliano, o debbano, comprendere gli argomenti che vi sono trattati. Allo scopo, è stato ridotto al minimo, quando possibile, l utilizzo di strumenti matematici e di concetti complessi, in modo da rendere il testo accessibile a chiunque ab _Chiacchio_interno.indd 9 20/03/

10 X Prefazione bia un minimo di istruzione tecnica superiore. Si è inoltre evitato volutamente ogni riferimento a prodotti commerciali, affinché l esposizione degli argomenti non dipendesse in alcun modo da particolari dispositivi o prodotti software. Dedichiamo il nostro sforzo alle nostre famiglie. Pasquale Chiacchio Francesco Basile _Chiacchio_interno.indd 10 20/03/