Corso di Automazione industriale

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1 Corso di Automazione industriale Lezione 1 Introduzione Università degli Studi di Bergamo, Automazione Industriale, A.A. 2016/2017, A. L. Cologni 1

2 Cosa facciamo Corso integrato di automazione industriale e elettronica industriale (12 crediti ) Modulo di AUTOMAZIONE INDUSTRIALE (6 crediti) + Corso di automazione industriale (6 crediti ) Università degli Studi di Bergamo, Automazione Industriale, A.A. 2016/2017, A. L. Cologni 2

3 Chi sono Alberto Luigi Cologni Collaboratore UniBG (gruppo automatica) Tel Parte teorica + esercizi Università degli Studi di Bergamo, Automazione Industriale, A.A. 2016/2017, A. L. Cologni 3

4 Chi mi aiuterà Yamuna Maccarana Dottoranda UniBG (gruppo automatica) Tel Attività pratiche in laboratorio Università degli Studi di Bergamo, Automazione Industriale, A.A. 2016/2017, A. L. Cologni 4

5 Orari del corso Mercoledì Aula 20 Ed. B 10:30 12:30 Solo in caso di necessità Venerdì Aula 17 Ed. B (o Aula 6 Ed. A per la parte pratica) 14:00 17:00 14:00 16:15; 16:30 18:00 Università degli Studi di Bergamo, Automazione Industriale, A.A. 2016/2017, A. L. Cologni 5

6 Esame Esame scritto: Punti 0 30 Attività di laboratorio: Punti 0 3 if (Esame >=18) { Esame passato Voto totale = Scritto + Laboratorio if (Voto totale >=32) { Voto finale = 30 e lode } else { Voto finale = min(voto totale, 30) } } else { Esame non passato } N.B.1: non vorrei che molti si iscrivessero senza venire all appello, mi riservo quindi la facoltà di non accettare iscrizioni di persone che erano iscritte ma non si sono presentate all appello precedente N.B.2: gli studenti del C.I., per registrare devono iscriversi all appello «integrato», il voto finale sarà la media dei due moduli Università degli Studi di Bergamo, Automazione Industriale, A.A. 2016/2017, A. L. Cologni 6

7 Tesi Abbiamo a disposizione diverse tesi (triennali e specialistiche) La disponibilità cambia in base alle attività attualmente in corso in laboratorio. Per maggiori informazioni fate riferimento a: Prof. Fabio Previdi [email protected] Chiedete l amicizia a CAL UniBG Profilo Facebook del gruppo! Università degli Studi di Bergamo, Automazione Industriale, A.A. 2016/2017, A. L. Cologni 7

8 Argomenti Introduzione all automazione industriale PLC Introduzione Linguaggi della IEC Ladder SFC ST Macchine utensili e controllo numerico Introduzione Programmazione CNC Modellistica per l automazione Introduzione Reti di Petri Introduzione Proprietà Esempi / esercizi Università degli Studi di Bergamo, Automazione Industriale, A.A. 2016/2017, A. L. Cologni 8

9 Introduzione all automazione industriale Università degli Studi di Bergamo, Automazione Industriale, A.A. 2016/2017, A. L. Cologni 9

10 Cos è l automazione (Garzanti) L introduzione di processi produttivi meccanici, specialmente guidati da sistemi elettronici, in cui l intervento manuale dell uomo è ridotto al minimo (Treccani) Impiego di un insieme di mezzi e procedimenti tecnici che, agendo opportunamente su particolari congegni o dispositivi, assicurano lo svolgimento automatico di un determinato processo, il funzionamento automatico di un impianto industriale, di un servizio pubblico, ecc.; Università degli Studi di Bergamo, Automazione Industriale, A.A. 2016/2017, A. L. Cologni 10

11 Perché Automatizzare consente di: Ridurre i tempi / costi Aumentare i volumi di produzione Aumentare la qualità del prodotto (o comunque standardizzarla) Aumentare la flessibilità degli impianti Produrre JIT Migliorare la qualità del lavoro (a discapito del numero di operatori) Università degli Studi di Bergamo, Automazione Industriale, A.A. 2016/2017, A. L. Cologni 11

12 Un video dice più di mille parole Università degli Studi di Bergamo, Automazione Industriale, A.A. 2016/2017, A. L. Cologni 12

13 Un video dice più di mille parole Università degli Studi di Bergamo, Automazione Industriale, A.A. 2016/2017, A. L. Cologni 13

14 Un video dice più di mille parole Università degli Studi di Bergamo, Automazione Industriale, A.A. 2016/2017, A. L. Cologni 14

15 Un video dice più di mille parole Università degli Studi di Bergamo, Automazione Industriale, A.A. 2016/2017, A. L. Cologni 15

16 Un video dice più di mille parole Università degli Studi di Bergamo, Automazione Industriale, A.A. 2016/2017, A. L. Cologni 16

17 Schema concettuale Macchina Software Università degli Studi di Bergamo, Automazione Industriale, A.A. 2016/2017, A. L. Cologni 17

18 Evoluzione Prima generazione di controllori (1950) Costruiti di fatto in logica cablata (relè, bobine, temporizzatori, ecc ) Lenti nell elaborazione Non flessibili Università degli Studi di Bergamo, Automazione Industriale, A.A. 2016/2017, A. L. Cologni 18

19 Evoluzione Seconda generazione di controllori (1960) Passaggio ai semiconduttori Aumento di prestazioni Aumento di costi Flessibilità ancora ridotta (non programmabilità) Università degli Studi di Bergamo, Automazione Industriale, A.A. 2016/2017, A. L. Cologni 19

20 Evoluzione Terza generazione di controllori (1960) Sistemi a microprocessore Programmabilità Nascita del PLC (Allen Bradley ) Standard industriale dalla metà degli anni 70 Università degli Studi di Bergamo, Automazione Industriale, A.A. 2016/2017, A. L. Cologni 20

21 Evoluzione PLC per ogni cosa Controllo centralizzato (fino agli anni 80) PLC Output PLC Input PLC Impianto Università degli Studi di Bergamo, Automazione Industriale, A.A. 2016/2017, A. L. Cologni 21

22 Evoluzione Prime soluzioni scalabili Reti proprietarie Real-Time: bus di campo (fino agli anni 90) PLC Output PLC Input PLC Sensori Impianto Attuatori Università degli Studi di Bergamo, Automazione Industriale, A.A. 2016/2017, A. L. Cologni 22

23 Evoluzione Integrazione con il livello superiore (supervisione, ) Reti Real-Time su Ethernet (dal 2000) Fabbrica PLC Ethernet Protocollo ethernet RT Sensori Impianto Attuatori Università degli Studi di Bergamo, Automazione Industriale, A.A. 2016/2017, A. L. Cologni 23

24 Esempio di architettura attuale (B&R) Università degli Studi di Bergamo, Automazione Industriale, A.A. 2016/2017, A. L. Cologni 24

25 Esempio di architettura attuale (Siemens) Università degli Studi di Bergamo, Automazione Industriale, A.A. 2016/2017, A. L. Cologni 25

26 Interazione Automazione - Gestione Impianto 1 Impianto 2 Ethernet PLC 1 PLC 2 Controllo macchina Automazione di fabbrica ERP MES SCADA Enterprise Resource Planning Manufacturing Execution System Supervisory Control And Data Acquisition Università degli Studi di Bergamo, Automazione Industriale, A.A. 2016/2017, A. L. Cologni 26

27 Interazione Automazione - Gestione Enterprise Resource Planning (Pianificazione delle risorse di impresa) E il sistema informativo aziendale, comprende: Contabilità Controllo di gestione Gestione Personale Acquisti Magazzini Produzione Distribuzione / Vendite Università degli Studi di Bergamo, Automazione Industriale, A.A. 2016/2017, A. L. Cologni 27

28 Interazione Automazione - Gestione Manufacturing Execution System (Pianificazione delle risorse di impresa) E un software che consente di: Monitorare Produzione Avanzamento ordini Tempi di produzione Versamenti magazzino Università degli Studi di Bergamo, Automazione Industriale, A.A. 2016/2017, A. L. Cologni 28

29 Interazione Automazione - Gestione SCADA (Controllo di supervisione e acquisizione dati) E il sistema di controllo e monitoraggio della linea (solitamente anche Human Machine Interface). E costituito da: Monitoraggio Comandi linea Acquisizione dati Analisi dati Gestione allarmi Per maggiori info Università degli Studi di Bergamo, Automazione Industriale, A.A. 2016/2017, A. L. Cologni 29

30 Interazione Automazione - Impianto Schema concettuale Controllo logico PLC Programmable Logic Controller Pianificazione del moto CNC Computer Numerical Control Controllo modulante Inverter / Attuatori / Impianto Università degli Studi di Bergamo, Automazione Industriale, A.A. 2016/2017, A. L. Cologni 30

31 Interazione Automazione - Impianto Osservazioni Un PLC può essere usato per più di una macchina oppure più PLC possono essere usati per una macchina Le funzionalità CNC possono essere integrate nel PLC o in inverter multi-asse In molti casi il CNC non viene utilizzato (se i movimenti non devono essere cambiati in base alla lavorazione) Può accadere (cosa comune in piccoli impianti) che nel PLC venga effettuato anche il controllo modulante Università degli Studi di Bergamo, Automazione Industriale, A.A. 2016/2017, A. L. Cologni 31

32 Tipologie di controllo Controllo modulante Continuo Azioni di controllo continue Modellistica dinamica continua (equazioni differenziali, alle differenze) Ad eventi Controllo logico Azioni di controllo discrete Modellistica dinamica discreta (automi a stati finiti, reti di Petri) Corsi di Fondamenti di Automatica e Controllo Digitale Corso di Automazione Industriale Università degli Studi di Bergamo, Automazione Industriale, A.A. 2016/2017, A. L. Cologni 32

33 Esempio di sistema w in t Ingressi w in t w out t (non regolabile) A w out t h t Uscite h t Modello A dh t dt = w in t w out t Università degli Studi di Bergamo, Automazione Industriale, A.A. 2016/2017, A. L. Cologni 33

34 Esempio di sistema Definita h 0 t l altezza desiderata Controllo modulante Ipotizzando w in t espressa in % è possibile scrivere l equazione w in t = f h t, h 0 t In questo caso G s = 1 A s, quindi (per chi ha fatto Fondamenti) R s = K p consente di avere errore limitato a transitorio esaurito Università degli Studi di Bergamo, Automazione Industriale, A.A. 2016/2017, A. L. Cologni 34

35 Esempio di sistema Controllo logico Ipotizzando w in t espressa come due stati ON e OFF Possiamo indicare due valori di h che rappresentano il limite inferiore e superiore di livello: h min e h max la cui media è h 0 Un semplice controllo potrebbe essere: if (h(t)>=h_max) { w_in(t) = OFF; } if (h(t)<=h_min) { w_in(t) = ON; } Università degli Studi di Bergamo, Automazione Industriale, A.A. 2016/2017, A. L. Cologni 35

36 w out (t) [m 3 /s] w in (t) [m 3 /s] h(t) [m] Esempio di sistema Risultati controllo modulante Rif. 0 Mis Tempo [s] Università degli Studi di Bergamo, Automazione Industriale, A.A. 2016/2017, A. L. Cologni 36

37 w out (t) [m 3 /s] w in (t) [m 3 /s] h(t) [m] Esempio di sistema Risultati controllo logico Rif. Mis Tempo [s] Università degli Studi di Bergamo, Automazione Industriale, A.A. 2016/2017, A. L. Cologni 37

38 Esempio di sistema Controllo logico Questo controllo può essere anche rappresentato con un automa a stati finiti: h h max 1 w in t = ON 2 w in t = OFF h h min Università degli Studi di Bergamo, Automazione Industriale, A.A. 2016/2017, A. L. Cologni 38

39 Automi a stati finiti Un automa a stati finiti (con ingresso e uscita) è una sestupla (U, X, Y, f,, h,, x 0 ), dove: U = u 1, u 2, u 3, è l insieme degli eventi in ingresso X = x 1, x 2, x 3, è l insieme finito degli stati Y è l insieme finito delle uscite f, : X U X è la funzione di transizione h, : X U Y è la funzione di aggiornamento dell uscita x 0 è lo stato iniziale Università degli Studi di Bergamo, Automazione Industriale, A.A. 2016/2017, A. L. Cologni 39

40 Automi a stati finiti Considerando l esempio precedente: h h max 1 w in t = ON 2 w in t = OFF h h min U = h h max, h h min X = 1,2 Y = ON, OFF x 0 = 1 Università degli Studi di Bergamo, Automazione Industriale, A.A. 2016/2017, A. L. Cologni 40

41 Automi a stati finiti Considerando l esempio precedente: h h max 1 w in t = ON 2 w in t = OFF h h min f, : X U X h h max h h min Università degli Studi di Bergamo, Automazione Industriale, A.A. 2016/2017, A. L. Cologni 41

42 Automi a stati finiti Considerando l esempio precedente: h h max 1 w in t = ON 2 w in t = OFF h h min h, : X U Y h h max h h min 1 OFF ON 2 OFF ON Università degli Studi di Bergamo, Automazione Industriale, A.A. 2016/2017, A. L. Cologni 42

43 Automi a stati finiti Osservazioni E possibile aggiornare l uscita anche durante la transizione Non tutti gli ingressi fanno evolvere lo stato La descrizione tabulare e quella a «grafo» si equivalgono Esistono dei tool che consentono di implementare in maniera semplice automi a stati finiti Simulink Stateflow Scilab Hybrid Automata Module Università degli Studi di Bergamo, Automazione Industriale, A.A. 2016/2017, A. L. Cologni 43

44 Esempio di automa a stati finiti R1 M1 R3 Le attività sono: Carico M1 con R1 Lavorazione Scarico M1 con R3 Università degli Studi di Bergamo, Automazione Industriale, A.A. 2016/2017, A. L. Cologni 44

45 Esempio di automa a stati finiti U = Start, R1 finish, M1 finish, R3 finish Y = R1 start, M1 start, R3 start La linea si avvia quando Start = 1 e termina il funzionamento quando R3 finish = 1 Università degli Studi di Bergamo, Automazione Industriale, A.A. 2016/2017, A. L. Cologni 45

46 Esempio di automa a stati finiti 1 Attesa Start == 1 R1 start = 1 2 Caricamento M1 R3 finish == 1 R3 start = 0 R1 finish == 1 M1 start = 1; R1 start = 0 4 Scaricamento M1 M1 finish == 1 R3 start = 1; M1 start = 0 3 Lavorazione Università degli Studi di Bergamo, Automazione Industriale, A.A. 2016/2017, A. L. Cologni 46

47 Esempio di automa a stati finiti Rappresentazione alternativa Start == 1 R1 finish == 1 M1 finish == 1 R3 finish == 1 Y R1 start = M1 start = 1; R1 start = 0 R3 start = 1; M1 start = R3 start = 0 Università degli Studi di Bergamo, Automazione Industriale, A.A. 2016/2017, A. L. Cologni 47

48 Esempio di automa a stati finiti Osservazioni In questo caso h, : X U Y non è presente perché non vengono variate le uscite a fronte della presenza in uno stato (l uscita viene solo variata durante la transizione) Abbiamo esteso f, : X U X come f, : X U X, Y per comprendere la variazione delle uscite in fase di transizione N.B.: Questa trattazione non è da considerarsi rigorosa dal punto di vista matematico. Nel nostro caso è semplicemente un metodo per descrivere il funzionamento di un sistema Università degli Studi di Bergamo, Automazione Industriale, A.A. 2016/2017, A. L. Cologni 48