Sistemi e Tecnologie per l'automazione M BANDO PER PROGETTI "SPECIALI" A SCELTA Regolamento: Per essere ammessi al bando relativo ai progetti speciali (svolti da un gruppo di massimo 3 persone) occorre presentare un breve documento (PROPOSAL) strutturato nelle seguenti sezioni: 1. titolo e abstract del progetto (max 10 righe) 2. tematiche che verranno approfondite (max 10 righe) 3. collegamento con gli (presentati a lezioni e presenti sui riferimenti suggeriti dal docente) (max 15 righe) 4. breve descrizione del "piano di lavoro" del progetto (max 1 pagina) I proposal devono essere inviati entro Sabato 3 Novembre via e mail agli indirizzi di posta elettronica della commissione che giudicherà i proposal stessi, ovvero: Ing. Dario Mengoli: dario.mengoli@gmail.com Ing. Roberto Naldi: roberto.naldi@unibo.it I proposals saranno giudicati in base all'aderenza delle idee alle metodologie viste a lezione, al contributo innovativo, alla solidità del piano di lavoro proposto. I vincitori dovranno svolgere il progetto presentato nel piano di lavoro approvato e realizzare una presentazione e una breve relazione per divulgare i risultati ottenuti e le metodologie impiegate. La presentazione verrà prima approvata e quindi illustrata ai colleghi durante le lezioni il giorno 7 Dicembre 2012. Per aiutare a partecipare al bando, vengono di seguito proposte 3 tesine esempio su argomenti ritenuti interessanti per il corso. E' consigliato prendere spunto dagli argomenti elencati, che possono fornire una possibile base di partenza su cui individuare con maggiori dettagli il contributo della propria proposta. per svolgere questo tipo di tesina è necessaria una interazione costante con il docente ed eventualmente con altri ricercatori esperti sulle tematiche scelte (si deve essere indipendenti ma non "open loop" perchè il risultato della tesina deve essere utile a tutto il corso). Pertanto nell'ultima settimana è necessario iterare con la commissione (vedi sopra) affinché sia possibile presentare i risultati e lo studio eseguito durante la lezione del 7 Dicembre 2012.
Prima tipologia: Argomento: Architettura "general purpose" per la prototipazione rapida di algoritmi di controllo in ambiente Matlab / Simulink. Implementazione di leggi di controllo di tipo R(z) e controllori di sequenze su una architettura "general purpose" realizzata utilizzando l'ambiente Matlab / Simulink e un microcontrollore (es. Arduino) in grado di fornire le capacità necessarie di I/O per interfacciarsi a semplici sensori ed attuatori (es. prossimità, bottoni, encoder). Il microcontrollore può per esempio leggere un certo numero di contatti con un certo tempo di scansione (oppure eventtriggered) e trasmettere le letture al controllore (Simulink) che esegue in realtime implementando la funzione di controllo specifica. La tesina può anche focalizzarsi sullo studio di come implementare in particolare controllori di sequenza in ambiente Matlab / Simulink (argomento non visto in corsi precedenti e durante le lezioni), utilizzando Toolbox esistenti oppure implementando una semplice libreria per l'implementazione di macchine a stati (ispirato per esempio ad SFC). Lo scopo non è quindi realizzare una particolare funzione ma creare un ambiente per sviluppare rapidamente e testare funzioni di controllo. Il progetto consentirà quindi di ottenere un sistema per la prototipazione rapida di funzioni di controllo espandendo l'ambiente Matlab / Simulink con capacità di I/O adatte alla prototipazione di applicazioni reali (es. piccoli robots per il laboratorio, etc.) Matlab / Simulink, implementazione di controlli di sequenze in ambiente Simulink, toolbox per utilizzo di Matlab / Simulink per applicazioni "real time" (in realtà non si tratterebbe di un vero hard real time), microcontrollori, interfacciamento dei microcontrollori con ambiente Matlab / Simulink, prototipazione rapida,... E' possibile anche implementare su questa architettura un semplice esempio (ad esempio si può assumere che un set di ingressi digitali sia collegato ai comandi dell'ascensore mentre un altro ingresso digitale può leggere virtualmente l'uscita della fotocellula...) Mapping del progetto funzionale su architettura tecnologica, controllo di sequenze, microcontrollori, sintesi di funzioni di controllo (in particolare controllo di sequenze) ovviamente il piano di lavoro deve focalizzarsi solo su alcuni aspetti, poiché potenzialmente l'argomento è molto vasto e complesso. Si intende che l'obiettivo principale è studiare bene il problema in relazione alle soluzioni e metodologie proposte durante il corso, e non arrivare necessariamente ad una soluzione funzionante (forse impossibile visto il tempo limitato...)!
Seconda Tipologia: Argomento: Realizzazione di un prototipo di PLC su architettura hardware / software opensource (Arduino oppure RTAI / Xenomai). Si vuole realizzare un sistema in grado di eseguire operazioni di logica combinatoria e sequenziale in maniera simile ad un PLC, ma utilizzando come architettura hardware / software una piattaforma aperta e potenzialmente a basso costo. L'idea di base è di implementare su ambiente real time il modello di esecuzione del PLC in modo tale da poter eseguire delle funzioni del tipo controllo di sequenze (ciò è possibile anche su un microcontrollore come ad esempio Arduino). A tal proposito, per rendere il sistema simile al vero PLC, occorre poter eseguire funzioni che possono essere scritte con i linguaggi di programmazione tipici del PLC (visti a lezione). Purtroppo Codesys non permette di esportare facilmente il codice relativo ad un certo controllo di sequenze (bisogna acquistare una licenza...), pertanto la tesina prevede anche lo studio (preliminare) di soluzioni alternative. Come esempio si suggerisce il progetto Beremiz http://www.beremiz.org/, che aspira a realizzare un ambiente open source molto potente che permetterebbe anche di esportare codice C/C++ gratuitamente. Quindi da un lato si può affrontare lo studio di sistemi quali Arduino PC con ambiente real time (RTAI o Xenomai) sui quali si può implementare il modello di esecuzione desiderato. Dall'altro lato si possono studiare e provare ad utilizzare ambienti open source (come Beremiz) per comprenderne le principali differenze rispetto a Codesys e le potenzialità in relazione allo sviluppo di un sistema PLC aperto (notare che questo è anche uno degli obiettivi di Beremiz!). Ovviamente la tesina deve aspirare ad una analisi preliminare. modello di esecuzione, PLC, S.O. real time, microcontrollori (Arduino), IEC 61131 3, Codesys, Beremiz,... sistemi operativi real time, controllo di sequenze, microcontrollori, IEC 61131 3, Codesys,... ovviamente il piano di lavoro deve focalizzarsi solo su alcuni aspetti, poiché potenzialmente l'argomento è molto vasto e complesso. Si intende che l'obiettivo principale è studiare bene il problema in relazione alle soluzioni e metodologie proposte durante il corso, e non arrivare necessariamente ad una soluzione funzionante (forse impossibile visto il tempo limitato...)!
Terza Tipologia: Programmazione concorrente in ambiente RTAI / Xenomai per applicazioni di controllo. Argomento: Studio di alcuni sistemi operativi real time basati su Linux (in particolare RTAI e / o Xenomai) e implementazione delle politiche di scheduling viste a lezione (anche preemptive come RMPO ed EDF). Studio del modello di esecuzione e delle caratteristiche che rendono questi sistemi operativi adatti all'esecuzione di task hard real time. Mapping di un modello funzionale (R(z) e controlli di sequenze) su attività da eseguire e loro schedulazione su ambiente real time. Eventualmente si può integrare il progetto con l analisi e il set up di strumenti di cross compilazione o toolchain per facilitare l utilizzo di architetture hardware differenti (es. ARM). scheduling di task periodici di tipo trasformazionale (cyclic executive, EDF, RMPO,FIFO...), oppure reattive mappate su pseudo trasformazionali cicliche, studio di sistemi operativi real time basati su Linux, studio di architetture diverse da x86, analisi e studio della letteratura sui sistemi operativi real time,... sistemi operativi real time, modelli di esecuzione, algoritmi di scheduling, elaboratori digitali per applicazioni di controllo,... ovviamente il piano di lavoro deve focalizzarsi solo su alcuni aspetti, poichè potenzialmente l'argomento è molto vasto e complesso. In questa tesina, utilizzando gli ambienti messi a disposizione, è sicuramente possibile arrivare ad algoritmi funzionanti che possono eseguire semplici task di controllo.
Linee guida e materiale disponibile per svolgere le tesine Linee guida: L'attività tipica relativa a questo tipo di progetto può essere schematizzata nei seguenti punti: 1) studio bibliografico 2) progetto funzionale 3) progetto tecnologico 4) documentazione e materiale per divulgare le conoscenze acquisite / problemi affrontati / soluzioni proposte al fine della presentazione finale In generale è opportuno mantenere la complessità del progetto tecnologico molto bassa per concentrarsi anche sulla parte più di metodo (bibliografia, progetto funzionale,...). Occorre inoltre non perdere di vista l'obiettivo finale relativo alla divulgazione dei risultati, ovvero realizzare una presentazione necessaria e una breve relazione di qualche pagina necessarie anche per sostenere l'esame! Bibliografia: I riferimenti verranno suggeriti durante la prima settimana di tesina. Dovranno essere poi integrati con materiale raccolto dagli stessi autori delle tesine. La ricerca bibliografica è infatti una parte molto importante della tesina per poter conoscere bene il problema e confrontare le proprie idee con soluzioni già note in letteratura. Materiale elettronico e software: (molto altro materiale è reperibile in rete) Materiale: Tipologia in cui può essere utile: Arduino MEGA 2560 tesina 1 e 2 breadboard (per collegare facilmente ad Arduino tesina 1 interruttori e sensori), cavi per connessioni rapide, interruttori, encoder o altri sensori direttamente interfacciabili ad Arduino Live CD RTAI oppure immagine VMware RTAI tesina 2 e tesina 3 Raspberry PI con Xenomai (ARM) tesina 2 e tesina 3 Beagleboard XM con Xenomai (ARM) tesina 2 e tesina 3 Altro materiale elettronico può essere messo a disposizione a richiesta.