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TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLOCONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE
MODALITÀ DI INTERCONNESSIONE E DI PROGRAMMAZIONE
ALESSANDRO DE CARLIANNO ACCADEMICO 2006-07
Dipartimento diInformatica e Sistemistica
ALGORITMO DI CONTROLLO
ATTUATORESISTEMA DA
CONTROLLARE
DISPOSITIVODI MISURA
ANDAMENTODESIDERATODELLA VARIABILE CONTROLLATA
VARIABILECONTROLLATA
VARIABILE DI COMANDO
VARIABILE DI FORZAMENTO
DISTURBI
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA CONTROLLATO ELEMENTARE
TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLO
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INTERFACCIACOMUNICAZIONE
INTERFACCIACONTROLLO
ELEMENTI HARDWARE
SISTEMA DACONTROLLARE
ALGORITMO DI CONTROLLO
HARDWARE INFORMATICOSOFTWARE PER IL CONTROLLO
DISPOSITIVODI MISURA
ATTUATORE
ALGORITMODI
CONTROLLOATTUATORE
SISTEMADA
CONTROLLARE
DISPOSITIVODI MISURA
ANDAMENTODESIDERATODELLA VARIABILE CONTROLLATA
VARIABILECONTROLLATA
VARIABILE DI COMANDO
VARIABILE DI FORZAMENTO
DISTURBI
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA CONTROLLATO ELEMENTARE
TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLO
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ELEMENTI HARDWARE
SISTEMA DACONTROLLARE
HARDWARE INFORMATICOSOFTWARE PER IL CONTROLLO
DISPOSITIVODI MISURA
ALGORITMODI CONTROLLO
ATTUATORE
FLUSSO DI ENERGIA NECESSARIO PER RENDERE OPERATIVA L’AZIONE DI CONTROLLO
FLUSSO DI INFORMAZIONI FINALIZZATO ALLA DETER-MINAZIONE DELL’ENTITÀ DELL’AZIONE DI CONTROLLO
FLUSSO DI INFORMAZIONI FINALIZZATO ALLA DETERMINAZIONE DEI CONSENSI NECESSARI RENDERE OPERATIVA L’AZIONE DI CONTROLLO
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA CONTROLLATO 4
TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLO
FLUSSO DI ENERGIA
DIMENSIONAMENTO DEL SISTEMA DA CONTROLLARE E DEGLI ATTUATORI
VALORE NOMINALECAMPO DI ESCURSIONE
FLUSSO DI INFORMAZIONIUTILIZZATE PER LEVARIABILI DI CONSENSO
VARIABILI COINVOLTE INTERNE ED ESTERNE AL SISTEMA DA CONTROLLARE
LOGICA DECISIONALE
FLUSSO DI INFORMAZIONIUTILIZZATE PER LEVARIABILI DI INTERVENTO
VARIABILI NECESSARIE PER RENDERE OPERATIVA L’AZIONE DI CONTROLLO
RUOLO DELLE VARIABILI DI CONSENSO
TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLO
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COMANDI DIATTIVAZIONE VARIABILI
DI CONSENSO
MISURADELLE VARIABILI
INTERNE ED ESTERNE
VARIABILIDI INTERVENTO
FUNZIONALITÀ
QUALITÀDELLE
PRESTAZIONI
MODALITÀDI CONTROLLO
CLASSIFICAZIONE DELLE VARIABILI UTILIZZATE PER IL CONTROLLO
TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLO
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VARIABILI DI CONSENSO
MODALITÀ DI COORDINAMENTO
VARIABILI DI COMANDO
MODALITÀ DI INTERVENTO SULL’ATTUATORE COLLEGATO AL SISTEMA DA CONTROLLARE
VARIABILI CONTROLLATE
ANALISI DELLE VARIABILI CONTROLLATE FINALIZZATA ALLA INDIVIDUAZIONE DELLE CONDIZIONI DI FUNZIONAMENTO DEL SISTEMA CONTROLLATO
VARIABILI INTERNE
DISTURBI PREVEDIBILIBILI E/O CASUALI
UTILIZZATE PER IL COORDINAMENTO DELLE AZIONI DI CONTROLLO CON IL VERIFICARSI DI EVENTI
ANDAMENTO DELLE VARIABILI IN UN SISTEMA CONTROLLATO ELEMENTARE
TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLO
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ALGORITMO DECISIONALE FINALIZZATO ALL’APPLICAZIONE DELLA VARIABILE DI COMANDO
VARIABILE DI COMANDO
ANDAMENTO DELLE VARIA-BILI UTILIZZATE PER IL CONTROLLO DI TIPO CONTINUO
ANDAMENTO DELLA VARIA-BILE DI CONSENSO ALLA APPLICAZIONE DELLA VARIABILE DI COMANDO
VARIABILE CONTROLLATA
ANDAMENTO DELLE VARIA-BILI DI CONSENSO
ANALISI DELL’ANDAMENTO DELLE VARIABILI CONTROLLATE
TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLO
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ESCUSIONE PERICOLOSA
ESCUSIONE ABNORME
ESCUSIONE ENTRO I LIMITI FISSATI DALLE SPECIFICHE
VALORE NOMINALE
SEGNALAZIONE ALLARME
SEGNALAZIONE FUNZIONAMENTO ANOMALO
tempo
ANALISI DELL’ANDAMENTO DELLE VARIABILI CONTROLLATE
TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLO
9
y1
y5
y4
y3 y2
y6
y1,…, y6 VARIABILI CONTROLLATE
y1n
y2ny3n
y4n
y5n y6n
VALORE NOMINALE
CONDIZIONI NOMINALI DI FUNZIONAMENTO
CONDIZIONI ATTUALI DI FUNZIONAMENTO
CONDIZIONI DI FUNZIONAMENTOENTO LE SPECIFICHE
SISTEMI CONTROLLATI
TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLO
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SISTEMA CONTROLLATO COMPLESSO
SISTEMA CONTROLLATO ELEMENTARE
SERVOMECCANISMO
STRUTTURA:
• CARICO INERZIALE
• ATTRITO VISCOSO LINEARE
• MOTORE E AMPLIFICATORE DI POTENZA
• POTENZIOMETRO O TACHIMETRO
• DISPOSITIVO DI CONTROLLO
• MODALITÀ DI CONTROLLO (RETE DI CORREZIONE)
? ? ? ?
SISTEMI CONTROLLATI COMPLESSI
TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLO
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INDUSTRIA DI PROCESSO
INDUSTRIA MANIFATTURIERA
RETI DI DISTRIBUZIONE
PROVVEDE ALLA TRASFORMAZIONE CHIMICO-FISICA DELLE MATERIE PRIME, ALLA PRODUZIONE DI MATERIALI E DI SERVIZI DI BASE
PROVVEDE ALLA MODIFICA DI FORMA E DI FOGGIA DI ALCUNE MATE-RIE PRIME, ALLA PRODUZIONE DI BENI STRUMENTALI, ALLA REALIZ-ZAZIONE DI PRODOTTI OTTENUTI METTENDO INSIEME COMPONENTI DI VARIO DI TIPO
PROVVEDE AL TRASPORTO E ALLA DISTRIBUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA, GAS, ACQUA, CALORE NONCHÉ ALLA GESTIONE DEL TRAFFICO
APPLICAZIONE AD EDIFICI CIVILI E INDUSTRIALIPROVVEDE ALLA GESTIONE DELLE RETI LOCALI DI DISTRIBUZIONE, ALLA SICUREZZA DELLE PERSONE E DELLE STRUTTURE, AL RICONOSCIMENTO DELLE PERSONE, ECCETERA
12TIPO DI COMUNICAZIONE TRA PLC
MPI (MULTI POINT INTERFACE)
MPI È ADATTO A RETI DI PICCOLE DIMENSIONI, A LIVELLO DI CAMPO E DI CELLA
PER COMUNICARE, LA SOTTORETE MPI USA L’INTERFACCIA MPI DELLA SCHEDA DEL PROCESSORE CENTRALE
L’INTERFACCIA È STATA PROGETTATA COME INTERFACCIA DI PROGRAMMAZIONE E RAGGIUNGE I PROPRI LIMITI VELOCEMENTE AL CRESCERE DELLE RICHIESTE DI COMUNICAZIONE
UN PC PUÒ ACCEDERE AD UNA SOTTORETE MPI ATTRAVERSO UNA SCHEDA MPI
SI POSSONO UTILIZZARE PROCESSORI PER LA COMUNICAZIONE CHE FORNISCONO L’ACCESSO AL PROFIBUS
PROFIBUS (PROCESS FIELD BUS)
IL PROFIBUS È UNA SOTTORETE PROGETTATA PER I LIVELLI DI CAMPO E DI CELLA
È UN SISTEMA DI COMUNICAZIONE APERTO E INDIPENDENTE DAL PRODUTTORE DELLA STRUMENTAZIONE
TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLO
13CONFIGURAZIONE PUNTO-PUNTO
– È STATA LARGAMENTE UTILIZZATA NELLE COMUNICAZIONE DI
TIPO PNEUMATICO, CON ESCURSIONE DELLA PRESSIONE TRA 3
E 15 PSI, E IN QUELLE DI TIPO ELETTRICO, CON ESCURSIONE
DELLA CORRENTE TRA 4 E 10mA.
TC1 TC2
TC Terminale di Comunicazione
CONFIGURAZIONE PUNTO-PUNTO
– È LA CONFIGURAZIONE PIÙ SEMPLICE E CONNETTE DIRETTAMENTE
DUE PARTNER DI COMUNICAZIONE
TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLO
14CONFIGURAZIONE AD ANELLO
TC TERMINALE DI COMUNICAZIONE
RIPETITORE
PC1 PC2
PC3 PC4
• CONFIGURAZIONE AD ANELLO
I PARTNER DELLA COMUNICA-ZIONE SONO INTERCONNESSI IN MODO TALE DA FORMARE UN ANELLO
• L’ANELLO È COMPOSTO DA UNA
SEQUENZA DI CONNESSIONI
PUNTO-PUNTO
• OGNI NODO È UN RIPETITORE, IN
MODO TALE DA PERMETTERE
COMUNICAZIONI A GRANDE
DISTANZA
• IL GUASTO AD UN RIPETITORE
CREA PROBLEMI A TUTTA LA
RETE
TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLO
15CONFIGURAZIONE A STELLA
TC1 TC2
TC4TC3
ACCOPPIATORE A STELLA
TC TERMINALE DI COMUNICAZIONE
• CONFIGURAZIONE A STELLA– NELLA STRUTTURA A STELLA,
TUTTI I PARTNER DELLA
COMUNICAZIONE SONO
CONNESSI AD UN
ACCOPPIATORE CENTRALE A
STELLA, CHE CONTROLLA
L’INTERA COMUNICAZIONE
• IL GUASTO
DELL’ACCOPPIATORE A STELLA
HA EFFETTO SULL’INTERA RETE
• IL GUASTO DI UN PARTNER
DELLA COMUNICAZIONE NON HA
EFFETTI RILEVANTI SUL RESTO
DELLA RETE
TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLO
16CONFIGURAZIONE IN LINEA
• CONFIGURAZIONE IN LINEA– IN UNA RETE CON STRUTTURA
A LINEA TUTTI I PARTNER DELLA COMUNICAZIONE SONO CONNESSI IN LINEA AD UN BUS
• REGOLE (O METODI) DI ACCESSO AL BUS SONO NECESSARIE POICHÉ I PARTNER POSSONO COMUNICARE UNO ALLA VOLTA
• GUASTI AD UN PARTNER DI COMUNICAZIONE NON HANNO EFFETTO SULLA RETE
TC1 TC3
TC4TC2
TC TERMINALE DI COMUNICAZIONE
TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLO
17CONFIGURAZIONE AD ALBERO
CONFIGURAZIONE AD ALBERO– PUÒ ESSERE VISTA COME UN
INSIEME DI STRUTTURE A LINEA INTERCONNESSE
– LE STRUTTURE A LINEA POSSONO AVERE DIMENSIONI DIFFERENTI ED ESSERE DI TIPO DIFFERENTE
– GLI ELEMENTI CHE CONNETTONO LE SINGOLE LINEE SONO
• SEMPLICI RIPETITORI SE LE LINEE SONO DELLO STESSO TIPO
• CONVERTITORI E RIPETITORI SE LE LINEE SONO DI TIPO DIFFERENTE
TC1 TC2
TC4TC3
RIPETITORE/CONVERTITORE
TC TERMINALE DI COMUNICAZIONE
TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLO
18FATTORI DI COSTO
IL FATTORE DI COSTO DELLA RETE DI COMUNICAZIONE È PROPORZIONALE ALLE PRESTAZIONI GARANTITE
SERIAL
MPI
PROFIBUS
INDUSTRIALETHERNET
COSTO
PR
ES
TA
ZIO
NI
TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLO
19CONNESSIONE A PROFIBUS
CONNESSIONE A PROFIBUS 1 MASTER – TANTI SLAVES
PROFIBUS
COMUNICAZIONEMASTER-SLAVES
TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLO
20CONNESSIONE A PROFIBUS
PROFIBUSCOMUNICAZIONEMASTER-SLAVES
COMUNICAZIONEMASTER-SLAVES
TOKEN-RING TRA I MASTER
CONNESSIONE A PROFIBUSTANTI MASTER - TANTI SLAVES
RICHIEDE UN PROTOCOLLO DI ASSEGNAZIONE DEL RUOLO DI MASTER (TOKEN-RING)
TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLO
PROGETTAZIONE DEL PROGRAMMA DI UN PLC CON L’AUSILIO DELL’UML E DEL MATLAB
FASE PRELIMINARE: ANALISI DEL COMPORTAMENTO DESIDERATO DEL SISTEMA CONTROLLATO
ATTOREATTORE CASO D’USOCASO D’USO
DIAGRAMMA DEI CASI D’USO
Attività 4Attività 4 Attività 5Attività 5
Attività 2Attività 2 Attività 3Attività 3??
Attività 1Attività 1
SiSiNoNoPercorsoPercorso
decisionaledecisionaleDIAGRAMMA DELLE ATTIVITÀ
NOMNOME 2E 2VARIABILI VARIABILI
CARATTECARATTERIZZANTI RIZZANTI LO STATOLO STATOATTIATTI
VITÀVITÀ
stato finale
NOMNOME 2E 2VARIABILI VARIABILI
CARATTECARATTERIZZANTI RIZZANTI LO STATOLO STATOATTIATTI
VITÀVITÀ
stato inizialestato iniziale
DIAGRAMMA DEGLI STATI
PROGETTAZIONE DEL PROGRAMMA
TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLO
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Matlab/Simulink
PROGETTAZIONE: INDIVIDUAZIONE DEGLI OGGETTI COINVOLTI E DELLA SEQUENZIALIZ-ZAZIONE DELLE AZIONI DI CONTROLLO
DIAGRAMMA DELLE SEQUENZE
PROTOTIPAZIONE VIRTUALE, SIMULAZIONE MEDIANTESTATE FLOW E SIMULINK
COMPILAZIONE SU TARGET REAL TIME
VALIDAZIONE: VERIFICA DELLA CORRETTEZZA DELLA SEQUENZIALIZZAZIONE E DEL RAGGIUNGIMENTO DELLE FINALITÀ DESIDERATE
STATE FLOW SIMULINK
PROGRAMMA ESEGUIBILE: TRASFERIMENTO DEL PROGRAMMA IN SIMULINK NEL LINGUAGGIO C
MessaggioMessaggioricorsivoricorsivo
AttivitàAttivitàdell’oggettdell’oggett
oo
MessaggioMessaggioOggettoOggetto
AttoreAttore
PROGETTAZIONE DEL PROGRAMMA
TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLO
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PROGETTAZIONE DEL PROGRAMMA
TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLO
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Le metodologie di progetto orientate agli oggetti sono state adottate con successo nell’automazione industriale per far fronte alle seguenti esigenze:
CONCLUSIONI
• ridurre i tempi che intercorrono tra la progettazione e la realizzazione di un sistema
• sviluppare architetture software ad oggetti, che offrono maggiori possibilità di integrazione tra sistemi eterogenei
• realizzare sistemi di produzione, impianti ed apparati con strutture modulari che permettono:
una semplice configurazione del sistema
una manutenzione più rapida ed economica
la possibilità di riconfigurazione
la possibilità di inserimento di nuove unità