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

2

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

3

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

5

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

6

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

7

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

8

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

10

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

21

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

22

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