Dipartimento di Informatica e Sistemistica MECCATRONICA Alessandro DE CARLI Anno Accademico 2006-07 AUTOMAZIONE 2 NEOLOGISMO CONIATO DALLA JAPAN’S YASKAWA ELECTRIC COMPANY NEL 1960 PER CARATTERIZZARE QUEI SISTEMI MECCANICI IN CUI LA FUNZIONALITÀ E LE PRESTAZIONI SONO DETERMINATE DALLA SINERGIA DELLA TECNOLOGIA MECCANICA E DELLA TECNOLOGIA ELETTRONICA SIGNIFICATO DELLA AUTOMAZIONE 2 2 AUTOMAZIONE 2 LA MECCATRONICA PUÒ ESSERE VISTA COME LA FUSIONE DI VARIE DISCIPLINE AFFERENTI ALLA MECCANICA E ALLA ELETTRONICA NELLA REALIZZAZIONE DI MODERNE APPLICAZIONI INGEGNERISTICHE. COSTITUISCE UN APPROCCIO RELATIVAMENTE NUOVO NELLA PROGETTAZIONE DI SISTEMI E DI DISPOSITIVI PIÙ O MENO COMPLESSI REALIZZATI CON LO SCOPO DI OTTIMIZZARE IL BILANCIO FRA LA STRUTTURA MECCANICA E LE RELATIVE MODALITÀ DI CONTROLLO JOURNAL OF MECHATRONICS, 1991 LA MECCATRONICA È UNA INTEGRAZIONE SINERGICA DELLA INGEGNERIA MECCANICA CON L’ELETTRONICA E L’INFORMATICA PER PROGETTARE E REALIZZARE PRODOTTI INDUSTRIALI E SISTEMI COMPLESSI IEEE/ASME TRANSACTION ON MECHATRONICS, 1996 ALCUNE DEFINIZIONI 3 AUTOMAZIONE 2 ATTUALE SIGNIFICATO INTEGRAZIONE SINERGICA IN PARTICOLARI SISTEMI MECCANICI COMPLESSI DI TECNOLOGIE MECCANICHE, ELETTRONICHE E INFORMATICHE CON LE TECNOLOGIE DI COMUNICAZIONE E CON LE METODOLOGIE TIPICHE DEI PROCESSI DECISIONALI NELLA PROGETTAZIONE, GESTIONE E MANUTENZIONE DI APPARATI E IMPIANTI INDUSTRIALI FINALITÀ • ESTENDERE LE FUNZIONI CONVENZIONALI • AGGIUNGERE NUOVE FUNZIONI • REALIZZAZIONE DI STRUTTURE MECCANICHE PIÙ LEGGERE • MIGLIORARE L’INTERFACCIA UOMO / MACCHINA • NUOVE POSSIBILITÀ OPERATIVE ALCUNE DEFINIZIONI 4 AUTOMAZIONE 2 INGEGNERIA MECCANICA TECNOLOGIE ELETTRICHE MECCANIZZAZIONE ELETTRONICA SISTEMI ELETTROMECCANICI INFORMATICA TECNOLOGIE DELLA INFORMAZIONE MECCATRONICA ALCUNE DEFINIZIONI 5 AUTOMAZIONE 2 SIGNIFICATO DI MECCATRONICA MECCANICA & ELETTRONICA = MECCATRONICA INTERPRETAZIONE EURISTICA ELE MECCATRONICA MECCATRONICA NICA INTERPRETAZIONE CORRETTA ALCUNE DEFINIZIONI M MECCANICA ELETTRONICA E CONTROLLISTICA C CONVERTITORI C A AZIONAMENTI TRASMISSIONI T MECCANICHE RIDUTTORI E INGRANAGGI R OLEODINAMICA O NORMATIVE N INFORMATICA I C CIRCUTI AMPLIFICATORI A INTERPRETAZIONE GIAPPONESE 6 AUTOMAZIONE 2 ESIGENZE DEL MERCATO GESTIONE DEL PRODOTTO DEFINIZIONE DEL PROBLEMA PRODUZIONE ASSEMBLAGGIO PROGETTAZIONE CONCETTUALE FORMAZIONE ADDESTRAMENTO ESPERIENZA E PRATICA MATERIALI E COMPONENTI QUALITÀ NORMATIVA ALCUNE DEFINIZIONI MODALITÀ DI REALIZZAZIONE INGEGNERIA MECCANICA PROGETTAZIONE INDUSTRIALE ASPETTO ESTETICO 7 AUTOMAZIONE 2 CONTROLLO COMUNICAZIONE SENSORI APPROCCIO MACCATRONICO ATTUATORI 8 AUTOMAZIONE 2 SISTEMI DI MOVIMENTAZIONE PRIMA DEL 1900 PURAMENTE MECCANICI MOTORI A CORRENTE CONTINUA 1870 MOTORI A CORRENTE ALTERNATA 1890 TURBINE A VAPORE DINAMO POMPE CICOLARI MOTORI A COMBUSTIONE 1860 1870 1860 1860 MACCHINE DA SCRIVERE SOLO MECCANICHE 1920 SISTEMI MECCANICI CON MOTORE ELETTRICO MACCHINE UTENSILI POMPE EVOLUZIONE DELLA MOVIMENTAZIONE 9 AUTOMAZIONE 2 1920 SISTEMI MECCANICI CON MOTORE ELETTRICO RELÈ SOLENOIDI AMPLIFICATORI IDRAULICI AMPLIFICATORI PNEUMATICI AMPLIFICATORI ELETTRONICI REGOLATORI PI MACCHINE DA SCRIVERE ELETTRICHE 1930 1935 AUTOPILOTI SISTEMI MECCANICI TURBINE A VAPORE PARZIALMENTE AUTOMATIZZATI EVOLUZIONE DELLA MOVIMENTAZIONE 10 AUTOMAZIONE 2 1935 SISTEMI MECCANICI PARZIALMENTE AUTOMATIZZATI TRANSISTORI 1948 TIRISTORI 1955 1955 ASCENSORI CON CONTROLLO ELETTRONICO SISTEMI MECCANICI - CON CONTROLLO ELETTRONICO DI TIPO ANALOGICO - CON CONTROLLO SEQUENZIALE EVOLUZIONE DELLA MOVIMENTAZIONE 11 AUTOMAZIONE 2 1955 SISTEMI MECCANICI - CON CONTROLLO ELETTRONICO DI TIPO ANALOGICO - CON CONTROLLO SEQUENZIALE 1975 CALCOLATORI DIGITALI 1955 CALCOLATORI DI PROCESSO 1959 SOFTWARE IN TEMPO REALE 1966 MICROCALCOLATORI 1971 AUTOMAZIONE DECENTRALIZZATA 1975 SISTEMI MECCANICI CON CONTROLLO DIGITALE E MODALITÀ DI CONTROLLO - DI TIPO CONTINUO - DI TIPO SEQUENZIALE 12 EVOLUZIONE DELLA MOVIMENTAZIONE AUTOMAZIONE 2 1955 SISTEMI MECCANICI - CON CONTROLLO ELETTRONICO DI TIPO ANALOGICO - CON CONTROLLO SEQUENZIALE 1975 SISTEMI MECCANICI CON CONTROLLO DIGITALE E MODALITÀ DI CONTROLLO - DI TIPO CONTINUO - DI TIPO SEQUENZIALE 13 EVOLUZIONE DELLA MOVIMENTAZIONE AUTOMAZIONE 2 1975 SISTEMI MECCANICI CON CONTROLLO DIGITALE E MODALITÀ DI CONTROLLO - DI TIPO CONTINUO - DI TIPO SEQUENZIALE MACCHINE UTENSILI ROBOT INDUSTRIALI DISPOSITIVI DI LARGO CONSUMO AUTOMAZIONE DI SISTEMI COMPLESSI DISC DRIVES EVOLUZIONE DELLA MOVIMENTAZIONE 14 AUTOMAZIONE 2 1975 SISTEMI MECCANICI CON CONTROLLO DIGITALE E MODALITÀ DI CONTROLLO - DI TIPO CONTINUO - DI TIPO SEQUENZIALE 1995 MICROCONTROLLORI PERSONAL COMPUTERS BUS DI CAMPO SOFTWARE DEDICATO ALLA PROGETTAZIONE STRUMENTAZIONE INTELLIGENTE CONTROLLO INTELLIGENTE 1978 1980 1990 1993 1995 1995 SISTEMI MECCATRONICI - INTEGRAZIONE DELLA MECCANICA E DELL’ELETTRONICA - NUOVE FUNZIONALITÀ DETERMINATE DAL SOFTWARE - MODALITÀ DI PROGETTAZIONE DI SISTEMI INTEGRATI - SINERGIA DI APPROCCI E TECNOLOGIE 15 EVOLUZIONE DELLA MOVIMENTAZIONE AUTOMAZIONE 2 1975 SISTEMI MECCANICI CON CONTROLLO DIGITALE E MODALITÀ DI CONTROLLO - DI TIPO CONTINUO - DI TIPO SEQUENZIALE 1995 SISTEMI MECCATRONICI - INTEGRAZIONE DELLA MECCANICA E DELL’ELETTRONICA - NUOVE FUNZIONALITÀ DETERMINATE DAL SOFTWARE - MODALITÀ DI PROGETTAZIONE DI SISTEMI INTEGRATI - SINERGIA DI APPROCCI E TECNOLOGIE 16 EVOLUZIONE DELLA MOVIMENTAZIONE AUTOMAZIONE 2 1975 SISTEMI MECCANICI CON CONTROLLO DIGITALE E MODALITÀ DI CONTROLLO - DI TIPO CONTINUO - DI TIPO SEQUENZIALE 1995 ROBOT MOBILI COMPUTER INTEGRATED MANUFACTURING APPLICAZIONI TECNOLOGICAMENTE DI AVANGUARDIA - CUSCINETTI MAGNETICI - DISPOSITIVI ANTISLITTAMENTO - SMORZAMENTO E IRRIGIDIMENTO ATTIVO SISTEMI MECCATRONICI - INTEGRAZIONE DELLA MECCANICA E DELL’ELETTRONICA - NUOVE FUNZIONALITÀ DETERMINATE DAL SOFTWARE - MODALITÀ DI PROGETTAZIONE DI SISTEMI INTEGRATI - SINERGIA DI APPROCCI E TECNOLOGIE 17 EVOLUZIONE DELLA MOVIMENTAZIONE AUTOMAZIONE 2 ATTUATORI E SENSORI DISPOSITIVI PER L’AUTOMAZIONE ELETTRONICA DI POTENZA MICROELETTRONICA PROCESSORI TECNOLOGIE ELETTRICHE ELETTRONICHE INFORMATICHE MODALITÀ DI CONTROLLO MODELLAZIONE E SIMULAZIONE RETI DI COMUNICAZIONE SOFTWARE SPECIALISTICI CONTROLLO INTELLIGENTE DATA PROCESSING TECNOLOGIE DELLA INFORMAZIONE TECNOLOGIE MECCANICHE STRUTTURE MECCANICHE COMPONENTISTICA MECCANICA MECCANICA DI PRECISIONE EVOLUZIONE DELLA MOVIMENTAZIONE 18 AUTOMAZIONE 2 INTERFACCIA UOMO / MACCHINA VISIONE FLUSSO COMANDI DISPOSITIVO DI ELABORAZIONE DEDICATO DI DATI ATTUATORI CINEMATISMI CARICO DISPOSITIVI DI MISURA FLUSSO DI ENERGIA ALIMENTAZIONE PRIMARIA ENERGIA CEDUTA AL CARICO STRUTTURA DI UN SISTEMA DI MOVIMENTAZIONE 19 AUTOMAZIONE 2 FUNZIONALITÀ PRESTAZIONI INTEGRAZIONE DELLE MODALITÀ DI CONTROLLO INTEGRAZIONE DEI COMPONENTI VERIFICA DELLA FATTIBILITÀ REALIZZAZIONE VERIFICA DELLE PRESTAZIONI SISTEMA DI MOVIMENTAZIONE REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI MOVIMENTAZIONE 20 AUTOMAZIONE 2 APPROCCIO CONVENZIONALE PRESTAZIONI INGEGNERIA MECCANICA ELETTROTECNICA INGEGNERIA ELETTRONICA INGEGNERIA AUTOMATICA INGEGNERIA GESTIONALE PROGETTAZIONE DELLA STRUTTURA CONNESSIONI AUTTATORI MISURE MODALITÀ DI CONTROLLO MODALITÀ DI IMPIEGO INTEGRAZIONE DEI COMPONENTI INTEGRAZIONE DEL CONTROLLO APPROCCIO INNOVATIVO INTEGRAZIONE DEI COMPONENTI 21 AUTOMAZIONE 2 OBIETTIVI PROVE DI ACCETTAZIONE VINCOLI SULLA STRUTTURA SULLE APPARECCHIATURE SPECIFICHE PROVE DI FUNZIONALITÀ ARCHITETTURA FUNZIONALE SIMULAZIONE DI FUNZIONALITÀ PROGETTAZIONE ARCHITETTURA DI SISTEMA SIMULAZIONE DI FUNZIONAMENTO PROVE PARZIALI SUI COMPONENTI PROTOTIPIZZAZIONE REALIZZAZIONE PROCEDURA DI REALIZZAZIONE 22 AUTOMAZIONE 2 COMPONENTI MECCANICI DI BASE CUSCINETTI - CONNESSIONI CATENE CINEMATICHE - ATTUATORI - SISTEMI PER LA MOVIMENTAZIONE DI MOVIMENTAZIONE MACCHINE PRODUZIONE DI ENERGIA MOTORI - TURBINE - ATTUATORI LINEARI COMPRESSORI - MACCHINE UTENSILI UTILIZZAZIONE DELLA ENERGIA MACCHINE OPERATRICI - TURBINE VEICOLI AUTOVEICOLI AUTOMOBILI - CAMION - TRATTORI - VEICOLI MILITARI TRENI AEROPLANI AEREI CIVILI E MILITARI MECCANICA DI PRECISIONE CUSCINETTI - CONNESSIONI - CINEMATISMI - RELÈ - COMPONENTI SENSORI - ATTUATORI DISPOSITIVI REGISTRATORI - STAMPANTI - COMMUTATORI - DISPOSITIVI OTTICI - DISPOSITIVI MEDICALI MICROMECCANICA MICROCOMPONENTI MICROSISTEMI CUSCINETTI - CONNESSIONI - CINEMATISMI SENSORI - ATTUATORI - MOTORI - POMPE ESEMPIO DI APPLICAZIONE 23 AUTOMAZIONE 2 CONCLUSIONI NELLA AUTOMAZIONE 2 IL CONTROLLO AUTOMATICO: • È UNA TECNOLOGIA NASCOSTA MA SEMPRE PRESENTE • COINVOLGE NUMEROSE ALTRE TECNOLOGIE • DETERMINA LA QUALITÀ DELLE PRESTAZIONI • RENDE IL SISTEMA CONTROLLATO ECONOMICAMENTE PIÙ CONVENIENTE A PARITÀ DI PRESTAZIONI • MIGLIORA LA GESTIONE DEL SISTEMA CONTROLLATO • MIGLIORA LA MANUTENZIONE E LA DIAGNOSTICA • CONSENTE DI OTTENERE CHE IL FUNZIONAMENTO POSSA ESSERE ADATTATO ALLE CONDIZIONI OPERATIVE E AMBIENTALI MODIFICANDO LA FUNZIONALITÀ E LA STRUTTURA DEL SISTEMA CONTROLLATO 24 CONSIDERAZIONI CONCLUSIVE AUTOMAZIONE 2 AUTOMAZIONE 2 APPLICATA ALLA MOVIMENTAZIONE CONTROLLATA FORMAZIONE CULTURALE DETERMINATA DALLE PRESTAZIONI STATICHE E DINAMICHE DEL CARICO OBIETTIVI PRINCIPALI PROGETTARE LA STRUTTURA DI SUPPORTO IN MODO DA OTTENERE LA FUNZIONALITÀ DESIDERATA PROGETTARE IL SISTEMA DI MOVIMENTAZIONE IN MODO DA RAGGIUNGERE LE PRESTAZIONI DESIDERATE REALIZZARE LA MOVIMENTAZIONE CONTROLLATA SENZA SOVRADIMENSIONARE NÉ LA STRUTTURA MECCANICA NÉ I COMPONENTI CONSIDERAZIONI CONCLUSIVE 25 AUTOMAZIONE 2 MOVIMENTAZIONE COMPLESSA COLLEGAMENTO AL SISTEMA DI PRODUZIONE OTTIMIZZAZIONE DIGNOSTICA SUPERVISIONE COORDINAMENTO MOVIMENTAZIONI MONOASSE ORGANIZZAZIONE GERARCHICA 26 AUTOMAZIONE 2 PECULIARITÀ DEL CARICO MOVIMENTAZIONE MONOASSE CLASSIFICAZIONE DALL’ESTERNO tempo CONSIDERAZIONI CONCLUSIVE FLUSSO ENERGIA DALLA ALIMENTAZIONE AL CARICO DAL CARICO ALLA ALIMENTAZIONE ACCOPPIAMENTO TRAMITE RIDUTTORE ACCOPPIAMENTO MOTORE-CARICO ACCOPPIAMENTO DIRETTO MOLTO RAPIDA velocità tempo DINAMICA NONLINEARE E INCERTA RAPIDA velocità tempo ATTRITO SECCO E DI DISTACCO LENTA velocità tempo COPPIE DISSIPATIVE ATTRITO VISCOSO INERZIALE velocità MOLTO LENTA CARICO DISSIPATIVO ANDAMENTO VELOCITÀ DINAMICA DELLA MOVIMENTAZIONE FENOMENI DOMINANTI ATTRITO VISCOSO DINAMICA DEL CARICO INTERAZIONE TRA DINAMICA CARICO E DINAMICA MOTORE PRESTAZIONI CONDIZIONATE DALLA DINAMICA INCERTA 27 AUTOMAZIONE 2 AZIONAMENTO 1 SCHEDA CONTROLLO ASSI CONVERTITORE CHIUSURA LOOP DI VELOCITÀ ATTUATORE ASSE 1 VELOCITÀ ASSE 1 GENERATORE PROFILI DI VELOCITÀ POSIZIONE SCAMBIO DATI CON P L C CONTROLLO DI VELOCITÀ CHIUSURA LOOP POSIZIONE POSIZIONE ASSE 1 DISPOSITIVO DI MISURA AZIONAMENTO N CONVERTITORE CHIUSURA LOOP DI VELOCITÀ ATTUATORE ASSE N VELOCITÀ ASSE N PLC POSIZIONE ASSE N AZIONAMENTI CONSIDERAZIONI CONCLUSIVE DISPOSITIVO DI MISURA CARICO 28 AUTOMAZIONE 2 AZIONAMENTO 1 SCHEDA CONTROLLO ASSI CONVERTITORE CHIUSURA LOOP DI VELOCITÀ ATTUATORE ASSE 1 VELOCITÀ ASSE 1 GENERATORE PROFILI DI VELOCITÀ POSIZIONE SCAMBIO DATI CON P C CONTROLLO DI VELOCITÀ CHIUSURA LOOP POSIZIONE POSIZIONE ASSE 1 DISPOSITIVO DI MISURA AZIONAMENTO N CONVERTITORE CHIUSURA LOOP DI VELOCITÀ ATTUATORE ASSE N VELOCITÀ ASSE N PC CONTROLLORE INTELLIGENTE INTERFACCIA OPERATORE POSIZIONE ASSE N DISPOSITIVO DI MISURA AZIONAMENTI CARICO MISURA DELLE VARIABILI RETATIVE ALLA MOVIMENTAZIONE CONSIDERAZIONI CONCLUSIVE 29 AUTOMAZIONE 2 FINALITÀ DELLA MOVIMENTAZIONE PROFILO DI VELOCITÀ DEL MOTORE MODALITÀ DI CONTROLLO DELLA VELOCITÀ DEL CARICO MODALITÀ DI CONTROLLO DELLA MOVIMENTAZIONE PRESTAZIONI DELLA MOVIMENTAZIONE MOVIMENTAZIONE MONOASSE 30 AUTOMAZIONE 2 CONTROLLO DELLA VELOCITÀ O DELLA POSIZIONE DEL CARICO CONTROLLO DELLA VELOCITÀ DEL MOTORE CONTROLLO DIRETTO O INDIRETTO DELLA COPPIA MOTRICE CONVERTITORE MOTORE RIDUTTORE MECCANICO CARICO CONTROREAZIONE DI VELOCITÀ O DI POSIZIONE DEL CARICO CONTROREAZIONE DI VELOCITÀ DEL MOTORE CONTROREAZIONE DI CORRENTE AZIONAMENTO COMPONENTI HARDWARE COMPONENTI HARDWARE CON SOFTWARE RESIDENTE COMPONENTI HARDWARE CON SOFTWARE DEDICATO VELOCITÀ O POSIZIONE DEL CARICO CONSIDERAZIONI CONCLUSIVE 31 AUTOMAZIONE 2 CICLO DI CARICO MOVIMENTAZIONE MOLTO LENTA OPPURE LENTA tempo jerk accelerazione velocità posizione PROFILO CONTINUO DELLA POSIZIONE CONSIDERAZIONI CONCLUSIVE 32 AUTOMAZIONE 2 CICLO DI CARICO PROFILO CONTINUO DELLA VELOCITÀ jerk accelerazione velocità posizione MOVIMENTAZIONE LENTA CONSIDERAZIONI CONCLUSIVE tempo 33 AUTOMAZIONE 2 CICLO DI CARICO MOVIMENTAZIONE RAPIDA O LIMITATAMENTE RAPIDA jerk accelerazione velocità posizione PROFILO CONTINUO ACCELERAZIONE CONSIDERAZIONI CONCLUSIVE tempo 34 AUTOMAZIONE 2 CICLO DI CARICO jerk accelerazione velocità posizione MOVIMENTAZIONE MOLTO RAPIDA PROFILO CONTINUO DEL JERK CONSIDERAZIONI CONCLUSIVE tempo 35 AUTOMAZIONE 2 SISTEMA DI PRODUZIONE MOVIMENTAZIONE COMPLESSA CARICO GLOBALE FINALITÀ E PRESTAZIONI GLOBALI MOVIMENTAZIONI MONOASSE CARICHI PARZIALI FINALITÀ E PRESTAZIONI PARZIALI CONTROLLO DELLE MOVIMENTAZIONI MONOASSE DIAGNOSTICA E OTTIMIZZAZIONE PARZIALE COORDINAMENTO DELLE MOVIMENTAZIONI MONOASSE SUPERVISIONE DELLA MOVIMENTAZIONE GLOBALE DIAGNOSTICA E OTTIMIZZAZIONE GLOBALE CONSIDERAZIONI CONCLUSIVE 36 AUTOMAZIONE 2 MOVIMENTAZIONE MONOASSE DINAMICA DELLA MOVIMENTAZIONE MOLTO LENTA CONTROLLO DELLA VELOCITÀ DEL MOTORE PROFILI DI VELOCITÀ A CATENA APERTA tempo LENTA RAPIDA MOLTO RAPIDA IN GENERE A CATENA APERTA A PID STANDARD CONTROREAZIONE PID EVOLUTO DI VELOCITÀ A PID EVOLUTO CONTROREAZIONE CONTROLLORE DIROBUSTO VELOCITÀ CONSIDERAZIONI CONCLUSIVE tempo tempo CONTROLLO MOVIMENTAZIONE DEL CARICO IN GENERE A A CATENA APERTA A VOLTE A CONTROREAZIONE PID STANDARD DI POSIZIONE A VOLTE A CATENA APERTA IN GENERE CONTROREAZIONE PID STANDARD DI POSIZIONE IN GENERE CATENA APERTA VOLTE PIDASTANDARD CONTROREAZIONE PIDPOSIZIONE EVOLUTO DI A CONTROLLORE CONTROREAZIONE DIROBUSTO POSIZIONE tempo 37 AUTOMAZIONE 2 DATA PROCESSING MODALITÀ EVOLUTE DI CONTROLLO MODALITÀ ELEMENTARI DI CONTROLLO AUTOMAZIONE INDUSTRIALE ELETTRONICA DI POTENZA MACCHINE ELETTRICHE MECCANICA CINEMATICA A P P L I C A Z I O N I FORMAZIONE CULTURALE PROGETTAZIONE P R E S T A Z I O N I DINAMICA MOLTO LENTA DINAMICA LENTA DINAMICA RAPIDA DINAMICA MOLTO RAPIDA CONSIDERAZIONI CONCLUSIVE 38