Dipartimento di
Informatica e Sistemistica
TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLO
CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE
MODALITÀ DI INTERCONNESSIONE
E DI PROGRAMMAZIONE
ALESSANDRO DE CARLI
ANNO ACCADEMICO 2006-07
TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLO
ANDAMENTO
DESIDERATO
DELLA VARIABILE
CONTROLLATA
DISTURBI
VARIABILE
DI COMANDO
ALGORITMO
ALGORITMO DI
DI
CONTROLLO
CONTROLLO
VARIABILE
DI FORZAMENTO
ATTUATORE
VARIABILE
CONTROLLATA
SISTEMA DA
CONTROLLARE
DISPOSITIVO
DI MISURA
INTERFACCIA
COMUNICAZIONE
HARDWARE INFORMATICO
SOFTWARE PER IL CONTROLLO
INTERFACCIA
CONTROLLO
ELEMENTI HARDWARE
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA CONTROLLATO ELEMENTARE
2
TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLO
ANDAMENTO
DESIDERATO
DELLA VARIABILE
CONTROLLATA
DISTURBI
VARIABILE
DI COMANDO
ALGORITMO
DI
CONTROLLO
ALGORITMO
DI CONTROLLO
FLUSSO DI INFORMAZIONI
FINALIZZATO ALLA DETERMINAZIONE DELL’ENTITÀ
DELL’AZIONE DI CONTROLLO
VARIABILE
DI FORZAMENTO
ATTUATORE
ATTUATORE
VARIABILE
CONTROLLATA
SISTEMA
DA
CONTROLLARE
SISTEMA DA
CONTROLLARE
DISPOSITIVO
DI MISURA
DISPOSITIVO
DI MISURA
FLUSSO DI INFORMAZIONI FINALIZZATO ALLA
DETERMINAZIONE DEI CONSENSI NECESSARI
RENDERE OPERATIVA L’AZIONE DI CONTROLLO
HARDWARE INFORMATICO
SOFTWARE PER IL CONTROLLO
FLUSSO DI ENERGIA
NECESSARIO PER RENDERE
OPERATIVA L’AZIONE DI
CONTROLLO
ELEMENTI HARDWARE
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA CONTROLLATO ELEMENTARE
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TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLO
FLUSSO DI ENERGIA
DIMENSIONAMENTO DEL
SISTEMA DA CONTROLLARE E
DEGLI ATTUATORI
VALORE NOMINALE
CAMPO DI ESCURSIONE
FLUSSO DI INFORMAZIONI
UTILIZZATE PER LE
VARIABILI DI CONSENSO
VARIABILI COINVOLTE INTERNE
ED ESTERNE AL SISTEMA DA
CONTROLLARE
LOGICA DECISIONALE
FLUSSO DI INFORMAZIONI
UTILIZZATE PER LE
VARIABILI DI INTERVENTO
VARIABILI NECESSARIE PER
RENDERE OPERATIVA
L’AZIONE DI CONTROLLO
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA CONTROLLATO
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TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLO
COMANDI DI
ATTIVAZIONE
MISURA
DELLE VARIABILI
INTERNE ED ESTERNE
VARIABILI
DI CONSENSO
MODALITÀ
DI CONTROLLO
RUOLO DELLE VARIABILI DI CONSENSO
FUNZIONALITÀ
VARIABILI
DI INTERVENTO
QUALITÀ
DELLE
PRESTAZIONI
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TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLO
VARIABILI DI CONSENSO
UTILIZZATE PER IL COORDINAMENTO DELLE AZIONI DI
CONTROLLO CON IL VERIFICARSI DI EVENTI
MODALITÀ DI COORDINAMENTO
VARIABILI DI COMANDO
MODALITÀ DI INTERVENTO SULL’ATTUATORE
COLLEGATO AL SISTEMA DA CONTROLLARE
VARIABILI CONTROLLATE
DISTURBI PREVEDIBILIBILI E/O CASUALI
VARIABILI INTERNE
ANALISI DELLE VARIABILI CONTROLLATE
FINALIZZATA ALLA INDIVIDUAZIONE DELLE
CONDIZIONI DI FUNZIONAMENTO DEL
SISTEMA CONTROLLATO
CLASSIFICAZIONE DELLE VARIABILI UTILIZZATE PER IL CONTROLLO
6
TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLO
ALGORITMO DECISIONALE FINALIZZATO
ALL’APPLICAZIONE DELLA VARIABILE DI
COMANDO
ANDAMENTO DELLE VARIABILI DI CONSENSO
VARIABILE DI COMANDO
VARIABILE CONTROLLATA
ANDAMENTO DELLA VARIABILE DI CONSENSO ALLA
APPLICAZIONE DELLA
VARIABILE DI COMANDO
ANDAMENTO DELLE VARIABILI UTILIZZATE PER IL
CONTROLLO DI TIPO
CONTINUO
ANDAMENTO DELLE VARIABILI IN UN SISTEMA CONTROLLATO ELEMENTARE
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TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLO
SEGNALAZIONE ALLARME
ESCUSIONE ENTRO I LIMITI FISSATI
DALLE SPECIFICHE
VALORE NOMINALE
ESCUSIONE ABNORME
ESCUSIONE PERICOLOSA
tempo
SEGNALAZIONE FUNZIONAMENTO ANOMALO
ANALISI DELL’ANDAMENTO DELLE VARIABILI CONTROLLATE
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TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLO
y3
y2
y1,…, y6
y3n
y4
VALORE
NOMINALE
VARIABILI CONTROLLATE
y2n
y4n
y1n
y1
CONDIZIONI NOMINALI
DI FUNZIONAMENTO
y5n
y5
y6n
y6
CONDIZIONI DI
FUNZIONAMENTO
ENTO LE SPECIFICHE
CONDIZIONI ATTUALI
DI FUNZIONAMENTO
ANALISI DELL’ANDAMENTO DELLE VARIABILI CONTROLLATE
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TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLO
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)
SISTEMA CONTROLLATO COMPLESSO
????
SISTEMI CONTROLLATI
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TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLO
INDUSTRIA DI PROCESSO
PROVVEDE ALLA TRASFORMAZIONE CHIMICO-FISICA DELLE MATERIE
PRIME, ALLA PRODUZIONE DI MATERIALI E DI SERVIZI DI BASE
INDUSTRIA MANIFATTURIERA
PROVVEDE ALLA MODIFICA DI FORMA E DI FOGGIA DI ALCUNE MATERIE PRIME, ALLA PRODUZIONE DI BENI STRUMENTALI, ALLA REALIZZAZIONE DI PRODOTTI OTTENUTI METTENDO INSIEME COMPONENTI
DI VARIO DI TIPO
RETI DI DISTRIBUZIONE
PROVVEDE AL TRASPORTO E ALLA DISTRIBUZIONE DI ENERGIA
ELETTRICA, GAS, ACQUA, CALORE NONCHÉ ALLA GESTIONE DEL
TRAFFICO
APPLICAZIONE AD EDIFICI CIVILI E INDUSTRIALI
PROVVEDE ALLA GESTIONE DELLE RETI LOCALI DI DISTRIBUZIONE,
ALLA SICUREZZA DELLE PERSONE E DELLE STRUTTURE, AL
RICONOSCIMENTO DELLE PERSONE, ECCETERA
SISTEMI CONTROLLATI COMPLESSI
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TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLO
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
TIPO DI COMUNICAZIONE TRA PLC
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TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLO
CONFIGURAZIONE PUNTO-PUNTO
TC1
TC
TC2
Terminale di Comunicazione
– È LA CONFIGURAZIONE PIÙ SEMPLICE E CONNETTE DIRETTAMENTE
DUE PARTNER DI COMUNICAZIONE
– 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.
CONFIGURAZIONE PUNTO-PUNTO
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TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLO
• 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
CONFIGURAZIONE AD ANELLO
RIPETITORE
TC
TERMINALE DI
COMUNICAZIONE
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TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLO
• 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
CONFIGURAZIONE A STELLA
TC1
TC2
ACCOPPIATORE
A STELLA
TC3
TC
TC4
TERMINALE DI
COMUNICAZIONE
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TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLO
• CONFIGURAZIONE IN LINEA
– IN UNA RETE CON STRUTTURA
A LINEA TUTTI I PARTNER
DELLA COMUNICAZIONE SONO
CONNESSI IN LINEA AD UN
BUS
TC1
• 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
CONFIGURAZIONE IN LINEA
TC3
TC2
TC
TC4
TERMINALE DI
COMUNICAZIONE
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TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLO
CONFIGURAZIONE AD ALBERO
– PUÒ ESSERE VISTA COME UN
TC1
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
RIPETITORE/
CONVERTITORE
TC3
TC
CONFIGURAZIONE AD ALBERO
TC2
TC4
TERMINALE DI
COMUNICAZIONE
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TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLO
IL FATTORE DI COSTO DELLA RETE DI COMUNICAZIONE È
PROPORZIONALE ALLE PRESTAZIONI GARANTITE
PRESTAZIONI
INDUSTRIAL
ETHERNET
PROFIBUS
MPI
SERIAL
COSTO
FATTORI DI COSTO
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TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLO
CONNESSIONE A PROFIBUS 1 MASTER – TANTI
SLAVES
PROFIBUS
COMUNICAZIONE
MASTER-SLAVES
CONNESSIONE A PROFIBUS
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TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLO
CONNESSIONE A PROFIBUS
TANTI MASTER - TANTI SLAVES
RICHIEDE UN PROTOCOLLO DI ASSEGNAZIONE DEL
RUOLO DI MASTER (TOKEN-RING)
TOKEN-RING TRA I MASTER
PROFIBUS
COMUNICAZIONE
MASTER-SLAVES
CONNESSIONE A PROFIBUS
COMUNICAZIONE
MASTER-SLAVES
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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
DIAGRAMMA DEI CASI D’USO
ATTORE
CASO D’USO
Attività 1
DIAGRAMMA DELLE ATTIVITÀ
Percorso
decisionale No
Attività 4
?
Attività 2
Attività 3
Si
Attività 5
stato iniziale
DIAGRAMMA DEGLI STATI
NOM
E2
VARIABILI
CARATTE
RIZZANTI
LOATTI
STATO
VITÀ
NOM
E2
VARIABILI
CARATTE
RIZZANTI
LOATTI
STATO
VITÀ
stato finale
PROGETTAZIONE DEL PROGRAMMA
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TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLO
PROGETTAZIONE: INDIVIDUAZIONE DEGLI
OGGETTI COINVOLTI E DELLA SEQUENZIALIZZAZIONE DELLE AZIONI DI CONTROLLO
Messaggio
Oggetto
Attore
DIAGRAMMA DELLE SEQUENZE
VALIDAZIONE: VERIFICA DELLA CORRETTEZZA DELLA
SEQUENZIALIZZAZIONE E DEL RAGGIUNGIMENTO
DELLE FINALITÀ DESIDERATE
Attività
dell’oggett
o
Messaggio
ricorsivo
PROTOTIPAZIONE VIRTUALE,
SIMULAZIONE MEDIANTE
STATE FLOW E SIMULINK
Matlab/Simulink
STATE FLOW
SIMULINK
PROGRAMMA ESEGUIBILE: TRASFERIMENTO DEL PROGRAMMA IN SIMULINK
NEL LINGUAGGIO C
COMPILAZIONE SU TARGET REAL TIME
PROGETTAZIONE DEL PROGRAMMA
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TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLO
CONCLUSIONI
Le metodologie di progetto orientate agli oggetti sono state adottate con
successo nell’automazione industriale per far fronte alle seguenti
esigenze:
•
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
PROGETTAZIONE DEL PROGRAMMA
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