Automazione industriale La parola "automazione" (nella forma inglese automation) è stata coniata negli Stati Uniti nel 1948 per designare alcuni procedimenti allora molto avanzati introdotti (particolarmente nell'industria automobilistica) e si è da allora largamente diffusa con il significato di impiego di macchine per far andare altre macchine. le macchine e gli impianti industriali  per essere utilizzabili debbono essere regolate (o controllate, o automatizzate). Una nota casa produttrice di pneumatici usa uno slogan che riassume bene questo concetto: "La potenza è nulla senza controllo"

Evoluzione Automazione industriale Gli uomini si sono sempre sforzati di trasferire alcuni dei carichi del lavoro a dispositivi meccanici: esempi di questi meccanismi sono le carrucole, gli argani, i sistemi di sollevamento, dei quali sono state trovati dei reperti che datano al terzo millennio AC.

Evoluzione Automazione industriale Durante la Rivoluzione Industriale nel XVIII secolo furono sviluppate fabbriche che producevano parti intercambiabili per prodotti diversi, con la conseguente divisione delle diverse lavorazioni ad operai, ad ognuno dei quali veniva riservato un compito specifico che veniva da questo eseguito un numero imprecisato di volte. Da quel momento, fu immediata l'esigenza di sviluppare macchine (originariamente a vapore e successivamente elettriche) che eseguissero questi compiti.

Evoluzione Automazione industriale L'automazione ha assunto un ruolo fondamentale con la rivoluzione industriale dell'ottocento con l'introduzione dei telai automatici, delle macchine a vapore etc.. Uno dei primi esempi di  regolatore industriale è il regolatore  di Watt .

Automazione industriale IL REGOLATORE DI WATT Nel 1767 lo scozzese James Watt,che era stato un mediocre studente a scuola, realizzò il primo motore vapore rotativo della storia.I motori vapore,fino ad allora impiegati quasi esclusivamente come pompe nelle miniere,si poterono da allora impiegare nelle industrie,nella propulsione di navi e treni,nell'agricoltura, ecc,dando cosi` un enorme nuovo impulso alla rivoluzione industriale.

Automazione industriale Fondamentale nel funzionamento del motore di Watt fu un regolatore automatico della velocità dell'albero motore che sfruttava la forza centrifuga basato sul principio della retroazione (feedback ). Le palle del regolatore erano collegate alla valvola di immissione del vapore. Quando la velocità dell'albero superava quella desiderata, la forza centrifuga allontanava le palle dall'albero, tendendo a chiudere la valvola. Se la velocità scendeva sotto quella desiderata, le palle si avvicinavano all'albero aprendo di più la valvola. Era nato il primo dispositivo di controllo automatico industriale della storia.

Il “RE” della Rivoluzione industriale: il vapore Utilizzo come forza motrice -Motori industria manifatturiera -Motori industria pesante Utilizzo per il trasporto -Motori per ferrovie -Motori per navigazione Utilizzi diversi -Riscaldamento -Raffreddamento

Evoluzione Automazione industriale PRIMA INDUSTRIALIZZAZIONE INGLESE SISTEMA RIGIDO DISTRIBUZIONE POTENZA (esempio: un unico asse centrale mosso da un motore a vapore , tramite pulegge e cinghie di cuoio trasmette ilmovimento alle singole macchine ) QUESTO SISTEMA CONDIZIONO’ SIA LA STRUTTURA ARCHITETTONICA DELLE FABBRICHE DELL’EPOCA SIA L’ORGANIZZAZIONE DEL LAVORO

Evoluzione Automazione industriale Questo sistema rigido è superato con la INTRODUZIONE ELETTRICITA’ Per ogni macchina operatrice  1 o più motori elettrici Rete flessibile di cavi al posto delle barre a cinghie Controllo del movimento di ogni motore tramite interruttori  controllo dell’avvio e arresto motore

Evoluzione Automazione industriale Per rendere automatica una sequenza di comandi LOGICA CABLATA ESEMPIO : all’avviamento del motore contemporaneamente si comandano altre funzioni che , al loro termine , possono anche spegnere il motore

LOGICA CABLATA = Di tipo ELETTROMECCANICO Insieme di apparecchiature che governano una macchina o un insieme di macchine Di tipo ELETTROMECCANICO ( relè , temporizzatori , contatori ) o Di tipo ELETTRONICO ( reti logiche combinatorie ) L’innovazione è nella separazione tra e Alta potenza x far muovere i motori a bassa potenza Circuito di potenza Circuito di controllo

LOGICA CABLATA : LOGICHE ELETTROMECCANICHE Si basano sul relè , sul temporizzatore ( per generare ritardi ) , sul tamburo (= dispositivo dotato di un certo n° di contati su un tamburo rotante . L’avanzamento del tamburo fa sì che alcuni contatti vengano chiusi attivando determinate azioni della macchina , che , completate , determinano l’avanzamento del tamburo al passo successivo , come ad es. il timer della lavatrice )

LOGICA CABLATA LOGICHE statiche ( di tipo elettronico) Reti combinatorie e sequenziali esplicano le funzioni di controllo su una macchina. Limite notevole  non essendo disponibili strumenti di simulazione , la messa a punto , collaudo e modifiche sono eseguite sul circuito reale con conseguente arresto dell’impianto

LOGICHE PROGRAMMABILI Nel sistema CABLATO occorrono componenti diversi per ogni funzione richiesta ( porte logiche , contatori , temporizzatori , memorie , ..) Nel sistema programmabile ci sono elementi di ingresso e uscita , mentre tute le altre funzioni sono realizzate da una UNITA’ CENTRALE  COLLAUDI E MODIFICHE NON RICHIEDONO INTERVENTI SUL CABLAGGIO

AUTOMAZIONE INDUSTRIALE Nell’industria , dove si hanno operazioni che si ripetono ciclicamente senza cambiare , per ottimizzare la produzione si ha l’esigenza di automatizzare , ottenendo così anche minori costi di produzione . Esempi settori di applicazione Industria( chimica , alimentare,tessile ,automobilistica,..) Macchine utensili Robotica Acciaierie cementifici

Parti che compongono una AUTOMAZIONE Parte operativa Azionamento Parte di comando Rilevamento Comando Elaborazione Dialogo

Parti che compongono una AUTOMAZIONE Parte operativa Comprende la macchina in tutte le sue componenti Azionamento Cilindri , motori , servomotori

Parti che compongono una AUTOMAZIONE Parte di comando Rilevamento Interruttori di prossimità , trasduttori,.. Microprocessori , PLC , computer , … Elaborazione Comando Relè di potenza, contattori Dialogo Consolle di programmazione , pulsanti , selettori

PLC MEMORIA IMPIANTO BUS CPU INGRESSI USCITE

Componenti del PLC : CPU Stato ingressi La CPU ( central Processing Unit Legge lo stato dei segnali di ingresso Esegue le istruzioni registrate in memoria Aggiorna lo stato delle uscite, in base ai risultati logici dell’elaborazione Il BUS che permette lo scambio di informazioni tra le sezioni di I/O possono essere da 4,8,16,32 bit Istruzione1 Istruzione2 Istruzione3 Istruzione Istruzione n-1 Istruzione n Stato uscite

Componenti del PLC : memoria Suddivisa in diverse zone , ciascuna adibita a compiti differenti : Memoria per il programma utente contiene le istruzioni che costituiscono il programma , lette dalla CPU in maniera sequenziale. Di tipo Ram : essendo una memoria volatile , è prevista una batteria al litio in caso di mancanza improvvisa di tensione Memoria per le funzioni interne Di tipo Ram , con batteria tampone , contiene i dati necessari all’elaborazione logica e i risultati intermedi di operazioni logiche Memoria per lo stato degli ingressi e delle uscite Ha una collocazione di tipo statico, cioè i dati di I/O sono registrati sempre negli stessi indirizzi

Componenti del PLC : memoria Memoria per il software di sistema ( sistema operativo ) È una memoria non volatile di tipo ROM ( o EPROM ) , nella quale è memorizzato il sistema operativo Funzioni principali del Sistema Operativo DIAGNOSTICA del sistema , come segnalazione guasti CONTROLLO della scansione e durata del programma utente CARICAMENTO dei programmi applicativi da dispositivi esterni al controllore PILOTAGGIO di eventuali periferiche collegate al PLC con interfacce di comunicazione

SEZIONI DI I/O Definiscono la capacità del PLC ( da 0 a 128 I/O piccoli ; da 129 a 512 I/O  medi ; da 513 a 1024 I/O  grandi ) Devono essere compatibili con segnali che vanno da 5 V DC a 220 V AC , dai segnali digitali a quelli analogici UNITA’ DI I/O ANALOGICHE usano convertitori A/D per gli ingressi e D/A per le uscite e sono impiegate per funzioni di regolazione molto semplici( regolazione di livello , di temperatura , di n° di giri , etc..) UNITA’ DI INGRESSO DIGITALI converte i segnali binari di ON /OFF del processo da controllare al livello dei segnali interni TTL a 5 Volt . Si differiscono per densità ( 8, 16,32 ingressi per modulo) e per livelli di tensione ( 5, 24, 48VDC ; 48, 110, 220 VAC ) UNITA’ DI USCITA DIGITALI converte i segnali interni del PLC al livello richiesto dagli attuatori .Si differiscono per densità ( 4,8, 16,32 punti di uscita) . Correnti di uscita che ogni singolo punto può fornire 0,1 A; 0,5A ; 1A ; 2A

CONFRONTO TRA PC E PLC PLC PC La velocità di elaborazione e di risposta caratterizzano la potenza del PLC Ha hardware e software troppo lenti per elaborare informazioni in tempi reali Adatto ad ambienti industriali , con fattori inquinanti , sbalzi di temperatura , urti meccanici , disturbi elettromagnetici Adatto ad ambienti di ufficio Si interfaccia con sensori ed attuatori che forniscono e richiedono segnali elettrici necessita di hardware particolare Interagisce con l’uomo  le periferiche di I/O sono video , tastiera , stampanti , .. Dispone di linguaggi di più facile interpretazione , anche se si sono sviluppati linguaggi più complessi Usa linguaggi di programmazione complessi Rare istruzioni di salto o interruzioni ( il PLC ha il solo compito di eseguire un programma in un dato tempo , di ripeterlo ciclicamente senza interruzioni tranne per allarmi ) Vi sono vari Interrupt