TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLO 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 ALGORITMO DI CONTROLLO ATTUATORE SISTEMA DA CONTROLLARE DISPOSITIVO DI MISURA ANDAMENTO DESIDERATO DELLA VARIABILE CONTROLLATA VARIABILE DI COMANDO DI FORZAMENTO DISTURBI INTERFACCIA COMUNICAZIONE ALGORITMO DI CONTROLLO HARDWARE INFORMATICO SOFTWARE PER IL CONTROLLO DISPOSITIVO DI MISURA ATTUATORE ELEMENTI HARDWARE SISTEMA DA CONTROLLARE INTERFACCIA CONTROLLO REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA CONTROLLATO ELEMENTARE 2

TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLO ALGORITMO DI CONTROLLO ATTUATORE SISTEMA DA CONTROLLARE DISPOSITIVO DI MISURA ANDAMENTO DESIDERATO DELLA VARIABILE CONTROLLATA VARIABILE DI COMANDO DI FORZAMENTO DISTURBI FLUSSO DI ENERGIA NECESSARIO PER RENDERE OPERATIVA L’AZIONE DI CONTROLLO ELEMENTI HARDWARE SISTEMA DA CONTROLLARE HARDWARE INFORMATICO SOFTWARE PER IL CONTROLLO DISPOSITIVO DI MISURA ALGORITMO DI CONTROLLO ATTUATORE 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 ELEMENTARE 3

TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLO DIMENSIONAMENTO DEL SISTEMA DA CONTROLLARE E DEGLI ATTUATORI FLUSSO DI ENERGIA 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 4

TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLO COMANDI DI ATTIVAZIONE VARIABILI DI CONSENSO FUNZIONALITÀ MISURA DELLE VARIABILI INTERNE ED ESTERNE QUALITÀ DELLE PRESTAZIONI MODALITÀ DI CONTROLLO VARIABILI DI INTERVENTO RUOLO DELLE VARIABILI DI CONSENSO 5

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 VARIA-BILI DI CONSENSO ANDAMENTO DELLA VARIA-BILE DI CONSENSO ALLA APPLICAZIONE DELLA VARIABILE DI COMANDO VARIABILE DI COMANDO VARIABILE CONTROLLATA ANDAMENTO DELLE VARIA-BILI UTILIZZATE PER IL CONTROLLO DI TIPO CONTINUO ANDAMENTO DELLE VARIABILI IN UN SISTEMA CONTROLLATO ELEMENTARE 7

TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLO SEGNALAZIONE ALLARME ESCUSIONE PERICOLOSA SEGNALAZIONE FUNZIONAMENTO ANOMALO ESCUSIONE ABNORME ESCUSIONE ENTRO I LIMITI FISSATI DALLE SPECIFICHE VALORE NOMINALE tempo ANALISI DELL’ANDAMENTO DELLE VARIABILI CONTROLLATE 8

TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLO y1 y5 y4 y3 y2 y6 y1,…, y6 VARIABILI CONTROLLATE y1n y2n y3n y4n y5n y6n VALORE NOMINALE CONDIZIONI NOMINALI DI FUNZIONAMENTO CONDIZIONI DI FUNZIONAMENTO ENTO LE SPECIFICHE CONDIZIONI ATTUALI DI FUNZIONAMENTO ANALISI DELL’ANDAMENTO DELLE VARIABILI CONTROLLATE 9

SISTEMA CONTROLLATO COMPLESSO 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 10

INDUSTRIA MANIFATTURIERA 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 MATE-RIE PRIME, ALLA PRODUZIONE DI BENI STRUMENTALI, ALLA REALIZ-ZAZIONE 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 11

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 12

TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLO CONFIGURAZIONE PUNTO-PUNTO TC1 TC2 TC 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 13

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 PC1 PC2 PC3 PC4 RIPETITORE TC TERMINALE DI COMUNICAZIONE CONFIGURAZIONE AD ANELLO 14

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 TC1 TC2 TC4 TC3 ACCOPPIATORE A STELLA TC TERMINALE DI COMUNICAZIONE CONFIGURAZIONE A STELLA 15

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 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 TC4 TC2 TC TERMINALE DI COMUNICAZIONE CONFIGURAZIONE IN LINEA 16

TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLO 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 TC4 TC3 RIPETITORE/ CONVERTITORE TC TERMINALE DI COMUNICAZIONE CONFIGURAZIONE AD ALBERO 17

TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLO IL FATTORE DI COSTO DELLA RETE DI COMUNICAZIONE È PROPORZIONALE ALLE PRESTAZIONI GARANTITE SERIAL MPI PROFIBUS INDUSTRIAL ETHERNET COSTO PRESTAZIONI FATTORI DI COSTO 18

CONNESSIONE A PROFIBUS 1 MASTER – TANTI SLAVES TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLO CONNESSIONE A PROFIBUS 1 MASTER – TANTI SLAVES PROFIBUS COMUNICAZIONE MASTER-SLAVES CONNESSIONE A PROFIBUS 19

CONNESSIONE A PROFIBUS TANTI MASTER - TANTI SLAVES TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLO CONNESSIONE A PROFIBUS TANTI MASTER - TANTI SLAVES RICHIEDE UN PROTOCOLLO DI ASSEGNAZIONE DEL RUOLO DI MASTER (TOKEN-RING) PROFIBUS COMUNICAZIONE MASTER-SLAVES TOKEN-RING TRA I MASTER CONNESSIONE A PROFIBUS 20

VARIABILI CARATTERIZZANTI LO STATO 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 ATTORE CASO D’USO DIAGRAMMA DEI CASI D’USO Attività 4 Attività 5 Attività 2 Attività 3 ? Attività 1 Si No Percorso decisionale DIAGRAMMA DELLE ATTIVITÀ NOME 2 VARIABILI CARATTERIZZANTI LO STATO ATTIVITÀ stato finale stato iniziale DIAGRAMMA DEGLI STATI PROGETTAZIONE DEL PROGRAMMA 21

TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLO PROGETTAZIONE: INDIVIDUAZIONE DEGLI OGGETTI COINVOLTI E DELLA SEQUENZIALIZ-ZAZIONE DELLE AZIONI DI CONTROLLO Messaggio ricorsivo Attività dell’oggetto Oggetto Attore DIAGRAMMA DELLE SEQUENZE VALIDAZIONE: VERIFICA DELLA CORRETTEZZA DELLA SEQUENZIALIZZAZIONE E DEL RAGGIUNGIMENTO DELLE FINALITÀ DESIDERATE STATE FLOW SIMULINK PROTOTIPAZIONE VIRTUALE, SIMULAZIONE MEDIANTE STATE FLOW E SIMULINK Matlab/Simulink PROGRAMMA ESEGUIBILE: TRASFERIMENTO DEL PROGRAMMA IN SIMULINK NEL LINGUAGGIO C COMPILAZIONE SU TARGET REAL TIME PROGETTAZIONE DEL PROGRAMMA 22

CONCLUSIONI TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLO 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 23