DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE

Presentazione sul tema: "DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE"— Transcript della presentazione:

1 DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE
Dipartimento di Informatica e Sistemistica REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE Prof. ALESSANDRO DE CARLI Dott. Ing. VINCENZO SURACI ANNO ACCADEMICO Corso di AUTOMAZIONE 1

2 STRUTTURA DEL NUCLEO TEMATICO:
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE STRUTTURA DEL NUCLEO TEMATICO: DALLA PROGETTAZIONE ALLA REALIZZAZIONE ENGINEERING DEL SISTEMA DI CONTROLLO IDENTIFICAZIONE DELLE AZIONI DI CONTROLLO STRUTTURA DEL SISTEMA DI CONTROLLO CONDIZIONI OPERATIVE PROBLEMATICHE DI GESTIONE DI UN SISTEMA COMPLESSO MODALITÀ DI CONTROLLO PROGETTAZIONE E REALIZZAZIONE DELLE MODALITÀ DI CONTROLLO 2

3 DALLA PROGETTAZIONE ALLA REALIZZAZIONE
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE DALLA PROGETTAZIONE ALLA REALIZZAZIONE 3

4 DI UN PROGETTO COMPLESSO
DALLA PROGETTAZIONE ALLA REALIZZAZIONE GESTIONE DI UN PROGETTO COMPLESSO PROJECT MANAGEMENT SOFTWARE ENGINEERING SCOPO DEL PROGETTO PROGETTAZIONE CONCETTUALE PREINGEGNERIA INGEGNERIA PROGETTAZIONE DEGLI APPARATI REALIZZAZIONE DEGLI APPARATI COLLAUDO PRESSO I FORNITORI INSTALLAZIONE ADDESTRAMENTO CURVA DI APPRENDIMENTO DEFINIZIONE DELLE FINALITÀ DEFINIZIONE DEGLI OBIETTIVI DEFINIZIONE DELLA ARCHITETTURA PROGETTAZIONE DEI COMPONENTI REALIZZAZIONE DEI COMPONENTI VALIDAZIONE DEI COMPONENTI INTEGRAZIONE DEL SOFTWARE VALIDAZIONE DEL SOFTWARE INSTALLAZIONE E TRAINING MANUTENZIONE E ASSISTENZA 5. PROGETTAZIONE DEGLI APPARATI 6. REALIZZAZIONE DEGLI APPARATI 4

5 DI UN SISTEMA CONTROLLATO COMPLESSO
DALLA PROGETTAZIONE ALLA REALIZZAZIONE STRUTTURA DI UN SISTEMA CONTROLLATO COMPLESSO SISTEMA DA CONTROLLARE STRUMENTAZIONE MODALITÀ DI CONTROLLO 5

6 DI UN SISTEMA CONTROLLATO COMPLESSO FORWARD/REVERSE ENGINEERING
DALLA PROGETTAZIONE ALLA REALIZZAZIONE PROGETTAZIONE E REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA CONTROLLATO COMPLESSO MODELLO & SIMULAZIONE FORWARD/REVERSE ENGINEERING DOCUMENTAZIONE & VALIDAZIONE DOCUMENTAZIONE & VALIDAZIONE RACCOLTA & ANALISI REQUISITI REALIZZAZIONE DOCUMENTAZIONE & VALIDAZIONE 6

7 DI UN SISTEMA CONTROLLATO COMPLESSO FORWARD/REVERSE ENGINEERING
DALLA PROGETTAZIONE ALLA REALIZZAZIONE PROGETTAZIONE E REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA CONTROLLATO COMPLESSO MODELLO & SIMULAZIONE FORWARD/REVERSE ENGINEERING DOCUMENTAZIONE & VALIDAZIONE DOCUMENTAZIONE & VALIDAZIONE RACCOLTA & ANALISI REQUISITI REALIZZAZIONE DOCUMENTAZIONE & VALIDAZIONE ARGOMENTO TESINA DI AUTOMAZIONE I 7

8 DI UN SISTEMA CONTROLLATO COMPLESSO FORWARD/REVERSE ENGINEERING
DALLA PROGETTAZIONE ALLA REALIZZAZIONE PROGETTAZIONE E REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA CONTROLLATO COMPLESSO MODELLO & SIMULAZIONE FORWARD/REVERSE ENGINEERING DOCUMENTAZIONE & VALIDAZIONE DOCUMENTAZIONE & VALIDAZIONE RACCOLTA & ANALISI REQUISITI REALIZZAZIONE DOCUMENTAZIONE & VALIDAZIONE REALIZZAZIONE DI SISTEMA CONTROLLATO COMPLESSO 8

9 ENGINEERING DEL SISTEMA DI CONTROLLO
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE ENGINEERING DEL SISTEMA DI CONTROLLO 9

10 COME AFFRONTARE IL PROBLEMA DELLA REALIZZAZIONE
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE COME AFFRONTARE IL PROBLEMA DELLA REALIZZAZIONE DEL SISTEMA DI CONTROLLO? PROBLEMATICHE DELLA REALIZZAZIONE 10

11 11 REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE
FINALITÀ DA RAGGIUNGERE CON L’APPLICAZIONE DEL SISTEMA DI CONTROLLO SPECIFICHE SULLE PRESTAZIONI E SULLA EFFICIENZA DEL SISTEMA CONTROLLATO ARCHITETTURA DEL SISTEMA DI CONTROLLO FINALIZZATO ALL’AUTOMAZIONE STRUTTURA DEL SISTEMA DI CONTROLLO DEI SINGOLI IMPIANTI STRUTTURA DEL SISTEMA DI CONTROLLO DEI SINGOLI APPARATI CONTROLLO LOCALE DEI SINGOLI ELEMENTI INQUADRAMENTO DEL PROBLEMA 11

12 PREREQUISITI ALLA REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI CONTROLLO
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE PREREQUISITI ALLA REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI CONTROLLO È FONDAMENTALE LA CONOSCENZA APPROFONDITA DELLA STRUTTURA E DELLE MODALITÀ DI FUNZIONAMENTO DEL SISTEMA DA CONTROLLARE. È RICHIESTA (SE DISPONIBILE) ANCHE LA CONOSCENZA DELLE AZIONI DI CONTROLLO APPLICATE NEL SISTEMA CONTROLLATO. PREREQUISITI ALLA REALIZZAZIONE 12

13 FINALIZZATO ALL’AUTOMAZIONE
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE SISTEMA DI CONTROLLO FINALIZZATO ALL’AUTOMAZIONE SISTEMA COMPLESSO STRUMENTAZIONE MODALITÀ DI CONTROLLO IMPIANTI APPARATI ELEMENTI SINGOLI STRUTTURA DI UN SISTEMA DI PRODUZIONE 13

14 14 REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE
ORIGINAL EQUIPMENT MANUFACTORY FORNITORE SEDE GENERALE DELLA SOCIETÀ ALTRO IMPIANTO CLIENTE RICEVIMENTO MISCELAZIONE IMPIANTI DI PRODUZIONE CONFEZIO- NAMENTO SPEDIZIONE SERVIZI SALA CONTROLLO MOVIMEN-TAZIONE ESEMPIO DI SISTEMA DI PRODUZIONE 14

15 REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE
AZOTO IDROGENO AZOTO IDROGENO ACQUA COMPRESSORE COMPRESSIONE DEPURATORE SINTESI EIETTORE ACQUA VAPORE TORRE DI SINTESI REFRIGERAZIONE REFRIGERATORE POMPA SEPARAZIONE NH3 SEPARATORE SEPARAZIONE NH3 SEPARATORE POMPA SCAMBIATORE EVAPORATORE SCAMBIATORE EVAPORATORE AMMONIACA LIQUIDA AMMONIACA GASSOSA POMPA AMMONIACA LIQUIDA AMMONIACA GASSOSA VAPORE ESEMPIO DI UN IMPIANTO DI PRODUZIONE 15

16 REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE
TORRE DI SINTESI PRODOTTI INIZIALI SCAMBIATORE DI CALORE PRODOTTI FINALI EIETTORE DEPURATORE AMMONIACA GASSOSA COMPRESSORE AZOTO AMMONIACA LIQUIDA IDROGENO GAS NON REAGITI SEPARATORE POMPA SERBATOIO POMPA SEPARATORE SCAMBIATORE DI CALORE DISPOSITIVI COSTITUENTI L’IMPIANTO 16

17 SCAMBIATORE DI CALORE A SERPENTINO SCAMBIATORE DI CALORE A PIOGGIA
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE SCAMBIATORE DI CALORE A SERPENTINO SCAMBIATORE DI CALORE A PIOGGIA CONTROLLO DI PORTATA FC PC CONTROLLO DI PRESSIONE VALVOLA A TRE VIE SERVOVALVOLA VALVOLE A DUE VIE CONTROLLI PRICIPALI DELL’IMPIANTO 17

18 RISULTATO DELL’ANALISI DEL SISTEMA CONTROLLATO
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE RISULTATO DELL’ANALISI DEL SISTEMA CONTROLLATO IDENTIFICAZIONE DEI SISTEMI DA CONTROLLARE IDENTIFICAZIONE DELLA STRUMENTAZIONE RACCOLTA DEGLI OBIETTIVI DELLE AZIONI DI CONTROLLO ATTUATORI DISPOSITIVI DI MISURA RETE DI COMUNICAZIONE FINALITÀ DEL CONTROLLO PRESTAZIONI STATICHE DEL SISTEMA CONTROLLATO PRESTAZIONI DINAMICHE DEL SISTEMA CONTROLLATO TOLLERANZE SULLE PRESTAZIONI ANALISI DI UN SISTEMA CONTROLLATO 18

19 RUOLO DELLE AZIONI DI CONTROLLO
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE RUOLO DELLE AZIONI DI CONTROLLO 19

20 20 REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE SISTEMA DA CONTROLLARE
FINALITÀ DELLA AUTOMAZIONE DISPOSITIVI PER L’AUTOMAZIONE AZIONI DI CONTROLLO DISPOSITIVI DI MISURA EMPIRICHE O SISTEMATICHE SISTEMI NATURALI COMPLESSI PRODUTTIVITÀ ATTUATORI CONTROLLORI LOCALI AUTOMATICHE O MANUALI QUALITÀ DEL PRODOTTO RETI DI COMUNICAZIONE IMPIANTI DI PRODUZIONE SOFTWARE DI COMUNICAZIONE IBRIDE REDDITIVITÀ DEL SISTEMA CONTROLLATO CALCOLATORI E SOFTWARE DI SUPERVISIONE RIGIDE O FLESSIBILI RETI DI DISTRIBUZIONE TIPOLOGIE DI AZIONI DI CONTROLLO 20

21 PRESTAZIONI SPECIFICHE AZIONI DI CONTROLLO 21
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE QUANTITÀ DELLA PRODUZIONE PRESTAZIONI NOMINALI QUALITÀ DEL PRODOTTO DI EMERGENZA LIMITI SPECIFICHE VALORE NOMINALE DELLE VARIABILI TOLLERANZE RISPETTO AI VALORI NOMINALI AZIONI DI CONTROLLO CONTINUA LEGGE DI CONTROLLO BUONA ON-FF LEGGE DI COMMUTAZIONE SEGNO DELL’ERRORE FUNZIONE ANALITICA DELL’ERRORE E DELLE SUE DERIVATE AZIONI DI CONTROLLO IN FUNZIONE DELLE SPECIFICHE 21

22 LIMITI DI UNA AZIONE DI CONTROLLO
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE LIMITI DI UNA AZIONE DI CONTROLLO - VALIDITÀ DELLA MISURA DELLE VARIABILI DA CONTROLLARE IL RISULTATO FINALE DI UN CONTROLLO A CONTROREAZIONE NON POTRÀ MAI ESSERE MIGLIORE IN PRECISIONE STATICA E DINAMICA DI QUELLO DEL DISPOSITIVO DI MISURA; - CORRETTA SCELTA DELL’ATTUATORE IL RISULTATO FINALE DI UN CONTROLLO A CONTROREAZIONE DIPENDE DALLA CAPACITÀ DELL’ATTUATORE DI IMPRIMERE IL FORZAMENTO STATICO E DINAMICO AL SISTEMA DA CONTROLLARE IN MODO DA RAGGIUNGERE LE PRESTAZIONI SENZA DANNEGGIARE IL SISTEMA DA CONTROLLARE ; LIMITI DELLE AZIONI DI CONTROLLO 22

23 LIVELLO 3 LIVELLO 2 LIVELLO 1 LIVELLO 0
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE LIVELLO 3 GESTIONE OTTIMIZZATA SCELTA DELLE MODALITÀ DI PRODUZIONE SISTEMA COMPLESSO IMPOSIZIONE DELLE VARIABILI DI GESTIONE DIAGNOSI DEI GUASTI INCIPIENTI RICONFIGURAZIONE SUPERVISIONE LIVELLO 2 MIGLIORAMENTO DEL FUNZIONAMENTO IMPOSIZIONE DELLE VARIABILI DI CONDUZIONE IMPIANTI MONITORAGGIO CALIBRAZIONE DELLA STRUMENTAZIONE INDIVIDUAZIONE DEI GUASTI COORDINAMENTO LIVELLO 1 SEQUENZIALIZZAZIONE DELLE VARIABILI DI COMANDO APPARATI ALLARMI LIVELLO 0 CONTROLLO LOCALE ELEMENTI SINGOLI AZIONE SULLE VARIABILI DI CONTROLLO DEI SINGOLI ELEMENTI FINALIZZATE AD OTTIMIZ-ZARE LA FEDELTÀ DI RISPOSTA DAGLI OBIETTIVI… 23 23

24 LIVELLO 3 LIVELLO 2 LIVELLO 1 LIVELLO 0
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE GESTIONE OTTIMIZZATA SISTEMA COMPLESSO LIVELLO 3 AZIONI SULLE VARIABILI DI GESTIONE CONDUZIONE LIVELLO 2 SUPERVISIONE IMPIANTI AZIONI SULLE VARIABILI DI CONDUZIONE SEQUENZIALIZZAZIONE DELLE AZIONI SULLE VARIABILI DI COMANDO LIVELLO 1 APPARATI LIVELLO 0 AZIONE SULLE VARIABILI DI CONTROLLO DEI SINGOLI ELEMENTI ELEMENTO SINGOLO ELEMENTO SINGOLO ELEMENTO SINGOLO …ALL’ORGANIZZAZIONE DELLE AZIONI DI CONTROLLO 24

25 APPLICAZIONE DELLE AZIONI DI CONTROLLO
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE APPLICAZIONE DELLE AZIONI DI CONTROLLO 1 - COMANDO PER L’AVVIAMENTO DEL SISTEMA CONTROLLATO 2 - VERIFICA CHE SUSSISTANO TUTTE LE CONDIZIONI CHE ASSICURINO L’EFFICACIA DELLE AZIONI DI CONTROLLO 3 - APPLICAZIONE DELLE AZIONI DI CONTROLLO FINALIZZATE ALL’AVVIAMENTO DEL SISTEMA CONTROLLATO 4 - APPLICAZIONE DELLE AZIONI DI CONTROLLO RELATIVE AL FUNZIONAMENTO NELLE CONDIZIONI OPERATIVE NOMINALI 5 - VERIFICA DEL CORRETTO FUNZIONAMENTO DEL SISTEMA DA CONTROLLA-RE SOTTOPOSTO ALL’AZIONE DI CONTROLLO 6 - APPLICAZIONE DI AZIONI DI CONTROLLO ALTERNATIVE SE LA VERIFICA DÀ ESITO NEGATIVO, ALTRIMENTI APPLICAZIONE DELLE PROCEDURE PER LA FERMATA DEL SISTEMA CONTROLLATO PARTIRE DA QUI!!! Le condizioni necessarie devono verificare la presenza di energia e di tutti i comandi attivati, ad esempio nel caso di un ascensore, che esso sia al piano al fine di aprire le porte, oppure che sia stato premuto il tasto del piano per avviare la salita/discesa. L’avviamento e la fermata del sistema da controllare può avvenire in maniera on/off, oppure graduale, oppure continua. Il modo in cui si attiva il processo determina spesso in maniera significativa la qualità delle prestazioni raggiungibili. 7 - COMANDO PER EFFETTUARE LA FERMATA DEL SISTEMA CONTROLLATO 8 - AZIONI DI CONTROLLO FINALIZZATE ALLA FERMATA DEL SISTEMA CONTROLLATO APPLICAZIONE DELLE AZIONI DI CONTROLLO 25

26 SISTEMA CONTROLLATO COMPLESSO
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE SISTEMA CONTROLLATO COMPLESSO COMANDO DI AVVIAMENTO O DI FERMATA COMANDO DI ATTIVAZIONE IMPIANTO COMANDO DI AVVIAMENTO EVENTO APPARATO COMANDO DI ATTIVAZIONE DECISIONE Il comando di avviamento viene attivato in maniera manuale o automatica ed intercettato dal sistema controllato complesso. Tale comando può attivare/disattivare uno o più impianti, che coinvologono uno o più apparati che coinvolgono uno o più elementi singoli. La procedura del comando di avviamento passa per degli eventi (tasto di piano premuto, piano raggiunto, etc.), la decisione tiene conto delle condizioni al contorno (presenza di energia, stato del sistema), l’azione di controllo è il comando di attivazione degli impianti, degli apparati o degli elementi singoli. ELEMENTO SINGOLO COMANDO DI ATTIVAZIONE AZIONE DI CONTROLLO ATTIVAZIONE DI UN SISTEMA CONTROLLATO COMPLESSO 26

27 REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE
VERIFICA CHE SUSSI-STANO TUTTE LE CONDIZIONI PER IL CORRETTO FUNZIO-NAMENTO DEL SISTE-MA DA CONTROLLA-RE APPLICAZIONE AL SISTEMA DA CON-TROLLARE DI TUTTE LE AZIONI DI CON-TROLLO CON UN ANDAMENTO TALE DA OTTENERE UN CORRETTO AVVIAMENTO APPLICAZIONE AL SISTEMA DA CONTROLLARE DELLE AZIONI DI CONTROLLO FISSATE AI VA-LORI CHE ASSICURANO IL MANTENIMENTO DELLE CONDIZIONI DI FUNZIONAMENTO DESI-DERATE tempo variabile di comando MISURA DELLE VARIABILI CONTROLLATE, DELLE VARIABILI DI CONTROLLO E DELLE VARIABILI INTERNE PER RILEVARE EVENTUALI ANOMALIE DI FUNZIONAMENTO INIZIALIZZAZIONE COMANDO DI ALGORITMI DECISIONALI IN LOGICA BINARIA ALGORITMI PER IL CONTROLLO A CATENA APERTA, CATENA CHIUSA O IN CONTROREAZIO-NE ALGORITMI PER IL CONTROLLO A CATENA APERTA, CATENA CHIUSA O IN CONTROREAZIONE Nella prima fase si controllano le condizioni (energia elettrica, bottoni premuti, stato del sistema consistente con il comando di inizializzazione). Nella seconda fase si applica l’azione di controllo e quindi si fissa l’andamento della variabile di comando per arrivare a regime di funzionamento permanente nella maniera più veloce e sicura possibile (nei forni l’avviamento si fa gradualmente per evitare stress termici alle parti del forno). Nella terza fase si verifica che il funzionamento a regime sia entro le specifiche. Tutto il discorso vale anche nel caso della fermata. ALGORITMI DECISIONALI IN LOGICA BINARIA PER L’INDIVIDUAZINE E LA SEGNALAZIONE DELLE CONDIZIONI DI FUNZIONAMENTO ANOMALO O DI GUASTO PROCEDURE DECISIONALI IN LOGICA FUZZY AVVIAMENTODI UN SISTEMA CONTROLLATO 27

28 STRUTTURA DEL SISTEMA DI CONTROLLO
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE STRUTTURA DEL SISTEMA DI CONTROLLO 28

29 SISTEMA DA CONTROLLARE
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE IL RUOLO DELLE TECNOLOGIE TECNOLOGIE UTILIZZATE 1960 1970 1980 1990 2000 ANNO ELETTROTECNICA ELETTRONICA INFORMATICA MECCATRONICA MECCANICA CHIMICA REALIZZAZIONE DELLA STRUMENTAZIONE REALIZZAZIONE DEL SISTEMA DA CONTROLLARE L’inizio è del 1960, ma è da prima. Negli anni ’60 c’è l’elettronica a valvole, quindi meglio tecnologie meccanice e chimiche. Poi l’elettrotecnica era evoluta, con i motori e i relè elettromeccanici con funzionamento a regime variabile, soprattutto nei motori a CC e poi nei motori sincroni e asincroni. L’elettronica è iniziata con i transistor prima e poi i circuiti integrati. I transistor di potenza: i diodi e triodi, raddrizzatori al silicio controllati in accensione e spegnimento, transistori di potenza. L’ultima ad arrivare è stata l’informatica con i primi microprocessori. La meccatronica, è la fusione delle diverse tecnologie, venuta dal giappone, mirata a produrre prodotti migliori rispetto alle realizzazione con monotecnologia. Queste tecnologie influenza sia il sistema da controllare che la strumentazione. Prima esistevano i motori idraulici, poi man mano sono diventati obsoleti. IL RUOLO DELLE TECNOLOGIE 29

30 TECNOLOGIE E FORMAZIONE PROFESSIONALE NELLA AUTOMAZIONE INDUSTRIALE
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE TECNOLOGIE E FORMAZIONE PROFESSIONALE NELLA AUTOMAZIONE INDUSTRIALE RISULTATO INGEGNERIA MECCANICA POICHÉ LA REALIZZAZIONE DEL SISTEMA DA CONTROLLARE SI BASA SU TECNOLOGIE MECCANICHE NELLA QUASI TOTALITÀ DELLE APPLICAZIONI INGEGNERIA CHIMICA POICHÉ LA PROGETTAZIONE E LA REALIZZAZIONE DI MOLTE APPARECCHIATURE UTILIZZATE IN UN IMPIANTO DI PRODUZIONE DI TIPO CONTINUO SONO AFFIDATE PER TRADIZIONE A TALE SETTORE INGEGNERIA ELETTROTECNICA POICHÉ LA MOVIMENTAZIONE DELLE PARTI MECCANICHE È DI IMPORTANZA FONDAMENTALE ED È OTTENUTA QUASI ESCLUSIVAMENTE CON MOTORI ELETTRICI INGEGNERIA ELETTRONICA POICHÉ LA TECNOLOGIA ELETTRONICA HA UN RUOLO DETERMINANTE NELLA REALIZZAZIONE DELLA STRUMENTAZIONE E DEI DISPOSITIVI DI ELABORAZIONE Concorrono nella automazione varie tecnologie. L’ing. Meccanico non fa elettronica, fa qualcosa di elettrotecnica. L’Ing. Chimico lavora molto negli impianti di tipo continuo, chimica di base, petrolchimico. Hanno sviluppato modalità di controllo intrinseche di tipo continuo. Il regolatore PID è nato proprio in questo ambiente. Il Model Based control (basato sul modello dell’impianto) è nato qui. Ma non conoscono gli autovalori, né le variabili di stato. L’Ing. Elettrotecnico gestisce la movimentazione controllata, ma è come l’Ing. meccanico. L’Ing. Elettronico ha poca elettrotecnica ed un solo corso di controlli automatici. L’Ing. Informatico, è una tecnolologia che permette di implementare le leggi di controllo. INGEGNERIA INFORMATICA POICHÉ LE MODALITÀ SISTEMATICHE DI CONTROLLO SONO SVILUPPATE NEL SETTORE DEDICATO ALL’AUTOMATICA POICHÉ NELLA REALIZZAZIONE DEL SISTEMA DI AUTOMAZIONE IL SOFTWARE HA SEMPRE UNA RILEVANZA PREPONDERANTE LA TORRE DI BABELE COMPETENZE PRESUNTE NELL’AUTOMAZIONE INDUSTRIALE 30

31 DISPOSITIVI ELEMENTI SINGOLI
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE ELABORAZIONE DEI DATI E DELLE INFORMAZIONI ESERCIZIO SISTEMA DI PRODUZIONE IMPIANTI APPARATI DISPOSITIVI Gli elementi raggruppati in funzione delle funzionalità si raggruppano in dispositivi. Questa è la classica piramide dell’automazione. I dati che vengono dalla strumentazione servono sia a elaborare le azioni di intervento sia a monitorare il sistema. I dati vengono raccolti, registrati, elaborati e trasferiti di nuovo nel sistema da controllare. ELEMENTI SINGOLI ELABORAZIONE DEI DATI E DELLE INFORMAZIONI 31

32 SOFTWARE FINALIZZATI REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE
GESTIONE ED ESERCIZIO DEL SISTEMA CONTROLLATO SOFTWARE FINALIZZATI SUPERVISIONE DEGLI IMPIANTI UTILIZZAZIONE ON-LINE DELLE BASE DI DATI BASE DATI CONDUZIONE DEGLI APPARATI CONSENSI ALLA ATTIVAZIONE DELLE AZIONI DI CONTROLLO COORDINAMENTO, SEQUENZIALIZZAZIONE E TEMPORIZZAZIONE PER IL RAGGIUNGIMENTO DELLA FUNZIONLITÀ DESIDERATA CONTROLLORI LOCALI ATTUATORI - DISPOSITIVI DI MISURA LA PIRAMIDE DELLE AUTOMAZIONE 32

33 ELEMENTI SINGOLI S T R U M E N T A Z I O N E GESTIONE SUPERVISIONE
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE ESERCIZIO PIANIFICAZIONE CONTROLLO MANUALE GESTIONE BASE DI DATI AUTOMATICO SUPERVISIONE BASE DI DATI CONDUZIONE COORDINAMENTO BASE DI DATI S T R U M E N T A Z I O N E Il controllo agisce dall’elemento singolo fino alla gestione. E’ automatico fino alla conduzione, è manuale nella gestione fino al coordinamento. Pertanto coordinamento e conduzione sono ibridi automatici-manuali. In tutta questa fascia c’è il controllo. Ad ogni livello c’è una base di dati. ELEMENTI SINGOLI LE AZIONI DI CONTROLLO IN UN SISTEMA CONTROLLATO COMPLESSO 33

34 DA OPERATORE ASSISTITO
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE OTTIMIZZAZIONE DELLA PRODUZIONE S T R U M E N T A Z I O N E ELEMENTI SINGOLI SUPERVISIONE CONDUZIONE GESTIONE PIANIFICAZIONE COORDINAMENTO ESERCIZIO OTTIMIZZAZIONE DELL’ESERCIZIO OTTIMIZZAZIONE DELLA GESTIONE BASE DI DATI DA OPERATORE ESPERTO O DA OPERATORE ASSISTITO DA SISTEMA ESPERTO SEQUENZIALIZZAZIONE (RIGIDA O FLESSIBILE) DI EVENTI A CATENA APERTA A CONTROREAZIONE Gli elementi singoli sono controllati con modalità di controllo a catena aperta, a catena chiusa o a controreazione. Il coordinamento viene svolto attraverso la sequenzializzazione, rigida o flessibile, degli eventi. La conduzione viene fatta da un operatore esperto o con un ausilio di un sistema esperto che simulano gli effetti sull’impianto dei comandi che potrebbe fornire l’operatore, così che l’operatore può scegliere in maniera opportuna il comando da fornire all’impianto. L’ottimizzazione di gestione (interna) e di esercizio (interazione con il mondo esterno) non è solo ricerca operativa, ma si possono applicare anche modalità di controllo innovative basate su algoritmi genetici ed evolutivi. Pianificazione della produzione è un problema di ottimo con funzione obiettivo lineare (ricerca operativa) o non lineare (programmazione non lineare) OBIETTIVI DEL SISTEMA CONTROLLATO 34

35 PROBLEMATICHE D C S D C S D C S EVENTI ESTERNI CONTROLLO
SISTEMA CONTROLLATO COMPLESO GESTIONE DEL SISTEMA GESTIONE VARIABILI DI GESTIONE CALCOLATORE DI PROCESSO CONDUZIONE DEGLI IMPIANTI D C S DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER CALCOLATORE DI PROCESSO VARIABILI DI CONDUZIONE CONTROLLO COORDINAMENTO D C S DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER CALCOLATORE DI PROCESSO VARIABILI DI COMANDO CAMPO D C S DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER CALCOLATORE DI PROCESSO VARIABILI DI CONTROLLO Il DCS è basato sull’informatica, con computer, con sistemi operativi e software specializzati. VARIABILI CONTROLLATE IL RUOLO DEL PLC (PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER) 35

36 REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE
SISTEMA DI PRODUZIONE IN FUNZIONE DEL VALORE DELLE VARIABILI DI GESTIONE: CONDUZIONE DEGLI IMPIANTI GESTIONE DEL SISTEMA COMPLESSO 1. ATTIVAZIONE E DISATTIVAZIONE DEGLI IMPIANTI 2. ASSEGNAZIONE DEL VALORE ALLE VARIABILI DI CONDUZIONE VALUTAZIONE DELLA FUNZIONALITÀ E DELLA EFFICIENZA DEL SISTEMA CONTROLLATO COMPLESSO SUPERVISIONE: VERIFICA CHE IL FUNZIONAMENTO DEI SISTEMI CONTROLLATI A LIVELLO DI CAMPO E DI COORDINAMENTO SIA CORRETTO GESTIONE DELLE CONDIZIONI DI FUNZIONAMENTO IN EMERGENZA ASSEGNAZIONE DEL VALORE ALLE VARIABILI DI COMANDO CONFIGURAZIONE DEI PARAMETRI DEGLI ALGORITMI DI CONTROLLO COORDINAMENTO VERIFICA CHE SUSSISTANO LE CONDIZIONI PER IL CORRETTO FUNZIONAMENTO DEI SISTEMI CONTROLLATI A LIVELLO DI CAMPO TEMPORIZZAZIONE E SEQUENZIALIZZAZIONE DEL VALORE DELLE VARIABILI DI RIFERIMENTO IN INGRESSO AI SISTEMI CONTROLLATI A LIVELO DI CAMPO Per quanto riguarda gli ingressi agli elementi singoli, si usano rampa e gradino solo per determinare le specifiche. Ma non per il corrente funzionamento. Si evita il gradino perché può stressare la macchina ed eccitare la dinamica secondaria. Si evita la rampa perché non è realizzabile in un funzionamento continuo. Le variabili interne ci servono per monitorare la quantità di energia immagazzinata nel processo. Le variabili esterne ci forniscono informazioni sul contesto. Si pensi ad uno scambiatore di calore. CAMPO ASSEGNAZIONE DELL’ANDAMENTO DESIDERATO DELLA VARIABILE DI CONTROLLO ELABORAZIONE DEGLI ALGORITMI DI CONTROLLO A CATENA APERTA, A CATENA CHIUSA E A CONTROREAZIONE MISURA DELLE VARIABILI CONTROLLATE, DELLE VARIABILI DI STATO, DI INGRESSO E DEI DISTURBI STRUMENTAZIONE DI BASE 36

37 P L C CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE SISTEMA DI PRODUZIONE IN FUNZIONE DEL VALORE DELLE VARIABILI DI GESTIONE: CONDUZIONE DEGLI IMPIANTI GESTIONE DEL SISTEMA COMPLESSO 1. ATTIVAZIONE E DISATTIVAZIONE DEGLI IMPIANTI 2. ASSEGNAZIONE DEL VALORE ALLE VARIABILI DI CONDUZIONE VALUTAZIONE DELLA FUNZIONALITÀ E DELLA EFFICIENZA DEL SISTEMA CONTROLLATO COMPLESSO STRUMENTAZIONE DI LABORATORIO SUPERVISIONE: VERIFICA CHE IL FUNZIONAMENTO DEI SISTEMI CONTROLLATI A LIVELLO DI CAMPO E DI COORDINAMENTO SIA CORRETTO P L C CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE GESTIONE DELLE CONDIZIONI DI FUNZIONAMENTO IN EMERGENZA ASSEGNAZIONE DEL VALORE ALLE VARIABILI DI COMANDO CONFIGURAZIONE DEI PARAMETRI DEGLI ALGORITMI DI CONTROLLO COORDINAMENTO VERIFICA CHE SUSSISTANO LE CONDIZIONI PER IL CORRETTO FUNZIONAMENTO DEI SISTEMI CONTROLLATI A LIVELLO DI CAMPO TEMPORIZZAZIONE E SEQUENZIALIZZAZIONE DEL VALORE DELLE VARIABILI DI RIFERIMENTO IN INGRESSO AI SISTEMI CONTROLLATI A LIVELO DI CAMPO Per quanto riguarda gli ingressi agli elementi singoli, si usano rampa e gradino solo per determinare le specifiche. Ma non per il corrente funzionamento. Si evita il gradino perché può stressare la macchina ed eccitare la dinamica secondaria. Si evita la rampa perché non è realizzabile in un funzionamento continuo. Le variabili interne ci servono per monitorare la quantità di energia immagazzinata nel processo. Le variabili esterne ci forniscono informazioni sul contesto. Si pensi ad uno scambiatore di calore. CAMPO ASSEGNAZIONE DELL’ANDAMENTO DESIDERATO DELLA VARIABILE DI CONTROLLO REGOLATORI PID O CONTROLLORI DEDICATI ELABORAZIONE DEGLI ALGORITMI DI CONTROLLO A CATENA APERTA, A CATENA CHIUSA E A CONTROREAZIONE ALGORITMI DI CONTROLLO A CONTROREAZIONE STRUMENTAZIONE DI CAMPO MISURA DELLE VARIABILI CONTROLLATE, DELLE VARIABILI DI STATO, DI INGRESSO E DEI DISTURBI STRUMENTAZIONE DI BASE 37

38 DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE SISTEMA DI PRODUZIONE IN FUNZIONE DEL VALORE DELLE VARIABILI DI GESTIONE: CONDUZIONE DEGLI IMPIANTI GESTIONE DEL SISTEMA COMPLESSO 1. ATTIVAZIONE E DISATTIVAZIONE DEGLI IMPIANTI 2. ASSEGNAZIONE DEL VALORE ALLE VARIABILI DI CONDUZIONE VALUTAZIONE DELLA FUNZIONALITÀ E DELLA EFFICIENZA DEL SISTEMA CONTROLLATO COMPLESSO STRUMENTAZIONE DI LABORATORIO D C S DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM SUPERVISIONE: VERIFICA CHE IL FUNZIONAMENTO DEI SISTEMI CONTROLLATI A LIVELLO DI CAMPO E DI COORDINAMENTO SIA CORRETTO GESTIONE DELLE CONDIZIONI DI FUNZIONAMENTO IN EMERGENZA ASSEGNAZIONE DEL VALORE ALLE VARIABILI DI COMANDO CONFIGURAZIONE DEI PARAMETRI DEGLI ALGORITMI DI CONTROLLO COORDINAMENTO VERIFICA CHE SUSSISTANO LE CONDIZIONI PER IL CORRETTO FUNZIONAMENTO DEI SISTEMI CONTROLLATI A LIVELLO DI CAMPO VERIFICA CHE SUSSISTANO LE CONDIZIONI PER IL CORRETTO FUNZIONAMENTO DEI SISTEMI CONTROLLATI A LIVELLO DI CAMPO TEMPORIZZAZIONE E SEQUENZIALIZZAZIONE DEL VALORE DELLE VARIABILI DI RIFERIMENTO IN INGRESSO AI SISTEMI CONTROLLATI A LIVELO DI CAMPO Per quanto riguarda gli ingressi agli elementi singoli, si usano rampa e gradino solo per determinare le specifiche. Ma non per il corrente funzionamento. Si evita il gradino perché può stressare la macchina ed eccitare la dinamica secondaria. Si evita la rampa perché non è realizzabile in un funzionamento continuo. Le variabili interne ci servono per monitorare la quantità di energia immagazzinata nel processo. Le variabili esterne ci forniscono informazioni sul contesto. Si pensi ad uno scambiatore di calore. CAMPO ASSEGNAZIONE DELL’ANDAMENTO DESIDERATO DELLA VARIABILE DI CONTROLLO ELABORAZIONE DEGLI ALGORITMI DI CONTROLLO A CATENA APERTA, A CATENA CHIUSA E A CONTROREAZIONE MISURA DELLE VARIABILI CONTROLLATE, DELLE VARIABILI DI STATO, DI INGRESSO E DEI DISTURBI STRUMENTAZIONE DI CAMPO STRUMENTAZIONE DI BASE 38

39 D C S P L C PC REGOLATORI REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE
ANALOGICO DIGITALE NATURA DEI SEGNALI MOLTISSIMI LIMITATO DI INGRESSO E DI USCITA NUMERO DEI SEGNALI D C S P L C PC INDUSTRIALI REGOLATORI SEQUENZIALIZZATORI I controllori a livello di campo, ovvero i regolatori, lavorano con segnali analogici. I sequenzializzatori hanno segnali ibridi. Il PLC elabora in digitale ma può trattare entrambi i tipi di segnale. I DCS abbracciano grandi numeri di segnali di tipo logico o analogico. Il PC industriali sono sistemi general purpose, dedicati però poi a specifiche applicazioni di controllo. DISPOSITIVI DI ELABORAZIONE 39

40 CONDIZIONI OPERATIVE DI FUNZIONAMENTO
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE CONDIZIONI OPERATIVE DI FUNZIONAMENTO 40

41 MODALITÀ DI FUNZIONAMENTO
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE MODALITÀ DI FUNZIONAMENTO DI TIPO CONTINUO RAFFINERIA, DISTILLAZIONE, CEMENTIFICIO,... RETI DI DISTRIBUZIONE AD EVENTI PROGRAMMATI LAMINATOI, MACCHINE DA IMBALLAGGIO,… BATCH (INTERMITTENTE) MISCELATORI, FERMENTAZIONE, … AD EVENTI SINGOLI MOVIMENTAZIONE DI PARTI MECCANICHE, DI CARRI PONTE, DI LOCOMOTORI,... CLASSIFICAZIONE DEI SISTEMI CONTROLLATI 41

42 CONDIZIONI OPERATIVE FUNZIONAMENTO IN CONDIZIONI NOMINALI AVVIAMENTO
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE CONDIZIONI OPERATIVE FUNZIONAMENTO IN CONDIZIONI NOMINALI AVVIAMENTO FERMATA Il malfunzionamento parziale non implica necessariamente bloccare l’impianto, purché si possano rilassare i vincoli prestazionali (le specifiche) o i vincoli sul funzionamento (le condizioni operative di produttività, ad esempio). MALFUNZIONAMENTO PARZIALE EMERGENZA CONDIZIONI OPERATIVE 42

43 UTENTE FINALE SOCIETÀ DI INGEGNERIA COSTRUTTORE
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE UTENTE FINALE MESSA IN SERVIZIO INSTALLAZIONE SOCIETÀ DI INGEGNERIA COSTRUTTORE DEL SISTEMA DI CONTROLLO E DI GESTIONE L’utente finale si rivolge ad una società di ingegneria competente in tutti i settori del sistema da controllare e di controllo di tipo continuo. La società di ingegneria si occupa di progettare e deve sviluppare il capitolato tecnico. STRUTTURA HARDWARE SOFTWARE APPLICATIVO STRUMENTAZIONE RETI DI COMUNICAZIONE CONNESSIONE DELLA STRUMENTAZIONE, SUPERVISIONE E GESTIONE ALLARMI QUADRI REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI PRODUZIONE DI TIPO CONTINUO 43

44 UTENTE FINALE SYSTEM INTEGRATOR COSTRUTTORE
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE UTENTE FINALE SYSTEM INTEGRATOR COSTRUTTORE DEL SISTEMA DI CONTROLLO E DI GESTIONE Nel caso di sistemi di produzione ad eventi, l’utente finale acquista hardware e software e lo fa integrare da un system integrator STRUTTURA HARDWARE SOFTWARE APPLICATIVO CONNESSIONE DELLA STRUMENTAZIONE, SUPERVISIONE E GESTIONE ALLARMI STRUMENTAZIONE RETI DI COMUNICAZIONE QUADRI REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI PRODUZIONE AD EVENTI 44

45 SPECIFICHE DELLA PRODUZIONE
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE IMPIANTO DI PRODUZIONE DI TIPO CONTINUO SALA CONTROLLO - IMPOSIZIONE DELL’ANDAMENTO DELLE VARIABILI DI COMANDO - VISUALIZZAZIONE DELLA MISURA DELLE VARIABILI CONTROLLATE - SEGNALAZIONI DI CONDIZIONI DI FUNZIONAMENTO ANOMALE IMPIANTO APPARATO SPECIFICHE DELLA PRODUZIONE - GARANZIA SULLA QUALITÀ DEL PRODOTTO - PRODUZIONE ORARIA - RENDIMENTO PECULIARITÀ DI UN SISTEMA DI PRODUZIONE DI TIPO CONTINUO 45

46 DI UN IMPIANTO DI PRODUZIONE DI TIPO CONTINUO
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE CONDIZIONI OPERATIVE DI UN IMPIANTO DI PRODUZIONE DI TIPO CONTINUO tempo CONDIZIONI NOMINALI DI FUNZIONAMENTO variabile di comando AVVIAMENTO FERMATA variabile controllata Il tempo di avviamento e di fermata devono essere una frazione limitata delle condizioni nominali di funzionamento al fine di essere definito un impianto continuo. Una centrale termoelettrica può impiegare anche 10 ore ad avviarsi, ma poi funziona per mesi prima di fermarsi. VARIABILI DI COMANDO E VARIABILI CONTROLLATE 46

47 y1,…, y6 VARIABILI CONTROLLATE
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE y1 y5 y4 y3 y2 y6 y1,…, y6 VARIABILI CONTROLLATE y1n y2n y3n y4n y5n y6n VALORE NOMINALE CONDIZIONI NOMINALI DI FUNZIONAMENTO I valori nominali sono normalizzati ad 1. CONDIZIONI DI FUNZIONAMENTO ENTRO LE SPECIFICHE CONDIZIONI ATTUALI DI FUNZIONAMENTO ANALISI DELL’ANDAMENTO DELLE VARIABILI CONTROLLATE 47

48 SPECIFICHE DELLA PRODUZIONE
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE SISTEMI DI PRODUZIONE AD EVENTI PROGRAMMATI QUADRO DI COMANDO - SEQUENZIALIZZAZIONE DEGLI EVENTI - APPLICAZIONE TEMPORIZZATA DELLE VARIABILI DI COMANDO - SEGNALAZIONI DI CONDIZIONI DI FUNZIONAMENTO ANOMALE IMPIANTO APPARATO La vera differenza è che si producono prodotti in termini di pezzi e non di quantità. Non c’è un vera e propria sala di controllo, ma un quadro di comando. SPECIFICHE DELLA PRODUZIONE - GARANZIA SULLA QUALITÀ DEL PRODOTTO - CADENZA NELLA PRODUZIONE - AFFIDABILITÀ DI FUNZIONAMENTO DEI SINGOLI SISTEMI CONTROLLATI PECULIARITÀ DI UN SISTEMA DI PRODUZIONE AD EVENTI PROGRAMMATI 48

49 DI UN IMPIANTO DI PRODUZIONE
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE CONDIZIONI OPERATIVE DI UN IMPIANTO DI PRODUZIONE AD EVENTI PROGRAMMATI tempo di comando variabile eventi controllata CICLO DI LAVORO CICLO DI LAVORO La concomitanza di due eventi (relazione logica AND) attiva la variabile di comando che ha come effetto una variazione della variabile controllata. C’è avviamento, condizioni nominali di funzionamento e fermata. E ciò si può ripetere in maniera ciclica. Ma i tempi di avviamento e di fermata sono di ordine di grandezza paragonabile al tempo di funzionamento in regime permanente. Modellando l’andamento delle variabili di comando si possono migliorare notevolmente le prestazioni a regime. Non si manda mai un gradino, altrimenti si stimolano tutte le dinamiche e i tempi di convergenza a regime peggiorano! VARIABILI DI COMANDO E DELLE VARIABILI CONTROLLATE 49 49

50 SPECIFICHE DELLA PRODUZIONE
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE SISTEMI DI PRODUZIONE BATCH QUADRO DI COMANDO - SEQUENZIALIZZAZIONE DEGLI EVENTI - APPLICAZIONE TEMPORIZZATA DELLE VARIABILI DI COMANDO - SEGNALAZIONI DI CONDIZIONI DI FUNZIONAMENTO ANOMALE IMPIANTO APPARATO La vera differenza è che si producono prodotti in termini di pezzi e non di quantità. Non c’è un vera e propria sala di controllo, ma un quadro di comando. SPECIFICHE DELLA PRODUZIONE - GARANZIA SULLA QUALITÀ DEL PRODOTTO - CADENZA NELLA PRODUZIONE - AFFIDABILITÀ DI FUNZIONAMENTO DEI SINGOLI SISTEMI CONTROLLATI PECULIARITÀ DI UN SISTEMA DI PRODUZIONE AD EVENTI PROGRAMMATI 50

51 DI UN IMPIANTO DI PRODUZIONE
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE CONDIZIONI OPERATIVE DI UN IMPIANTO DI PRODUZIONE DI TIPO BATCH tempo di comando variabile eventi controllata WAITING… VARIABILI DI COMANDO E DELLE VARIABILI CONTROLLATE 51 51

52 QUADRO DI TELECOMANDO TELETRASMISSIONE SPECIFICHE
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE RETI DI DISTRIBUZIONE QUADRO DI TELECOMANDO - TELERICEVIMENTO DELLE VARIABILI MISURATE - TELETRASMISSIONE DELLE VARIABILI DI COMANDO - SEGNALAZIONI DI CONDIZIONI DI FUNZIONAMENTO ANOMALE RETE DI DISTRIBUZIONE TELETRASMISSIONE APPARATO ATTARATO Rete di distribuzione. Ad es. impianto di distribuzione idrica. Il telericevimento e la teletrasmissione sono richieste perché in generale il sistema di distribuzione è diffuso per km quadrati. SPECIFICHE - QUALITÀ DEL PRODOTTO - COSTANZA DEI PARAMETRI DEL PRODOTTO DISTRIBUITO - CONTINUITÀ DI FORNITURA DEL PRODOTTO PECULIARITÀ DI UNA RETE DI DISTRIBUZIONE 52 52

53 CONDIZIONI OPERATIVE DI UNA RETE DI DISTRIBUZIONE tempo 53
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE CONDIZIONI OPERATIVE DI UNA RETE DI DISTRIBUZIONE tempo controllate variabile parametro caratteristico disturbo In una rete di distribuzione le condizioni operative sono quelle di regolazione. Si vogliono pertanto eliminare gli effetti del disturbo, ovvero della domanda, che, nel caso di una rete di distribuzione idrica è la portata. Tutto ciò a meno di picchi determinati da precisi eventi. di comando variabile VARIABILI DI COMANDO, DI QUELLE CONTROLLATE E DEL DISTURBO 53

54 PROFESSIONALITÀ RICHIESTE
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE PROFESSIONALITÀ RICHIESTE IMPIANTO DISPOSITIVO RETE DI IMPIANTO INTEGRATORE DI SISTEMA INSTALLAZIONE E TEMPORIZZAZIONE DEI DISPOSITIVI ELEMENTO SINGOLO RETE DI CAMPO STRUMENTISTA CONOSCENZA DELLA STRUMENTAZIONE DA CAMPO MESSA IN FUNZIONE DEI CONTROLLORI LOCALI PROFESSIONALITÀ RICHIESTE 54

55 PROFESSIONALITÀ RICHIESTE
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE PROFESSIONALITÀ RICHIESTE PIANIFICATORE DELLA PRODUZIONE SISTEMA COMPLESSO IMPIANTO RETE DI SISTEMA INTEGRATORE DI SISTEMA INSTALLAZIONE DELLA RETE E MESSA IN FUNZIONE DELLA SUPERVISIONE DISPOSITIVO RETE DI IMPIANTO INTEGRATORE DI SISTEMA INSTALLAZIONE DELLA RETE E MESSA IN FUNZIONE DELLA SUPERVISIONE PROFESSIONALITÀ RICHIESTE

56 PROBLEMATICHE DI GESTIONE DI UN SISTEMA COMPLESSO
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE PROBLEMATICHE DI GESTIONE DI UN SISTEMA COMPLESSO 56

57 GESTIONE TECNICA E PRODUTTIVA DI UN IMPIANTO
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE GESTIONE TECNICA E PRODUTTIVA DI UN IMPIANTO 1 - CONFIGURAZIONE DEGLI ELEMENTI (DISPOSITIVI DI MISURA, ATTUATORI, CONTROLLORI LOCALI) INSERITI IN UN IMPIANTO 2 - IMPOSTAZIONE DEI PARAMETRI DEI DISPOSITIVI DI MISURA E DEI CONTROLLORI LOCALI 3 - RACCOLTA DELLE INFORMAZIONI E DEI DATI TECNICI RELATIVI AGLI ELEMENTI CHE REALIZZANO UN IMPIANTO 4 - RACCOLTA DELLE INFORMAZIONI E DEI DATI TECNICI RELATIVI ALLA STRUMENTAZIONE 5 - RACCOLTA DELLE INFORMAZIONI RELATIVE ALLE PARTI DI RICAM-BIO, ALLE SOSTITUZIONI ED AI FORNITORI 6 - ACQUISIZIONE E MEMORIZZAZIONE DEI DATI RELATIVI ALLA CONDUZIONE 7 - MANUTENZIONE DI RIPRISTINO, PREVENTIVA, PROGRAMMATA, PREDITTIVA GESTIONE TECNICA 57

58 58 REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE
STATO CORRENTE SISTEMA ESPERTO DIAGNOSI DEI GUASTI LINEE DI TENDENZA INTERFACCIA OPERATORE GESTIONE ALLARMI CONTROLLO STATISTICO DELLA PRODUZIONE BASE DATI DEL SISTEMA DI PRODUZIONE SUPPORTO ALLA MANUTENZIONE DRIVERS Controllo statistico: Tempo di funzionamento corretto Percentuale di fuori norma o di guasto Occorrenze di determinanti eventi Tutti questi aspetti sono collegati tra di loro e devono essere interfacciati con l’operatore. INFORMAZIONI SUL SISTEMA DI PRODUZIONE INFORMAZIONI SUI DISPOSITIVI DI MISURA DATI MISURATI INFORMAZIONI SULLA GESTIONE GESTIONE CENTRALIZZATA DELLE BASI DATI 58

59 PROCEDURE DI DATA PROCESSING
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE PROCEDURE DI DATA PROCESSING 1 - RESIDENTI NELLO STRUMENTO DI MISURA O NELL’ATTUATORE E FINALIZZATE AL MIGLIORAMENTO DELLE GRANDEZZE MISURATE (FONDOSCALA, LINEARIZZAZIONE, INTERPOLAZIONE) 2 - UTILIZZATE PER DEFINIRE L’ANDAMENTO DESIDERATO DELLA VARIABILE CONTROLLATA (ELIMINARE RUMORE) 3 - FINALIZZATE A RENDERE SIGNIFICATIVI I DATI PER LA SUPERVI-SIONE E LA GESTIONE (EVIDENZIARE IL TREND) 4 - DI TIPO CONVENZIONALE OPPURE INNOVATIVO (CUSTOMIZZATO) Data Processing. All’inizio vi erano i calcolatori di processo, collegati con le stampanti che facevano il data-logging dei dati provenienti dalla strumentazione. Erano così tanti che erano illeggibili. Le informazioni che interessavano erano nascoste dentro quei dati. A noi interessa di un impianto la banda passante. Alcuni impianti sono molto lenti e hanno una banda passante molto bassa e quindi un forzamento istantaneo non lo sente. Dobbiamo poi pulire il segnale utile dal rumore, tenendo conto della banda passante del segnale utile. Il rumore di quantizzazione è di tipo gaussiano. Gli errori di misura sono ad alta frequenza. Dobbiamo poi stimare la derivata prima e seconda del solo segnale utile. La derivata è il limite del rapporto incrementale della variabile priva di rumore. Dai dati tiriamo poi fuori il modello. Funzione di trasferimento, o in base alle variabili di stato. In funzione della risposta impulsiva e a gradino si possono derivare la dinamica dominante. I diagrammi di bode, ottenuti con sinusoidi, dà informazioni anche sulla dinamica secondaria. Mentre il signal processing fa parte delle tlc, e l’interesse è far si che il segnale sorgente venga ricostruito in tutto il suo spettro nel segnale ricevuto a destinazione, nel data processing quello che interessa è una tale similitudine solo ed esclusivamente entro la banda passante perché il resto è filtrato. Quello che ci interessa è capire se il sistema ha un polo dominante, due poli dominanti e poi se ci sono delle dinamiche secondarie o delle nonlinearità. Tutto ciò è la premessa. Tutta la strumentazione di campo ha un microprocessore che pulisce il segnale che vien fuori dal sensore, esso vien fatto all’interno dello strumento. Inoltre si fissa il minimo e massimo valore della scala. Si può linearizzare inoltre la grandezza misurata. Il segnale può essere interpolato in caso in cui manchi una misura di una successione. Tali processamenti locali vengono spesso spacciati dai venditori di strumentazione come strumentazione intelligenti. A noi ci interessa il solo segnale utile. Quindi bisogna eliminare il rumore. Per esempio l’encoder è un esempio di generatore di rumore. Ci interessa non solo il valore pulito ed istantaneo, ma anche il trend, la derivata prima e seconda, ci interessa l’analisi statistica. Il DP di tipo innovativo è customizzato in funzione delle peculiarità del sistema che elabora i dati in maniera intelligente, come, ad esempio, una rete neurale. Come prima, bisogna pulire dal rumore. GESTIONE DEI DATI 59

60 RICHIESTE DELL’UTENTE FINALE PER IL
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE RICHIESTE DELL’UTENTE FINALE PER IL DATA PROCESSING 1 - IDONEO ALLA ELABORAZIONE DELLE MISURE PROVENIENTI DALLA STRUMENTAZIONE DI CAMPO (ANALOG – Banda Passante O DIGIT – hz/bit) 2 - COMPATIBILE CON IL DISPOSITIVO DI ELABORAZIONE DISPONIBILE (INTERFACCIA FISICA, OPTO/ELETTRICA, PROTOCOLLARE) 3 - TEMPO DI ELABORAZIONE COMPATIBILE CON IL COMPORTAMENTO DINAMICO DEL SISTEMA DA CUI PROVENGONO I VALORI MISURATI (REAL TIME, SINCRONO/ASINCRONO) 4 - COMPATIBILE CON I SOFTWARE DI ELABORAZIONE DISPONIBILI Analogico, digitalizzato (sensore analogico + convertitore A/D caratterizzato da risoluzione in termini di campionamento e di lunghezza di parola), digitale (esce già dal sensore come informazione binaria come risultato relativo rispetto alla scala del sensore); Compatibile elettricamente, fisicamente e logicamente con il sistema di elaborazione; «Tempo reale» significa avere l’informazione al momento che serve. Uno scambiatore di calore ha una dinamica molto lenta e quindi lavorare in tempo reale non ha senso. Ma nei robot che montano i componenti elettronici in una scheda, i tempi dei transitori sono brevissimi e quindi i dati devono essere forniti in real-time; … Le nuove release devono essere compatibile con le vecchie; Spesso alcuni impianti di automazione diventano obsoleti perché usano protocolli proprietari che decadono in disuso. Bisogna pertanto attenersi a ben precisi standard (vedasi uso di documentazione UML per la manutenzione e l’aggiornamento) 5 - COMPATIBILE CON LE EDIZIONI PRECEDENTI 6 - TRASPARENTE PER GLI AGGIORNAMENTI E LA MANUTENZIONE (USO DI STANDARD E DOCUMENTAZIONE FORMALE) GESTIONE DEI DATI 60

61 DIAGNOSI DEI GUASTI 61 REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE
1 - GUASTI EVIDENTI E LATENTI SEGNALATI DALLA STRUMENTAZIONE DEI DISPOSITIVI DI MISURA O DEGLI ATTUATORI 2 - STRUMENTAZIONE CON AUTODIAGNOSTICA 3 - ELIMINAZIONE DEI VALORI MISURATI ANOMALI O FUORI NORMA 4 - INTERPRETAZIONE DEI DATI MISURATI VISUALIZZATI DALL’UTENTE (APPROCCIO STATISTICO) 1. Nei guasti non basta un allarme. Un impianto complesso è costituito da tantissimi sensori che possono dare un allarme. Come gestire tale allarme? L’allarme serve solo a mettere in guardia il supervisore, è il primo passo per la diagnosi dei guasti che vengono rilevati dai sensori posti nel processo o negli attuatori; 2. La autodiagnostica è effettuata dal microprocessore che verifica innanzitutto se il sensore sta funzionando. Per esempio fissando una scala +4/+20 mA ha uno zero in +12mA. Pertanto se il sensore restituisce 0 mA vuol dire che il sensore è rotto. L’autodiagnostica segnala il malfunzionamento dello strumento. 3. In mancanza di dati intermedi, anomali o fuori norma (in caso di un disturbo esterno alla misura), si fa interpolazione. 4. La prima interpretazione è la stima in linea del valore medio. Il valor medio di un set di elementi si calcola off-line. Invece a noi serve fare la stima ottima on-line di una grandezza. Oltre al valore medio, ci interessa la statistica in termini di distribuzione. Tutto ciò deve essere rappresentato infine graficamente; 5. Applicazione della logica sfumata fuzzy, per identificare il grado di funzionalità (entro la norma, fuori la norma, ovvero entro quanto tempo bisogna intervenire) delle macchine e degli apparati. 5 - VALUTAZIONE DEL GRADO DI FUNZIONALITÀ DI MACCHINE E APPARATI (ENTRO/FUORI NORMA, TEMPO ALLA MANUTENZIONE) GESTIONE DEI GUASTI 61

62 MODALITÀ DI MANUTENZIONE
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE MODALITÀ DI MANUTENZIONE 1 - REATTIVA, A SEGUITO DI GUASTO ACCERTATO 2 – PREVENTIVA, A SEGUITO DI EVENTI 2a - PROGRAMMATA, A SEGUITO DI TIMEOUT 2b - DETERMINATA DAL MANIFESTARSI DI UN GUASTO LATENTE Accertato il guasto  curativa Preventiva  attivata in base ad eventi ma prima che si presenti un guasto Programmata  è un sotto caso dalla preventiva. E’ basata solo sul tempo; caso degli aerei indipendentemente dalla presenza o meno del guasto, si sostituisce in funzione della vita media; Guasto latente  alcuni indicatori di guasto indicano che lo stato del pezzo in esame è tale da richiederne la sostituzione in maniera preventiva; Massima efficienza  L’obiettivo non solo è quello di far funzionare l’impianto, ma quello di farlo funzionare massimizzando l’efficienza col minimo costo. 3 - FINALIZZATA AL MANTENIMENTO DELLA MASSIMA EFFICIENZA (RELIABILITY CENTERED MAINTENANCE - RCM) GESTIONE DELLA MANUTENZIONE 62

63 REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE
MODALITÀ DI CONTROLLO 63

64 SISTEMA COMPLESSO SISTEMA DI CONTROLLO APPARATI STRUMENTAZIONE
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE SISTEMA COMPLESSO SISTEMA DI CONTROLLO APPARATI REALIZZATI CON TECNOLOGIE MECCANICHE STRUMENTAZIONE REALIZZATA CON TECNOLOGIE MECCANICHE ELETTRICHE ELETTRONICHE INFORMATICHE MECCATRONICHE MODALITÀ DI CONTROLLO REALIZZAZIONE DEL SISTEMA DI CONTROLLO 64

65 AUTOMAZIONE DI BASSO LIVELLO
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE AUTOMAZIONE PROFESSIONALE ADATTAMENTO DEL MODELLO DIAGNOSI DI GUASTI RICONFIGURAZIONE PARAMETRI MODELLO DEL SISTEMA DA CONTROLLARE INDIVIDUAZIONE DEI SINTOMI MISURE AUTOMAZIONE DI BASSO LIVELLO MODALITÀ DI CONTROLLO IMPIANTO L’automazione di basso livello è quella che realizza il controllo dell’impianto in condizioni di funzionamento nominale. Ma non è tutta qui l’automazione industriale! Dall’impianto si prelevano le misure che aiutano ad individuare dei sintomi. I quali sintomi possono portare alla diagnosi dei guasti. Le misure e la diagnosi dei guasti richiedono l’adattamento del modello dalle condizioni nominali di partenza alle nuove condizioni di funzionamento. L’output di tale processo è quella di individuare i nuovi parametri del modello del sistema da controllare. Si riconfigura pertanto il modello del sistema da controllare e quindi di applicano le opportune modalità di controllo. LIVELLI DI AUTOMAZIONE 65 PROBLEMI EMERGENTI

66 COMPETENZE PER L’AUTOMAZIONE
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE COMPETENZE PER L’AUTOMAZIONE STRUMENTAZIONE AZIONI DI CONTROLLO CONTROLLO MANUALE TECNOLOGIE CONTROLLO AUTOMATICO MECCANICA CONTROLLORI LOCALI CHIMICA COORDINAMENTO ELETTROTECNICA SUPERVISIONE ELETTRONICA GESTIONE INFORMATICA ESERCIZIO VINCOLI PRESTAZIONI COMPETENZE NECESSARIE PER L’AUTOMAZIONE INDUSTRIALE 66

67 MODALITÀ DI CONTROLLO EMPIRICHE SISTEMATICHE
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE MODALITÀ DI CONTROLLO EMPIRICHE SISTEMATICHE SENZA MODELLO CON MODELLO - SENZA PROVE PRELIMINARI CARATTERISTICA STATICA (SOLO FUNZIONALITÀ) - CON PROVE PRELIMINARI NELLA DINAMICA DOMINANTE (PRESTAZIONI REGOLAZIONE) NELLA DINAMICA DOMINANTE E NELLA DINAMICA SECONDARIA (PRESTAZIONI INSEGUIMENTO) NELLA DINAMICA NOMINALE E NELLA DINAMICA INCERTA (DISTURBI ALEATORI) Un esempio di modalità di controllo Empiriche: lo scaldabagno elettrico Sistematica: Nella sola caratteristica statica: ci interessa solo il regime permanente Nella sola dinamica dominante: ci interessa per dimensionare l’attuatore, ovvero il motore per il transitorio. Ad es. albero che connette due masse, dobbiamo dimensionare il motore, la din.dom. è il momento di inerzia delle due masse; Nella dinamica dominante e secondaria: dobbiamo tenere conto della costante elastica dell’albero, perché influenza il comportamento dinamico secondario ed interessa per identificare il miglior modo di azionare il motore per attenuare la dinamica secondaria. La dinamica incerta tiene conto dell’attrito, e quindi bisogna dimensionare opportunamente l’attuatore e scegliere una opportuna modalità di controllo per attenuare l’effetto della dinamica incerta; Un modello di tipo comportamentale è di tipo a scatola nera, input/output Un modello casuale tiene conto delle statistiche (valore medio, varianza, distribuzione) COMPORTAMENTALE (INPUT/OUTPUT) STATISTICO SCELTA DI BASE NELLA PROGETAZIONE DI UN SISTEMA CONTROLLATO 67

68 MODALITÀ DI CONTROLLO EMPIRICHE SISTEMATICHE 68
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE MODALITÀ DI CONTROLLO EMPIRICHE SISTEMATICHE SENZA MODELLO CON MODELLO CONTROLLORI LOCALI A CATENA APERTA PID CON TUNIG OTTIMIZZATO PID A GUADAGNO PROGRAMMATO PID FUZZY CONTROLLORI LOCALI A CATENA APERTA PI STANDARD PI CON AUTOTUNIG COORDINAMENTO DELLE AZIONI DI CONTROLLO PLC CON PROGRAMMA RIGIDO COORDINAMENTO DELLE AZIONI DI CONTROLLO PLC CON PROGRAMMA FLESSIBILE L’autotuning del PI va effettuato quando il sistema è in condizioni operative nominali e non degradate. Nel PID a guadagno programmato si tengono fissi i parametri integrale e derivativo e si agisce solo sul guadagno. SUPERVISIONE CONTROLLO MANUALE DA OPERATORE DI IMPIANTO SUPERVISIONE CONTROLLO MANUALE ASSISTITO DA SISTEMA ESPERTO E CONTROLLORI INTELLIGENTI SUDDIVISIONE DELLE MODALITÀ DI CONTROLLO 68

69 69 REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE
È MOLTO DIFFUSA L’OPINIONE CHE BASANDOSI SOLO SULL’EMPIRISMO E SUL-LA ESPERIENZA SI POSSA RENDERE FUNZIONANTE UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE, UN VOLTA INSTALLATA LA STRUMENTAZIONE CIÒ CONTINUA A FAR CREDERE CHE UNA PREPARAZIONE METODOLOGICA ADEGUATA NON RISULTI DI CONCRETA UTILITÀ Quelli che s’innamoran di pratica sanza scienza, son come ‘l nocchiere, ch’entra in navillo sanza timone o bussola, che mai ha certezza di dove si va. Leonardo da Vinci ANCHE PERCHÉ GLI IMPIANTI SONO SOVRADIMENSIONATI, OVVERO SONO STATI REALIZZATI IN MODO CHE POSSANO FUNZIONARE ANCHE SENZA UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE ADEGUATO, SENZA TENER CONTO DELLE PRESTAZIONI E DEI BENEFICI CHE POSSONO ESSERE OTTENUTI APPLICANDO MODALITÀ DI CONTROLLO ADEGUATE I grossi impianti chimici di base (soda, ammoniaca, acido solforico) e la distillazione del petrolio. Gli impianti erano sovradimensionati. Innanzitutto per motivi strategici: un sistema sovradimensionato è intrinsecamente stabile. La seconda è meno pulita: più è grossa, più costa, più io costruttore ci guadagno! Ma un impianto sovradimensionato ha un maggiore costo di esercizio! OSSIA PRENDENDO IN CONSIDERAZIONE CONGIUNTAMENTE LA PROGETTAZIONE E LA REALIZZAZIONE DEL SISTEMA DA CONTROLLARE E DEL SISTEMA DI CONTROLLO APPROCCIO ALLE METODOLOGIE 69

70 REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE
DIMENSIONAMENTO Dimensionamento di un sistema rispetto alle specifiche e all’effetto di disturbi prevedibili. Tempo di assestamento Tempo di assestamento CORRETTO DIMENSIONAMENTO E SOVRADIMENSIONAMENTO 70

71 MODALITÀ SISTEMATICHE
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE MODALITÀ EMPIRICHE RICAVATE DALLA INTUIZIONE E DALL’ESPERIENZA MODALITÀ SISTEMATICHE CONSOLIDATE RICAVATE DA UNA CONOSCENZA SUPERFICIALE DEL COMPORTAMENTO DEL SISTEMA DA CONTROLLARE E REALIZZATE CON DISPOSITIVI CHE COPIANO LE MODALITÀ DI INTERVENTO DI UN OPERATORE ESPERTO (AD ES. PID) EMERGENTI RICAVATE DA UNA CONOSCENZA APPROFONDITA DEL COMPORTAMEN- TO DEL SISTEMA DA CONTROLLARE PER RAGGIUNGERE PRESTAZIONI CHE UN OPERATORE ESPERTO NON POTREBBE MAI OTTENERE (Dinamica secondaria, Inseguimenti, aleatorietà) INNOVATIVE CONSOLIDATE EMERGENTI – Dominare la dinamica secondaria RICAVATE DA UNA CONOSCENZA APPROFONDITA DEL COMPORTA- MENTO DEL SISTEMA DA CONTROLLARE NEL SISTEMA DI PRODUZIONE E REALIZZATE CON DISPOSITIVI CHE COPIANO L'ESPERIENZA E LA FLESSIBILITÀ DI OPERATORI ESPERTI CLASSIFICAZIONE DELLE MODALITÀ DI CONTROLLO 71

72 SCELTA DI UNA MODALITÀ DI CONTROLLO
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE SCELTA DI UNA MODALITÀ DI CONTROLLO SISTEMA DA CONTROLLARE MODALITÀ DI CONTROLLO PRESTAZIONI SI ACCETTANO QUELLE CHE SI RIESCONO AD OTTENERE DIMENSIONATO SENZA TENERE TENERE CONTO DELLA MODALITÀ DI CONTROLLO EMPIRICHE SISTEMATICHE VENGONO IMPOSTE TRAMITE LE MODALITÀ DI CONTROLLO IN MODO: - CONVENZIONALI DIMENSIONATO IN FUNZIONE DELLA MODALITÀ DI CONTROLLO - EMERGENTI - RIGIDO - INNOVATIVE - FLESSIBILE SCELTA DI UNA MODALITÀ DI CONTROLLO 72

73 APPLICAZIONI SENZA TEORIA
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE APPLICAZIONI SENZA TEORIA SECONDO IL PRINCIPIO: “PURCHÉ FUNZIONI E ASSICURI I MARGINI DI CONVENIENZA ECONOMICA, TUTTO VA BENE” TEORIA SENZA APPLICAZIONI SECONDO IL PRINCIPIO: “UNA VOLTA FORMULATO IL PROBLEMA, DEFINITO IL MODELLO E SODDISFATTE LE IPOTESI, SI DIMOSTRA CHE ” APPLICAZIONE DELLA TEORIA A PROBLEMI SIGNIFICATIVI E TEORIA MIRATA ALLE APPLICAZIONI SECONDO IL PRINCIPIO “MIGLIORARE LA QUALITÀ DELLE PRESTAZIONI MEDIANTE L’APPLICAZIONE E L’ESTENSIONE DELLA TEORIA A PROBLEMI CONCRETI” APPROCCI ALLA APPLICAZIONE DELLE METODOLOGIE 73

74 APPROCCIO DA INGEGNERE
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE APPROCCIO DA TEORICO ENUNCIAZIONE DI UNA METODOLOGIA IN FUNZIONE DELLA FORMULAZIONE DEL MODELLO DIMOSTRAZIONE DELLA SUA VALIDITÀ FORMALE APPLICAZIONE SU UN ESEMPIO IDEALIZZATO APPROCCIO DA INGEGNERE COMPRENSIONE DEL SIGNIFICATO DI UNA METODOLOGIA SISTEMATICA MESSA A FUOCO DEI LIMITI DI VALIDITÀ PRATICA (AD ES. MODALITÀ DI CONTROLLO EVOLUTE PER UN SISTEMASOVRADIMENSIONATO) MODALITÀ DI ESECUZIONE DELLE ELABORAZIONI DELLE MODALITÀ DI CONTROLLO (AD ES. TEMPO DI ESECUZIONE DEL MICROPROCESSORE) La validazione di un modello deve essere sempre fatto su un modello più complesso, non su quello ideale da cui si è partiti!!! MODALITÀ DI APPLICAZIONE A CASI REALI (SCELTA STRUMENTAZIONE) SEMPLIFICAZIONI, VERIFICHE DI VALIDITÀ, POSSIBILI ESTENSIONI APPROCCIO ALLA APPLICAZIONE DELLE METODOLOGIE 74

75 ESEMPIO DI APPLICAZIONE A LIVELLO DI CAMPO
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE ESEMPIO DI APPLICAZIONE A LIVELLO DI CAMPO tempo VARIABILE DI FORZAMENTO VARIABILE CONTROLLATA SPECIFICHE: FACENDO RIFERIMENTO AD UNA VARIABILE DI COMANDO DI TIPO A GRADINO, IL CONTROLLORE LOCALE DEVE ESSERE REALIZZATO IN MODO CHE: - LA VARIABILE CONTROLLATA SIA PRIVA DI OSCILLAZIONI; - LA VARIABILE DI FORZAMENTO NON SUPERI MAI IL VALORE MASSIMO PREFISSATO; - IL VALORE CORRISPONDENTE AL FUNZIONAMENTO A REGIME PERMA-NENTE SIA RAGGIUNTO NEL TEMPO MINIMO. SPECIFICHE NELLA REALIZZIONE DI UN CONTROLORE LOCALE 75

76 76 REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE APPROCCIO EMPIRICO:
VIENE REALIZZATO IL SISTEMA CONTROLLATO IMPONENDO AL VALORE DESIDERATO DELLA VARIABILE CONTROLLATA UN ANDAMENTO TALE DA OTTENERE CHE VENGA RAGGIUNTO L’OBIETTIVO DESIDERATO SENZA PROVOCARE FENOMENI INDESIDERATI E SENZA IMPORRE VINCOLI STRINGENTI SULLA DURATA DEL TRANSITORIO E SULLA QUALITÀ DELLA FEDELTÀ DI RISPOSTA tempo DURATA DEL TRANSITORIO APPROCCIO SISTEMATICO: VIENE REALIZZATO IL SISTEMA CONTROLLATO PROGETTANDO L’ALGORITMO DI CONTROLLO IN MODO DA OTTENERE CHE VENGA RAGGIUNTO L’OBIETTIVO DESIDERATO RISPETTANDO TUTTI I VINCOLI SULLA QUALITÀ DELLE PRESTAZIONI E SULLA FEDELTÀ DI RISPOSTA NONCHÉ SULLA MINIMIZZAZIONE DELLA DURATA DEL TRANSITORIO tempo DURATA DEL TRANSITORIO APPROCCI ALLA REALIZZIONE DI UN CONTROLORE LOCALE 76 PROBLEMI EMERGENTI

77 MODALITÀ DI CONTROLLO - CONSOLIDATE - PLC; - REGOLATORI ON-OFF;
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE MODALITÀ DI CONTROLLO - CONSOLIDATE - PLC; - REGOLATORI ON-OFF; - PI STANDARD. - EMERGENTI - PID EVOLUTI; - CONTROLLO ADATTATIVO; - CONTROLLO ROBUSTO; - CONTROLLO PREDITTIVO. - INNOVATIVE - SISTEMI ESPERTI; - CONTROLLORI FUZZY; - CONTROLLORI NEURO-FUZZY; - CONTROLLORI INTELLIGENTI. CLASSIFICAZIONE DELLE MODALITÀ DI CONTROLLO 77

78 SISTEMA DI AUTOMAZIONE
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE SISTEMA DI AUTOMAZIONE MODALITÀ DI CONTROLLO DEL SISTEMA DI PRODUZIONE DEI SINGOLI IMPIANTI DI OGNI APPARATO IN CONDIZIONI DI FUNZIONAMENTO NOMINALI DI EMERGENZA DI GUASTO DIFFUSIONE DELLE MODALITÀ DI CONTROLLO 78

79 MODALITÀ DI CONTROLLO EMPIRICHE CONVENZIONALI EMERGENTI INNOVATIVE
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE MODALITÀ DI CONTROLLO S U P E R V I S I O N E CONTROLLORI LOCALI C O R D I N A M E N T O PIANIFICAZIONE GESTIONE E EMPIRICHE CONVENZIONALI EMERGENTI INNOVATIVE DIFFUSIONE DELLE MODALITÀ DI CONTROLLO 79

80 DIFFUSIONE DELLE MODALITÀ DI CONTROLLO
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE DIFFUSIONE DELLE MODALITÀ DI CONTROLLO AZIONI DI CONTROLLO APPLICAZIONI INDUSTRIALI SETTORI ALTRI A CATENA APERTA A CONTROREAZIONE APPARATO SINGOLO MOLTO DIFFUSO DIFFUSO IMPIANTO DIFFUSO IN VIA DI SVILUPPO SISTEMA COMPLESSO DIFFUSO IN VIA DI SVILUPPO DIFFUSIONE DELLE MODALITÀ DI CONTROLLO 80

81 81 REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE CONTROLLO INTELLIGENTE
1960 1970 1980 1990 2000 ANNO CONTROLLO A LOGICA CABLATA (RELÉ) CONTROLLO PROGRAMMATO (PLC) CONTROLLO ADATTATIVO ROBUSTO CONTROLLO CON REGOLATORI P I D DIFFUSIONE DELLE MODALITÀ DI CONTROLLO 81

82 PROGETTAZIONE E REALIZZAZIONE DEL SISTEMA DI CONTROLLO
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE PROGETTAZIONE E REALIZZAZIONE DEL SISTEMA DI CONTROLLO 82

83 PROGETTAZIONE DEL SISTEMA DI CONTROLLO DI UN SISTEMA COMPLESSO
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE PROGETTAZIONE DEL SISTEMA DI CONTROLLO DI UN SISTEMA COMPLESSO COME AFFRONTARE LA PROGETTAZIONE DEL SISTEMA DI CONTROLLO PER UN SISTEMA COMPLESSO? COME AFFRONTARE LE SCELTE DI BASE SULLA STRUMENTAZIONE E SULLE MODALITÀ DI CONTROLLO? COME REALIZZARE IL DISPOSITIVO DI CONTROLLO ? Cominciare da qui QUALI SONO LE METODOLOGIE DI SUPPORTO ALLA PROGETTAZIONE DELLE MODALITÀ DI CONTROLLO ? PROGETTAZIONE DEL SISTEMA DI CONTROLLO 83

84 PROGETTAZIONE DEL SISTEMA DI AUTOMAZIONE
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE PROGETTAZIONE DEL SISTEMA DI AUTOMAZIONE PRESTAZIONI E SPECIFICHE - STABILITÀ - ATTENUAZIONE DELL’EFFETTO DEI DISTURBI - PRECISIONE STATICA E DINAMICA - ROBUSTEZZA E OTTIMIZZAZIONE RISORSE MODELLAZIONE E SIMULAZIONE IN REALTÀ VIRTUALE - DELL’APPARATO INSERITO NELL’IMPIANTO (Statica) - DELL’APPARATO PER LA PROGETTAZIONE DELLA STRATEGIA DI CONTROLLO (Dinamica continua) - DELL’IMPIANTO PER LA PROGETTAZIONE DELLE AZIONI DI COORDINAMENTO (Dinamica Discreta) - DELL’IMPIANTO PER LA PROGETTAZIONE DELLE MODALITÀ DI GESTIONE (Ricerca Operativa) - DELL’IMPIANTO PER LA PROGETTAZIONE DEGLI ALLARMI (Statistica) SCELTA DELLA STRUMENTAZIONE - DIMENSIONAMENTO DEGLI APPARATI - SCELTA DELLA STRUMENTAZIONE DI MISURA - DIMENSIONAMENTO DEGLI ATTUATORI PROGETTAZIONE DEL SISTEMA DI AUTOMAZIONE 84

85 PROGETTAZIONE DEL SISTEMA DI AUTOMAZIONE
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE PROGETTAZIONE DEL SISTEMA DI AUTOMAZIONE QUANDO LA STRUTTURA DELL’IMPIANTO È ASSEGNATA VANNO INDIVIDUATE: LE VARIABILI CONTROLLATE (Fornite dal progettista Impianto) LE VARIABILI DI FORZAMENTO (Fornite dal progettista dell’impianto) I DISTURBI (Prevedibili  Controllo sul dimensionamento, Casuali) I PARAMETRI OPERATIVI (Valori nominali delle condizioni di funz.) VA SCELTA: LA STRUMENTAZIONE DI MISURA E GLI ATTUATORI L’ARCHITETTURA DEL SISTEMA DI AUTOMAZIONE LA RETE DI COMUNICAZIONE LOCALE VANNO PROGETTATE: LE STRATEGIE DI CONTROLLO DEI SINGOLI APPARATI LE MODALITÀ DI COORDINAMENTO DEGLI APPARATI DI CONDUZIONE DELL’IMPIANTO DI GESTIONE DEI SINGOLI IMPIANTI VANNO VALUTATI I RISULTATI PRIMA DI APPORTARE MODIFICHE PROGETTAZIONE DEL SISTEMA DI AUTOMAZIONE 85

86 SCELTA DELLE MODALITÀ DI CONTROLLO
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE SCELTA DELLA STRUMENTAZIONE: - SENSORI (grandezza fisica – grandezza fisica); - TRASDUTTORI (grandezza fisica – grandezza elettrica); - ATTUATORI (energia primaria – energia di ingresso); - RETI DI COMUNICAZIONE (informazione); - CONTROLLORI LOCALI (variabile di controllo); - DISPOSITIVI DI ELABORAZIONE. SCELTA DELLE MODALITÀ DI CONTROLLO - CONSOLIDATE - PLC; - REGOLATORI ON-OFF (RELÈ); - PI STANDARD. - EMERGENTI - PID EVOLUTI; - CONTROLLO ADATTATIVO; - CONTROLLO ROBUSTO; - CONTROLLO PREDITTIVO. - INNOVATIVE - SISTEMI ESPERTI; - CONTROLLORI FUZZY; - CONTROLLORI NEURO-FUZZY; - CONTROLLORI INTELLIGENTI. SCELTA DI BASE NELLA PROGETAZIONE DI UN SISTEMA CONTROLLATO 86

87 87 87 PROGETAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE
- METODOLOGIE DI SUPPORTO ALL’AUTOMAZIONE INDUSTRIALE: - DATA PROCESSING - FILTRAGGIO DAL RUMORE; - APPROSSIMAZIONE; - INTERPOLAZIONE; - PREVISIONE; - AGGREGAZIONE. - MODELLAZIONE CON TECNICHE HARD E SOFT COMPUTING - PER IL CONTROLLO DI UN APPARATO; - PER IL CONTROLLO DI UN IMPIANTO; - PER LA GESTIONE DI UN SISTEMA DI PRODUZIONE. - OTTIMIZZAZIONE CON TECNICHE DI HARD E SOFT COMPUTING - FONDAMENTI DI INFORMATICA PER L’AUTOMAZIONE INDUSTRIALE - STRUTTURE HARDWARE DI TIPO DEDICATO; - SOFTWARE DI SUPERVISIONE E GESTIONE; - SOFTWARE DI SUPPORTO ALLA SIMULAZIONE (Simulink); - SOFTWARE DI SUPPORTO ALLA PROGETTAZIONE DELLE MODALITÀ DI CONTROLLO (Matlab); - SISTEMI OPERATIVI (LinuxRT, WindowsCE). METODOLOGIE DI SUPPORTO ALLA AUTOMAZIONE INDUSTRIALE 87

88 ERP MES ENTERPRISE RESOURCE PLANNING MANUFACTURING EXECUTION SYSTEMS
PROGETAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE 88 • PROGRAMMAZIONE DELLA PRODUZIONE • PREVISIONE VENDITE • PIANI DI BILANCIO • FATTURAZIONE • ORDINI DI VENDITA ERP ENTERPRISE RESOURCE PLANNING MES MANUFACTURING EXECUTION SYSTEMS • ORDINI DI LAVORAZIONE • SPECIFICHE SULLA QUALITÀ • MANUTENZIONE • SUPPORTO ALLE DECISIONI SOFTWARE DI SUPPORTO ALLA AUTOMAZIONE INDUSTRIALE 88

89 LIVELLO DI COMUNICAZIONE LIVELLO DI COMUNICAZIONE
PROBLEMATICHE M E N MULTI ENTERPRISE NETWORK COMUNICAZIONE E R P ENTERPRISE RESOURCE PLANNING SISTEMA DI CONTROLLO PER L’AUTOMAZIONE LIVELLO DI COMUNICAZIONE ADDETTI AL FUNZIONAMENTO DEL SISTEMA CONTROLLATO M E S - MANAGEMENT/MANUFACTORING EXECUTION SYSTEM LIVELLO DI COMUNICAZIONE CONTROLLO DEI SINGOLI APPARATI LIVELLO DI COMUNICAZIONE SENSORI, TRASDUTTORI, ATTUATORI, ELEMENTI SINGOLI, INFRASTRUTTURE FORNITURE DELL’ENERGIA NECESSARIA PER IL CONTROLLO LA PIRAMIDE DELL’AUTOMAZIONE 89