Il corso offre una panoramica dei sistemi di produzione industriale e presenta un'approfondita analisi degli aspetti metodologici e tecnologici relativi ai controllori industriali PID e PLC.
[BGP11] Claudio Bonivento, Luca Gentili, and Andrea Paoli.
Sistemi di automazione industriale. Architetture e controllo.
McGraw-Hill, Milano, Italia, 2011.
ISBN 978 88 386 6693–3.
Altri testi suggeriti:
[CB04] Pasquale Chiacchio and Francesco Basile.
Tecnologie informatiche per l’automazione.
McGraw-Hill, Milano, Italia, 2a edition, 2004.
ISBN 88 386 6147–2.
[MFR07] GianAntonio Magnani, Gianni Ferretti, and Paolo Rocco.
Tecnologie dei sistemi di controllo.
McGraw-Hill, Milano, Italia, 2007.
ISBN 978 88 386 7275–0.
Testi per approfondimenti:
[But95] Giorgio C. Buttazzo.
Sistemi in tempo reale.
Pitagora Editrice, Italia, 1995.
ISBN 88 371 1640–3.
[Fal09] Alessandro Falaschi.
Elementi di Trasmissione dei Segnali e Sistemi di Telecomunicazione.
Edizioni ilmiolibro, Italia, v0.99 edi- tion, 2009.
ISBN 978 88 548 2798–1.
Gratuitamente scaricabile all’indirizzo: http://infocom.uniroma1.it/alef/wiki/Didattica/TrasmissioneDeiSegnaliESistemiDiTelecomunicazione .
[FLV00] Augusto Ferrante, Antonio Lepschy, and Umberto Viaro.
Introduzione ai controlli automatici.
UTET Libreria, Italia, 2000.
ISBN 978 88 251 7335–2.
Obiettivi Formativi
Obiettivo del corso è istruire lo studente sulle problematiche, le soluzioni metodologiche e le tecnologie che sono comunemente usate nella produzione industriale. Obiettivi nel dettaglio:
- conoscenza delle principali architetture e modelli di riferimento per un Sistema di Produzione Industriale
- conoscenza delle tecnologie e degli strumenti più usati per la realizzazione di sistemi di controllo industriali;
- conoscenza delle principali normative di riferimento per sistemi di controllo e reti di comunicazione in ambito industriale;
- conoscenza delle principali problematiche legate ai Controllori di Campo, ai Controllori di Procedura e al loro interfacciamento con i processi produttivi;
- le soluzioni teoriche su cui si basano le tecnologie dei Controllori di Campo, dei Controllori di Procedura, delle Reti di Campo e delle Reti per il Controllo;
- saper progettare uno Schema di Controllo di Campo;
- saper tarare un controllore PID;
- saper strutturare un Sistema di Controllo di Procedura;
- saper programmare un controllore PLC mediante linguaggi Ladder Diagram e Sequential Functional Chart.
Metodi Didattici
Lezioni in aula.
Modalità di verifica apprendimento
L'esame finale consiste in una prova orale rivolta a verificare:
- la conoscenza dei modelli, delle architetture di riferimento per i Sistemi di Produzione Industriale;
- la conoscenza delle tecnologie e degli strumenti più comunemente usati nella realizzazione di sistemi di controllo industriali;
- la conoscenza delle normative di riferimento per sistemi di controllo e reti di comunicazione industriali;
- la conoscenza delle basi teoriche dei Controllori di Campo, dei Controllori di Procedura, delle Reti di Campo e delle Reti per il Controllo;
- la conoscenza delle problematiche legate ai Controllori di Campo, ai Controllori di Procedura e al loro interfacciamento con i processi produttivi;
- la conoscenza dei metodi di taratura dei controllori PID;
- la conoscenza dei linguaggi di programmazione Ladder Diagram e Sequential Functional Chart.
- la capacità di saper progettare uno Schema di Controllo di Campo;
- la capacità di saper tarare un controllore PID;
- la capacità di saper strutturare un Sistema di Controllo di Procedura;
- la capacità di saper programmare un controllore PLC mediante linguaggi Ladder Diagram e Sequential Functional Chart.
Una volta per ogni sessione di appelli (estiva e invernale) è data la possibilità di effettuare una prova scritta di esonero dall'esame orale, rivolta a verificare le conoscenze e le capacità sovra indicate attraverso domande a risposta sintetica ed esercizi pratici.
Programma del corso
L’automazione industriale. Il processo produttivo e l’automatica [BGP11, c. 1], [CB04, c. 12]: processo automatizzato, sistema di produzione, automazione dell’impianto di produzione, automazione del sistema di supporto. L’architettura “Computer Integrated Manufactoring” (CIM) [BGP11, c. 1], [CB04, c. 7, 10, 11]: modello gerarchico piramidale, infrastruttura di comunicazione aziendale, standard ANSI/ISA-88.01-1995 "Batch Control", architetture elettroniche per il controllo.
Il controllore PID. Progetto di controllori di campo [BGP11, c. 4], [FLV00, c. 1, 2, 4, 11]: problemi del controllo, segnali di riferimento, specifiche del controllo. Controllore PID ideale [BGP11, c. 4], [FLV00, c. 11], [MFR07, c. 7]: rappresentazione matematica, parametri industriali, tecniche di taratura, schemi di controllo multi-PID, formulazione ISA, schema PI-D con anello interno. Controllore PID reale [BGP11, c. 4], [FLV00, c. 11], [MFR07, c. 7]: accorgimenti realizzativi, fenomeno "wind-up" della saturazione degli attuatori, back calculation and tracking. Schema tecnologico del controllo di campo [BGP11, c. 4], [Fal09, cc. 3, 4, 7], [MFR07, c. 4]: adattamento in potenza, trasduzione, conversione, codifica, campionamento, teorema di Shannon, effetto aliasing, effetti del campionamento non ideale, decodifica, interpolazione continua. Dispositivi di controllo tempo discreti [But95, c. 7], [BGP11, c. 4]: progetto per discretizzazione, progetto per mappattura dei poli e degli zeri, PID digitale.
Il controllore PLC. Cenni storici sui controllori logici sequenziali programmabili [BGP11, c. 6], [CB04, c. 8]. Normative IEC 61131-1 e IEC 61131-2 [BGP11, c. 6], [CB04, c. 8]: definizioni e generalità, architettura hardware, moduli, architettura software, sistema operativo, modalità operative. Modulo processore - Caratteristiche dei dispositivi real-time [BGP11, c. 2], [But95, cc. 1-12]: programmazione concorrente, scheduler, scheduling vincolato, starvation, deadlock, sistemi hard e soft real-time, sistemi operativi real-time, funzionamento a copia massiva di ingressi e uscite, rilevazione delle attivazioni. Moduli I/O - Tecnologie per la connettività [BGP11, c. 3], [CB04, c. 11, 15], [MFR07, c. 10]: classificazioni delle reti di calcolatori, mezzi fisici di trasmissione, codifica dei segnali, raccomandazione ISO/IEC 7498-1 “modello ISO-OSI”, normativa IEC 61158 “Fieldbus”, normativa ISO 11898 "Controller Area Network" (CAN). Normativa IEC 61131-3 [BGP11, c. 6], [CB04, c. 8]: linguaggi di programmazione standard di un PLC, programmazione in linguaggio Ladder Diagram, programmazione in linguaggio Sequential Functional Chart.
Introduzione ai sistemi di controllo con campionamento aperiodico. Approccio guidato dagli eventi (event-triggered control) e autoguidato (self-triggered control): tecniche a emulazione, tecniche input-output (funzionali energetici, dissipatività), tecniche input-to-state, tempo minimo di scansione, effetto Zeno.