automazione industriale

UniversitĂ degli studi di Catania

Corso di Laurea in Ingegneria dell’ Automazione e Controllo dei sistemi complessi Automazione Industriale Anno 2008/09

Prof. Giuseppe Nunnari

Revisione auto

Questo esempio di programmazione sviluppato sia in linguaggio Ladder, utilizzando il programma Logosoft della Siemens, sia l’ SFC , utilizzando il programma ISaGRAF, consente di gestire un sistema di revisione automatizzato. Automatizzare un sistema del genere, permette di effettuare nel più breve tempo possibile e senza il continuo intervento dell’operatore umano, le operazioni tipiche che si effettuano in un centro revisioni, quali: controllo emissioni di gas di scarico livello di rumorosità, funzionamento indicatori di posizione /luci stradali e corretta taratura delle sospensioni.

Elementi dell’impianto o o o o o

Nastro trasportatore : permette il movimento dell’auto all’interno dell’officina.

Sensori di prossimità e pressione: permettono di determinare quando l’auto è arrivata ad una postazione.

Sonda lambda : sensore che permette, analizzando i gas di scarico, di determinare il livello di emissione di inquinanti da parte del veicolo.

Foto sensori: determinano il corretto funzionamento delle luci/ indicatori di cambio direzione.

Pedana mobile: pedana in grado di sollevare l’autovettura da terra per effettuare il controllo delle sospensioni.

Descrizione del processo Il processo inizia quando l’addetto alla revisione, dopo aver preso in consegna l’autoveicolo, lo posiziona sopra il nastro trasportatore e aziona il sistema. Ciò permette, mediante degli azionamenti di trasportare l’auto fino alla prima postazione, dove verrà controllato attraverso un’ opportuna sonda, il livello di emissione dei gas. Superata questa fase, l’auto verrà trasferita nella postazione successiva, in cui sarà effettuato il controllo delle luci e degli indicatori di posizione, questo controllo viene fatto sfruttando dei fotosensori che rilevano la presenta di impulsi luminosi, superata anche questa fase, l’auto verrà sottoposta al controllo delle sospensioni, che verrà espletato dapprima sollevando l’auto mediante una pedana mobile e poi verranno simulate delle sollecitazioni atte a misurare le effettive capacità smorzanti degli ammortizzatori finito anche questo controllo l’auto verrà riportata a terra e riconsegnata al proprietario.

Descrizione del codice ladder Nel momento in cui i contatti I1 e I2 in AND assumono valore logico 1, cioè quando la macchina si trova sulla piattaforma mobile e l’operatore da il segnale di start, si ha l’avvio del processo che consiste nell’azionamento del motore (bobina Q1) per trasportare il veicolo nella prima postazione.

Fig. 1

Quando viene ragguinta la prima postazione (T001), adibita al controllo dei gas di scarico emessi, viene attivata la sonda lambda (Q2), la quale avrà bisogno di certo tempo per calibrarsi (T003) ed altro tempo per effettuare l’analisi (T004), fatto questo, il valore ottenuto, qui simulato attraverso il contatto analogico AI1, viene: comparato con quello dettato dalla normativa (SF 005), stampato a video il risultato Fig.3 e avviato il motore per far passare il veicolo nella seconda postazione (Q4).

Fig. 2

Fig. 3

N.B. al fine di evitare ripetuti interventi del programmatore si è scelto di simulare i sensori , che per loro natura in questa sede dovrebbero essere attivati manualmente, con dei timer.Ne è un esempio il primo rung di Fig1 Appena l’autovettura arriva nella seconda postazione(T006) , controllo luci, l’operatore che si trova all’interno del veicolo, provvederà ad accendere in sequenza le luci e gli indicatori di posizione simulati rispettivamente da (T007) e (T009); se i fotosensori percepiscono degli impulsi luminosi (C008) il test sarà andato a buon fine e si avrà anche qui una segnalazione di via libera Fig 5.

Fig. 4

Fig. 5

L’ultima postazione è adibita al controllo delle sospensioni; dopo il suo arrivo (T001) il veicolo viene sollevato da terra attraverso una piattaforma (T002) e vengono generate delle sollecitazioni attraverso un generatore di impulsi (T003) per un tempo di 3 sec (T004) al fine di rilevare le proprietà smorzanti degli ammortizzatori. Ultimato questo controllo l’autovettura viene riportata a terra e viene segnalata la fine della procedura Fig 7.

Fig. 6

Fig. 7

Descrizione codice SFC Prima di iniziare a descrivere il codice SFC è opportuno elencare tutti gli ingressi e uscite considerati

Fig. 8

Fig. 9

Il processo inizia quando l’operatore dopo aver posizionato la macchina sopra un nastro trasportatore da il via premendo il pulsante di start (T1); successivamente il nastro trasportatore si azionerà(QX1_1) e trasporterà la vettura fino alla prima postazione(T2),dove verrà fatta scendere la sonda per il controllo dei gas di scarico.

Fig. 10

Il vero e proprio controllo dei gas di scarico avviene nella fase 5 dove, grazie al codice associato alla fase e riportato in Fig11

Fig. 11

È stato infatti confrontato il valore del gas di scarico con quello imposto dalla normativa; fatto ciò attraverso la variabile interna IX0_3 e le transizioni si decide se continuare(T5) la revisione o terminarla (T12).

Fig. 12

Se il controllo dei gas di scarico è andato a buon fine si procede alla fase successiva trasportando l’auto alla postazione adibita al controllo luci (Fase 6); qui analogamente a quanto visto prima,grazie ad un opportuno codice, verrà decretato il corretto funzionamento delle luci attraverso il numero di impulsi luminoso captato dai foto sensori.

Fig. 13

L’ultimo passo è il controllo delle sospensioni; per effettuarlo la macchina dopo aver raggiunto la postazione verrà sollevata da terra e verranno eseguito il controllo. A termine di questa fase l’auto verrà riportata a terra verrà sganciata dal nastro trasportatore (fase 13)

Nel caso in cui un controllo non dovesse andare a buon fine

Fig. 14

Verrà segnalato l’esito negativo e inoltre l’auto verrà fatta scendere dal nastro trasportatore.

Controllo di temperatura in abitazione

L’esempio proposto di controllo sequenziale di illuminazione e temperatura è stato eseguito in linguaggio Ladder, utilizzando il programma LogoSoft della Siemens e in SFC , utilizzando il programma ISaGRAF, che permette di gestire un sistema di climatizzazione automatizzato; automatizzare un tale sistema consente una migliore qualità di vita all’interno della vita domestica , un consumo energetico ridotto ,il tutto controllato in maniera automatica quindi senza il supporto dell’utente. Questo piccolo esempio esprime la possibilità in un futuro sempre più prossimo di migliorare negli edifici privati e pubblici ,il comfort , la sicurezza e il completo superamento di ogni barriera architettonica.

Elementi dell’impianto o o o o o

Sensori ad infrarossi : Rileva presenza termica; Sensori termici : Rilevano temperature stanza per stanza; Termostato : Gestisce il condizionamento di tutto il perimetro domestico; Sistema di Pompa di calore e Condizionamento: Determina il riscaldamento o il raffreddamento dell’ambiente per ogni singola stanza; Impianto di illuminazione : Illuminazione di ogni stanza controllata dai sensori ad infrarossi;

Descrizione del processo Il processo di controllo automatico di illuminazione e climatizzazione ha inizio quando l’utente entra in casa ,sulla soglia d’ingresso è previsto un sensore ad infrarossi ad attivazione termica che permette l’accensione del punto luce una volta che viene rilevata la presenza di una persona all’interno della stanza.

Immediatamente viene attivato un controllo sulla temperatura interna e se viene rilevata una temperatura inferiore di una certa soglia allora viene attivata la pompa di calore , viceversa se la temperatura rilevata è superiore a un certo valore si attua la climatizzazione della stanza. E’ stato impostato un ulteriore controllo con il quale il termostato gestisce il mantenimento della temperatura. Cambiando stanza accade che se si entra nel corridoio la luce della stanza precedente si spegne, si accende la luce del corridoio (questa rimane accesa per un tempo fissato, in quanto vi è posto un solo sensore sulle uscite del corridoio) mentre rimane attivo il controllo di temperatura in precedenza attivato; se si entra in un'altra stanza verrà acceso il punto luce di pertinenza e si attiverà un differente controllo della temperatura ad hoc per quella stanza.

Descrizione del codice ladder Quando l’utente entra in casa ,quindi nella prima stanza ,il contatto I1 rappresentante il sensore ad infrarossi per il rilevamento della presenza di persona si attiva e il punto luce della stanza viene attivato(Per comodità e per meglio mostrare come avviene la simulazione si è cercato di controllare il tempo che l’utente trascorre all’interno della stanza attraverso un temporizzatore T014, come si vede in figura).

E’ stato usato un blocco a relè di ritenzione SF005 perché quando la luce è accesa , identificata dalla bobina Q1, avviene il set dell’illuminazione con annesso messaggio di segnalazione . Una volta che il sensore della stanza non rileva più la presenza dell’utente si ha lo spegnimento del punto luce e quindi il reset , cosi che il sistema di illuminazione possa ricevere l’imput da un nuovo sensore ad infrarossi ,dallo stesso o da più contemporaneamente.

Dopo l’accensione della luce della stanza inizia immediatamente un controllo di temperatura che prevede un confronto tra il valore acquisito di temperatura nella stanza (espresso in ladder attraverso un ingresso analogico AI1) e uno fra dei valori imposti come soglia che permetteranno il funzionamento del termostato in regime di : o o o

Mantenimento Temperatura: Ovvero se la temperatura è compresa fra 17 e 24 gradi Centigradi allora si attuerà un processo di guardia su questo range di temperatura; Pompa di Calore : Processo che attiva il riscaldamento se la temperatura della stanza scende al di sotto dei 17 gradi Centigradi; Climatizzazione : Processi che attiva il raffreddamento dell’ambiente qualora nella stanza si sia superata la soglia dei 24 gradi Centigradi;

Il controllo sulla temperatura è stato realizzato grazie all’utilizzo dei comparatori analogici SF009 , SF012, SF013 . La segnalazione del tipo di utilizzo del termostato viene immediatamente segnalata attraverso delle segnalazioni a video come mostrato in precedenza per le luci.

La sintassi Ladder che esprime tale situazione è di seguito proposta:

Nella descrizione del funzionamento di tale processo bisogna evidenziare che al fine di simulare il funzionamento ,come esempio, sono stati introdotti dei temporizzatori che ipotizzano il movimento di una persona all’interno del perimetro domestico stanza per stanza. Si è considerato anche un eventuale corridoio che data la sua funzione di connessione tra le diverse stanze non necessita di un controllo di temperatura in quanto l’utente non dovrebbe stazionarvi più di un certo tempo ,anche per questo la relativa illuminazione è stata progettata a spegnimento ritardato .

Descrizione codice SFC Prima di iniziare a descrivere il codice SFC è opportuno elencare tutti gli ingressi e uscite presi in esame.

Il processo ha inizio quando l’utente entra in una stanza , fase 1, parallelamente si ha l’accensione del punto luce relativo e l’abilitazione dei sensori di temperatura, viene attivato il termostato nel giro di 2 sec e inizia il controllo. Di seguito è riportato lo script che verifica la temperatura nella stanza e gestisce la scelta dell’azione .

Una volta verificato il valore di temperatura all’interno della stanza il processo determina l’azione pertinente ed esclude le altre attraverso un OR logico.

Ecco il processo in fase di simulazione: come si possono vedere ,in basso, le fasi attive che vengono segnalate attraverso un indicatore in rosso.Quindi in questo momento si evince che la luce in una stanza è accesa ,si è attivato il sistema dei sensori termici e l’azione che risulta in esecuzione è quella di mantenimento della temperatura,in quanto la temperatura accertata è di 22 gradi Centigradi.

Il finale dello schema in SFC , denota come il controllo di temperatura una volta accesa la luce venga eseguito di continuo . Quando la luce si spegne il controllo non viene più attivato.

Il controllo di temperatura ,come detto ,per quanto riguarda una gestione automatica del problema è stato realizzato supponendo che il corridoio di un abitazione sia sempre unito , in termini di funzionamento, a una qualsiasi stanza.Il processo realizzato per ottimizzare il codice dell’SFC è stato pensato solo per un ingresso fisico che rappresenta il sensore ad infrarossi,in seguito il programma procede automaticamente riguardo tutte le azioni. Al fine di un risparmio energetico potrebbe essere una soluzione vantaggiosa. Non bisogna dimenticare che un controllo di temperatura a monte è necessario all’interno del perimetro domestico, che vigili su di una temperatura che non può scendere al di sotto dei 12 gradi Centigradi per esempio e ciò potrebbe avvenire la notte o quando l’abitazione si trovasse disabitata.

Casello Autostradale

Il funzionamento del casello autostradale è ben noto a tutti ,abbiamo voluto eseguire tale processo in Ladder attraverso il Logo Soft ,e in SFC con ISaGraf, perché è un semplice esempio che esprime il concetto di logica sequenziale. Il progetto prevede l’utilizzo di un sensore ad ultrasuoni che permette il rilevamento di un autoveicolo in prossimità del casello, due fotocellule una per quanto concerne l’erogazione del biglietto e la seconda sul rilevamento del telepas.

Dopo che una delle due fotocellule ha reso l’imput la sbarra si alza ,tale azione è stata resa temporizzata, come possibile vedere dallo schema in SFC.

Sono qui mostrati gli ingressi e le uscite del processo. Lo schema Ladder rappresenta il medesimo processo .

Parcheggio

Si è sviluppata un’applicazione per automatizzare l’ingresso e l’uscita in un parcheggio con un numero limitato di posti disponibili (10).L’ingresso e l’uscita dal parcheggio sono comandati dagli ingressi I1 e I2 che azionano una sbarra d’accesso al parcheggio in entrata o in uscita.

Ad ogni ingresso viene incrementato un contatore,che viene invece decrementato in uscita, con soglia di attivazione alta fissata al numero di posti del parcheggio in questo caso 10.Inoltre per semplificare le operazioni in ingresso e in uscita è stato inserito un temporizzatore a spegnimento ritardato, che permette di mantenere aperta la sbarra aperta per i secondi necessari al transito dell’auto in ingresso e in uscita dal parcheggio.

L’ingresso nel parcheggio di un’auto è possibile se sono ancora disponibili dei posti,per informare gli utenti allora sono state inserite 2 bobine collegate ad un sistema di segnalazione dello stato del parcheggio.

La stessa applicazione è poi stata sviluppata in Zeliosoft: Gli ingressi I1 e I2 sono rispettivamente per l’ingresso e l’uscita nel parcheggio. L’ingresso nel parcheggio è possibile solo se il numero di auto attualmente presente all’interno è inferiore a 10;per questo motivo il segnale d’ingresso è inviato in NOT AND con il segnale ottenuto da un contatore con soglia di attivazione alta a 10.Lo stesso contatore all’uscita di un’auto viene decrementato. Sul comando di avvio per il sollevamento della sbarra d’ingresso al parcheggio sono stati inseriti 2 temporizzatori a spegnimento ritardato per permettere il transito dell’autovettura,sia in uscita che in entrata.

Anche in questo caso è stato previsto un sistema di segnalazione per informare gli utenti della possibilità di parcheggiare.

Compito A

Si consideri il sistema rappresentato in figura che rappresenta un circuito di controllo automatico della porta di un magazzino. In questo esempio il PLC viene usato per aprire e chiudere la porta automatica di un magazzino, in modo da permettere l’uscita di un veicolo che si avvicina.

Svolgimento:

Di questo compito è stata proposta un ulteriore realizzazione:

Compito B

Si consideri il sistema automatico rappresentato in figura che rappresenta un controllo di un nastro trasportatore. In questa sistema il PLC viene usato per avviare ed arrestare i motori di un nastro trasportatore segmentato. Si possono cosĂŹ azionare unicamente le sezioni del nastro che stanno effettivamente trasportando un oggetto, mentre quelle vuote restano ferme.

Svolgimento:

Compito D

Un sistema a nastro trasportatore serve a riempire delle scatole di confezioni per la spedizione.

Funzionamento del sistema: Quando un contenitore vuoto e presente nella stazione di confezionamento, il nastro si melte in funzione e carica le confezioni nella scatola. Quando sono state contate 10 confezioni, il nastro si ferma fino a quando non viene sostituito il contenitore pieno con uno vuoto.

La figura illustra la configurazione del sistema che prevede: - i pulsanti S1 di marcia e S2 di stop per l’avvio e l’arresto del sistema; - il nastro trasportatore comandato dal motore M, che viene a sua volta attivato mediante il contattore K1; - la fotocellula B1 per il conteggio delle confezioni; - il finecorsa S3 che controlla la presenza della scatola di imballaggio delle confezioni.

Svolgimento:

S1 Pulsante di marcia S2 Pulsante di arresto S3 Presenza delle scatole di imballaggio B1 Fotocellula

I1 I2 I4 I3

Uscite: K1 Contattore

Q2

Sviluppo del compito con IsAGraf: Il processo è stato suddiviso in 2 sottoprocessi rispettivamente un processo padre e un processo figlio denominato Nastro.

La pressione del tasto S1 da parte dell’utente avvia il processo Nastro: Action(N): GStart(Nastro); End_Action; Sarà poi il tasto S2 che una volta premuto permetterà il superamento della transizione 2 del padre e l’azione di kill sul processo Nastro.

Nastro: Alla chiusura del microinterruttore avviene il reset del contatore e il set del contattore K,che avvia il motore M, il segnale proveniente dalla micro cellula permette il superamento della transizione 4 , abilitando la fase 5 nella quale viene effettuato lâ&#x20AC;&#x2122;incremento del contatore e viene effettuata la seguente operazione booleana di confronto : Action(N): if(contatore<10) then valore:=TRUE; else valore:=FALSE; end_if;

end_action; Alla fase 6 segue un’operazione di scelta legata all’operazione precedente di confronto: Se valore=TRUE in questo caso la scatola non è ancora piena e si ritorna alla fase 4 ,superabile dall’abilitazione della transizione B1,segnale fotocellula.

Se valore=FALSE , viene resettato il motore e si ritorna nella fase 1 , in attesa di una nuova scatola microinterruttore S3.