28537 - INGEGNERIA E TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLO T

Conoscenze e abilità da conseguire

Conoscenza della struttura e della programmazione dei principali sistemi hw/sw di controllo per l'automazione (PLC, …). Introduzione alla progettazione del sw di automazione.

Contenuti

Finalità del Corso

L'obiettivo del corso è illustrare i principali aspetti ingegneristici e tecnologici connessi con la realizzazione, a livello industriale, dei moderni sistemi di controllo e di automazione.

Gli argomenti trattati sono suddivisibili in due tematiche principali:

- architettura e componenti dei sistemi di controllo e automazione industriale;

- automi per la realizzazione di sistemi di automazione ("controllo logico") e loro implementazione software.

Nell'ambito della prima tematica vengono brevemente discusse le architetture hardware dei sistemi di controllo mappando gli “schemi funzionali”, visti nei moduli di Controlli Automatici e opportunamente ampliati, in “schemi tecnologici”. Successivamente, vengono presentate le principali classi di dispostivi utilizzati nella realizzazione di sistemi di controllo. Per ogni classe sono analizzati alcuni componenti, con particolare riferimento ad i criteri di scelta e dimensionamento in funzione dell'applicazione considerata.

Nell'ambito della seconda tematica sono presentati i principali aspetti per la definizione di algoritmi di controllo/gestione dell'automazione di processo e la relativa implementazione software su opportuni sistemi di elaborazione. In dettaglio, viene introdotta la problematica di gestione delle diverse fasi di funzionamento di un sistema ("controllo logico") tramite lo standard IEC61131-3. Particolare attenzione è dedicata all'implementazione su PLC (Programmable Logic Controller) che costituisce uno standard-de-facto per l'automazione industriale. Tramite l'utilizzo di un opportuno ambiente di sviluppo e simulazione (Integrated Development Environment - IDE), sono presentati diversi esempi agli studenti ai quali viene, in seguito, richiesto di affrontare autonomamente un problema di automazione assegnato dal docente.

Propedeuticità

E' indispensabile avere conoscenze di base di Controlli Automatici.

E' consigliabile aver seguito i moduli di Controlli Automatici T-1 ed T-2

Programma

• Generalità sull'architettura tecnologica di sistemi di controllo con particolare riferimento all'automazione industriale.
• Trasduttori: definizione, classificazione, caratterizzazione.
  Principali sensori per l'automazione:
  Temperatura: termocoppie, termoresistenze.
  Corrente elettrica: shunt resistivo, trasformatori amperometri, ad effetto Hall.
  Posizione/velocità: resolver, encoder, LVDT.
  Deformazione: estensimetri.
• Interfacciamento dei dispositivi di controllo con il processo:
  Amplificatore differenziale e di strumentazione. Multiplexers e Sample and Hold. Conversione analogico/digitale, digitale/analogica.
  Esempi ed esercizi sulla progettazione di semplici catene di interfacciamento per sensori analogici.
• Generalità sulle piattaforme hardware per l'elaborazione digitale orientata al controllo:
  PC industriali, Microcontrollori e DSP.
• Infrastrutture software per il controllo e l'automazione
  Cenni sui sistemi Real-Time per applicazioni di controllo.
  Modello di esecuzione.
• Tipiche unità di controllo per l'automazione:
  controllori embedded vs controllori industriali (PLC, DCS)
  Tipiche architetture funzionali/tecnologiche dell'industria di processo e manifatturiera.
  Approfondimenti sul PLC
• Controllo logico: gestione delle sequenze operative di macchine e impianti.
  Criteri generali di progettazione - progettazione funzionale: astrazione dalla tecnologia - chiarezza espressiva.
  Lo standard IEC-61131-3. I linguaggi. Focus su Sequential Function Chart (SFC - buon livello di astrazione ed espressività) e modello di esecuzione su PLC.
  Ambiente di sviluppo e simulazione (IDE): Codesys.
  Esempi guidati ed esercitazioni per lo sviluppo di controllo logico con SFC.
  Metodologia di progetto del controllo logico a Generalized Actuators (GA)
  Presentazione dei temi su cui eseguire il progetto.
• Cenni sui sistemi di comunicazione per l'automazione: Fieldbuses.
• Argomenti aggiuntivi (non richiesti per l'esame) di cui si fornisce materiale (e, se possibile, registrazioni di lezioni - non sono previste lezioni nell'orario standard):
  1) Importanti attuatori per l'automazione: gli azionamenti elettrici. Caratteristiche generali di un azionamento e tipologie dei motori elettrici e classificazione delle tecniche di controllo. Procedura di scelta di tipologia e taglia di un azionamento, dato un certo task di moto da compiere.
  2) Introduzione ai sistemi di motion control. Concetti di base e architetture. Cenni allo standard di programmazione PLC-Open

(Alcuni argomenti potranno essere soggetti a revisione)

Testi/Bibliografia

Materiale fornito dal docente disponibile su Virtuale (copie delle slide usate nel corso e alcune dispense scritte a mano, istruzioni e modalità di esame e per l'interazione col docente, materiale per lo svolgimento dei progetti, esempi di domande di esame e di esercizi, etc.).
Tale materiale sarà usualmente disponibile circa una settimana prima dell'inizio delle lezioni del corso (in generale, sarà abbastanza simile a quello pubblicato a supporto dello stesso insegnamento erogato nell'AA precedente).
Per accedere a tale materiale è essenziale avere l'insegnamento caricato in carriera o procedere con l'"iscrizione spontanea" che sarà protetta da password. Tale password verrà fornita dal docente nelle prime lezioni dell'insegnamento. Per chi non frequentasse, si consiglia di chiederla a qualche compagno di corso oppure, in caso di impossibilità, di inviare una email di richiesta al docente, con i propri dati (cognome, nome, numero di matricola) e nell'oggetto/subject il seguente tag: [ITSC-T-pwd].

E' responsabilità dello studente effettuare l'iscrizione all'insegnamento su Virtuale il prima possibile per poter ricevere anche i messaggi inviati dal docente attraverso questa piattaforma. Questi messaggi sono fondamentali per lo svolgimento dell'insegnamento e il docente assumerà che tutti gli studenti li ricevano (non verrà accettata come scusante il fatto di non essersi iscritti o di non consultare Virtuale).

Le slide utilizzate e fornite sono nella maggior parte redatte in lingua inglese, ma l'insegnamento e l'esame è il lingua italiana.

E' essenziale integrare il materiale fornito dal docente con appunti presi durante le lezioni.

 

Libri:

Bonivento, Gentili, Paoli "Sistemi di automazione industriale - Architetture e controllo" McGraw-Hill, ISBN 88-386-6440-4 (Consigliato, ma non indispensabile per chi segue le lezioni integrando le slide con propri appunti. La parte relativa ai sensori e alla elettronica di interfacciamento non è comunque coperta da questo testo)

Bonfatti, Monari, Sampieri "IEC 1131-3 Programming Methodology" CJ International (Solo per approfondimenti relativi al controllo logico e alla programmazione di PLC).

Metodi didattici

Lezioni di tipo tradizionale sono tenute in aula con l'ausilio di presentazioni PC (copie delle slide presentate sono disponibili su Virtuale, per alcuni argomenti vengono riportati molti dettagli, per altri meno, quindi, in generale si consiglia di integrarle con propri appunti).

Alcune delle ore in aula vengono dedicate alla presentazione di un ambiente di sviluppo e simulazione (IDE), denominato Codesys, per la progettazione del controllo logico per sistemi automatizzati secondo i linguaggi della norma IEC61131-3. In queste ore si svolgeranno delle esercitazioni guidate in aula (per cui si richiederà l'uso di un proprio portatile). Al momento, non si prevede l'uso di laboratori informatici, ma non la si esclude. In ragione di ciò e delle regole di sicurezza di UniBO, si consiglia la preventiva partecipazione di tutti gli studenti ai Moduli 1 e 2 di formazione sulla sicurezza nei luoghi di studio, [https://elearning-sicurezza.unibo.it/] in modalità e-learning.

Varie integrazioni ed esercitazioni vengono svolte esclusivamente alla lavagna (per queste parti si raccomanda agli studenti di prendere appunti o di procurarsi appunti di colleghi). Nel periodo pandemico si sono usati supporti informatici che consentivano il rilascio di quanto scritto durante la lezione in pdf (e anche la registrazione delle lezioni), in ogni caso si consiglia di prendere i propri appunti (due motivazioni: 1) probabilmente nel periodo post pandemico non saranno più disponibili registrazioni e pdf di quanto scritto in aula; 2) ad ogni modo, anche con quegli ausili, come detto sopra, si ritiene fondamentale che gli studenti integrino con i loro appunti) 

IMPORTANTE: Per ogni comunicazione al docente inerente l'insegnamento, si raccomanda agli Studenti di usare l'email (no messaggi Virtuale - questi li usa solo il docente per raggiungere tutti gli studenti contemporaneamente, no Teams o affini). In particolare, è indispensabile mettere nell'oggetto/subject della email il tag [ITSC-T] altrimenti l'email potrebbe essere ignorata. Inoltre, bisogna sempre aggiungere in cc il tutor del corso ed eventuali altre persone specificate dal docente a lezione e/o nelle istruzioni fornite nel materiale su Virtuale. 
Si ricorda l'importanza di quanto detto in Testi/Bibliografia a proposito dell'iscrizione su Virtuale per poter ricevere i messaggi del docente (oltre che per poter accedere al materiale didattico).

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

L'esame consiste delle seguenti tre prove, le prime due obbligatorie, la terza facoltativa.

1) Esame scritto (durata 3.5 ore) con domande sui temi del corso e 1 esercizio:

- esercizio relativo a catena di interfacciamento dei sensori; 

2) Presentazione orale del progetto di controllo logico di un sistema automatizzato (anche a gruppi di non più di tre persone - il gruppo deve presentare assieme).

3) Esame orale con domande sul programma del corso.

L'ordine in cui sostenere/superare le prime due prove non è vincolato.

Attenzione: per sostenere le prove di esame è INDISPENSABILE essere iscritti nelle liste di Almaesami entro le scadenze. Non si faranno deroghe (anche nel caso di presentazione dei progetti di controllo logico è indispensabile l'iscrizione di tutti i membri dei gruppi, pena la cancellazione dell'iscrizione di tutto il gruppo). Deve essere posta massima attenzione alla prenotazione degli esami. 
Alcuni importanti messaggi potrebbero essere inviati agli Studenti iscritti ad una lista per un particolare esame (in particolare, dopo la chiusura della lista stessa). Questi messaggi sono fondamentali per l'organizzazione dell'esame (includono istruzioni obbligatorie per l'esame), perciò si raccomanda agli Studenti di leggerli attentamente (è obbligatorio).

 Ulteriori importanti informazioni sono riportate in un apposito file pubblicato su Virtuale, si raccomanda di visionarne attentamente il contenuto. E' obbligatorio seguire le regole contenute in questo file (per la costituzione dei gruppi per i progetti di controllo logico, per la registrazione del voto finale, etc.).

Strumenti a supporto della didattica

PC e videoproiettore per le presentazioni.

Utilizzo di un tool di sviluppo (IDE) per lo sviluppo e la simulazione di applicazioni controllo logico.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Andrea Tilli