La cella di produzione [BGP11, Fal18, MFR07, FLV00].
Controllo di procedura [BGP11, CB04, But95].
Regolatori lineari e programmazione dinamica [Loc96, For11].
Tecnologie Industriali per le comunicazioni digitali [BGP11, CB04, MFR07].
Linguaggi di programmazione per Controllori PLC [BGP11, CB04].
[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.
[But95] Giorgio C. Buttazzo.
Sistemi in tempo reale.
Pitagora Editrice, Italia, 1995.
ISBN 88 371 1640-3.
[CB04] Pasquale Chiacchio and Francesco Basile.
Tecnologie informatiche per l'automazione.
McGraw-Hill, Milano, Italia, 2a edition, 2004.
ISBN 88 386 6147-2.
[Fal18] Alessandro Falaschi.
Trasmissione dei Segnali e Sistemi di Telecomunicazione.
Edizione 1.6a, 2018, manoscritto di preproduzione, gratuitamente scaricabile all'indirizzo: https://teoriadeisegnali.it/wiki/Libro/TrasmissioneDeiSegnaliESistemiDiTelecomunicazione
[FLV00] Augusto Ferrante, Antonio Lepschy, and Umberto Viaro.
Introduzione ai controlli automatici.
UTET Libreria, Italia, 2000.
ISBN 978 88 251 7335-2.
[MFR07] GianAntonio Magnani, Gianni Ferretti, and Paolo Rocco.
Tecnologie dei sistemi di controllo.
McGraw-Hill, Milano, Italia, 2007.
ISBN 978 88 386 7275-0.
[Loc96] Arturo Locatelli.
Controllo ottimo: elementi di teoria classica.
Pitagora, Italia, 1996.
ISBN 88 371 0869-9.
[For11] Ettore Fornasini.
Appunti di teoria dei sistemi.
Progetto Libreria, Italia, 2011.
ISBN 978 88 964 7732-8
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 alle Celle di Produzione e all'interfacciamento dei relativi processi produttivi
- 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 standard
Metodi Didattici
Lezioni in aula.
Modalità di verifica apprendimento
L'esame finale consiste in una prova orale rivolta a verificare:
- la conoscenza dei modelli e delle architetture di riferimento per i Sistemi di Produzione Industriale;
- la conoscenza delle tecnologie e degli strumenti più comunemente usati nella realizzazione di una Cella di Produzione;
- 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, del Controllo Ottimo, delle Reti di Campo e delle Reti per il Controllo;
- la conoscenza delle problematiche legate all'interfacciamento di sistemi digitali con processi fisici;
- la conoscenza dei metodi di taratura dei controllori PID;
- la conoscenza di linguaggi di programmazione standard per PLC.
- 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
Contesto storico e scientifico dell'automazione industriale. Industria 4.0. Processi automatizzati. Modello di progetto a V. Modello CIM. Infrastruttura di comunicazione aziendale. Norma IEC 61512-1. Architetture elettroniche.
Schema tecnologico della cella di produzione. Adattamento, trasduzione e conversione dei segnali. Convertitori analogico/digitali: la codifica, tecnologie per la codifica, campionamento, segnali limitati in banda, teorema del campionamento, aliasing. Convertitori digitale/analogici: decodifica, interpolazione continua. Basic control e controllori di campo: problema di inseguimento, specifiche del controllo. Controllore PID: storia, equazioni tempo-continue, rappresentazione tempo-discreta, forma incrementale con variabili ausiliarie. Progetto analitico di controllori in retroazione dello stato. Metodi di taratura per controllori PID: primo e secondo metodo di Ziegler-Nichols. Metodi di taratura per controllori PID: metodo di Cohen-Coon, metodi a minimo errore.
Storia dei controllori PLC. La normativa IEC 61131: struttura e moduli fondamentali di un controllore PLC. Modulo processore di un PLC: architettura hardware, architettura software, sistema operativo. Dispositivi real-time: il problema dello scheduling, funzionamento a copia massiva di ingressi e uscite, tempo di scansione, watchdog timer. Moduli di ingresso uscita. Classificazioni delle reti di calcolatori. La Raccomandazione ISO/IEC 7498-1. I livelli della pila ISO-OSI. La normativa IEC 61158. La normativa ISO 11898. La normativa IEC 61131-3: linguaggio Ladder Diagram.
Introduzione ai sistemi di controllo lineari stazionari a dimensione finita causali. Rappresentazione matematica a tempo discreto dell'impianto da controllare: analisi della risposta libera ed esempi, analisi della risposta forzata (risposta impulsiva, risposta al gradino, risposta all'esponenziale) ed esempi. Progetto di sistemi di controllo con retroazione statica dell'uscita: soluzione per sistemi del primo ordine e analisi delle limitazioni per sistemi di ordine superiore. Progetto di sistemi di controllo con retroazione statica dallo stato: procedura generale ed esempi di applicazione. Progetto del regolatore a tempo discreto: costruzione dell'osservatore (asintotico) per impianti lineari stazionari a dimensione finita causali ed esempi di applicazione.