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L’ Automazione IndustrialeL’ Automazione Industriale
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Il concetto di automazione
– L’ automazione industriale è l’ insieme delle tecniche che tendono a rendere automatico, o più automatico possibile, un processo
– Un processo è un insieme definito di attività che elaborando un input (materiale e/o dati) genera un output– La produzione di carta a partire dalla cellulosa– La produzione di rubinetti finiti a partire da semilavorati
stampati– La produzione delle buste paga a partire dai dati di ore
lavorate e di paga oraria– La produzione di una torta a partire dagli ingredienti
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Il processo/1
– Il concetto di processo è ricorsivoricorsivo:– Produzione di un rubinetto
– Produzione della lega a partire dai minerali– Fusione dei minerali– Aggiunta degli elementi di alligazione
- Misurazione delle quantità relative- Aggiunta - Controllo della temperatura- ……..
– ………….– Stampa a caldo della lega
– Iniezione della lega nella pressa– Movimentazione della pressa
- Controllo del moto di chiusura- Controllo del moto di apertura- ………….
– Scarico della pressa- Controllo della presa del pezzo- ……………..
– …………..– …………………….
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Il Processo/2
– I limiti che definiscono un processo elementare sono definiti esclusivamente sulla base di considerazioni pratiche e operative, e possono cambiare a seconda di chi e come esamina il fenomeno
– Una società di ingegneria considererà un intero treno di laminazione un processo elementare
– Il fornitore della parte meccanica considererà un singolo duo di cilindri un processo elementare
– ………………...
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La ragion d’ essere dell’ automazione
L’effetto più importante al giorno d’ oggi nell’ automazione è l’ aumento di flessibilitàflessibilità
– Aumento di flessibilità di prodotto
– Aumento di flessibilità di sistema
La flessibilità flessibilità è alla fine di tutto la principale arma competitiva delle aziende
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La piramide frattale dell’ automazione
Attuatori Sensori
PLC
Attuatori Sensori
Bus
PLC
Attuatori Sensori
PLC
Attuatori Sensori
Bus
PLC
DCS
Rete Industriale
DCS
Rete Industriale
Supervisore di fabbrica
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La vita dei dati
Salendo nella piramide, il numero dei dati diminuisce,
ma la loro durata nel tempo aumenta
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Un nuovo modello di automazione
Campo
Controllo di macchina
EDP
Le tendenze recenti dell’ industria:
• Concentrazione sul “core business”
• Attenzione agli aspetti finanziari
• Outsourcing
• Just-in-time
• Globalizzazione
• Attenzione alla qualità
• Attenzione alla sicurezza
Il processo Il processo non è più non è più
piramidalepiramidale
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La “rete” dell’ automazione
Controllo di macchina
Sistema gestionale di
fabbrica
Controllo di macchina
Controllore building automation
Richiesta di output da parte della macchina 2
Informazioni sul tipo di lavorazione richiesto provenienti da altro stabilimento
Dati relativi alla sicurezza
Informazioni sulla qualità e quantità della materia prima provenienti dal subfornitore
Supervisore
Comandi manuali per aumento flessibilità
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I componenti dell’ automazione - i sensori
I sensori
Sono il canale di ingresso dei dati del processo, e quindi irrinunciabili.
In accordo con il modello frattale proposto, l’ acquisizione e trasmissione della misura è di per sé un processo, che tende sempre di più ad essere automatizzato e integrato completamente nel sensore, che assume in questo caso una caratterizzazione più ampia e meno definita.
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I componenti dell’ automazione - gli attuatori/3
Attuatori specifici per applicazioni
Attuatore piezoelettrico per aghi per telai automatici
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I PLC
I dati acquisiti dai sensori e le uscite destinate agli attuatori vengono elaborati e combinati da elementi logici programmabili.
Benchè ci siano varie possibilità, tutte basate su logica a microprocessore, la più diffusa è senza dubbio il PLC, che offre modularità hardware e semplicità di programmazione
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I supervisori
– Il supervisore di un processo svolge le seguenti funzioni:
– Coordinamento dei dati e delle logiche di tutti i sottoprocessi (ma ricordarsi che la relazione processo-sottoprocesso è relativa)
– Interfaccia tra l’ operatore umano e il processo– L’ interfaccia con livelli informatici superiori
La struttura di un sistema con supervisore
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La struttura logica di un supervisore
“Sinottico” (=interfaccia operatore)
Data base di campo
Collegamenti al campo
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La struttura fisica di un supervisore
Collegamenti dal campo
Multiplexer
Collegamento seriale / LAN
Interfaccia ad alta velocità per il back-up caldo
LAN
Stazioni operatore
Server
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I punti salienti di un supervisore
– Interfaccia verso il campo fortemente dipendente dal campo
– Multiplexer
– Canale verso il/i server
– Server in back-up, eventualmente caldo con canale ad alta velocità
– Data base per la gestione dei dati
– Workstation di supervisione grafiche (X-window, Windows, …)
– Collegamento tra i server e le workstation su rete locale
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L’ interfaccia operatore
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La regolazione: il PID
* Kp
* Ki *
* Ki * d/dt
Processo
UscitaRiferimento
-+ +
+
+
Il protagonista della grandissima maggioranza delle regolazioni
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La regolazione: il PID adattativo
* Kp
* Ki *
* Ki * d/dt
Processo
UscitaRiferimento
-+ +
+
+
Il protagonista della grandissima maggioranza delle regolazioni
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La regolazione: la logica fuzzy/1
0
1
“Bassa” “Alta”“Media”
0 100
23 Variabile di processo
Funzioni di appartenenza
Variabile fuzzy
“Media” per il 75%
“Bassa” per il 20%
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21
La regolazione: la logica fuzzy/2
Variabile fuzzy
“Media” per il 75%
“Bassa” per il 20%
Regola fuzzy
“SE la variabile è
MEDIA o MEDIO-
BASSA la risposta
deve essere
INTENSA (30%) -
BASSA (30%)”
“Defuzzificazione”
0
1
“Bassa” “Massima”“Intensa”
0 10018
Variabile di uscita del regolatore
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La regolazione: le reti neurali
Rete neurale:
• Una struttura
• Una serie di modalità di interazione
• Una serie di pesi, da definire iterativamente
• Una serie di ingressi e uscite
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I sistemi operativi per l’ automazione
– Multitasking
– Deterministici
– Sensibili agli eventi
– Prevedibili
– “Robusti”