Teoria, 30minuti, Minimo 4 punti su 12 di Programmazione
Nome ……… Matricola………
TEORIA
1) Si descriva brevemente il CIM (Computer Integrated Manufactoring) (3 punti) 2) Illustrare l’architettura e le caratteristiche di un soft-PLC (3 punti)
3) Sia dato un sensore di umidità relativa (RH) con uscita tra 1V (10%) e 2V (90%) e ripetibilità pari allo 0,5% e lo si connetta ad un modulo di ingressi analogici a 14 bit tra 0 e 10V. Si scriva l’equazione che permette di ricavare il valore di RH a partire dalla lettura del numero N (1 punto). Si dica quale numero si leggerebbe in corrispondenza di RH=50% (1 punto) e se è possibile apprezzare una variazione di RH pari a 0,1% (1 punto)
4) I relè sono rimasti ai giorni nostri per quanto riguarda (2 punti) a) capacità di isolamento dei segnali
b) velocità nella realizzazione di operazioni logiche c) vantaggi in termini di consumi e ingombri
5) I timer …. hanno una linea di Reset, oltre agli ingressi IN e PT: (2 punti)
a) TON b) TOF c) TONR
6) Grazie alle immagini di processo (2 punti) a) le uscite commutano in modo sincronizzato
b) è possibile assegnare più di un nome simbolico ad uno stesso indirizzo fisico di memoria c) si possono utilizzare tutte le funzionalità di comunicazione del PLC
7) Una lampada è classificabile come: (2 punti)
a) un sensore b) un attuatore c) uno SCADA
8) I segnali inibenti …. (2 punti) a) sono cablati NA verso il controllore b) sono cablati NC verso il controllore
c) sono cablati NA se attivi sul fronte e NC se attivi sul livello
9) OPC (OLE for Process Control): (2 punti) a) permette un’interfaccia standard tra le applicazioni
b) regola la standardizzazione nei linguaggi di programmazione del PLC c) è un servizio di sincronizzazione di ingressi e uscite di Profibus
SISTEMI PER L’INDUSTRIA E PLC YY/YY/2021
Minimo 4 punti su 12 su Programmazione
Nome ……… Matricola………
Programmazione, ES 1 (30 minuti)
Scrivere su carta la logica a relè e il programma ladder che realizzi la seguente funzione:
C
new= !A&!B&C
old+ A&!B&!C
old+ A&!B&C
old(1 punto) Il programma dovrebbe avere il seguente funzionamento: all’attivarsi di I0.0, e quindi di M0.0, fa
lampeggiare un led Q0.7 con frequenza 2Hz partendo da acceso e, in assenza di I0.0, spegne il led.
Individuare gli errori e illustrare come sia possibile risolverli (da fare tutto su carta) (2 punti)
Minimo 4 punti su 12 su Programmazione
Nome ……… Matricola………
Programmazione, ES 2 (90 minuti)
Il sistema di realizzazione blister farmaci deve funzionare nel modo seguente:
• In presenza di ABIL, se viene premuto il pulsante START, si avvia il ciclo di lavorazione K accendendo il MOTORE_NASTRO che fa avanzare il blister (sola parte plastica).
• All’attivazione della FOTOCELLULA viene spento il MOTORE_NASTRO e successivamente viene attivato il POSIZIONAMENTO_FINE del blister fino all’attivazione del SENSORE_POSIZIONE e comunque per un tempo non superiore a 2 secondi
• A seguito del posizionamento fine viene azionato per 1s il RULLO_PASTIGLIE che fa cadere 4 pastiglie nei relativi alloggiamenti del blister.
• Si attiva quindi la procedura di DIAGNOSTICA per 3s e si legge il segnale DIAGNOSTICA_OK proveniente da una videocamera: se DIAGNOSTICA_OK = 1 allora si aziona il segnale di SCARICO per 1s e si torna in attesa del prossimo START; se DIAGNOSTICA_OK = 0 allora si attiva la PROCEDURA1 per 4s al termine della quale si controlla il segnale PASTIGLIE_OK. Se vi sono pastiglie nel blister (PASTIGLIE_OK = 1), si attiva SCARICO2 per 2s per recuperare blister e pastiglie e si torna in attesa del successivo START; se invece non ci sono pastiglie nel blister (PASTIGLIE_OK = 0) allora si torna ad azionare il RULLO_PASTIGLIE, esattamente come dopo aver ultimato il posizionamento fine.
• In assenza di ABIL il ciclo torna nello stato iniziale
1) Disegnare la macchina a stati (1 punto)
2) Realizzare il programma (ingressi e uscite come da tabella) PROGR_BASE (4 punti) 3) Si modifichi il programma in modo che il tempo di PROCEDURA1 possa essere raddoppiato in presenza di PROCEDURA1_LONG=1 e in modo che, durante il tempo di PROCEDURA1, sia possibile sospendere il processo (disattivare temporaneamente PROCEDURA1 e fermare il calcolo del tempo di attivazione di PROCEDURA1)
all’attivarsi del segnale CONTROLLO_QUALITA. PROGR_A (2 punti)
4) Si faccia in modo che, se sono state eseguite più di 2 operazioni di diagnostica consecutive con DIAGNOSTICA_OK=0 e PASTIGLIE_OK=0, il programma si blocchi e attivi l’uscita ANOMALIA_RULLO; il sistema si sblocca solo con la caduta dell’ABIL e l’uscita ANOMALIA_RULLO si spegne solo alla riattivazione di ABIL, quando il programma si mette in attesa del nuovo segnale di START. PROGR_B (2 punti)
Nome Collegamento Polarità Filtro
START I0.0 NA 500ms
FOTOCELLULA I0.1 NC 100ms
SENSORE_POSIZIONE I0.2 NC 100ms
DIAGNOSTICA_OK I0.3 NA 200ms
PASTIGLIE_OK I0.4 NA 500ms
CONTROLLO_QUALITA I0.5 NA 100ms
PROCEDURA1_LONG I0.6 NA 500ms
ABIL I0.7 NA 1s
MOTORE_NASTRO Q0.0
POSIZIONAMENTO_FINE Q0.1
RULLO_PASTIGLIE Q0.2
DIAGNOSTICA Q0.3
SCARICO Q0.4
PROCEDURA1 Q0.5
SCARICO2 Q0.6
ANOMALIA_RULLO Q0.7
SISTEMI PER L’INDUSTRIA E PLC YY/YY/2021
Soluzione
1) Si descriva brevemente il CIM (Computer Integrated Manufactoring) inclusa la piramide CIM (3 punti) Il CIM descrive la strategia per massimizzare l’efficienza (qualità del prodotto, flessibilità aziendale, riduzione dei costi indiretti, delle scorte e dei tempi di produzione, ecc.) della fabbrica automatizzata e integrata, dove ciascuno dei 7 ambiti che lo compongono è integrato agli altri. Così, ad esempio, il progetto a computer (CAD) permette un più efficiente ri- uso dei progetti precedenti e delle tecnologie presenti (Tecnologie di processo), permette di ridurre il costo del test (CAT) progettando per la testability e di ottimizzare il percorso manifatturiero e la realizzazione di prototipi (CAM), anche usando al meglio le celle robotizzate presenti e migliorando la stima dei costi e la gestione degli acquisti (Pianificazione Just-in-time) e delle scorte e il loro accantonamento e movimentazione. Una computerizzazione integrata permette la riduzione dei supporti cartacei con relativa razionalizzazione degli spazi e dei costi, anche se naturalmente richiede investimenti a garanzia della sicurezza.
La piramide CIM razionalizza i livelli aziendali su una piramide a 4 strati, dove alla base ci sono i dispositivi di potenza, i sensori e gli attuatori, per poi salire verso i controllori, i sistemi SCADA e i software gestionali (ERP). Ai livelli bassi ci sono pochi dati elementari da comunicare ed elaborare a bassissima latenza, mentre a livello alto vi sono grossi e complessi quantitativi di dati senza tuttavia criticità in termini di latenza.
2) Illustrare l’architettura e le caratteristiche di un soft-PLC (3 punti)
Un soft PLC è un PC dotato di sistema operativo Real-time e opportuno software per la programmazione secondo i linguaggi IEC61131-3. Ingressi e uscite sono tipicamente decentrate e gestite mediante bus di campo: se il sensore non è smart ossia non ha interfaccia diretta su bus di campo, il Soft-PLC si interfaccia a moduli di periferia, ai quali sono connessi i sensori tradizionali. Il ciclo di scansione di un Soft-PLC è in genere nell’ordine di qualche ms e dipende dal sistema operativo e dai task concorrenti.
Il Soft-PLC è una soluzione molto utilizzata a livello di macchine, dove uno stesso PC viene utilizzato per le funzionalità di controllore (Soft-PLC) e supervisore (SCADA).
3) Sia dato un sensore di umidità relativa (RH) con uscita tra 1V (10%) e 2V (90%) e ripetibilità pari allo 0,5% e lo si connetta ad un modulo di ingressi analogici a 14 bit tra 0 e 10V. Si scriva l’equazione che permette di ricavare il valore di RH a partire dalla lettura del numero N (1 punto). Si dica quale numero si leggerebbe in corrispondenza di RH=50% (1 punto) e se è possibile apprezzare una variazione di RH pari a 0,1% (1 punto)
Le due relazioni di proporzionalità diretta sono: N = 16384*Vin/10V (Vin-1V):(2V-1V) = (RH-10%):(90%-10%) Esprimendo la seconda in p.u. si ha Vin = 1 + (RH-10%)/80% = 1 + (RH-0,1)/0,8
Sostituendo Vin dalla prima relazione si ha N = 1638,4 + 2048(RH-0,1) E quindi, invertendo la formula, <RH> = 0,1 + (N-1638,4)/2048
In corrispondenza di RH = 50% = 0,5 (in p.u.) si avrebbe N = 1638,4 + 2048(0,5-0,1) = 1638,4+819,2 = 2457,6 = 2458 La risoluzione della stima di RH è pari alla più piccola variazione di RH percepibile. d<RH> / dN = 1/2048 e dato che dN,min=1 allora d<RH>,min = 1/2048 = 0,000488 pari a circa 0,05%, tuttavia la ripetibilità della misura è pari a 0,5%
quindi non è possibile apprezzare variazioni inferiori.
a) capacità di isolamento dei segnali
b) velocità nella realizzazione di operazioni logiche c) vantaggi in termini di consumi e ingombri
5) I timer …. hanno una linea di Reset, oltre agli ingressi IN e PT: (2 punti)
a) TON b) TOF c) TONR
6) Grazie alle immagini di processo (2 punti) a) le uscite commutano in modo sincronizzato
b) è possibile assegnare più di un nome simbolico ad uno stesso indirizzo fisico di memoria c) si possono utilizzare tutte le funzionalità di comunicazione del PLC
7) Una lampada è classificabile come: (2 punti)
a) un sensore b) un attuatore c) uno SCADA
8) I segnali inibenti …. (2 punti) a) sono cablati NA verso il controllore b) sono cablati NC verso il controllore
c) sono cablati NA se attivi sul fronte e NC se attivi sul livello 9) OPC (OLE for Process Control): (2 punti)
a) permette un’interfaccia standard tra le applicazioni
b) regola la standardizzazione nei linguaggi di programmazione del PLC c) è un servizio di sincronizzazione di ingressi e uscite di Profibus
SISTEMI PER L’INDUSTRIA E PLC YY/YY/2021
Minimo 4 punti su 12 su Programmazione Programmazione, ES 1 (30 minuti)
Scrivere su carta la logica a relè e il programma ladder che realizzi la seguente funzione:
C
new= !A&!B&C
old+ A&!B&!C
old+ A&!B&C
old(1 punto)
SoluzioneNel caso di realizzazione a relè è necessario minimizzare C
new= (A+C
old)&!B
Nel caso del Ladder sarebbe stato lo stesso e comunque la realizzazione migliore è mediante un elemento Set-Reset con Reset Prevalente con ingresso Set connesso ad A, ingresso Reset connesso a B e uscita connessa a C.
Oppure
Il programma dovrebbe avere il seguente funzionamento: all’attivarsi di I0.0, e quindi di M0.0, fa lampeggiare un led Q0.7 con frequenza 2Hz partendo da acceso e, in assenza di I0.0, spegne il led.
Individuare gli errori e illustrare come sia possibile risolverli (da fare tutto su carta) (2 punti)
Soluzione
Il programma ha almeno 4 errori: il semiperiodo di lampeggio dovrebbe essere a 250ms; c’è Data Dependency su Q0.7, per cui il terzo e il quarto segmento possono attivarsi contemporaneamente; il timer non viene resettato; il led non parte da acceso (Set su fronte di salita di M0.0 e reset su fronte di discesa)
Programma corretto
Minimo 4 punti su 12 su Programmazione Programmazione, ES 2 (90 minuti)
Soluzione esercizio 2
Il sistema di realizzazione blister farmaci deve funzionare nel modo seguente:
• In presenza di ABIL, se viene premuto il pulsante START, si avvia il ciclo di lavorazione K accendendo il MOTORE_NASTRO che fa avanzare il blister (sola parte plastica).
• All’attivazione della FOTOCELLULA viene spento il MOTORE_NASTRO e successivamente viene attivato il POSIZIONAMENTO_FINE del blister fino all’attivazione del SENSORE_POSIZIONE e comunque per un tempo non superiore a 2 secondi
• A seguito del posizionamento fine viene azionato per 1s il RULLO_PASTIGLIE che fa cadere 4 pastiglie nei relativi alloggiamenti del blister.
• Si attiva quindi la procedura di DIAGNOSTICA per 3s e si legge il segnale DIAGNOSTICA_OK proveniente da una videocamera: se DIAGNOSTICA_OK = 1 allora si aziona il segnale di SCARICO per 1s e si torna in attesa del prossimo START; se DIAGNOSTICA_OK = 0 allora si attiva la PROCEDURA1 per 4s al termine della quale si controlla il segnale PASTIGLIE_OK. Se vi sono pastiglie nel blister (PASTIGLIE_OK = 1), si attiva SCARICO2 per 2s per recuperare blister e pastiglie e si torna in attesa del successivo START; se invece non ci sono pastiglie nel blister (PASTIGLIE_OK
= 0) allora si torna ad azionare il RULLO_PASTIGLIE, esattamente come dopo aver ultimato il posizionamento fine.
• In assenza di ABIL il ciclo torna nello stato iniziale
1) Disegnare la macchina a stati (1 punto)
2) Realizzare il programma (ingressi e uscite come da tabella) PROGR_BASE (4 punti)
3) Si modifichi il programma in modo che il tempo di PROCEDURA1 possa essere raddoppiato in presenza di PROCEDURA1_LONG=1 e in modo che, durante il tempo di PROCEDURA1, sia possibile sospendere il processo (disattivare temporaneamente PROCEDURA1 e fermare il calcolo del tempo di attivazione di PROCEDURA1) all’attivarsi del segnale CONTROLLO_QUALITA. PROGR_A
(2 punti)
4) Si faccia in modo che, se sono state eseguite più di 2 operazioni di diagnostica consecutive con DIAGNOSTICA_OK=0 e PASTIGLIE_OK=0, il programma si blocchi e attivi l’uscita ANOMALIA_RULLO; il sistema si sblocca solo con la caduta dell’ABIL e l’uscita ANOMALIA_RULLO si spegne solo alla riattivazione di ABIL, quando il programma si mette in attesa del nuovo segnale di START. PROGR_B
(2 punti)
Nome Collegamento Polarità Filtro
START I0.0 NA 500ms
FOTOCELLULA I0.1 NC 100ms
SENSORE_POSIZIONE I0.2 NC 100ms
DIAGNOSTICA_OK I0.3 NA 200ms
PASTIGLIE_OK I0.4 NA 500ms
CONTROLLO_QUALITA I0.5 NA 100ms
PROCEDURA1_LONG I0.6 NA 500ms
ABIL I0.7 NA 1s
MOTORE_NASTRO Q0.0
POSIZIONAMENTO_FINE Q0.1
RULLO_PASTIGLIE Q0.2
DIAGNOSTICA Q0.3
SCARICO Q0.4
PROCEDURA1 Q0.5
SCARICO2 Q0.6
ANOMALIA_RULLO Q0.7
0 1 2 3
8
Start_p I0.1 I0.2+2s
4 5
!Cont
7 Reset
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