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collana di istruzione scientifica
serie di automatica
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Al lettore
La realizzazione di un libro comporta costi variabili (carta, stampa e legatura) e costi
fissi, cioè indipendenti dal numero di copie stampate (traduzione, preparazione degli
originali, redazione, composizione, impaginazione). I fotocopiatori possono contenere
il prezzo perché, oltre a non pagare i diritti d’autore, non hanno costi fissi. Ogni
fotocopia, d’altra parte, riducendo il numero di copie vendute dall’editore, aumenta
l’incidenza dei costi fissi a copia e costringe l’editore ad aumentare il prezzo; questo
naturalmente fornisce un ulteriore incentivo a fotocopiare. Se questo circolo vizioso
non verrà spezzato, arriveremo al punto in cui gli editori non avranno più convenienza
economica a realizzare libri di testo per l’università.
In quel momento non ci saranno più neppure fotocopie.
L’editore
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Pasquale Chiacchio
Francesco Basile
Tecnologie informatiche
per l’automazione
Seconda edizione
McGraw-Hill
Milano • New York • San Francisco • Washington D.C. • Auckland
Bogotá • Lisboa • London • Madrid • Mexico City • Montreal
New Delhi • San Juan • Singapore • Sydney • Tokyo • Toronto
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Copyright © 2004, 1996 The McGraw-Hill Companies, S.r.l.
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Nomi e marchi citati nel testo sono generalmente depositati o registrati dalle rispettive case produttrici.
Editor: Paolo Roncoroni
Produzione:
Giuliani
Editor:
PaoloDonatella
Roncoroni
Realizzazione
editoriale:
Oldoni Prestampa S.r.l.
Produzione: Donatella Giuliani
Grafica di copertina: G&G
Realizzazione editoriale: Oldoni Prestampa S.r.l.
Stampa: ArtiGrafiche Murelli, Fizzonasco di Pieve Emanuele (MI)
Grafica di copertina: G&G
Realizzazione print on demand: Ilovebooks, Fara Gera d’Adda (Bergamo)
Stampa: Prontostampa, Fara Gera d’Adda (Bergamo)
ISBN 88 386 6147-2
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in Italy
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Printed in Italy
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Indice
Prefazione
IX
Introduzione
1
PARTE I PROGRAMMAZIONE DEI DISPOSITIVI DI CONTROLLO
11
Capitolo 1
13
Variabili e tipi di variabili
Capitolo 2
Linguaggi di programmazione
2.1
Testo strutturato
2.2
Linguaggio a contatti
2.3
Diagramma a blocchi funzionali
2.4
Lista istruzioni
18
18
20
27
27
Capitolo 3
Unità di organizzazione della programmazione
3.1
Le funzioni
3.2
I blocchi funzionali
3.3
I programmi
3.4
I compiti
3.5
Le risorse
3.6
La configurazione
30
31
34
44
46
47
48
Capitolo 4
Diagramma funzionale sequenziale
4.1
La fase
4.2
La transizione
4.3
Gli archi orientati
4.4
Le azioni
4.5
Regole di evoluzione
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VI
4.6
4.7
4.8
Indice
Strutture classiche di programmazione
Vantaggi del Sequential Functional Chart nel progetto del controllo
Esempi di programmazione in Sequential Functional Chart
4.8.1 Il carrello automatico
4.8.2 Il sistema di irrigazione
4.8.3 Il trapano automatico
4.8.4 Il distributore automatico di bibite
4.8.5 L’accesso al parcheggio
4.8.6 Il carroponte a elettrocalamita
4.8.7 Il sistema semaforico
60
66
67
67
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76
77
79
Capitolo 5
Esempi di programmazione
5.1
Controllo sistema di illuminazione
5.2
Sistema di nastri trasportatori
5.3
Sistema di nastri trasportatori e girello automatico
84
85
92
94
PARTE II DISPOSITIVI PER IL CONTROLLO
99
Capitolo 6
Requisiti di un dispositivo per il controllo
101
Capitolo 7
Controllori per applicazioni generiche
7.1
Controllori monolitici
7.2
Controllori con architettura a bus
7.3
Controllori basati su personal computer
105
105
107
110
Capitolo 8
Il controllore a logica programmabile
8.1
Cenni storici
8.2
PLC e sistema PLC
8.3
Il modulo processore
8.4
I moduli di ingresso/uscita
8.5
Il modulo alimentatore
8.6
L’armadio
8.7
Il terminale di programmazione
8.8
I moduli speciali
8.9
Classificazione dei PLC
8.10
Linguaggi di programmazione
112
112
113
116
119
121
121
121
122
123
124
Capitolo 9
Controllori specializzati
9.1
Controllori di macchine a controllo numerico
9.2
Regolatori PID industriali
9.3
Controllori per motori elettrici
125
125
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Indice
VII
PARTE III CONTROLLO DISTRIBUITO
131
Capitolo 10
133
Produzione integrata tramite elaboratori
Capitolo 11
Reti per l’automazione
11.1
Il modello OSI
11.1.1 La topologia
11.1.2 Il mezzo di trasmissione
11.1.3 Il metodo di accesso
11.2
Standard per i livelli OSI
11.3
Integrazione tra reti
11.4
Reti per l’automazione
11.5
Il protocollo MAP
11.6
Reti di campo
11.6.1 ASI
11.6.2 Seriplex
11.6.3 InterBus-S
11.6.4 Reti basate sul bus CAN (DeviceNet e SDS)
11.6.5 Foundation Fieldbus
11.6.6 Profibus
Capitolo 12
12.1
12.2
12.3
12.4
12.5
12.6
12.7
12.8
12.9
12.10
12.11
12.12
Sistemi per il controllo di supervisione
e l’acquisizione dati
Base dati di processo
Modulo di comunicazione
Interfaccia uomo-macchina
Gestione allarmi
Gestione ricette
Tendenze e rapporti
Supporto alla manutenzione
Sistema esperto
Controllo statistico di processo
Linguaggi di programmazione
Architetture hardware
Considerazioni finali
Capitolo 13
13.1
13.2
Sistemi per l’esecuzione della produzione (MES)
e sistemi di controllo distribuito (DCS)
I sistemi MES
I sistemi DCS
137
137
139
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161
161
162
162
165
165
167
169
169
171
PARTE IV PROGETTAZIONE DEI SISTEMI DI CONTROLLO
173
Capitolo 14
Sviluppo dei sistemi di controllo
14.1
Ciclo di sviluppo del software applicativo
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VIII
14.2
14.3
Indice
Ciclo di sviluppo complessivo
Conduzione di un sistema automatizzato
177
180
Capitolo 15
Esempi di architetture di controllo
15.1
Criteri di scelta per un’architettura di controllo
15.2
Centralina di controllo di un motore a scoppio
15.3
Comando motori asincroni
15.4
Impianto per il trattamento di acque
15.5
Controllo di un robot industriale
15.6
Controllo di un robot per applicazioni spaziali
15.7
Cella presse robotizzata
15.8
Gestione di una galleria del vento
15.9
Controllo di un magazzino automatico
182
182
183
184
185
186
186
187
188
189
Capitolo 16
16.1
16.2
16.3
16.4
16.5
16.6
16.7
Metodologie per la progettazione del controllo
logico/sequenziale
I sistemi a eventi discreti
Gli automi a stati come strumento di modello
Le reti di Petri come strumento di modello
Specifiche per il controllo supervisivo
Sintesi del supervisore
16.5.1 Progetto di un supervisore monolitico per un automa a stati finiti
16.5.2 Progetto di un supervisore per reti di Petri
Esempio di sintesi del supervisore
Problematiche di realizzazione del supervisore
Appendice A
192
194
198
203
210
213
213
216
218
225
Traduzione del Sequential Functional Chart
ed elementi innovativi
Equazioni booleane equivalenti
Algoritmo di evoluzione
Codifica dell’algoritmo di evoluzione
Esempi di traduzione di SFC in linguaggio a contatti
A.4.1 Il carrello automatico
A.4.2 Il sistema di irrigazione
A.4.3 Il trapano automatico
A.4.4 Il distributore automatico di bibite
A.4.5 L’accesso al parcheggio
A.4.6 Il carroponte a elettrocalamita
A.4.7 Il sistema semaforico
Le macroazioni
231
232
233
235
238
238
240
245
247
249
250
252
255
Appendice B Implementazione di supervisori
B.1
Algoritmo di evoluzione del supervisore
B.2
Codifica dell’algoritmo di evoluzione
B.2.1 Codifica di un supervisore modellato ad automi
B.2.2 Codifica di un supervisore modellato a rete di Petri
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Prefazione
Stiamo vivendo in un’epoca in cui a causa dello strabiliante progresso della tecnologia si è resa indispensabile, per la comunità tecnica e scientifica, la costruzione di
una base comune di conoscenze che sia il più possibile completa e aggiornata.
Questo volume vuole essere il nostro modesto contributo al raggiungimento di
questo obiettivo nel campo dell’ingegneria e delle tecnologie dei sistemi di controllo, a partire dall’esperienza da noi acquisita nello svolgimento di corsi universitari e di formazione professionale, nonché nell’attività di ricerca applicata e di
base in questo ambito.
Oggigiorno le tecnologie informatiche hanno assunto un ruolo determinante
anche nei sistemi di controllo e di automazione. Che cos’è un controllore a logica
programmabile? Come lo si programma? Come si connettono dei dispositivi di
controllo in rete informatica? Che cos’è un sistema SCADA? Che cosa si intende
per controllo supervisivo di un sistema di automazione industriale? Queste sono
alcune delle domande cui un tecnico che intenda occuparsi di controllo automatico o di automazione deve saper dare una risposta. Ebbene, rispondere a queste domande, e a molte altre, è proprio l’obiettivo che ci siamo posti nello scrivere questo libro.
Inoltre, chi si trova a operare nel mondo del controllo automatico e dell’automazione industriale si deve spesso confrontare con strane sigle, con informazioni ridondanti e spesso inutili, con cataloghi e letteratura tecnica in cui si usano nomi diversi per definire le stesse cose, con forzature pubblicitarie. Questo
libro si concentra invece su quello che è necessario conoscere, avendo l’ambizione di poter servire come riferimento per chi in quel mondo deve muoversi e
operare.
Il libro si rivolge principalmente a studenti universitari e di corsi di formazione
professionale, ma è stato concepito in modo da poter essere di ausilio a tutti coloro che vogliano, o debbano, comprendere gli argomenti che vi sono trattati. Allo
scopo, è stato ridotto al minimo, quando possibile, l’utilizzo di strumenti matematici e di concetti complessi, in modo da rendere il testo accessibile a chiunque ab-
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Prefazione
bia un minimo di istruzione tecnica superiore. Si è inoltre evitato volutamente ogni
riferimento a prodotti commerciali, affinché l’esposizione degli argomenti non dipendesse in alcun modo da particolari dispositivi o prodotti software.
Dedichiamo il nostro sforzo alle nostre famiglie.
Pasquale Chiacchio
Francesco Basile
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