Tecnologie Sistemi Automazione e Controllo - Documentazione di TSA

Controllo di un impianto per la pesatura e il trasporto di materiale sfuso

Nome Cognome 534/***

Nome Cognome 534/***

Paolo Maresca 534/***

Version 1.0

May 10, 2006

ii Federico II cUniversitá degli Studi di Napoli 2005a.a. 2004/2005Tecnologie dei Sistemi di Automazionecorso di A. Pirontitenuto dal Prof. AText powered by. . . L T X 2 εE iii

Prefazione

Questo documento descrive la progettazione di un impianto per la pesatura e il trasporto di materiale sfuso, ai fini dell'esame di Tecnologia dei Sistemi di Automazione che si tiene al III anno alla Facoltá di Ingegneria Informatica dell'Universitá degli Studi di Napoli Federico II.

Il percorso strutturato nel corso dei capitoli mira alla comprensione delle modalitá di progetto e delle scelte compiute dai progettisti per la risoluzione del problema di automazione industriale con l'ausilio di macchine PLC.

Il documento si articola in tre capitoli:

• Capitolo 1 Il Nel Capitolo primo, verrá trattato il funzionamento del sistema in maniera descrittiva; inoltre si descriveranno i casi in cui si possono verificare problemi e quindi i necessari controlli. Saranno ricapitolate tutte le entitá che collaborano per il funzionamento del processo industriale oggetto della discussione.
• Capitolo 2 Il Nel capitolo secondo, verrá trattata per intera la progettazione Sequential Functional Chart SFC ( ) del sistema di controllo per l'impianto di pesatura e trasporto; si tratteranno inoltre le ipotesi e le osservazioni che hanno portato alle conclusioni poi intraprese nella progettazione dello specifico SFC rappresentante il sistema in esame.
• Capitolo 3 Sequen-Il Nel capitolo terzo, verrá trattata la traduzione del SFC (tial Functional Chart Ladder linguaggio a contatti) in, piú comunemente detto; verranno descritte le fasi di traduzione insieme alle scelte opportunamente fatte per implementare le specifiche richieste dal sistema.

Contents

1 Le Specifiche 1

1.1 Il Sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

1.2 Le Azioni del Controllo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.2.1 Riempimento del Serbatoio Intermedio . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.2.2 Pesatura Materiale e Caricamento del Carrello . . . . . . . . . . . . . 3

1.2.3 Riavviamento dopo Mancanza Alimentazione . . . . . . . . . . . . . . 3

1.2.4 Segnalazioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.3 Aggiunta alle Specifiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.4 Nomenclatura delle Entitá . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.5 Conclusioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

SFC2 La Progettazione 7

2.1 La Gerarchia degli SFC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2.2 SFC Uno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

2.2.1 Funzionamento SFC1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2.3 SFC Due . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2.3.1 Funzionamento SFC2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2.4 SFC Tre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2.4.1 Funzionamento SFC3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

2.5 SFC Quattro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2.5.1 Funzionamento SFC4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2.6 SFC Cinque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2.6.1 Funzionamento SFC5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

2.7 Conclusioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

Ladder3 Traduzione in 17

3.1 L'Algoritmo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

3.2 Assegnazione dei Bit delle Word del PLC . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

3.3 Sezione di Inizializzazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

3.4 Esecuzione delle Azioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

Custom Function3.4.1 Le . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

3.5 Valutazione delle Transizioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

3.6 Aggiornamento della Condizione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

3.7 Conclusioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

vvi Contents

List of figures

Dettaglio del Sistema1.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

sfc12.1 -Controllo Caduta di Tensione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

sfc22.2 -Controllo Arresti di Emergenza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

sfc32.3 -Processo di pesatura e trasporto su nastro . . . . . . . . . . . . . . . 12

sfc42.4 -Controllo Carrello trasportatore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

sfc52.5 -Controllo Presenza materiale nel primo Silos . . . . . . . . . . . . . 14

Generatore di Onda Quadra3.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

Riconoscitore del Fronte di Salita3.2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

Inizializzazione Fasi Sempre Attive3.3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

Clear delle Azioni3.4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

Latch delle Azioni3.5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

Riconoscitore del Fronte di Salita di ripristino3.6 . . . . . . . . . . . . . . 28

Diagramma Temporale del Riconoscitore di F.S.3.7 . . . . . . . . . . . . . . 28

Valutazione delle Transizioni sfc1 e sfc23.8 . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

Valutazione delle Transizioni sfc33.9 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

Valutazione delle Transizioni sfc4 e sfc53.10 . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

Clear delle Fasi sfc1, sfc2 e parte del sfc33.11 . . . . . . . . . . . . . . . 32

Clear delle Fasi parte del sfc3, sfc4 e sfc53.12 . . . . . . . . . . . . . . . 33

Latch delle Fasi sfc1, sfc2, sfc3, sfc4 e sfc53.13 . . . . . . . . . . . . . . 34

viiviii List of figures

List of tables

Entitá Aggiunte alle Specifiche1.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

Tabella Ricapitolante i Simboli delle entitá di Input1.2 . . . . . 4

Tabella Ricapitolante i Simboli delle Entitá di Output1.3 . . . 5

Gli sfc2.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

Comportamento del bit p2.2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

I Timer Impiegati3.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

Ingressi3.2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

Relay parte I3.3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

Relay parte II - Uscite3.4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

Relay - Fronti di Salita3.5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

Tabelle descrittiva delle parte ICustom Function3.6 . . . . . . . . . . . . 26

Tabelle descrittiva delle parte IICustom Function3.7 . . . . . . . . . . . . 27

ixx List of tables

Chapter 1

Le Specifiche

Il capitolo seguente, ha come oggetto di discussione, le specifiche di controllo richieste sul sistema automatico per la pesatura e il trasporto di materiale sfuso.

1.1 Il Sistema

Si riporta un dettaglio illustrativo del sistema, comprensivo di tutte le entitá in gioco, che delinea anche l'andamento complessivo del processo.

In seguito sará trattato piú specificamente il funzionamento automatico dell'intero sistema ed il controllo richiesto. 12 Chapter 1. Le Specifiche

Figure 1.1: Dettaglio del Sistema

1.2 Le Azioni del Controllo

Si riporta in dettaglio le azioni richieste dalle specifiche per il controllo del processo.

1.2.1 Riempimento del Serbatoio Intermedio

La quantitá di materiale da caricare viene assegnata ad una bilancia B1, mediante due unitá in due preselettori S1 e S2 che vanno da 0 a 9 ognuno; la quantitá di materiale presente nel serbatoio intermedio viene visualizzata dai visualizzatori H8 e H9, che sono display a sette-segmenti comandati da codice-BCD.

Se il Silos-Contenitore é vuoto, il sensore S4 non é attivo, questo deve essere indicato mediante una segnalazione ottica e acustica, lampeggiamento lampada H1 e sirena H2.

1.2.2 Pesatura Materiale e Caricamento del Carrello

La fase di pesatura viene avviata premendo il pulsante S3 di inizio ciclo, il quale apre la saracinesca 1 solo quando il carrello é posto sulla rampa di caricamento, fotocellula B2 attivata. Raggiunto il valore di pesatura il carrello é posto sulla rampa di caricamento, fotocellula B2 attivata. Raggiunto il valore di pesatura predisposto dai preselettori la bilancia permette di chiudere automaticamente la saracinesca 1.

L'operazione di apertura e chiusura della saracinesca 1 viene effettuata dal cilindro pneumatico A comandato dalla elettrovalvola monostabile Y1A.

Se ora viene premuto il pulsante S6 di caricamento nastro, la saracinesca 2 si apre. Il presupposto perché ció avvenga é che il carrello sia in posizione di caricamento, fotocellula B2 azionata, e il nastro trasportatore sia in movimento, motore M1 in funzione. Per essere sicuri che alla fine della fase di caricamento sul nastro non rimanga piú materiale, esso viene mantenuto in movimento per altri 15s dopo la chiusura della saracinesca 2, che avviene quando il sensore S5 indica che il serbatoio di pesatura é vuoto.

L'operazione di apertura e di chiusura della saracinesca 2 viene effettuata dal cilindro pneumatico B comandato dalla elettrovalvola monostabile YA2.

I sensori S7,S8,S9,S10 controllano l'esatta posizione dei cilindri A, B e di conseguenza l'apertura e la chiusura delle due saracinesche. In caso di emergenza deve essere inoltre possibile con un pulsante S11 arrestare immediatamente l'impianto, ad analogo risultato si deve arrivare se interviene il relé termico F1 posto a protezione del motore M1.

1.2.3 Riavviamento dopo Mancanza Alimentazione

Dopo una caduta della tensione della rete, l'impianto deve poter essere di nuovo avviato solo manualmente. Il valore della pesatura effettuata prima che ci fosse la mancanza di alimentazione deve essere mantenuto al ritorno della tensione di alimentazione.

1.2.4 Segnalazioni

Impianto in funzione, carrello in posizione di carico, peso raggiunto nel serbatoio di pesatura, nastro in movimento e segnalazione termico scattato F1 del motore M1: per ciascuna di queste situazioni si deve prevedere una lampada di segnalazione rispettivamente H3,H4,H5,H6,H7.

1.3 Aggiunta alle Specifiche

Le specifiche richiedono un particolare comportamento dell'impianto in caso di mancanza dell'alimentazione di rete; le specifiche peró non mettono a disposizione alcun sensore che ci permetta di rilevare appunto una mancanza di tensione. Abbiamo quindi aggiunto, per necessitá realizzative della specifica, un sensore S12 che rilevi la caduta di tensione dell'alimentazione di rete.

Una volta interrotto il processo manualmente attraverso il pulsante S11, si richiede da specifica di poter riavviare l'impianto soltanto da un tasto apposito per il riavvio; analogamente deve esser fatto anche nel caso di arresto dell'impianto dovuto al sensore F1. La specifica non mettendoci a disposizione questo tasto, ci impone l'aggiunta di un pulsante che noi denominiamo reset che riporti il sistema nello stato iniziale.

Analogamente al tasto di reset, aggiungiamo un tasto di ripristino che ripristini il funzionamento dell'impianto mantenendo il valore della pesatura effettuata prima che ci fosse la mancanza di alimentazione.

Si é aggiunta una lampada H30 segnalante l'immissione di ambedue cifre zero nei preselettori S1 e S2; tale lampada richiama l'attenzione dell'utente che decide la quantitá di materiale da pesare diversa da 00. La lampada H30 funge anche da blocco alle fasi 4 Chapter 1. Le Specifiche successive visto che si produrrebbe un ciclo inutile conseguentemente ad una immissione di peso nullo.

Di seguito riportiamo una tabella ricapitolante le aggiunte fatte alle entitá giá in gioco forniteci dalle specifiche.

Table 1.1: Entitá Aggiunte alle Specifiche

1.4 Nomenclatura delle Entitá

Nelle tabelle che riporteremo di seguito si é tenuto conto delle caratteristiche di ogni singola entitá (che definiscono il ruolo dell'entitá nel processo), del simbolo e della assimilazione dell'entitá come Input o Output per il processo.

La distinzione fondamentale che ci ha permesso di splittare tutte le entitá in due categorie é il ruolo assunto nel processo.

Si riporta la tabella delle entitá di Input del processo: