Sistemi di controllo industriale

Controllo dei Processi Industriali - LS

Sistemi di controllo industriale:

Sequential Functional Chart

Ing. Luca Gentili

DEIS - Università di Bologna

Tel. 051-2093875

E-mail: lgentili@deis.unibo.it

http://www.lar.deis.unibo.it/people/lgentili

Revisionato il 18/10/2004

Revisionato il 18/10/2004

Sommario

Sequential Functional Chart

Storia del linguaggio

„ Struttura del linguaggio

„ Elementi di base:

„ Stato

Î Azioni

Î Transizioni

Î Condizioni

Î

Strutture di programmazione “classiche”

„ Parallelismo

Î Sincronizzazione

Î Semafori

Î

Esempi

„

Ing. Luca Gentili – Controllo dei Processi Industriali SFC 2

SFC: elementi di base

GRAFCET

Linguaggio di programmazione innovativo ed efficace per la

„ scrittura di algoritmi per il controllo logico/sequenziale.

Nel 1975 in Francia fu istituita una commissione per

„ formalizzare un mezzo di descrizione per i sistemi complessi di

automazione industriale

Sistemi ad eventi discreti

Î Spazio di stato discreto

z Evoluzione dipendente dal verificarsi di condizioni particolari (eventi)

z

Tecniche in voga allora

„ Equazioni descrittive per automi a stati finiti

Î Rappresentazioni circuitali

Î Grafi di evoluzione dello stato

Î Descrizioni testuali

Î Sistemi di varia natura

Î

Ing. Luca Gentili – Controllo dei Processi Industriali SFC 3

SFC: elementi di base

GRAFCET

Allora le descrizioni dei sistemi erano

„ Voluminose

Î Ambigue

Î Imprecise

Î Incomplete

Î Difficile descrizione delle azioni concorrenti

Î

Risultato delle commissione fu GRAFCET

„ Adottato dal Comitato Elettronico Internazionale nel 1988

„ (standard internazionale 848)

Incluso con il nome di SFC tra i linguaggi dello standard

„ IEEE61131-3

GRAFCET costituiva una semplificazione delle reti di Petri,

„ strumento grafico più generale per la rappresentazione e

l’analisi di sistemi ad eventi discreti

Ing. Luca Gentili – Controllo dei Processi Industriali SFC 4

SFC: elementi di base

Sequential Functional Chart

Semplice esempio: timbratrice automatica

1 nessun comando

attesa pezzo

pezzo presente

esecuzione 2 pistone avanti

timbratura

timbratura o.k. pistone indietro

evacuazione 3 evacuazione pezzo

pezzo

timbro su

Ing. Luca Gentili – Controllo dei Processi Industriali SFC 5

SFC: elementi di base

Sequential Functional Chart

SFC fornisce una potente tecnica grafica per descrivere il

„ comportamento logico/sequenziale di un programma di

controllo

Programmare un sistema di automazione industriale coincide con il

Î descriverne il comportamento desiderato

Aiuta nello scrivere le specifiche desiderate del sistema

Î Si evitano ambiguità

z Vengono evidenziate le specifiche non chiaramente definite

z

Formalismo gerarchicamente superiore agli altri linguaggi

„ Progettazione di controllo sequenziale

Î Gli altri linguaggi, a discrezione del progettista, servono per

Î implementare il controllo

Descrizione e progettazione del ciclo operativo di macchine ed

„ impianti

Ing. Luca Gentili – Controllo dei Processi Industriali SFC 6

SFC: elementi di base

Sequential Functional Chart

Assimilabile ad un diagramma degli stati

„ Indipendente dalla tecnologia utilizzata per l’implementazione

„ Formalismo astratto

Î

Ottimo per un approccio alla progettazione di tipo top/down

„ Semplifica la rappresentazione stimolando la scomposizione in

Î sottoproblemi

In ogni situazione operativa solo un sottoinsieme delle informazioni è

Î indispensabile per il controllo

Utile in fase di debugging

„ Se il sistema si blocca in uno stato si possono immediatamente isolare i

Î possibili malfunzionamenti

Ing. Luca Gentili – Controllo dei Processi Industriali SFC 7

SFC: elementi di base

Elementi base

STATO (fase, tappa, passo, step)

„ L’evoluzione temporale del funzionamento di un impianto complesso è

Î descrivibile mediante una successione di situazioni operative più

semplici (fasi)

Condizione invariante del sistema, modificabile solo dall’occorrenza di

Î un determinato evento: tale evento genera una transizione che porta il

sistema in una nuova fase

Condizione operativa alla quale è associato un ben preciso algoritmo di

Î controllo (azioni)

In un determinato istante una fase può essere

Î Attiva

z Inattiva

z

Ing. Luca Gentili – Controllo dei Processi Industriali SFC 8

SFC: elementi di base

Elementi base

Transizione

„ Possibilità di evoluzione da uno Stato ad un altro

Î Non tutti gli stati ammettono una transizione tra di loro

z

Ad ogni transizione deve essere associata una condizione che deve

Î essere verificata affinché la transizione avvenga

Condizioni (di transizione)

„ Eventi che determinano il passaggio da uno stato all’altro

Î Espresse tramite funzioni booleane

Î

Archi orientati

„ Collegano tra loro le varie fasi stabilendone la sequenza

Î Interrotti dalle barrette delle transizioni

Î Solitamente le sequenze sono verso il basso (frecce consigliate per

Î aumentare la leggibilità del grafo)

Ing. Luca Gentili – Controllo dei Processi Industriali SFC 9

SFC: elementi di base

Elementi base

Due fasi non possono essere connesse direttamente: vi deve

„ essere una transizione tra di loro

Due transizioni non possono essere connesse direttamente: vi

„ deve essere una fase tra di loro identificatore univoco

stato iniziale n azioni

transizione condizione

stato azioni

m

Ing. Luca Gentili – Controllo dei Processi Industriali SFC 10

SFC: elementi di base

Elementi base: un semplice esempio

Esempio - timbratrice automatica

„ pistone pneumatico

testata di timbratura

oggetto da timbrare

Ing. Luca Gentili – Controllo dei Processi Industriali SFC 11

SFC: elementi di base

Elementi base: un semplice esempio

Esempio - timbratrice automatica

„ tre stati

Î 1

attesa pezzo nessuna azione

Ing. Luca Gentili – Controllo dei Processi Industriali SFC 12

SFC: elementi di base

Elementi base: un semplice esempio

Esempio - timbratrice automatica

„ tre stati

Î 1

pezzo presente 2

Ing. Luca Gentili – Controllo dei Processi Industriali SFC 13

SFC: elementi di base

Elementi base: un semplice esempio

Esempio - timbratrice automatica

„ tre stati

Î 1

esecuzione 2 pistone avanti

timbratura

Ing. Luca Gentili – Controllo dei Processi Industriali SFC 14

SFC: elementi di base

Elementi base: un semplice esempio

Esempio - timbratrice automatica

„ tre stati

Î 1

2

timbratura o.k. 3

Ing. Luca Gentili – Controllo dei Processi Industriali SFC 15

SFC: elementi di base

Elementi base: un semplice esempio

Esempio - timbratrice automatica

„ tre stati

Î 1

2 pistone indietro

evacuazione 3 evacuazione pezzo

pezzo

Ing. Luca Gentili – Controllo dei Processi Industriali SFC 16

SFC: elementi di base

Elementi base: un semplice esempio

Esempio - timbratrice automatica

„ tre stati

Î 1

2

3

timbro su

Ing. Luca Gentili – Controllo dei Processi Industriali SFC 17

SFC: elementi di base

Elementi base: un semplice esempio

Esempio - timbratrice automatica

„ tre stati

Î 1 nessun comando

attesa pezzo

pezzo presente

esecuzione 2 pistone avanti

timbratura

timbratura o.k. pistone indietro

evacuazione 3 evacuazione pezzo

pezzo

timbro su

Ing. Luca Gentili – Controllo dei Processi Industriali SFC 18

SFC: regole di evoluzione

Regole di evoluzione

Inizializzazione

„ Occorre definire gli stati attivi all’avviamento (stati iniziali)

Î Stati iniziali possono essere più di uno

Î Due quadretti uno dentro l’altro

z Possono non essere i primi stati di uno schema

z

Abilitazione delle transizioni

„ Una transizione è detta abilitata se tutte le fasi a monte di essa sono

Î attive

Una transizione non abilitata non viene testata

z

Una transizione diventa attiva (superabile) se è abilitata e la condizione

Î ad essa associata risulta essere vera

La transizione attiva determina il cambio di stato

Î Il controllo relativo agli stati precedenti viene interrotto e viene

z attivato quello relativo agli stati successivi

Ing. Luca Gentili – Controllo dei Proce