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 c

Universitá degli Studi di Napoli 2005

a.a. 2004/2005

Tecnologie Dei Sistemi di Automazione

corso di A. Pironti

tenuto dal Prof. A

Text powered by. . . L T X 2 ε

E iii

Prefazione un Impianto per la Pesatura e il

Questo documento descrive la progettazione di

Trasporto di Materiale Sfuso

, ai ni dell'esame di Tecnologia dei Sistemi di Au-

tomazione che si tiene al III anno alla Facoltá di Ingegneria Informatica dell' Univer-

Federico II

sitá degli Studi di Napoli .

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 dscriveranno i casi in cui si possono vericare

problemi e quindi i necessari controlli. Saranno ricapitolate tutte le entitá che

collaborano per il funzionamento del processo industriale oggetto della discus-

sione.

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 specico 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 taduzione insieme alle scelte opportunamente fatte

per implementare le speciche richieste dal sistema.

iv

Contents

1 Le Speciche 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 Speciche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

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

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

SFC

2 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

Ladder

3 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 Function

3.4.1 Le . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

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

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

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

v

vi CONTENTS

List of Figures

Dettaglio del Sistema

1.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

sfc1

2.1 -Cotrollo Caduta di Tensione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

sfc2

2.2 -Cotrollo Arresti di Emergenza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

sfc3

2.3 -Processo di pesatura e trasporto su nastro . . . . . . . . . . . . . 12

sfc4

2.4 -Cotrollo Carrello trasportatore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

sfc5

2.5 -Controllo Presenza materiale nel primo Silos . . . . . . . . . . . 14

Generatore di Onda Quadra

3.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

Riconoscitore del Fronte di Salita

3.2 . . . . . . . . . . . . . . . . 22

Inizializzazione Fasi Sempre Attive

3.3 . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

Clear delle Azioni

3.4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

Latch delle Azioni

3.5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

Riconoscitore del Fronte di Salita di ripristino

3.6 . . . . . . . . 28

Diagramma Temporale del Riconoscitore di F.S.

3.7 . . . . . . . . 28

Valutazione delle Transizioni sfc1 e sfc2

3.8 . . . . . . . . . . . . . 29

Valutazione delle Transizioni sfc3

3.9 . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

Valutazione delle Transizioni sfc4 e sfc5

3.10 . . . . . . . . . . . . . 31

Clear delle Fasi sfc1, sfc2 e parte del sfc3

3.11 . . . . . . . . . . . 32

Clear delle Fasi parte del sfc3, sfc4 e sfc5

3.12 . . . . . . . . . . . 33

Latch delle Fasi sfc1, sfc2, sfc3, sfc4 e sfc5

3.13 . . . . . . . . . . . 34

vii

viii LIST OF FIGURES

List of Tables

Entitá Aggiunte alle Specifiche

1.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

Tabella Ricapitolante i Simboli delle entitá di Input

1.2 . . . . . 4

Tabella Ricapitolante i Simboli delle Entitá di Output

1.3 . . . 5

Gli sfc

2.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

Comportamento del bit p

2.2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

I Timer Impiegati

3.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

Ingressi

3.2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

Relay parte I

3.3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

Relay parte II - Uscite

3.4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

Relay - Fronti di Salita

3.5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

Tabelle descrittiva delle parte I

Custom Function

3.6 . . . . . . . . 26

Tabelle descrittiva delle parte II

Custom Function

3.7 . . . . . . . 27

ix

x LIST OF TABLES

Chapter 1

Le Speciche

Il capitolo seguente, ha come oggetto di discussione, le speciche di controllo rischieste

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 proceeso.

In seguito sará trattato piú specicamente il funzionamento automatico dell'intero

sistema ed il controllo richiesto. 1

2 CHAPTER 1. LE SPECIFICHE

Figure 1.1: Dettaglio del Sistema

1.2 Le Azioni del Controllo

Si riporta in dettaglio le azioni richieste dalle speciche 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 diisplay a sette-segmenti comandati da codice-BCD.

Se il Silos-Contenitore é vuoto, il sendore S4 non é attivo, questo deve essere indicato

mediante una segnalazione ottica e acustica, lampeggiamento lampada H1 e sirena H2.

3

1.3. AGGIUNTA ALLE SPECIFICHE

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 eettuata 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 ne 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 apertuta e di chiusura della saracinesca 2 viene, eettuato dal cilindro

pneumatico B comandato dalla elettrovalvola monostabile YA2.I sensori S7,S8,S9,S10

controllano l'esatta posizione del 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 eettuata 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 rispetti-

vamente H3,H4,H5,H6,H7.

1.3 Aggiunta alle Speciche

Le speciche richiedono un particolare comportamento dell'impianto in caso di man-

canza dell'alimentazione di rete; le speciche peró non mettono a disposizione alcun

sensore che ci permetta di rilevare appunto una mancanza di tensione. Abbiamo quindi

aggiunto, per necessitá realizzative della specica, 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 specica 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 sen-

sore F1. La specica non mettendoci a disposizione questo tasto, ci impone l'aggiunta

(

di un pulsante che noi denominiamo reset) che riporti il sistema nello stato iniziale.

reset ripristino

Analogamente al tasto di , aggiungiamo un tasto di che ripristini il

funzionamento dell'impianto mantenendo il valore della pesatura eettuata prima che

ci fosse la mancanza di alimentazione.

Si é aggiunta una lampada H30 segnalante l'immissione di ambedue cifre zero nei pre-

selettori 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 conseguenemente ad una immis-

sione di peso nullo.

Di seguito riportiamo una tabella ricapitolante le aggiunte fatte alle entitá giá in gioco

forniteci dalle speciche.

Simbolo funzione

S12 Sensore che rileva la Caduta di tensione

Pulsante per il riavvio dopo Arresto dovuto a S11

Reset Pulsante per il riavvio dopo Arresto dovuto a S12

Ripristino

H30 Lampada indicante ambedue cifre nulle imesse nel preselettore

Table 1.1: Entitá Aggiunte alle Specifiche

1.4 Nomenclatura delle Entitá

Nelle tabelle che riporteremo di seguito si é tenuto conto delle cratteristiche di ogni

singola entitá (che deniscono 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 cat-

ruolo

egorie é il assunto nel processo.

Si riporta la tabella delle entitá di Input del processo:

Entitá Simbolo

Preselettore della misura per prima cifra (0-9) S1

Preselettore della misura per seconda cifra (0-9) S2

Tasto di inizio ciclo S3

Sensore Silos-Contenitore Pieno S4

Sensore Silos-Intermedio Vuoto S5

Tasto di caricamento nastro S6

Tasto di A