Paniere con risposte aperte - Strumentazione per l'automazione B (2023/2024)

TIPO PREGI DIFETTI

Classificatore Bayesiano

Classificatore polinomiale

Classificatore geometrico

Lezione 32

09. In riferimento ai metodi di inferenza per la diagnosi, descrivere i metodi neuro-fuzzy

I sistemi ibridi neurofuzzy sono costituiti da una struttura di rete, con un determinato numero di strati,

all’interno della quale ogni strato soddisfa una specifica funzione che può essere rappresentata come parte

di una rappresentazione linguistica. E' allo stesso tempo un sistema di inferenza fuzzy e una rete neurale in

estrarre regole fuzzy dai dati tramite l’ispezione dei risultati generati da un algoritmo di

grado di

addestramento simile a quelli utilizzati nelle reti neurali. La versione più semplice di un sistema ibrido

neuro-fuzzy è composta dagli stessi elementi di un sistema di inferenza fuzzy classico: Fuzzificazione| I

sintomi sono rappresentati tramite insiemi fuzzy con significati linguistici del tipo “normale”, “aumentato di

poco”, “aumentato di molto”; Inferenza e accumulo| è costituito da un’unità neurale composta da più

strati di neuroni che costruisce la logica delle regole fuzzy; Defuzzificazione| prende in ingresso l’attivazione

delle regole e opera una

Lezione 35

10. Specificare quali sono le differenze tra gli stadi di degradazione FS, FO e FSIL.

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Fail-Operational (FO)|è tollerato un solo failure (i.e. il sottosistema rimane operativo dopo il failure di un

componente); tipicamente richiesto se non è possibile raggiungere uno stato sicuro dopo il failure di un

componente; Fail-Safe (FS)| dopo uno (o più) failure(s) dei componenti il sottosistema possiede uno stato

oppure è portato in uno stato sicuro tramite un’azione speciale (active fail-safe);

sicuro (passive fail-safe) verso l’esterno

Fail-Silent (FSIL)| dopo uno (o più) failure(s) dei componenti il sottosistema rimane inattivo

(e.g. si spegne e non influenza altri sottosistemi in modo negativo);

11. Descrivere la differenza che c'è tra una struttura a ridondanza analitica e una a ridondanza hardware.

ridondanza hardware| fa affidamento su misure provenienti da due o più componenti identici tra di loro

(e.g. ridondanza statica o dinamica viste in precedenza); ridondanza analitica| le misure sono provenienti

da uno o più componenti (anche diversi tra di loro) e da un insieme di relazioni analitiche (e.g. modello).

12. Descrivere la differenza che c'è tra una struttura di controllo tollerante ai guasti di tipo passivo e una

di tipo attivo

passivo| il controllo è reso molto robusto rispetto a cambiamenti noti negli attuatori o nel processo (e.g.

composto da un’unità di individuazione dei guasti, un decisore e un meccanismo di

fault); attivo| è

riconfigurazione che ha l’obiettivo di mantenere il funzionamento complessivo del sistema all’interno di

specifiche accettabili. Il controllo tollerante ai guasti di tipo passivo vale solo per piccoli fault e richiede un

buon trade-off tra prestazioni nel caso nominale e robustezza. Quando i guasti diventano di grande entità

non è più possibile pensare di compensarli con un approccio passivo: il controllo opera quindi attivamente

una riconfigurazione del sistema (attuatori e sensori utilizzati, struttura e parametri di controllo, ecc …)

accettando una degradazione limitata delle performance

Lezione 39

07. In che modo è tipicamente classificata la strumentazione adoperata nell'automazione industriale?

La strumentazione adoperata nell'automazione industriale è classificata in base a vari criteri.

I sensori sono classificati in:

- al principio fisico (ottico, meccanico, pneumatico, elettrico)

- in base alla grandezza da misurare (lunghezza, temperatura, pressione, vibrazione)

- in base al settore di destinazione (agricoltura, chimica, robotica, malfunzionamento)

Gli attuatori sono classificati in base a:

- principio fisico (elettrico, idraulico, prenumatico , oleodinamico)

- in base alla grandezza da controllare (flusso,energia, moto)

- in base alla tipologia di funzionamento (valvola, pompa, motore)

Classificazione delle architetture di controllo:

comunemente definiti PID, rappresentano la soluzione più

regolatori industriali a singola stazione,

utilizzata nel controllo di processi di piccole e medie dimensioni: il termine PID (Proporzionale Integrativo

Derivativo) indica sia i dispositivi sia le leggi di controllo da essi realizzate.

invece, le funzioni di regolazione delle variabili di processo ai relativi setpoint, la

Per i grandi impianti,

supervisione e il comando sono realizzati mediante sistemi di controllo distribuito (Distributed Control

di elaborazione, sono distribuite all’interno

Systems, DCS): le diverse CPU, cui sono allocate le funzioni

dell’impianto e la capacità di elaborazione è dislocata solo dove serve, riducendo così i costi di installazione,

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si collocano a metà strada tra i PID e i DCS: hanno struttura

I controllori a logica programmabile (PLC)

modulare che include un modulo di elaborazione a microprocessore, moduli di ingresso/uscita e moduli di

interfaccia e richiedono un terminale esterno per la loro programmazione e funzionamento

Le reti per l’automazione sono divise in:

Nel momento in cui ad essere numerosi sono sia i processi sia i dispositivi è necessario fare un ulteriore

passo e ricorrere alle reti per l’automazione (bus), comunemente divise in: reti di campo (fieldbus o reti di

dispositivi); reti per il controllo (o reti di processo); reti per le informazioni (o reti di stabilimento).

L’eterogeneità della strumentazione utilizzata nei processi di automazione rispecchia la molteplicità ed

eterogeneità dei diversi campi applicativi dell’automazione, pertanto non è possibile fornire un elenco

esaustivo di tutti gli strumenti esistenti che trovano impiego nel campo dell’automazione.

Lezione 40

7. Che differenza c'è tra principio di funzionamento sul quale può basarsi un sensore e tipologia

costruttiva? Si faccia un esempio.

Il principio di funzionamento stabilisce il modo in cui il sensore funzionerà mentre la tipologia costruttiva

specifica il modo in cui è realizzato.

Lezione 41

08. In riferimento alle sonde capacitive, elencare gli aspetti da tenere in considerazione per evitare errori

di misura. Tipicamente l’oggetto deve avere dimensioni superiori al 30% dell’area di misura: in

Dimensioni oggetto

caso contrario il campo elettrico si chiude attorno ai lati dell’oggetto, risultando in un campo più esteso di

quello considerato in fase di taratura, il che porta a letture maggiori di quelle reali.

Le sonde sono tarate con oggetti piani, pertanto la misura di oggetti con superficie non

Forma oggetto

piana introduce un errore: in questi casi sarebbe preferibile operare una calibrazione ad-hoc sulla forma

dell’oggetto da misurare, oppure utilizzare dei pesi per la correzione a posteriori della misura.

Quando la superficie dell’oggetto da misurare non è perfettamente liscia, di solito il

Finitura oggetto

di misura opera una media: muovendo la sonda parallelamente all’oggetto da misurare la distanza

sistema

potrebbe comunque variare a causa della variazione del valor medio.

Durante la taratura la superficie dell’oggetto da calibrare è posta parallelamente al sensore;

Parallelismo

se la sonda o l’oggetto sono inclinati allora si introduce un errore: è importante mantenere oggetto e sonda

sempre allineati, poiché anche pochi gradi possono causare errori notevoli in misure ad alta risoluzione

9. In riferimento alle sonde capacitive, quali problematiche è necessario tenere in conto in fase di

taratura?

In fase di taratura bisogna tenere conto di due problematiche: dimensioni oggetto e parallelismo. In

particolare, per quanto riguarda Dimensioni oggetto Tipicamente l’oggetto deve avere dimensioni superiori

al 30% dell’area di misura: in caso contrario il campo elettrico si chiude attorno ai lati dell’oggetto,

risultando in un campo più esteso di quello considerato in fase di taratura, il che porta a letture maggiori di

quelle reali. Per il Parallelismo invece, Durante la taratura la superficie dell’oggetto da calibrare è posta

parallelamente al sensore; se la sonda o l’oggetto sono inclinati allora si introduce un errore: è importante

mantenere oggetto e sonda sempre allineati, poiché anche pochi gradi possono causare errori notevoli in

misure ad alta risoluzione. Downloaded by Carlo Marziani (carlomarziani62@gmail.com)

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10. In riferimento alle sonde capacitive, in che modo la forma dell'oggetto influenza la lettura delle

distanze?

Forma oggetto Le sonde sono tarate con oggetti piani, pertanto la misura di oggetti con superficie non

piana introduce un errore: in questi casi sarebbe preferibile operare una calibrazione ad-hoc sulla forma

dell’oggetto da misurare, oppure utilizzare dei pesi per la correzione a posteriori della misura.

11. Descrivere il principio di funzionamento di una sonda capacitiva per la misura di posizione o

spostamento.

Quando si misurano distanze da un oggetto elettricamente conduttivo, lo stesso oggetto può fungere da

armatura del condensatore: in questi casi si può utilizzare un design di tipo monopolare, in cui una faccia

centrale di un cavo coassiale, mentre l’altra faccia è costituita

del condensatore è connessa al conduttore

dal misurando. Questa configurazione, detta a sonda, opera tipicamente a frequenze dell’ordine dei 3MHz

e può individuare oggetti veloci in movimento. La sonda è associata ad un circuito di condizionamento

dedicato che può essere integrato oppure esterno: la risposta in frequenza del sensore nel suo complesso è

dell’ordine dei 40kHz. Nella sonda è di solito montata una schermatura (“guard”) per minimizzare gli effetti

di dispersione e migliorare la linearità della funzione di trasferimento.

12. Descrivere il principio di funzionamento di un sensore potenziometrico per la misura di posizione o

spostamento.

Il principio di funzionamento di un sensore potenziometrico è basato sulla resistenza elettrica: essa dipende

sia dal materiale costruttivo sia dalla geometria del resistore. La resistenza dipende linearmente dalla

lunghezza del conduttore: collegando l'oggetto da misurare al conduttore è possibile determinare lo

spostamento. Siccome una misura di resistenza richiede il passaggio di corrente elettrica, un potenziometro

è un dispositivo attivo che richiede un segnale di eccitazione. Essi richiedono fisicame