Programma del corso e modalità d'esame - LAR-DEIS

Sistemi e Tecnologie per l’Automazione LS
(Corso da 60 ore, 6CFU)
C.D.L. SPECIALISTICA IN INGEGNERIA INFORMATICA
C.D.L. SPECIALISTICA IN INGEGNERIA ELETTRONICA E DELLE TELECOMUNICAZIONI
SECONDA FACOLTÀ D’INGEGNERIA (SEDE DI CESENA)
A.A. 2008/09
Docente
Ing. Andrea Tilli (ricercatore confermato, corso tenuto a supplenza)
e-mail: andrea.tilli@unibo.it
pagina web: http://www-lar.deis.unibo.it/people/atilli
Finalità del Corso
L'obiettivo del corso è illustrare i principali aspetti ingegneristici e tecnologici connessi con la
realizzazione dei moderni sistemi di controllo e di automazione, evidenziando la forte sinergia con
gli strumenti messi a disposizione da altre discipline dell’Ingegneria dell’Informazione (Ingegneria
Informatica, Ingegneria Elettronica e Ingegneria delle Telecomunicazioni).
Ci si concentra in particolare su sistemi di automazione industriale (ovvero sull’automazione di
sistemi di produzione industriale) vista la loro elevata diffusione e la validità piuttosto generale
dello studio degli stessi rispetto al mondo più ampio dell’automazione e dei sistemi di controllo in
genere.
Gli argomenti trattati sono suddivisibili in due tematiche principali:
- architettura e componenti dei sistemi di automazione industriale;
- controllo logico di sistemi di automazione.
Nell’ambito della prima tematica vengono brevemente discusse le architetture “realizzative” dei
sistemi di controllo mappando gli “schemi funzionali” (simili a quelli visti nei moduli di Controlli
Automatici) in “schemi tecnologici”. Successivamente vengono approfonditi alcuni particolari
componenti delle architetture tecnologiche dell’automazione industriale al fine di evidenziare la
forte interdisciplinarità dell’automazione e per fornire criteri di scelta e dimensionamento in
funzione dell’applicazione considerata. Infine si affronta lo studio di soluzioni di controllo
distribuito con specifiche hard-real-time mediante l’introduzione di alcuni concetti e metodi di
approccio basilari.
Nella seconda tematica è introdotto il controllo logico (o di sequenze) di sistemi di automazione,
evidenziandone la natura funzionale che potrebbe essere trattata potenzialmente in modo astratto
dalle tecnologie implementative. Quindi viene introdotto lo standard IEC-61131-3 per la definizione
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dei linguaggi normalmente usati per la definizione e l’implementazione software del controllo
logico. Infine viene presentata una procedura generale di approccio alle progettazione del controllo
logico. Tramite l’utilizzo di un opportuno CAD, sono presentati alcuni esempi agli studenti ai quali
viene, in seguito, richiesto di affrontare autonomamente un problema di controllo logico per
automazione assegnato dal docente.
Propedeuticità
E’ consigliabile aver seguito il Corso di Controlli Automatici LA.
E’ preferibile avere conoscenze di base di Reti Logiche, Calcolatori Elettronici, Sistemi Operativi e
Reti Informatiche.
Programma
Introduzione e concetti fondamentali
Definizione di Automazione e Automazione Industriale. Funzione vs. Implementazione.
Piramide dell’Automazione e Livello “dei Controlli”. Controllo diretto di variabili temporali e
Controllo Logico.
Generalità sulla “struttura tecnologica” per il “Livello dei Controlli”
Architettura generale di riferimento. Tecnologie adottate per le varie parti e problematiche.
Piattaforme HW/SW per elaboratori digitali in automazione
Piattaforme HW General Purpose e Custom. Microcontrollori e DSP. Concetti fondamentali
relativi a sistemi di elaborazione Real-Time per applicazioni di controllo.
Controllori Embedded e Controllori Industriali per l’Automazione.
Differenze tra controllori embedded e controllori industriali. Tipici controllori industriali: PLC e
DCS. Architetture funzionali e tecnologiche tipiche per l’industria di processo e per l’industria
manifatturiera basate su controllori industriali. Approfondimenti su PLC.
Controllo Logico nell’Automazione
Gestione delle sequenze operative di macchine e impianti. Perché spesso si parla di Software per
l’Automazione. Lo standard IEC-61131-3. Una metodologia di approccio alla progettazione del
controllo logico. Esempi. Illustrazione di un ambiente CAD (CoDeSys) per la progettazione.
Presentazione dei temi su cui eseguire il progetto.
Gli Azionamenti Elettrici per l'Automazione
Caratteristiche generali di un azionamento, tipologie di motori elettrici e tecniche di controllo.
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Problematiche relative al controllo del moto. Scelta della tipologia e della taglia di un
azionamento.
Reti Informatiche per l’Automazione
Inquadramento rispetto alle reti informatiche standard. Alcune tipologie di field-bus.
Problematiche e concetti fondamentali per la realizzazione di sistemi di controllo distribuiti con
vincoli hard-real-time
Generalità, Problematiche di temporizzazione e tempo globale. Introduzione di entità real-time
per la modellazione.
Testi Consigliati
Materiale fornito dal docente nella pagina web del corso.
Bonivento, Gentili, Paoli, "Sistemi di automazione industriale - Architetture e controllo"
McGraw-Hill, ISBN 88-386-6440-4 (consigliato).
Kopetz, "Real time systems – Design Principles for Distributed Embedded Applications", Kluwer
Academic Publisher (consigliato per l’ultima parte del corso).
Bonfatti, Monari, Sampieri "IEC 1131-3 Programming Methodology" CJ International (solo per
approfondimenti).
Modalità d’Esame
L’esame consiste delle seguenti tre prove, le prime due obbligatorie, la terza facoltativa.
1) Esame scritto con domande sui temi del corso e 1 esercizio:
- Le domande potranno variare in numero tra 10 e 20 e saranno a risposta breve (si/no e/o con
una o due righe al massimo di spiegazione).
- L’esercizio sarà relativo alla scelta della tipologia e della taglia di azionamenti elettrici per
applicazioni di automazione.
2) Presentazione orale del progetto di controllo logico per sistemi di automazione assegnato dal
docente (che dovrà essere svolto e presentato a gruppi di non più di tre persone).
3) Esame orale con domande sul programma del corso.
L’ordine in cui sostenere/superare le prime due prove non è vincolato. Ognuna delle prime due
prove si intende superata se viene raggiunta una votazione di almeno 18/30.
Per quanto riguarda l’esame scritto:
- il punteggio massimo conseguibile è 33/30;
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- tipicamente ognuna delle domande a risposta breve ha un valore variabile tra 1/30 e 2/30, in
caso di risposta errata non vengono attribuiti punteggi negativi;
- tipicamente l’esercizio avrà un valore complessivo attorno ai 13/30;
- la durata dell’esame scritto sarà di 3 ore;
- il voto maturato dal candidato è quello relativo all’ultima prova consegnata (a prescindere dal
fatto che sia positivo o negativo);
- non vi sono, ovviamente, vincoli o penalizzazioni legate al numero di volte per cui è stata
sostenuta la prova.
Per quanto riguarda la presentazione del progetto:
- il voto massimo conseguibile alla prima presentazione del progetto è 30/30;
- nel caso in cui un progetto relativo allo stesso tema venga ripresentato più volte, il voto
massimo conseguibile cala di 4 punti rispetto alla presentazione precedente;
- il voto maturato dal candidato o dal gruppo di candidati è quello relativo all’ultima
presentazione effettuata (a prescindere dal fatto che sia positivo o negativo).
I voti conseguiti su ciascuna prova rimangono validi per l’Anno Accademico in cui la prova è stata
sostenuta, salvo situazioni particolari in cui il docente può decidere di estenderne la validità.
Un candidato che abbia superato entrambe le prove obbligatorie, senza violare i vincoli di validità
temporale suddetti, avrà maturato un voto “registrabile” pari alla media dei voti delle due prove. Gli
arrotondamenti saranno a discrezione del docente.
Una volta ottenuto un voto “registrabile”, il candidato può richiedere di sostenere la terza prova
(esame orale). La variazione del voto rispetto al voto “registrabile”, derivante da questa ulteriore
prova, è comunque compresa nel seguente range: [ , 25 . ]
−∞ + .
Per conseguire la lode il candidato dovrà avere un voto finale maggiore uguale di 31/30.
Regole per la formazione/scioglimento dei gruppi e per l’assegnazione del progetto da eseguire
I gruppi possono essere costituiti al massimo da 3 studenti (ovviamente ciascun studente può
appartenere ad un solo gruppo).
Un gruppo (anche se formato da un solo studente) è costituito nel momento in cui la sua
composizione viene comunicata al docente. Il docente durante le lezioni chiederà agli studenti di
formare e comunicargli i gruppi. Chi non dovesse seguire questa procedura (es. studenti non
frequentanti) potrà comunicare via e-mail la costituzione del gruppo.
Il docente risponderà alla comunicazione di costituzione di un gruppo assegnando il progetto da
eseguire e aggiornando l’elenco dei gruppi e dei progetti assegnati, presente sulla pagina web del
Corso.
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Nel caso un gruppo desiderasse dividersi in più gruppi, il progetto assegnato a ciascuno dei nuovi
gruppi è automaticamente quello del gruppo originario. Il fatto deve essere in ogni caso comunicato
al docente via e-mail.
Non è consentita l’aggregazione di gruppi, salvo casi molto particolari valutati del docente.
Un gruppo può chiedere di cambiare progetto solo dopo che ha superato la presentazione dello
stesso. Questa opzione può essere sfruttata per riportare il punteggio massimo conseguibile a 30/30
(cfr. Modalità d’Esame).
Tesi di Laurea
Sono disponibili tesi di laurea con svolgimento presso il Laboratorio di Automazione e Robotica
(LAR) del DEIS di Bologna, presso il Centro di Ricerca sui Sistemi Automatici Complessi (CASY)
sempre del DEIS di Bologna e/o presso laboratori di industrie.
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