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