Progetto di tecnologie dei sistemi di automazione - impianto per la gestione di un magazzino intermedio

PROGETTO DI

TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI AUTOMAZIONE

Impianto Per La Gestione di Un Magazzino Intermedio

1. Specifiche di sistema

1.1. Descrizione delle caratteristiche del sistema da controllare

L'impianto gestisce un magazzino intermedio che ha capienza massima di 15 pezzi.

Il nastro trasportatore 1 porta in ingresso al magazzino i pezzi che vengono invece rilevati tramite il nastro trasportatore 2. In corrispondenza dell'ingresso e dell'uscita del magazzino vi sono le due fotocellule B1 e B2 che segnalano rispettivamente l'ingresso e l'uscita di un pezzo.

A)Controllo del contenuto del magazzino

Le fotocellule B1 e B2 determinano l'incremento o il decremento di un contatore che indica il numero corrente di pezzi in magazzino;il pulsante S1 azzera il contatore se all'inizio del turno il magazzino è vuoto.

Il nastro trasportatore 1 viene gestito tramite i pulsanti S2 e S3 che attivano o disattivano il movimento del nastro effettuato dal motore M1. A protezione di quest'ultimo c'è un relè-termico che arresta immediatamente il motore M1 nel caso il sensore S5 rilevi la temperatura critica. Il nastro 2 è attivato in base a necessità della linea di montaggio.

Una lampada H1 segnala che il magazzino contiene un numero minore o uguale a 5 pezzi,

una lampada H2 segnala che il nastro trasportatore 1 è in movimento,

una lampada H3 segnala che il nastro trasportatore 1 è fermo,

una lampada H4 segnala che il motore M1 ha raggiunto la temperatura critica,

una lampada H5 segnala che il magazzino è pieno.

B)Controllo capienza massima

Se il contatore ha raggiunto il valore limite per la capienza del magazzino di 15 pezzi, il motore M1 deve essere immediatamente fermato.Un tentativo di accensione tramite il pulsante S2 non porta all'attivazione.del motore.

C)Controllo capienza minima

Se il contatore ha valore minore o uguale a 5, il motore M1 dev'essere avviato.Se invece il magazzino contiene più di 5 pezzi, una pressione del pulsante S2 provoca il movimento del nastro 1 e quindi l'ingresso di un pezzo in magazzino. Un tentativo di spegnimento tramite il pulsante S3 non porta alla disattivazione.del motore.

1.2. Descrizione dei componenti per il controllo del sistema

Il sistema di controllo è composto dai seguenti componenti:

Pulsanti:

• S1: Pulsante di reset del contatore
• S2: Pulsante di attivazione movimento del nastro 1
• S3: Pulsante di arresto movimento del nastro 1
• S4 Pulsante di arresto critico dell'impianto
• RESET : Pulsante di ripristino normale funzionamento dopo l'arresto critico

Sensori:

• B1 Sensore di ingresso nel magazzino, segnala quando un pezzo vi entra
• B2 Sensore di uscita dal magazzino, segnala quando un pezzo ne esce
• S5: Sensore termico di temperatura critica del motore M1

3) Segnalazioni luminose:

• H1: lampada segnalante magazzino con un numero di pezzi minore o uguale a 5
• H2: lampada segnalante nastro in movimento
• H3: lampada segnalante nastro fermo
• H4: lampada segnalante temperatura critica del motore M1
• H5: lampada segnalante magazzino pieno

4) Attuatori:

• M1: motore nastro trasportatore 1

2. Progettazione del sistema software

2.1. Introduzione

Per la progettazione del sistema software si procederà per passi: si individueranno dapprima le variabili in gioco si procederà quindi con la decomposizione funzionale, rappresentato in questo contesto come macchina a stati finiti si giungerà poi agevolmente alla rappresentazione in SFC e alla conseguente traduzione in linguaggio a contatti direttamente scaricabile su un PLC.

2.2. Analisi delle variabili del sistema

• VARIABILI DI INGRESSO

Variabili di ingresso a livello:

S2, S3: variabili digitali per l'attivazione e la disattivazione del movimento del nastro trasportatore 1(le due variabili sono mutuamente esclusive)

B1,B2: Variabili digitali per il controllo del numero di pezzi in magazzino.

S5: Variabile digitale per il controllo della temperatura critica del motore M1

(S2)=1 interruttore per l'attivazione del movimento del nastro trasportatore 1 (non può essere attivo insieme ad S3)

(S3)=1 interruttore per la disattivazione del movimento del nastro trasportatore 1 (non può essere attivo insieme ad S2)

(B1)=1 pezzo in ingresso

(B2)=1 pezzo in uscita

(S5)=1 temperatura critica raggiunta dal motore M1

Variabili di ingresso su fronte di salita:

S1: variabile digitale per il reset del contatore.

(S1)=1 interruttore per il reset del contatore

S4: variabile impulsiva per l'arresto critico dell' impianto

(S4)=1 interruttore per l'arresto e lo spegnimento immediato dell'impianto

RESET: variabile impulsiva per il ripristino del normale funzionamento dopo l'arresto critico

(RESET)=1 interruttore per il ripristino del normale funzionamento dopo l'arresto critico

VARIABILI DI USCITA

Variabili di uscita a livello:

H1, H2, H3, H4, H5: variabili digitali per l'accensione delle lampadine

M1: variabile digitale che indica lo stato del motore

(H1)=1 magazzino con un numero di pezzi minore o uguale a 5

(H2)=1 nastro 1 in movimento

(H3)=1 nastro 1 fermo

(H4)=1 temperatura critica raggiunta dal motore M1

(H5)=1 magazzino pieno

(M1)=1 nastro1 in movimento

2.3. Rappresentazione in linguaggio SFC

Spia 1

Questo ciclo controlla se il magazzino contiene un numero minore o uguale a 10 pezzi e in tal caso lo segnala. Dalla fase iniziale (G0) tramite le due transazioni mutuamente esclusive legate alla variabile MIN modificata dal contatore è possibile accendere (tramite l'azione legata alla fase G1) o spegnere (in G2) la spia relativa (H1).

Spia 2

Questo ciclo controlla se il nastro trasportatore 1  è in movimento e in tal caso lo segnala. Dalla fase iniziale (G3) tramite le due transazioni mutuamente esclusive legate al funzionamento o meno del motore M1 è possibile accendere (tramite l'azione legata alla fase G4) o spegnere (in G5) la spia relativa (H2).

Spia 3

Questo ciclo controlla se il nastro traportatore 1 è fermo e in tal caso lo segnala. Dalla fase iniziale (G6) tramite le due transazioni mutuamente esclusive legate al funzionamento o meno del motore M1 è possibile spegnere (tramite l'azione legata alla fase G7) o accendere (in G8) la spia relativa (H3).

Spia 4

Questo ciclo controlla se il motore M1 ha raggiunto la temperatura critica e in tal caso lo segnala. Dalla fase iniziale (G9) tramite le due transazioni mutuamente esclusive legate al sensore termico all'interno del motore (S5) è possibile accendere (tramite l'azione legata alla fase G10) o spegnere (in G11) la spia relativa (H4).

Spia 5

Questo ciclo controlla se il magazzino è pieno e in tal caso lo segnala. Dalla fase iniziale (G12) tramite le due transazioni mutuamente esclusive legate  alla variabile FULL modificata dal contatore è possibile accendere (tramite l'azione legata alla fase G13) o spegnere (in G14) la spia relativa (H5).

Contatore

Questo ciclo è semplicemente un contatore sia ad incremento che a decremento per il controllo della quantità di pezzi in magazzino.Il passaggio di un pezzo in ingresso è segnalato tramite il sensore B1, quando il passaggio del pezzo sotto il sensore è completato (condizione !B1) il contatore si porta nella fase relativa all'incremento. Il passaggio di un pezzo in uscita è segnalato tramite il sensore B2, quando il passaggio del pezzo sotto il sensore è completato (condizione !B2) il contatore si porta nella fase relativa al decremento. Non è ovviamente consentito l'incremento quando il magazzino è pieno e il decremento quando il magazzino è vuoto.

Quando il contatore raggiunge il valore 6 (fase E19) la variabile booleana MIN viene posta a 1, indicando il superamento della capacità minima del serbatoio.Un decremento da questo valore porta alla fase E16 che, essendo relativa a una quantità di pezzi pari a 5, resetta la variabile MIN.

Quando il contatore raggiunge il valore 15 (fase E46) la variabile booleana FULL viene posta a 1, indicando il raggiungimento della capacità massima del serbatoio.Un decremento da questo valore porta alla fase E43 che, essendo relativa a una quantità di pezzi pari a 14, resetta la variabile FULL.

Quando viene premuto il tasto di reset del contatore S1, in qualsiasi fase il contatore si trovi (sia di incremento che di decremento che stia avvenendo o sia già completo) viene attivata la fase iniziale E1 in cui vengono resettate le variabili digitali relative alla quantità di pezzi in magazzino (MIN e FULL).

Motore

Questo ciclo gestisce il motore M1 responsabile del movimento del nastro trasportatore 1. Se il magazzino contiene un numero minore o uguale a 5 pezzi, esso è continuamente in movimento, anche se si preme il pulsante S3 per l'arresto del nastro 1, il motore M1 resta in movimento. Dalla fase iniziale S0 si passa così attraverso la transizione T1 con condizione !MIN alla fase S1 in cui il motore è avviato tramite l'attivazione del pulsante di accensione S2. Il motore viene arrestato quando il contatore arriva a 6 pezzi ossia quando si alza la variabile MIN. Allora attraverso la transizione T6 si torna alla fase iniziale.Se il magazzino non è pieno, ogni volta che si preme il pulsante S2, si arriva tramite T3 alla fase S3 in cui il motore viene attivato per il tempo necessario a far passare il pezzo, infatti quando il pezzo ha terminato il passaggio sotto la fotocellula in entrata (condizione !B1) , il motore viene nuovamente arrestato. Quando il magazzino è pieno, una pressione di S2 non provoca l'avvio del motore M1. Il relè termico a protezione del motore M1 è realizzato tramite le condizioni !S5 nelle transizioni T1, T2,T3, T4 e T5. Tutte queste sono in mutua esclusione con un'altra condizione (S5) che porta alla fase S5 in cui il nastro è fermato e si torna alla fase iniziale per la valutazione del numero di pezzi in magazzino.

Arresto Critico

Questo ciclo controlla l'evenienza dell'attivazione del pulsante di arresto critico (S4). Se attivato il sistema verrà tempestivamente sospeso spegnendo il motore M1. Solo dopo la pressione del tasto RESET il ciclo di riempimento funzionerà regolarmente ricominciando dalla fase S0.

2.3.1. SFC equivalente.

Nel linguaggio standard SFC non è ancora inglobato il nuovo concetto delle macroazioni. Per ovviare a questo problema è necessario utilizzare gli schemi equivalenti che permettono di includere le azioni "Forzare" e "Sospendere" all'interno del SFC che si vuole controllare.

						M1

Per ottenere l'effetto della macroazione "Forzare" si è aggiunto ad ogni transizione un nuovo ramo in modo che, se viene premuto il pulsante di arresto critico (S4), si raggiunge una nuova fase(Ac) in cui si provvede a spegnere il motore M1 ; si permane in questa fase fino alla pressione del tasto di ripristino RESET    che riporta il motore al suo normale funzionamento .

2.4. Traduzione in linguaggio a contatti

2.4.1. Introduzione

Per la traduzione del sistema da linguaggio SFC a linguaggio ladder (a contatti) si userà l'algoritmo di evoluzione senza ricerca di stabilità rappresentato nella figura sottostante sottoforma di diagramma di flusso:

La prima operazione che si dovrà attuare, sarà quella di associare dei bit di memoria del PLC alle fasi e alle transizioni descritte dai blocchi di SFC visti in precedenza, più in particolare:

1. Si assocerà un bit di memoria a ciascuna fase. Questo bit di memoria conterrà il valore del marker di fase (Xi dove la i indica la i-sima fase).
2. Si assocerà a ogni condizione relativa ad una transizione un bit di memoria (marker di transizione Ti dove la i indica la i-sima transizione), che indicherà se quella transizione è superabile o meno.

Il programma tradotto in linguaggio a contatti sarà composto da quattro sezioni:

• SEZIONE DI INIZIALIZZAZIONE: questa sezione viene eseguita una sola volta all'inizio dell'esecuzione del programma. La sua funzione è quella di porre a 1 i marker delle fasi iniziali previste dall'SFC.
• SEZIONE DI ESECUZIONE DELLE AZIONI: questa sezione è dedicata all'aggiornamento dell'area di memoria riservata alle uscite. L'effettivo aggiornamento delle uscite fisiche avverrà al termine del ciclo di scansione.
• SEZIONE DI VALUTAZIONE DELLE TRANSIZIONI: in questa sezione si aggiorna lo stato dei marker di transizione, vi sarà quindi un rung per ogni transizione. E le istruzioni poste sul rung devono esprimere la superabilità della transizione (ovvero che tutte le fasi a monte siano attive e che la condizione associata sia vera).
• SEZIONE DI AGGIORNAMENTO DELLE CONDIZIONI: in questa sezione, in corrispondenza delle transizioni valutate come superabili, bisogna disattivare le fasi a monte e attivare quelle a valle.

2.4.2. Traduzione in linguaggio a contatti

Le quattro sezioni di cui sopra saranno applicate in sequenza per ognuno degli otto blocchi di SFC che descrivono insieme l'intero sistema; nelle figure sottostanti sono quindi descritte le sezioni singolarmente facendo riferimento ai blocchi SFC relativi; la stesura definitiva del programma sarà composta da tutte le sezioni di cui sotto scritte in sequenza:

Inizializzazione

Esecuzione Delle Azioni

Spia 1                                                  Spia 2

Spia 3                                                  Spia 4

Spia 5                                                  Motore

M1