1007549 - INDUSTRIAL AUTOMATION A - Z

1. Conoscenza e capacità di comprensione. Gli studenti impareranno a:

1. Rappresentare i sistemi dinamici ad eventi discreti (DES) mediante le Reti di Petri (RdP).
2. Analizzare le proprietà strutturali di un modello rappresentato mediante RdP.
3. Controllare  sistemi DES mediante la tecnica dei posti monitor.
4. Conoscere l'architettura dei Controllori a Logica Programmabile (PLC).
5. Conoscere  i linguaggi di programmazione dei PLC descritti nello standard IEC 61131-3. 
6. Conoscere l'architettura delle reti informatiche per l'automazione industriale e dei stemi per la supervisione e l'acquisizione dei dati (SCADA).

2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione. Gli studenti saranno in grado di:

1. Rappresentare, analizzare e simulare le proprietà di sistemi DES.
2. Codificare il software per la programmazione di PLC e testarne il funzionamento sia mediante l'uso di simulatori che operando in laboratorio direttamente sui dispositivi HW.

3. Autonomia di giudizio. Gli studenti saranno in grado di giudicare il potenziale e i limiti della tecniche in uso nel settore dell'Automazione Industriale.

4. Abilità comunicativa. Gli studenti saranno in grado di illustrare le tecniche apprese nel corso delle lezioni, interagire nel lavoro di gruppo e collaborare con altri esperti del settore.

5. Capacità di apprendimento. Gli studenti saranno in grado di estendere autonomamente le conoscenze apprese nel corso, attingendo alla vasta letteratura disponibile nel settore.

Il Corso si svolge mediante lezioni frontali intercalate con esperienze in laboratorio. A ciascun argomento del corso corrisponde un adeguato numero di ore di laboratorio. Le esperienze pratiche  seguono di pari passo ghi argomenti di carattere teorico. In laboratorio sono disponibili strumenti sia hardware che software per il controllo di sistemi ad eventi discerti mediante PLC.

Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.

Programmazione di calcolatori 

Algebra lineare e calcolo matriciale

Feedback control systems

L'assidua frequenza alle lezioni ed alle attività di laboratorio è fortemente raccomandata per il conseguimento dei previsti obiettivi formativi

Sistemi ad eventi discreti (DES). Rappresentazione di DES utilizzando le Reti di Petri. Analisi delle Reti di Petri. Il controllo di DES utilizzando l’approccio dei Posti Monitor. Controllo continuo e logico. Controllori logici programmabili (PLC): architettura di un PLC, moduli di I/O. Moduli di I/O speciali. Moduli per la programmazione dei PLC, moduli di funzioni speciali. Linguaggi di programmazione PLC. Linguaggi grafici e Testuali dello standard IEC 61131-3. Linguaggi grafici:  ladder diagrams (LD), Functional Block Diadrams (FBD), Sequential Functional Charts  (SFC). Linguaggi Testuali: Instruction List (IL) Strucured Text (ST):  Elementi di base, istruzioni per i tempi e il conteggio. Regole di evoluzione Strutture per controllare il flusso del programma Esempi di regole di evoluzione. Strutture per controllare il flusso del programma. Esempi di programmazione. Reti di computer. Il modello ISO/OSI, topologie di rete, metodi di accesso al bus media di trasmissione: standard tradizionali: media bus token Ethernet, metodi di accesso al bus: Polling, Token bus e, token ring CSMA/CD, Time division. Fieldbus: gli esempi CAN e Profibus. Industrial Ethernet. L'esempio Profinet. Sistemi per la comunicazione aperta: OPC/UA. Sistemi di supervisione e acquisizione dati (SCADA). Moduli di un sistema SCADA: modulo  database, modulo di comunicazione, modulo di interfaccia operatore, modulo di gestione allarmi, modulo di gestione ricette, modulo di supporto manutenzione, modulo sistema esperto.

1. Handbook of Industrial Automation, Ed. Marcel Dekker, 2000.
2. Hassen D.H., Programmable Logic Controllers - A practical approach to IEC 61131-3 Using Codesys, Wiley, 2015.
3. Bolton, Programmable Logic Controllers, 5th edition, Elsevier, 2009
4. Slides delle lezioni

L'esame consiste di una prova scritta ed una orale. La prova riguarda due aspetti: 1) L'analisi ed il controllo di sistemi a eventi discreti mediante Reti di Petri, 2) L' implementazione di un programma di controllo per un assegnato processo industriale utilizzando i linguaggi appresi nel corso. Il programma potrà essere scritto avvalendosi dell'uso di un computer portatile qualora  nella disponibilità dello studente. Esempi delle prove scritte assegnati sono scaricabili dagli studenti registrati nel sito dedicato al corso all'interno del portale Teams (https://teams.microsoft.com).  La prova orale consiste in un una discussione della prova scritta e di un colloquio sugli argomenti esposti nel corso delle lezioni. E' prevista la redazione da parte dello studente di un report che attesti le prove eseguite nel corso del laboratorio e l'attività svolta in preparazione dell'esame. Esempi di report saranno disponibili in anticipo nel sito web dedicato al corso su Teams.

La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.

A garanzia di pari opportunità e nel rispetto delle leggi vigenti, gli studenti interessati possono chiedere un colloquio personale in modo da programmare eventuali misure compensative e/o dispensative, in base agli obiettivi didattici ed alle specifiche esigenze. È possibile rivolgersi anche al docente referente CInAP (Centro per l’integrazione Attiva e Partecipata - Servizi per le Disabilità e/o i DSA) del proprio Dipartimento

Esempi delle prove scritte assegnati sono scaricabili dagli studenti registrati nel sito dedicato al corso all'interno del portale http://www.portaledidattica.it/Default.aspx. 

Esempi di domande durante il colloquio orale:

• Define a Discrete Event System (DES) is a system.
• What is a Petri Net (PN) ?
• When a transition is controllable
• When a transition t in a PN is enabled ?
• When a sequence of transitions is enabled ?
• When a PN  free of self loops is said to be pure ?
• When a state M of a given PN is reachable from state Mo ?
• Describe the property of bounness of a PN.
• When a PN is live ?
• Classify when a PN is a state machine, an event graph, a free-choice net etc.
• What are siphon and traps of a PN ?
• What are P and T invariants of a PN ?
• How P and T invariants are useful to analyse the boundness and liveness of a PN ?
• Explain the GMAC approach
• Explain the GMAC approach in presence of not controllable transitions.
• Shortly describe the hardware architecture of a PLC.
• What kinds of Program Organization Unit (POU) are defined in the IEC61131 standard ?
• What are the main kinds of data types ?
• What are the kinds of Program Organization Units (POU) ?
• Describe the main features of the SFC language as described in the  IEC61131 standard.
• Describe the main features of the ST language as described in the  IEC61131 standard.
• Describe the main features of the LD language  as described in the  IEC61131 standard.
• Draw the general architecture of an Industrial Information Network.
• Enumerate the layers of the ISO/OSI model.
• Explain the main features of the physical layer.
• Explain the main features of the data-link laye.
• Explain the main protocol to access the physical media.
• Explain the differences between the CSMA/CD and the CSMA/CR.
•  Explain the main features of the network-link laye.r
• Describe the Profibus fildbus.
• Describe the CAN fieldbus.
•  Describe the Industrial Ethernet.
• Describe the main features of a SCADA system