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PORTALE DELLA DIDATTICA

Automazione dei sistemi meccanici

03IHINE

A.A. 2020/21

Lingua dell'insegnamento

Italiano

Corsi di studio

Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Meccanica - Torino

Organizzazione dell'insegnamento
Didattica Ore
Docenti
Docente Qualifica Settore h.Lez h.Es h.Lab h.Tut Anni incarico
Collaboratori
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Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/13 8 B - Caratterizzanti Ingegneria meccanica
2018/19
L'insegnamento ha lo scopo di far conoscere i diversi sistemi di automazione attualmente utilizzati in ambito industriale e di fornire le nozioni di base per una progettazione e per un uso razionale degli stessi.
The subject is aimed at providing the knowledge of different automation systems currently used in industrial sphere and provides the bases for the design and correct use of such systems.
Lo studente dovrà acquisire conoscenze riguardanti le caratteristiche dei sistemi automatici di tipo industriale, in particolare verranno descritte le principali tipologie di sensori, attuatori e componenti per il controllo della potenza nei sistemi automatici; verranno inoltre fornite conoscenze sulle logiche di controllo e sui dispositivi per il controllo automatico dei sistemi meccanici. Lo studente acquisirà le capacità necessarie per la progettazione di massima e il corretto uso di sistemi automatici industriali.
Knowledge concerning the characteristics of automatic systems used in industry; knowledge of main typologies of sensors, actuators and components for power control in automatic systems; knowledge of the control logics and of devices for automatic control in mechanical systems; ability to design and use correctly an industrial automatic system.
Sono richieste conoscenze di base di meccanica teorica e applicata e conoscenza dei principi di base del controllo continuo dei sistemi lineari.
The necessary prerequisites are the basic knowledge of theoretical and applied mechanics and the basic knowledge of continuous control of linear systems.
Introduzione al problema dell’Automazione dei Sistemi Meccanici. Struttura dei sistemi automatici, introduzione ai sensori e attuatori. Trasmissione dei segnali di misura. Immunità ai disturbi elettromagnetici. Controllo discreto: Controllori logici programmabili (PLC): struttura e hardware dei PLC: CPU, tipi di memorie; moduli di ingresso e di uscita. Ciclo di scansione sincrona e asincrona. Tipi di dato, registri ed indirizzi, l'accesso alla memoria. Linguaggio Ladder: bobine, contatti, regole fondamentali, istruzioni e circuiti di base. Temporizzatori, contatori, schemi di applicazione. Istruzioni per il controllo di un programma. Operazioni aritmetico-logiche. Istruzioni di trasferimento e di scorrimento. Linguaggi di programmazione, lo standard IEC 61131. Tecniche di progettazione dei sistemi automatici di controllo discreto. Sequenze simultanee e alternative. Sequenziatore di eventi. Tecnica batch. Sistemi con relè ausiliari. Sequential Functional Chart (SFC), modi per la definizione delle condizioni delle transizioni e delle azioni. Traduzione del SFC in linguaggio Ladder. Esempi di applicazioni nei sistemi meccanici. Controllo continuo: Confronto fra sistemi ad anello aperto e anello chiuso. Requisiti di un sistema di controllo. Regolazione P.I.D. Taratura dei parametri dei controllori P.I.D. Esempi di applicazioni nei sistemi meccanici. Controllo con la logica fuzzy: Operazioni principali, fuzzificazione, le regole, defuzzificazione. Controllori fuzzy. Funzione di approssimazione fuzzy. Esempi di applicazioni nei sistemi meccanici. Introduzione nell’automazione distribuita. Trasmissione dei segnali tra dispositivi digitali. Reti per l'automazione: topologia, metodi di accesso, reti o bus di campo. Le mappe di Karnaugh: metodo e esempi per 2-6 variabili; applicazione negli impianti industriali. Valvole di regolazione per processi industriali: Classificazione e tipi delle valvole. Tipi dei corpi e otturatori delle valvole. Bilanciamento e miglioramento delle caratteristiche degli otturatori lineari e rotativi. Coefficiente di ricupero delle valvole. Coefficienti di portata, condizioni standard di prova. Attuatori per le valvole: pneumatici a membrana, a membrana rotolante, a membrana multi molla, a cilindro pneumatico. Attuatori oleodinamici e elettrici. Posizionatori per attuatori pneumatici: pneumatico con la valvola a cassetto e elettropneumatico con relè pilota. Posizionatori elettronici.
Introduction to the problem of Automation of Mechanical Systems. Structure of automated systems, introduction to sensors and actuators. Transmission of measurement signals. Immunity to electromagnetic interference. Discrete control: Programmable Logic Controllers (PLC): PLC structure and hardware: CPU, memory types; input and output modules. Synchronous and asynchronous scan of input and output. Data types, registers and addresses, the memory access. Ladder Diagram Language: coils, contacts, basic rules, instructions, basic circuits. Timers and Counters, application patterns. Program control instructions. Compute and logical operations. Move and Shift Register Instructions. Programming Languages, the standard IEC 61131. Design methods of discrete automatic control systems, sequential control. Simultaneous and alternatives sequences. Events sequencer. Batch technique. Systems with auxiliary relays. Sequential Functional Chart (SFC). Methods for the definition of the transition and action conditions. Translation of the SFC in Ladder language. Examples of applications in mechanical systems. Continuous control: Comparison between open loop and closed loop systems. Requirements of a control system. PID control. Tuning the parameters of a PID controller. Examples of applications in mechanical systems. Fuzzy logic control: Basic operations, fuzzification, rules, defuzzification. Fuzzy controllers. Fuzzy approximation function. Examples of applications in mechanical systems. Introduction to Distribution Automation Systems. Signal transmission between digital devices. Industrial automation networks: topology, access methods, introduction to fieldbuses for process control. Karnaugh maps: methods and examples for 2-6 variables; application in automation of mechanical systems. Control valves for industrial processes: Classification and types of valves. Types of bodies and plugs of the valves. Balance and improvement of characteristics of linear and rotary plugs. Valve recovery coefficient. Flow rate coefficients, standard test conditions. Actuators for valves: with pneumatic diaphragm, rolling diaphragm, multi spring diaphragm, pneumatic cylinder. Hydraulic and electric actuators. Positioners to actuators: pneumatic with a spool valve and electro-pneumatic with a pneumatic relay. Electronic positioners.
In laboratorio: Programmazione di PLC con linguaggio Ladder. PLC: controllo P.I.D. della pressione in un serbatoio. Controllo fuzzy: carrello con pendolo inverso. Durante ogni esercitazione vengono sviluppate una o più gruppi di prove. Le esercitazioni devono essere svolte da singole squadre di studenti che seguono ciascuna un proprio percorso con assistenza in laboratorio. La relazione comprende un testo che descrive gli scopi, le attrezzature usate, le modalità di prova, ecc. e contiene tutti i dati sperimentali misurati ed elaborati.
Exercises in laboratory: PLC programming with Ladder language. PLC: PID control pressure in a tank. Fuzzy Control: cart with inverted pendulum. During each exercise, one or more student teams are organized. Each individual team carries out the exercises with a teaching assistant. The final report includes a text that describes the used equipment, purposes, methods, etc. and contains all the measured and elaborated experimental data.
Testi richiesti o raccomandati: letture, dispense, altro materiale didattico 1) V.Viktorov, F.Colombo, "Automazione dei sistemi meccanici: Corso di base", CLUT, 2016, 225 p. 2) P.Muroni, "Valvole di regolazione per processi industriali", GISISERVIZI, 2001, 209 p. 3) V.Viktorov, "Mappe di Karnaugh. Valvole di regolazione", Appunti disponibili presso il Centro Stampa del Politecnico, 2016, 70 p.
1) V.Viktorov, F.Colombo, "Automazione dei sistemi meccanici: Corso di base", CLUT, 2016, 225 p. 2) P.Muroni, "Valvole di regolazione per processi industriali", GISISERVIZI, 2001, 209 p. 3) V.Viktorov, "Mappe di Karnaugh. Valvole di regolazione", Appunti disponibili presso il Centro Stampa del Politecnico, 2016, 70 p.
Modalità di esame: prova scritta; prova orale facoltativa;
L’esame prevede una prova scritta ed una eventuale prova orale aggiuntiva sull’intero programma dell'insegnamento con domande teoriche e esercizi. La durata della prova scritta è di 2 ore, non si possono usare materiali, testi, dispense, formulari, ecc.; la valutazione massima della prova scritta è di 30 punti. Per l’ammissione alla eventuale prova orale è richiesta una votazione minima di 18/30 e deve essere presentata la relazione sulle esercitazioni svolte in laboratorio. I risultati dell’esame scritto vengono comunicati sul portale della didattica, insieme alla data in cui gli studenti possono visionare il compito e sostenere la prova orale. Il voto finale è composto essenzialmente dalla valutazione dello scritto e dal voto di una eventuale prova orale (che può far variare il voto finale sia in positivo sia in negativo). Di norma la parte orale dell’esame va sostenuta nell’appello in cui si è superato lo scritto.
Exam: written test; optional oral exam;
The test includes a written exam and a possible additional oral exam on the entire program of teaching with theoretical questions and exercises. The duration of the written test is 2 hours; it is not allowed to use materials, texts, handouts, forms, etc.; the maximum grade of the written exam is 30. For admission to the possible oral exam a minimum mark of 18/30 is required and the report on the exercises carried out in the laboratory will be presented. The results of the written examination shall be made available on the website of the subject, together with the date on which students can view the task and supporting the oral examination. The final vote is made essentially from the evaluation of the script and the mark of a possible oral examination (which may change the final vote in both positive and negative). Normally the oral part of the examination must be supported in the round in which the written exam was passed.


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