Insegnamento dell’orientamento "Automazione". Intende fornire le conoscenze fondamentali sui sistemi automatici digitali, con particolare riferimento ai sistemi a fluido di tipo pneumatico. I sistemi pneumatici sono sempre analizzati con riferimento alla integrazione con le altre tecnologie usate nei sistemi automatici. Vengono fornite le basi ingegneristiche dell’automazione digitale, con riferimento alle tecniche di uso corrente nelle industrie. Vengono inoltre fornite le basi per la modellazione dei sistemi pneumatici, finalizzate alla progettazione dei componenti e dei sistemi automatici.

Nella formazione generale dell’ingegnere meccanico questo insegnamento completa le conoscenze già acquisite nell’ambito del controllo automatico, dove vengono presentate le tecniche di automazione analogica. L’insegnamento fornisce una visione non solo teorica ma anche pratica della materia, per mezzo di esercitazioni svolte in laboratorio. Gli studenti acquisiranno quindi la conoscenza teorica e pratica dei componenti e della struttura dei sistemi automatici digitali a fluido, la capacità di progettare sistemi automatici di tipo semplice, la capacità di scegliere i componenti pneumatici più idonei a determinate applicazioni, la capacità di operare su PLC e su sistemi automatici.

Sono richieste conoscenze generali di meccanica con particolare riferimento alla meccanica applicata alle macchine.

Programma
Struttura dei sistemi automatici. Proprietà dei sistemi pneumatici, minipneumatici, fluidici e microfluidici, in riferimento alle altre tecnologie. Ruolo dei componenti pneumatici integrati in un sistema automatico.
Principali componenti pneumatici: cilindri a semplice e a doppio effetto, valvole a due, tre, quattro e cinque bocche, comandi delle valvole e loro simbologia ISO, valvole ausiliarie dei circuiti pneumatici (OR, AND, sequenza, non ritorno, temporizzazione, regolatori di flusso, scarico rapido, economizzatore, ecc.).
Struttura dei circuiti pneumatici, regolazione della velocità dei cilindri, caratteristiche operative delle valvole.
Principi di algebra logica. Funzioni combinatorie e sequenziali. Operatori logici e relativa simbologia ISO-IEC. Tipi di memorie. Uso logico delle valvole pneumatiche.
Sistemi a tempo e ad eventi. Diagrammi funzionali: movimenti-fasi, movimenti-tempi, grafcet descrittivo e funzionale, Gemma. Sistemi di controllo digitale a logica cablata e a logica programmabile. Circuiti con memorie pari agli attuatori, circuiti con salterelli, con limitatori di impulso, con memorie ausiliarie. Moduli sequenziatori: circuiti e gestione delle emergenze.
Comandi con relè, grafcet contratto, progetto e applicazione del controllo.
Struttura dei PLC e linguaggi di programmazione (programmi sequenziali, lista di istruzioni, ladder, STL, ecc.). scelta tra sistemi con sequenziatori, relè e PLC. Cenni ai controlli con bus. Elettrovalvole e dispositivi base di interfaccia. Principali sensori usati nei sistemi pneumatici automatici.
Principi di fluidica: effetto parete e interazione dei getti. Sensori ed interfacce fluidiche. Elementi pneumologici e minipneumatici a membrana. Principali elementi fluidici digitali e proporzionali.
Attuatori pneumatici specializzati: vari tipi di cilindri per applicazioni industriali, attuatori flessibili, a più stadi, ecc. Esempi di applicazioni. Dispositivi di presa meccanici e a vuoto.
Elementi pneumatici proporzionali e loro applicazioni.
Principi di modellazione dei sistemi pneumatici: resistenze, capacità, induttanze pneumatiche. Sistemi a parametri concentrati e distribuiti.
Impianti pneumatici: centrali di compressione, trattamento dell’aria, linee pneumatiche, gruppi filtri-riduttori-lubrificatori. Aspetti ecologici e di risparmio energetico.


Esercitazioni / Laboratori
Vengono svolte esercitazioni di laboratorio della durata ognuno di tre ore. Durante le esercitazioni vengono sviluppate una o più prove. Le esercitazioni sono svolte da squadre di studenti che seguono un proprio percorso di esercitazioni che sarà reso noto ad ogni squadra all’inizio del corso. Di tutte le esercitazioni deve essere preparata una relazione secondo modalità definite a inizio del corso. Le esercitazioni vertono su vari temi, quali:

-misura delle forze di attrito in cilindri pneumatici;
-comandi di base e circuiti pneumatici;
-misura delle portate in valvole pneumatiche;
-circuiti pneumatici con sequenziatori;
-sistemi elettropneumatici con relè;
-PLC con programmazione a sequenza e con STL;
-PLC con linguaggio ladder (a contatti);
-attuatori speciali;
-presa con vuoto;
-elementi fluidici;
-sensori pneumatici e fluidici;
-ecc

Programme
Structure of automatic systems. Characteristics of: pneumatic systems, in comparison with other alternative technologies. Use of pneumatic elements in automatic circuits. Operation and use of main pneumatic components (one and double effect cylinders; valves with two-three-four-five connections; various kinds of valve commands and their ISO representation; auxiliary valves, such as OR-AND-trigger-NR-timer-flow regulator- rapid vent and economy valves, etc). Structure and lay-out of pneumatic circuits; velocity regulation in pneumatic actuators; identification of working characteristics of valves.
Fundamentals of logic algebra. Logic operators and their ISO-IEC representation. Various memory functions. Logic use of pneumatic valves. Open loop and closed loop systems. Different function diagrams: Flow charts, path-step diagram; time-dependent movement; GRAFCET diagrams. Digital control systems, circuit lay-out, programmable logic methods. Circuits with one memory for each actuator; circuits with one-direction end-strokes; circuits with impulse time limitation; circuits with auxiliary memories.
Sequence units and circuits. Running of Emergency situations.
Relay control systems, contract GRAFCET, control design and application.
PLC (Programmable Logic Controller): structure and their programmable editors (STL, that is Statement List, Ladder, etc).
Selection of different controls, such as sequential modules or relays or PLC. Bus controls systems. Electro-valves and interfaces. Fundamental sensor types, useful for automatic pneumatic systems.
Principles of fluidics: wall effect and interaction of jets. Fluidic sensors. Logic pneumatic elements with membranes.
Special pneumatic actuators. Applications. Vacuum grippers. Proportional pneumatic components.
Models for pneumatic components and systems: fluid resistance, capacity, inertance. Lamped and distributed parameters systems.
Pneumatic plants. Air maintenance groups (filters, pressure reducers). Ecologic topics and energy saving.

Tutorial lessons\Laboratory
Some practical tutorial lessons are carried on in laboratory. During these laboratories, some practical tutorial lectures allow to develop one or more experimental tests on pneumatic components and systems. In laboratories, students work in teams with a personal study programme, previously established. Experimental results and diagrams, are required at the exam, for each laboratory test.
Main typical subjects are:
-friction forces measure in pneumatic cylinders;
-basic controls types and pneumatic circuits analysis;
-flow rate measures in pneumatic valves;
-sequential modules circuits analysis;
-electro-pneumatic and relays circuits analysis;
-PLC with various editors (STL, Ladder) analysis.
-specialized pneumatic actuatorsi;
-vacuum grippers;
-fluidic elements;
-pneumatic and fluidic sensors;
-etc.