APPROCCIO OBJECT ORIENTED NELL’AUTOMAZIONE INDUSTRIALE

APPROCCIO OBJECT ORIENTEDNELL’AUTOMAZIONE INDUSTRIALE

Dipartimento diInformatica e Sistemistica

Alessandro DE CARLI

Anno Accademico 2006-07

INTEGRAZIONE PROGETTAZIONE - REALIZZAZIONE 2

APPROCCIO OBJECT ORIENTED

UTENTE FINALE

DAL SISTEMADA CONTROLLARE

PROGETTAZIONE DELLA STRUTTURA PER IL RAGGIUNGIMENTO DELLA FUNZIONALITÀ DESIDERATA

DAL SISTEMADI CONTROLLO

- SCELTA DELLA ARCHITETTURA

DAL SISTEMACONTROLLATO

- RAGGIUNGIMENTO DEI REQUISITI

- SCELTA DELLA STRUMENTAZIONE

- SCELTA DELLE MODALITÀ DI CONTROLLO

- FUNZIONALITÀ DESIDERATA

- OTTIMIZZAZIONE DI ALCUNI ASPETTI

- FLESSIBILITÀ E ROBUSTEZZA DI COMPORTAMENTO

PROGETTAZIONE DEL SISTEMA DI CONTROLLO

REALIZZAZIONE DEL SISTEMA CONTROLLATO

RE

QU

ISIT

I D

ES

IDE

RA

TI



INDIVIDUAZIONE DELLE ESIGENZE

REALIZZAZIONE DEL PROTOTIPO

VALUTAZIONEDELLA QUALITÀ

DELLE PRESTAZIONI

REALIZZAZIONEDEL PRODOTTO

PROGETTAZIONE DEL SISTEMA DI CONTROLLO 4


CONOSCENZA DEL SISTEMA DA CONTROLLARE E DEGLI OBIETTIVI CHE DEVONO ESSERE RAGGIUNTI CON IL CONTROLLO

DEFINIZIONE DELLE SPECIFICHE CHE DEVONO ESSERE RAGGIUNTE DAL SISTEMA CONTROLLATO

DEFINIZIONE DELLA ARCHITETTURA DEL SISTEMA DI CONTROLLO

SCELTA DELLA STRUMENTAZIONE PER LA REALIZZAZIO-NE DEL SISTEMA DI CONTROLLO E DELLE MODALITÀ DI CONTROLLO

REALIZZAZIONE DEL SISTEMA DI CONTROLLO E SUA INTEGRAZIONE CON IL SISTEMA DA CONTROLLARE

PROVE DI COLLAUDO DEL SISTEMA CONTROLLATO

MESSA IN FUNZIONE DEL SISTEMA CONTROLLATO


APPROCCIO OBJECT ORIENTEDESIGENZE

DEL MERCATO

MATERIALI ECOMPONENTI

MODALITÀ DIREALIZZAZIONE

PROGETTAZIONEDEGLI IMPIANTI

FORMAZIONEADDESTRAMENTO

QUALITÀNORMATIVA

ESPERIENZAE PRATICA

PRODUZIONEASSEMBLAGGIO

GESTIONEDEL PRODOTTO

PROGETTAZIONECONCETTUALE

PROGETTAZIONEDEL CONTROLLO

SISTEMADI

PRODUZIONE

DEFINIZIONEDEL PROBLEMA

ELE

TTR

OTE

CN

ICA

ELE

TTR

ON

ICA

INFO

RM

ATIC

A

TEC

NO

LOG

IE D

ELL’IN

FOR

MA

ZION

EFONDAMENTI DELLAINGEGNERIA INDUSTRIALE

ASPETTI SALIENTI DI UN SISTEMA DI PRODUZIONE 6


ESIGENZEDEL MERCATO

CONTROLLO ESUPERVISIONE

MANUTENZIONEE AGGIORNAMENTO

REALIZZAZIONE

CICLO DI VITAFUNZIONAMENTO

GESTIONE

OTTIMIZZAZIONE

IMPIANTI ESTRUMENTAZIONE

ESEMPIO DI APPARATO 7


PROGETTAZIONEDEL PRODOTTO

PIANIFICAZIONEDELLE

PROCEDUREDI PRODUZIONE

MODELLI PERL’AUTOMAZIONE

E PER ILCONTROLLO

AUTOMAZIONEE

MODALITÀDI CONTROLLO

PRODUZIONE

PROGRAMMIDI PRODUZIONE

ALGORITMI DI CONTROLLO

MODELLI E CONFIGURAZIONI

PRESTAZIONIDESIDERATE

CAD/CAE RELATIVI AL PRODOTTO

STRUMENTI Computer Aided Process Planning

CAD/CAE/CASE DEL SISTEMA DI PRODUZIONE

STRUMENTI DI SIMULAZIONE

DATIDEL

PRODOTTO

MODELLI E CONFIGURAZIONI

CONFIGURAZIONE DEL SISTEMAVIOLAZIONE

DELLE REGOLE DI PROGETTO

8


INNOVAZIONE NELLA REALIZZAZIONE

IMPIANTO INTELLIGENTE

APPARATOINTELLIGENTE

INDUSTRIACOMMITTENTE

INTEGRATOREDI SISTEMI

COSTRUTTOREDI IMPIANTI

FORNITOREDI DISPOSITIVI

STRUMENTAZIONEINTELLIGENTE

COMPONENTIHARDWARE

COMPONENTISOFTWARE

SOFTWARESPECIALISTICI



SISTEMA DI PRODUZIONE INTELLIGENTE

FORNITORE DISISTEMI DI

PRODUZIONEE SERVIZI


PROGETTAZIONEDEL CONTROLLO

9


INNOVAZIONE NELLA REALIZZAZIONE

COMPONENTISOFTWARE

STRUMENTI SOFTWARE DI

PROGETTAZIONE

IMPIANTO

APPARATO

DISPOSITIVO

SISTEMA DI PRODUZIONE

COMPONENTESINGOLO

ORDINEDI PRODUZIONE

PIANI DIPRODUZIONE

INTELLIGENTE

INTELLIGENTE

INTELLIGENTE

INTELLIGENTE

REALIZZAZIONEDEL SISTEMA

DI PRODUZIONE

COMPONENTISOFTWARE

COMPONENTISOFTWARE

10


POSSIBILI SCENARI

POSSIBILI SCENARI

IMPIANTO E SISTEMA DA CONTROLLAREGIÀ REALIZZATI E FUNZIONANTI

IMPIANTO GIÀ REALIZZATOSISTEMA DA CONTROLLARE DA RINNOVARE

IN TUTTO O IN PARTE

IMPIANTO E SISTEMA DA CONTROLLAREDA PROGETTARE E REALIZZARE

CONGIUNTAMENTE

PROBLEMA DOMINANTE: MIGLIORARE LA CONDUZIONE E LA GESTIONE

PROBLEMA DOMINANTE: DOCUMENTARE LE MODIFICHE APPORTATE

PROBLEMA DOMINANTE: DOCUMENTARE I RISULTATI DELLA PROGET-TAZIONE, LE CARATTERISTICHE STRUTTURALI DEGLI IMPIANTI E DEL-LA STRUMENTAZIONE

11


ORIGINE DEI DATI

NELLA AUTOMAZIONE INDUSTRIALE ANCORA OGGI LO

SVILUPPO DEL PROGETTO DI UN SISTEMA COMPLESSO È

PER LO PIÙ AFFIDATO ALLA CREATIVITÀ DEI PROGETTI-

STI CHE SEGUONO IN GENERE APPROCCI CONSOLIDATI

DI TIPO PROPRIETARIO

L’AGGIORNAMENTO O LA RIELABORAZIONE DI UN PRO-

GETTO RISULTA PARTICOLARMENTE LABORIOSO SE CAM-

BIANO I PROGETTISTI O SE VIENE DISPERSA LA DOCU-

MENTAZIONE RELATIVA

12


ORIGINE DEI DATI

AL FINE DI RENDERE TRASPARENTI LE PROCEDURE DI

PROGETTAZIONE ED ACCESSIBILI ANCHE AI PROGETTISTI

CHE A CUI È AFFIDATO IL COMPITO DI SVILUPPARE GLI

ASPETTI DI LORO COMPETENZA CONVIENE SEGUIRE LE

NORME INTERNAZIONALI RELATIVE AGLI ASPETTI

SALIENTI IN UN PROGETTO

PER L’ARCHIVIAZIONE, LA CONSULTAZIONE, L’AGGIORNA-

MENTO CONVIENE INOLTRE UTILIZZARE UN SOFTWARE

SPECIALISTICO CHE CONSENTA DI EFFETTUARE TALI

OPERAZIONI IN TEMPO REALE

13


1 - INFORMAZIONI CONTINUAMENTE AGGIORNATE SULLE CONDIZIONI DI FUNZIONAMENTO DEL SISTEMA DI PRODUZIONE

2 - APPLICAZIONE DI MODALITÀ DI CONTROLLO CHE ASSICURINO UN FUNZIONAMENTO AFFIDABILE ED ACCETTABILE

3 - VISUALIZZAZIONE DELLE VARIABILI CHE CARATTERIZ-ZANO LE CONDIZIONI OPERATIVE E MEMORIZZAZIONE DEL LORO VALORE

4 - INDIVIDUAZIONE DI CONDIZIONI DI FUNZIONAMENTO CHE PORTEREBBERO A FERMATE PER GUASTO

5 - MIGLIORAMENTO DEL RENDIMENTO GLOBALE DEL SISTEMA DI PRODUZIONE

RICHIESTE DELL’UTENTE FINALE

INTEGRAZIONE DELLE FUNZIONALITÀ 14

CONTROLLORI LOCALIATTUATORI - DISPOSITIVI DI MISURA

COORDINAMENTO E SEQUENZIALIZZAZIONE

SUPERVISIONE

GESTIONE ON-LINEDELLE BASE DI DATI

CONDUZIONEDEGLI IMPIANTI

GESTIONE DELSISTEMA DI PRODUZIONE

INTEGRAZIONEDELLE FUNZIONALITÀ


15


L’OGGETTO NELL’AUTOMAZIONE INDUSTRIALE

GLI OGGETTI SONO ORGANIZZABILI IN UNA O PIÙ STRUTTURE A PIÙ LIVELLI STRETTAMENTE COL-LEGATE TRA LORO ED UTILIZZABILI COME RIFERI-MENTO CENTRALE

NELL’AMBITO DELLA AUTOMAZIONE INDUSTRIALE LA CONOSCENZA VA ORGANIZZATA IN MODO DA CONSENTIRE L’ACQUISIZIONE, L’AGGIORNAMENTO E LA RIUTILIZZAZIONE

GLI OGGETTI VENGONO UTILIZZATI PER MEMO-RIZZARE E ORGANIZZARE LA CONOSCENZA

16


L’OGGETTO NELL’AUTOMAZIONE INDUSTRIALE

OG

GE

TT

O

MANUTENZIONE

FUNZIONAMENTO

DA

TI

IN

FO

RM

AZ

ION

I

ASPETTI DI UN OGGETTO

UBICAZIONE

QUALITÀ

UTILIZZAZIONE

REALIZZAZIONE

………

RA

PP

RE

SE

NT

AZ

ION

EG

RA

FIC

A

DISPOSITIVI

17


NORME IEC

ARCHIVIODEI PROGETTI

STRUMENTISOFTWARE

LIBRERIESOFTWARE

PORTABILITÀ

INTEROPERABILITÀ

CONFIGURABILITÀ

DATI ED EVENTI

RETE DICOMUNICAZIONE

18


ORIGINE DEI DATI

RETI DI COMUNICAZIONE


RETE PER IL CONTROLLO (FIELDBUS)

DISPOSITIVOPER IL

CONTROLLO

DISPOSITIVOPER IL

CONTROLLO

RETE DI INFORMAZIONE PER LA GESTIONE

DISPOSITIVODI

SUPPORTO

DISPOSITIVODI

SUPPORTO

DISPOSITIVODI

SUPPORTO

RENDONO POSSIBILE LACOMUNICAZIONE TRA SISTEMI INFORMATIVI

LAN - ETHERNET - TOKEN RING

RENDONO POSSIBILE IL COLLEGAMENTO TRA I DISPOSITIVI

FIELDBUS PROFIBUS VME

AREA DI APPLICAZIONE DELLA INFORMATION TECNOLOGY 19


inance

MANUTENZIONEDEGLI IMPIANTI

SELEZIONE – INQUADRAMENTO - ARCHIVIAZIONE DATI E INFORMAZIONI


FUNZIONAMENTODEGLI IMPIANTI

PROBLEMIFINANZIARI

DOCUMENTAZIONEDELLA

REALIZZAZIONEDEGLI IMPIANTI

VALUTAZIONEDELLA

FUNZIONALITÀGLOBALE

SITUAZIONEDEL

PERSONALE

PROTTIVITÀDEGLI

IMPIANTI

MAGAZZINIMATERIE PRIMEPRODOTTI FINITI

SCORTE MATERIALI

STRUTTURA DI UN SISTEMA INFORMATIVO IN TEMPO REALE 20



DIAGNOSIGUASTI

GESTIONEALLARMI

GESTIONEDI RICETTE

SUPPORTO ALLAMANUTENZIONE

CONTROLLOSTATISTICO DELLA

PRODUZIONE

INTERFACCIAOPERATORE

VARIABILIDI COMANDO

SISTEMA

ESPERTO


21UN ESEMPIO DI P&ID

DISPOSITIVO

22


SIGNIFICATO DI OGGETTO

CONTROLLO

COMPONENTE

EVENTO

DATI EINFORMAZIONI

ENERGIA

DETERMINA L’ATTIVAZIONEDEL COMPONENTE

DETERMINA L’EVOLUZIONEDEL COMPONENTE

DETERMINAIL COMPORTAMENTODEL COMPONENTE

OGGETTO

OGGETTO

OGGETTO

23


DEFINIZIONE DI OGGETTO – CONOSCENZA - CLASSE

ACQUISIZIONE INTELLETTUALE E/O PSICOLOGICA DI QUALUNQUE ASPETTO DELLA REALTÀ

RAPPORTO FRA SOGGETTO ED OGGETTO CHE PUÒ ESSERE CONFIGURATO IN VARI MODI

CLASSE

CONOSCENZA

GRUPPO DI ENTITÀ DI VARIA NATURA IDENTIFICATO DA UN COMPLESSO DI CARATTERISTICHE COMUNI

ALL’INTERNO DI UNO SCHEMA DI CLASSIFICAZIONE

TUTTO CIÒ CHE SUSSISTE DI PER SÉ INDIPENDENTEMENTE DALLA SUA CONOSCENZA

OGGETTO

24


STRUTTURA NELLA MODELLAZIONE

STRUTTURA AD OGGETTI

ELEMENTO

FUNZIONE

UTILIZZAZIONE

ASPETTO

STRUTTURA

DESCRIZIONEDI UN OGGETTO

AGGREGAZIONEAD OGGETTI

HARDWARE

SOFTWARE

ATTIVITÀ DA SVOLGERE

AZIONE ESEGUITA

ELEMENTO

FUNZIONE

UBICAZIONE POSIZIONE NELL’IMPIANTO

COMPITO SPECIFICONELL’IMPIANTO

OG

GET

TO

25


DEFINIZIONE DI UN OGGETTO

CLASSE

ATTRIBUTO

OPERAZIONI

GRUPPO DI ENTITÀ DI VARIA NATURA AVENTI CARATTERISTICHE COMUNI IN UNO SCHEMA DI CLASSIFICAZIONE

QUALITÀ FONDAMENTALI (INFORMAZIONI)CARATTERISTICHE DISTINTIVE DI UN ELEMENTO (DATI)CONDIZIONE OPERATIVA ATTUALE OSSIA STATO (INFORMAZIONE O DATO)

AZIONI ESEGUITE IN BASE A APPROPRIA-TE PROCEDURE FINALIZZATE AL RAG-GIUNGIMENTO DI UNO SCOPO

OGGETTO

INFORMAZIONI E DATI

DENOMINAZIONE

INFORMAZIONI E DATI

INFORMAZIONI E DATI IN UNO DEI FORMATI CORRENTI

LA MODELLAZIONE AD OGGETTI 26


SCHEMIIMPIANTI

SCHEMI FUNZIONALI

DATICONDUZIONETABELLE DI DATI

APPLICAZIONI PER L’ESERCIZIO,LA CONDUZIONE,LA MANUTENZIONE,……..

ENTERPRISE RESOURCE PLANNING

PROCESS CONTROL SYSTEM MANUFACTURY EXECUTION SYSTEM

MODELLOAD

OGGETTI

ACQUISIZIONE DELLA CONOSCENZA 27


REQUISITI TECNICI

• INTEGRAZIONE IN UN UNICO SISTEMA DI TUTTE LE INFORMAZIONI E DI TUTTI I COMANDI NECESSARI ALLA CONDUZIONE E ALLA SUPER-VISIONE DEL SISTEMA DI PRODUZIONE

• CENTRALIZZAZIONE DI TUTTI I SERVIZI (CONFIGURAZIONE, ARCHI-VIO, DIAGNOSTICA E MANUTENZIONE, DIFFUSIONE DATI, DOCUMEN-TAZIONE)

• INTERFACCIA OPERATORE - IMPIANTO DEL TUTTO INFORMATIZZATO

• IMPIEGO DELLA TECNOLOGIA DI COMUNICAZIONE DIGITALE IN TUT-TO IL SISTEMA DI PRODUZIONE

28


ORIGINE DEI DATI

DATI

PER LA CONDUZIONE DELL’IMPIANTO CONTROLLATO

PER LA REALIZZAZIONE DELL’IMPIANTO CONTROLLATO

VARIABILI MISURATE DALLA STRU-MENTAZIONE DI CAMPO

• UTILIZZATE PER IL CONTROLLO LOCALE

• UTILIZZATE PER CONOSCERE LE CONDIZIONI DI FUNZIONAMENTO

VARIABILI MISURATE ALL’ESTERNO DELL’IMPIANTO

• UTILIZZATE NELLE PROCEDURE DI AVVIAMENTO, DI VERIFICA E DI FERMATA

RELATIVE

• ALLA COSTRUZIONE DELL’IMPIANTO

• ALLE APPARECCHIATURE AUSILIA-RIE PER IL FUNZIONAMENTO

• ALLA STRUMENTAZIONE DI MISURA PER IL CONTROLLO DI CAMPO

• AGLI ATTUATORI PER IL CONTROL-LO DI CAMPO

• ALLA RETE DI COMUNICAZIONE

• AI DISPOSITIVI DI ELABORAZIONE PER IL CONTROLLO E LA GESTIONE

SCHEMATIZZAZIONE DEL FLUSSO DELL’ENERGIA 29


SCHEMATIZZAZIONEDEI COLLEGAMENTI E DELLA STRUMENTAZIONE

DI UN IMPIANTO

P&ID, PIPING AND INSTRUMENTATION DIAGRAM

SISTEMA DACONTROLLARE

PI&D DI UN CONTROLLO DI LIVELLO DI UN SERBATOIO 30


LT

LC

VARIABILE DI FORZAMENTO

VARIABILECONTROLLATA

DISTURBO

ATTUATORE

TRASMETTITORE DI LIVELLO

DISPOSITIVO DI MISURA

CONTROLLORE DI LIVELLO

DISPOSITIVODI CONTROLLO

VALVOLA DIREGOLAZIONE

RUMOREDI MISURA

SCHENA A BLOCCHI DI UN CONTROLLO DI LIVELLO 31


RIFERIMENTODEL LIVELLO

VALVOLA DIREGOLAZIONE

SERBATOIOCONTROLLORE

DI LIVELLO

TRASMETTITOREDI LIVELLO

DISPOSITIVO DI CONTROLLO

ATTUATORESISTEMA DA

CONTROLLARE

DISPOSITIVODI MISURA

LIVELLO

PORTATAIMMESSA

PRESSIONE ALLA SERVOVALVOLA

PORTATAPRELEVATA

MISURA DELLIVELLO

ONDULAZIONEDEL LIVELLO

+-

VARIABILECONTROLLATA

DISTURBO

VARIABILE DIFORZAMENTO

VARIABILEDI COMANDO

VARIABILE DIRIFERIMENTO

RUMORE

VALOREMISURATO

y(t)u(t)

d(t)

m(t)y*(t)(t

)

r(t)

MODELLO DINAMICO DI UN CONTROLLO DI LIVELLO 32


h

SISTEMA DACONTROLLARE

ATTUATOREDISPOSITIVO

DI CONTROLLO

DISPOSITIVODI MISURA

y(t)

u(t)d(t)

sk

+

-

m(t)

s + 11

+-

y*(t)

r(t)

++

sKP

(t)

s + 1

REGOLAZIONEASTATICA

REGOLAZIONECON STATISMO

KP

33


ORIGINE DEI DATI

COSTITUISCE IL DOCUMENTO DI BASE E VIENE UTILIZZATO COME

RIFERIMENTO

IN UN P&ID VENGONO RIPORTATE TUTTE LE INFORMAZIONI RELATIVE

ALLE CONNESSIONI FRA LE APPARECCHIATURE CHE COSTITUISCONO

UN IMPIANTO E ALLA STRUMENTAZIONE UTILIZZATA PER REALIZZARE

IL IL SISTEMA DI AUTOMAZIONE

È DI SOLITO REALIZZATO SECONDO UNA SCHEMATIZZAZIONE DEL

TIPO P&ID CON SIMBOLOGIA PROPRIETARIA STANDARDIZZATA

IL RUOLO DEL P&ID

UN P&ID VIENE CONTINUAMENTE AGGIORNATO DURANTE LA PROGET-

TAZIONE DEL SISTEMA DI AUTOMAZIONE

IL P&ID COSTITUISCE IL MODELLO PIÙ COMPLETO PER DESCRIVERE

LA FUNZIONALITÀ DI UN IMPIANTO CONTROLLATO

UN P&ID INTERAGISCE IN MODO SPESSO ITERATIVO CON GLI SCHEMI E

LE TABELLE DA ESSO DERIVATI

34


UTILIZZAZIONE DI UN P&ID

ECCETERA

DOCUMENTAZIONE TECNICA DELLA STRUMENTAZIONE

SCHEMI PER LA SICUREZZA

LISTA DEGLI STRUMENTI, AD ESEMPIO PER GLI ADDETTI ALLA MANUTENZIONE

SCHEMI PER L’ESERCIZIO, AD ESEMPIO PAGINE DI UN DCS

MODELLI PREDEFINITI PER SIMULAZIONE

UN P&ID RELATIVO AD UN IMPIANTO VIENE UTILIZZATO COME

35


MODELLAZIONE CON IL P&ID

UN P&ID È UN MODELLO COMUNE DI RIFERIMENTOAI FINI DELLA PROGETTAZIONE DELLE MODALITÀ DI CONTROLLO A LIVELLO LOCALE OGNI ELEMENTO È DEFINITO NEL P&ID IN TERMINI DEI SEGNALI DI INGRESSO E DI USCITA E DI SEGNALI DI CONTROLLO

IN SENSO “INFORMATICO” TALI ELEMENTI SONO “OGGETTI” OSSIA ENTITÀ CARATTERIZZATE DA ATTRIBUTI E METODI, CHE EREDITANO LE PROPRIETÀ DELL’OGGETTO DI CUI FANNO PARTE

LE INFORMAZIONI SONO DIRETTAMENTE RIPORTATE SUL P&ID O SONO UN RIMANDO AI SIMBOLI

I SIMBOLI A CUI IL P&ID FA RIFERIMENTO SONO A LORO VOLTA “OGGETTI” ANCH’ESSI SONO ENTITÀ (ANCHE ANNIDATE) DEFINITE DA ATTRIBUTI

LE MODALITÀ DI CONTROLLO COLLEGATE AD OGNI OGGETTO SONO DEDICATE AD OGNI SINGOLO OGGETTO

LA SCELTA DELLE MODALITÀ DI CONTROLLO DIPENDE DAL “LIVELLO” TECNI-CO ED ECONOMICO DELL’IMPIANTO E NON È UNIVOCO

FANNO PARTE DELLA CONOSCENZA TECNOLOGICA E DELLA CULTURA AZIENDALE, OSSIA A QUEL BAGAGLIO DI CONOSCENZE ED DI ESPERIENZE INDISPENSABILI PER LA CORRETTA UTILIZZAZIONE DI UN P&ID

36


UTILIZZAZIONE DI UN P&ID

TALVOLTA IL P&ID NON È COMPLETO PER QUANTO RIGUARDA LA DESCRIZIONE DI LOGICHE E DI MODALITÀ DI CONTROLLO IN QUANTO NON RIPORTA QUASI MAI I TRANSITORI DI FERMATA E RIAVVIAMENTO O LOGICHE DI INTERBLOCCO

IL P&ID È PERTANTO UN DOCUMENTO CHE COLLEGA TRA DI LORO OGGETTI

UN P&ID TROVA UN COMPLEMENTO IN ALTRI DOCUMENTI CHE PER LO PIÙ DEFINISCONO METODI ED OPERAZIONI

IN DEFINITIVA UN P&ID SI PRESENTA COME UN DISEGNO MA IN REALTÀ È LA RAPPRESENTAZIONE DI UN COMUNE MODELLO DI RIFERIMENTO DEGLI ELE-MENTI ESSENZIALI CHE COSTITUISCONO UN IMPIANTO, DELLE APPARECCHIATURE UTILIZZATE PER IL FUNZIONAMENTO DELL’IMPIANTO; DELLA STRUMENTAZIONE UTILIZZATA NEL CONTROLLO LOCALE E DELLA ARCHITETTURA DEL SISTEMA DI CONTROLLO

NELL’APPROCCIO PER COMPONENTI ED ARCHITETTURE, UN P&ID È MOLTO EFFICACE PER UTILIZZARE GLI APPROCCI ALLE TECNOLOGIE EMERGENTI DEL TIPO “OBJECT ORIENTED”

37


IL FOGLIO EXEL

L’ALTERNATIVA AL P&ID È IL FOGLIO EXELGLASS INDUSTRYFloat Glass Plants Structure

Plant Plant area level Line level Sections Unit Devices Note

Float Glass Raw Materials Materials Handling Raw Material Inlet Arrival of materials Badge Reader

Sand screaningCrushing Plant Dolom/Limest crushing Processing Mills

Storage Sand Area

DolomiteLimestone

Small Ingredients

CulletBatch Insiling Plant Sand Silo1 Level gauge

DolomiteLimestone

Small IngredientsWeighing Plant Weighing system1 Vibrating Hopper Motor

Weight Scale Loading Cells

Weighing controller

Furn. Conseigning Cullet intakeMixing Mixer1

Mixer 2

Transfer to Furnace Belt conveyorCullet Storage Storage Box

Cullet System Cullet Silo

Cullet transfer Belt conveyorCullet recovery

STRUTTURA AD OGGETI 38


REATTORE 1

SISTEMA DI RISCALDAMENTO 1

REATTORE 1

VALVOLA 1.1

REATTORE 2

CONTROLLO DI TEMPERATURA

PID 1.1

VARIABILE MISURATA 1.1

VARIABILE DI RIFERIMENTO 1

SISTEMADI RISCALDAMENTO

1

VALVOLA 1.1

ESEMPIO DI UN OGGETTO 39


UBICAZIONENELL’IMPIANTO

FUNZIONALITÀNELL’IMPIANTO

40


EREDITARIETÀ

FUNZIONALITÀNELL’IMPIANTO

ESEMPIO DI UN OGGETTO

BASE DI DATI PER LA PROGETTAZIONE

ATTRIBUTI DI UNA POMPA

VISIONE

DEL MODELLO

BASE DI DATI PER LECONDIZIONI OPERATIVE

BASE DI DATI PER LACONDUZIONE

BASE DI DATI PER ILDIMENSIONAMENTO

• TIPO DI MOTORE PRIMO• CURVA CARATTERISTICA• RENDIMENTO• · · · ·• PORTATA IN ASPIRAZIONE• TEMPERATURA FLUIDO• PORTATA IN SCARICO• · · · ·

• FERMA• IN FUNZIONE• IN MANUTENZIONE• · · · ·

• PORTATA MASSIMA• PORTATA MINIMA• ASPIRAZIONE MASSIMA• · · · ·

MODELLO DI ESECUZIONE E TEMPORIZZAZIONE 41



UN SISTEMA COMPLESSO È COSTITUITO DA NUMEROSI ELEMENTI SINGOLI COLLEGATI FRA LORO TRAMITE UN FLUSSO DI ENERGIA E/O DI MATERIA E INTERAGENTI FRA LORO A GRUPPI

LE MODALITÀ DI CONTROLLO SONO IMPOSTE TRAMITE UNA OPPORTUNA STRUMENTAZIONE

IN FUNZIONE DELLE INTERAZIONI, GLI ELEMENTI SINGOLI POSSONO ESSERE RAGGRUPPATI IN INSIEMI INDICATI COME “APPARATI”

IN RELAZIONE ALLA LORO FUNZIONALITÀ PIÙ APPARATI FORMANO UN IMPIANTO

PIÙ IMPIANTI FORMANO UN SISTEMA DI PRODUZIONE

LE MODALITÀ DI CONTROLLO SONO PROGETTATE IN FUNZIONE DELLA CARATTERISTICHE STRUTTURALI DEI SINGOLI ELEMENTI E DELLE PRESTAZIONI CHE SI DESIDERA POSSANO ESSERE RAGGIUNTE

IL FLUSSO DI ENERGIA E/O DI MATERIA DETERMINA IL COMPORTAMENTO DEGLI ELEMENTI COINVOLTI ED È CONDIZIONATO DALLE MODALITÀ DI CONTROLLO

42


REQUISITI DI UNA ARCHITETTURA

INTEROPERABILITÀ: I DISPOSITIVI POSSONO FUNZIONARE INSIEME PER EFFETTUARE I COMPITI ASSEGNATI DALLE APPLICAZIONI DISTRIBUITE

CONFIGURABILITÀ: I DISPOSITIVI E I LORO COMPONENTI SOFTWARE POSSONO ESSERE CONFIGURATI (SCELTI, INTERCONNESSI, PARA-METRIZZATI, POSIZIONATI) DA MOLTEPLICI STRUMENTI SOFTWARE

ARCHITETTURA: LA STRUTTURA E LE CONNESSIONI FRA I BLOCCHI FUNZIONALI DI UN SISTEMA COMPLESSO

L’ARCHITETTURA DI UN SISTEMA COMPLESSO PUÒ ESSERE CONFI-GURATA IN MODO DA ESSERE CARATTERIZZATA DA:

UNITÀ FUNZIONALI: UNA ENTITÀ HARDWARE E/O SOFTWARE IN GRADO DI RAGGIUNGERE UNO SCOPO SPECIFICO

PORTABILITÀ: GLI STRUMENTI SOFTWARE POSSONO ACCETTARE E CORRETTAMENTE INTERPRETARE GLI ELEMENTI DELLE LIBRERIE PRODOTTI DA ALTRI STRUMENTI SOFTWARE

43


ESIGENZE DI UNA ARCHITETTURA

ARCHITETTURA BASATA SU COMPONENTIINDIVIDUAZIONE DEI COMPONENTI HARDWARE E SOFTWAREDEFINIZIONE DEGLI ELEMENTI OTTENUTI DALLA PROGETTAZIONE E LORO

TRASPOSIZIONE IN STRUMENTI SOFTWARE E PIATTAFORME OPERATIVE

ARCHITETTURA DISTRIBUITASUDDIVISIONE IN MODULI COLLEGATI AGLI ELEMENTI DI UNA ARCHITETTURA

DISTRIBUITAINTEGRAZIONE GERARCHICA DEI MODULI

ARCHITETTURA FUNZIONALMENTE COMPLETACARATTERIZZIONE PER OGNI COMPONENTE DEL CONTROLLO, DELLA DIAGNO-

STICA, E DEL SUO RUOLO NEL SISTEMA DI AUTOMAZIONECOMPONENTI PER L’INTERFACCIA DISPOSITIVO - SISTEMA DI AUTOMAZIONE COMPONENTI PER L’INTERFACCIA CON LE RETI DI COMUNICAZIONECOMPONENTI PER L’INTERFACCIA UOMO - MACCHINACOMPONENTI PER L’INTEGRAZIONE CON IL SOFTWARE INFORMATIVO IN TEMPO

REALE

ARCHITETTURA ESTENDIBILEIN GRADO DI INTEGRARE GLI AGGIORNAMENTI SUI PROGETTIIN GRADO DI INTEGRARE NUOVI BLOCCHI FUNZIONALI E NUOVI MODULI

ARCHITETTURA APERTAIN GRADO DI ACCOGLIERE, INTEGRARE E RENDERE ACCESSIBILI LE MODIFICHE

44


ESEMPIO DI UNA APPLICAZIONE

PER L’ACQUISIZIONE, L’AGGIORNAMENTO E LA RIUTILIZZAZIONE DELLA CONOSCENZA OCCORRE CHE VENGA ORGANIZZATA SECONDO LE DIRETTIVE INDICATE DA NORME IEC O DA PROCEDURE CONSOLIDATE

NORME IEC 61499 PER DESCRIVERE L’ARCHITETTURA DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE, SIMULARNE IL COMPORTAMENTO, ANALIZZARNE LA STRUT-TURA DI UN SISTEMA DI CONTROLLO DISTRIBUITO

NORME IEC 61131 PER LA PROGRAMMAZIONE DEI PLC SECONDO LINGUAGGI STANDARD NON PROPRIETARI

PROCEDURA FIPA PER LA INTEROPERABILITÀ FRA SISTEMI AUTONOMI SECONDO AGENTI FISICI INTELLIGENTI, OSSIA MODULI SOFTWARE IN GRADO DI MUOVERSI SVOLGENDO IL COMPITO LORO AFFIDATO

PROCEDURA UML (UNIFIED MODELLING LANGUAGE) PER DEFINIRE, PROGET-TARE, REALIZZARE E DOCUMENTARE I SISTEMI SOFTWARE AD OGGETTI

PROCEDURA XML (EXTENSIBLE MARKUP LANGUAGE) COME UN FORMATO DI TESTO SEMPLICE E MOLTO FLESSIBILE PER LO SCAMBIO DI DATI E INFORMAZIONI

NORME IEC AUTOMATION OBJECTS

DEFINIZIONI SECONDO NORME IEC 45


INTERFACCIAELEMENTO DI CONGIUNZIONE FRA DUE UNITÀ FUNZIONALI, DEFINITE PER MEZZO DELLE CARATTERISTICHE FUNZIONALI, DELLE CARATTERISTICHE DEI SEGNALI O DI ALTRE CARATTERISTICHE PIÙ APPROPRIATE

SISTEMAINSIEME DI ELEMENTI INTERCORRELATI APPARTENENTI AD UN CONTESTO BEN DEFINITO PRESO COME UNITÀ SEPARATA DELL’AMBIENTE

DATIRAPPRESENTAZIONE FORMALIZZATA DI UNA INFORMAZIONE ESPRESSA IN MANIERA DA POTER ESSERE UTILIZZATA PER LA COMUNICAZIONE, L’INTERPRETAZIONE E L’ELABORAZIONE

UNITÀ FUNZIONALEENTITÀ HARDWARE E/O SOFTWARE IN GRADO DI RAGGIUNGERE UNA SCOPO PREDEFINITO

RETEUNA AGGREGAZIONE DI NODI E DI ELEMENTI DI COLLEGAMENTO

AZIONE AZIONE BEN DEFINITA CHE UNA VOLTA APPLICATA AD UNA COMBINAZIONE DI ENTITÀ NOTE PRODUCE UNA NUOVA ENTITÀ


APPROCCIO OBJECT ORIENTEDPARAMETROVARIABILE A CUI È ASSEGNATO UN VALORE COSTANTE COLLEGATO AD UNA APPLICAZIONE SPECIFICA

CONNESSIONECOLLEGAMENTO STABILE FRA DUE ENTITÀ FUNZIONALI PER TRASFERIRE UNA INFORMAZIONE

HARDWAREDISPOSITIVO FISICO CON FINALITÀ DEFINITE

INFORMAZIONESIGNIFICATO CHE VIENE ASSEGNATO AD UN DATO O AD UN INSIEME DI DATI TRAMITE UNA CONNESSIONE BEN DEFINITA

OGGETTO PER L’AUTOMAZIONEUNITÀ FUNZIONALE HARDWARE O SOFTWARE IN GRADO DI RENDERE OPERA-TIVA L’AUTOMAZIONE O UNA AZIONE DI CONTROLLO

CONFIGURAZIONE DI UN OGGETTO PER L’AUTOMAZIONEASSEGNAZIONE DELLA CONFIGURAZIONE O DEI PARAMETRI DI UN OGGETTO PER L’AUTOMAZIONE

INGRESSO DI UN OGGETTO PER L’AUTOMAZIONEINTERFACCIA DI UN OGGETTO PER L’AUTOMAZIONE O DEL SUO MODELLO CHE AGISCE COME DESTINAZIONE DI UN OGGETTO PER L’AUTOMAZIONE



MODELLO DI UN OGGETTO PER L’AUTOMAZIONEMODELLO DI UN PARTICOLARE ASPETTO DI UN OGGETTO PER L’AUTOMAZIONE

USCITA DI UN OGGETTO PER L’AUTOMAZIONEINTERFACCIA DEL MODELLO DI UN OGGETTO PER L’AUTOMAZIONE CHE AGI-SCE COME SORGENTE DI UNA CONNESSIONE

TIPO OGGETTO PER L’AUTOMAZIONECARATTERISTICHE DOMINANTI DI UN OGGETTO PER L’AUTOMAZIONE

SIGNIFICATO DI MODELLO DI PROCESSO 48


SISTEMA DA SOTTOPORRE ALL’AZIONE DI CONTROLLOEVENTO

SISTEMADA CONTROLLARE

RISORSE

VARIABILICONTROLLATE

OBIETTIVODELL’AZIONE

DI CONTROLLO

IL MODELLO DI UN “PROCESSO” MOSTRA L’OBIETTIVO DA RAGGIUNGERE AP-PLICANDO L’AZIONE DI CONTROLLO, LE VARIABILI DI INGRESSO, LE VARIABILI DI USCITA, GLI EVENTI E LE INFORMAZIONI COINVOLTE NEL CONTROLLO DI UN SISTEMA

L’AZIONE DI CONTROLLO• HA UN OBIETTIVO BEN DEFINITO• PRESENTA SPECIFICHE VARIABILI DI INGRESSO• SPECIFICHE VARIABILI DI USCITA• IMPEGNA VARIE RISORSE• HA UN NUMERO DEFINITO DI ATTIVITÀ DA ESEGUIRE IN SEQUENZA• PUÒ AVERE PIÙ DI UNA SOLA UNITÀ DI CONTROLLO• PRESENTA VARI VANTAGGI ALL’UTENTE DEL SISTEMA CONTROLLATO

INFORMAZIONI

49


IL MODELLO IEC 61499 DI UN SISTEMA DI CONTROLLO

1 MODELLO DEL SISTEMA

2 MODELLO DEL DISPOSITIVO

3 MODELLO DELLA RISORSA

4 MODELLO DEI BLOCCHI FUNZIONALI

5 MODELLO DELL’APPLICAZIONE

UTILIZZATORE

APPLICAZIONE

BLOCCHI FUNZIONALI

SISTEMA OPERATIVO

RISORSE

DISPOSITIVOHARDWARE

LA NORMATIVA IEC 61499 DEFINISCE CINQUE ENTITÀ PRINCIPALI E I RELATIVI MODELLI

50


ORIGINE DEI DATI

IN UN SISTEMA DI PRODUZIONE SI INDIVIDUANO VARI DISPOSITIVI (SISTEMI DI MISURA, ATTUATORI, CONTROLLORI LOCALI, CONTROL-LORI DISTRIBUITI) CONNESSI TRA LORO TRAMITE UNA O PIÙ RETI DI COMUNICAZIONE PER EFFETTUARE LO SCAMBIO DI DATI ED EVENTI

MODELLO DI SISTEMA

DISPOSITIVI

FINALIZZATI A TRASMETTERE DATI ED INFORMAZIONI DA UTILIZZARE PER IL CONTROLLODI UN SISTEMA DI PRODUZIONE

SISTEMI INFORMATIVIWORKSTATION. . .

DI SUPPORTO PER IL CONTROLLO

FINALIZZATI AD ELABORARE E RENDERE OPERATIVA L’AZIONE DI CONTROLLO SUL SISTEMA DI PRODUZIONE

DCS, PLC, PIDATTUATORI. . .

51


ESIGENZE DI UNA ARCHITETTURA

UN GENERICO DISPOSITIVO È COMPOSTO DA

MODELLO DI DISPOSITIVI

• UNO O PIÙ RISORSE

• UNO O PIÙ INTERFACCE

OGNI INTERFACCIA PUÒ APPARTENERE A TRE DIFFERENTI CLASSI

• INTERFACCE DI PROCESSO, PER LA COMUNICAZIONE DI EVENTI, DATI, INFORMAZIONI

• INTERFACCE DI COMUNICAZIONE, PER LA COMUNICAZIONE FRA LE RISOR-SE E LE RETI DI COMUNICAZIONE PER CODIFICARE L’INFORMAZIONE IN UN FORMATO COMPATIBILE CON LA RETE DI COMUNICAZIONE O VICEVERSA

• INTERFACCE DI UOMO/MACCHINA, PER LA COMUNICAZIONE FRA LE RISORSE E GLI OPERATORI O LE PERIFERICHE FINALIZZATE ALLO SCOPO

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MODELLO DI UNA RISORSA

SI DEFINISCE RISORSA UNA UNITÀ FUNZIONALE CONTENUTA IN UN DI-SPOSITIVO DOTATO DI CONTROLLO INDIPENDENTE DELLE SUE OPERA-ZIONI E IN GRADO DI FORNIRE ALCUNI SERVIZI ALLE APPLICAZIONI QUALI L’ESECUZIONI DI ALGORITMI E LA PROGRAMMAZIONE

MODELLO DI RISORSE

UNA RISORSA È COSTITUITA DA

• UNA PIÙ PARTI DI UNA APPLICAZIONE

• BLOCCHI FUNZIONALI DI INTERFACCIA CON IL PROCESSO

• BLOCCHI FUNZIONALI DI INTERFACCIA CON LA RETE DI COMUNICAZIONE

• FUNZIONE DI PROGRAMMAZIONE PER SELEZIONARE SECONDO UNA PROCEDURA PREDEFINITA I BLOCCHI FUNZIONALI CHE UTILIZZANO LA RISORSA PER ESEGUIRE LE AZIONI AD ESSA ASSOCIATE

SIGNIFICATO DI MODELLO DINAMICO 53


IL MODELLO DINAMICO È UTILIZZATO PER MANIFESTARE E MODELLARE IL COMPORTAMENTO DI:

• UN COMPONENTE

• UN DISPOSITIVO

• UN APPARATO

• UN IMPIANTO

IN FUNZIONE DEL TEMPO

PUÒ ESSERE FORMALIZZATO COME:

• DIAGRAMMA DELLE ATTIVITÀ

• DIAGRAMMA DEGLI STATI

• DIAGRAMMA DELLE SEQUENZE

• EQUAZIONI DIFFERENZIALI

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MODELLO DI UN DISPOSITIVO

RISORSAA

RISORSAB

RISORSAC

POMPA

MISURATOREDI PORTATA

VORTEX

PROCESSO INDUSTRIALE

SERVOVALVOLA

APPLICAZIONE 1

INTERFACCIA DI PROCESSO

INTERFACCIA DI CONTROLLO

APPLICAZIONE 2

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MODELLO DI UNA APPLICAZIONE

UNA APPLICAZIONE È UN INSIEME DI BLOCCHI FUNZIONALI ALLOCATI ANCHE SU RISORSE DIVERSE CHE CONCORRONO AL RAGGIUNGIMEN-TO DI UN DETERMINATO OBIETTIVO

MODELLO DI APPLICAZIONE

L’APPLICAZIONE È DEFINITA COME UN INSIEME DI:• BLOCCHI FUNZIONALI• COSTANTI• CONNETTORI

APPLICAZIONE

BLOCCHI FUZIONALI

COSTANTI

CONNETTORIBLOCCHI FUZIONALI

COMPOSTI

BLOCCHI FUZIONALISEMPLICI

Model of a particular aspect of an automation objectAUTOMATION OBJECT MODEL

Interface of an AO model which acts as the destination of an AO connection

AUTOMATION OBJECT INPUT

Functional unit of hardware and software for the performance of automation and control functions

AUTOMATION OBJECT (AO)

Association between an AO output and an AO inputAUTOMATION OBJECT CONNECTION

Assigning the parameters and connections of an automation object.

AUTOMATION OBJECT CONFIGURATION

Software functional unit specific to the solution of a problem in industrial process measurement and control

APPLICATION

Completely determined finite sequence of instructions by which the values of the output variables can be calculated from the values of the input variables

ALGORITHM

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SIGNIFICATO DEI TERMINI PIÙ UTILIZZATI

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Set of values together with a set of permitted operationsDATA TYPE

Complete listing of all I/O-data, parameters and their parameter attributes of a device

DATA DICTIONARY

Collection of factual information (as measurement, statistics, or set of parameter values) digitally transmitted in numerical form that can be used as a basis for reasoning , discussion, or calculation

DATA

An association established between functional units for conveying information

CONNECTION

Description of a set of objects that share attributes, operations, methods, relationship, and semantics

CLASS OF A DEVICE

Feature within a classifier that describes a range of values that instances of the classifier may hold

CLASS ATTRIBUTE

Type of an automation object AUTOMATION OBJECT TYPE

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Entity with unique identity and a set of operations that can be applied to it, and state that stores the effects of the operations

INSTANCE

Set of data related to an invocation of a function block or a class

INPUT DATA

The meaning that is currently assigned to data by means of the conventions applied to that data.

INFORMATION

Physical equipment, as opposed to programs, procedures, rules and associated documentation

HARDWARE

An entity of hardware or software, or both, capable of accomplishing a specified purpose

FUNCTIONAL UNIT

Entity of hardware or software, or both, capable of accomplishing a specified purpose of a device

FUNCTIONAL EQUIPMENT

Software functional element consisting of one or more inputs, outputs and contained parameters

FUNCTION BLOCK

Networked piece of equipment of an industrial automation system capable of performing specified functions in a particular context and delimited by its interface

FIELD DEVICE

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An arrangement of nodes and interconnecting branchesNETWORK

Physical or logical structured device as a composed or a single term

MODULAR DEVICE

Mathematical of physical representation of a system or a process, based with sufficient precision upon known laws, identification or specified suppositions

MODEL

Procedure or process for doing something or providing a service

METHOD

Model that defines the languages for expressing a modelMETAMODEL

Entity with unique identity between two functional elements defined by functional characteristics, signal characteristics, or other characteristics as appropriate. The concept includes the specification of the connection of two devices having different functions

INTERFACE

Entity with unique identity between two functional elements defined by functional characteristics, signal characteristics, or other characteristics as appropriate. The concept includes the specification of the connection of two devices having different functions

INTERFACE

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An arrangement of nodes and interconnecting branchesNETWORK

Physical or logical structured device as a composed or a single term

MODULAR DEVICE

Mathematical of physical representation of a system or a process, based with sufficient precision upon known laws, identification or specified suppositions

MODEL

Procedure or process for doing something or providing a service

METHOD

Model that defines the languages for expressing a modelMETAMODEL

1.Instance of a class2.Entity with a well-defined boundary and identity that

encapsulates state and behavior. State is represented by attributes instance of a class; and relationships, behavior by operations, methods, and state machines

3.Collection of related data and methods or procedures for operating on data that have clearly defined interface of behavior

OBJECT

A well-defined action that, when applied to any permissible combination of known entities, produces a new entity.

OPERATION

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Specification of variable that can be changed, passed, or returned. A parameter may include a name, type, and direction. Parameters are used for operations, messages, and events.PARAMETER

Set of data related to an invocation of a functional block or a class

OUTPUT DATA

Characteristic quantity determining the relationship among variables within a given system. A parameter may be constant or depend on the time or on the value of some systems variables

A set of interrelated elements considered in a defined context as a whole and separated from its environment

SYSTEM

Specific work performed by a device in a classSERVICE

Set of data often in graphic or template form used for portraying and plying the behavior, use and application of a device in a class

PROFILE OF A DEVICE

Property of characteristic of a parameter used to present a parameter’s value for use

PARAMETER ATTRIBUTE

APPROCCIO OBJECT ORIENTED NELL’AUTOMAZIONE INDUSTRIALE

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Transcript of APPROCCIO OBJECT ORIENTED NELL’AUTOMAZIONE INDUSTRIALE