Dipartimento di Informatica e Sistemistica Alessandro DE CARLI Anno Accademico 2006-07 MECCATRONICA.

Dipartimento diInformatica e Sistemistica

Alessandro DE CARLI

Anno Accademico 2006-07

MECCATRONICA

AUTOMAZIONE 2

SIGNIFICATO DELLA AUTOMAZIONE 2 2

NEOLOGISMO CONIATO DALLA JAPAN’S YASKAWA

ELECTRIC COMPANY NEL 1960 PER

CARATTERIZZARE QUEI SISTEMI MECCANICI IN CUI

LA FUNZIONALITÀ E LE PRESTAZIONI SONO

DETERMINATE DALLA SINERGIASINERGIA DELLA TECNOLOGIA

MECCANICA E DELLA TECNOLOGIA ELETTRONICA

AUTOMAZIONE 2

ALCUNE DEFINIZIONI 3

LA MECCATRONICAMECCATRONICA PUÒ ESSERE VISTA COME LA FUSIONE DI VARIE DISCIPLINE AFFERENTI ALLA MECCANICA E ALLA ELETTRONICA NELLA REALIZZAZIONE DI MODERNE APPLICAZIONI INGEGNERISTICHE. COSTITUISCE UN APPROCCIO RELATIVAMENTE NUOVO NELLA PROGETTAZIONE DI SISTEMI E DI DISPOSITIVI PIÙ O MENO COMPLESSI REALIZZATI CON LO SCOPO DI OTTIMIZZARE IL BILANCIO FRA LA STRUTTURA MECCANICA E LE RELATIVE MODALITÀ DI CONTROLLO

JOURNAL OF MECHATRONICS, 1991

LA MECCATRONICAMECCATRONICA È UNA INTEGRAZIONE SINERGICA DELLA INGEGNERIA MECCANICA CON L’ELETTRONICA E L’INFORMATICA PER PROGETTARE E REALIZZARE PRODOTTI INDUSTRIALI E SISTEMI COMPLESSI

IEEE/ASME TRANSACTION ON MECHATRONICS, 1996

AUTOMAZIONE 2


ATTUALE SIGNIFICATOINTEGRAZIONE SINERGICA IN PARTICOLARI SISTEMI MECCANICI COMPLESSI DI TECNOLOGIE MECCANICHE, ELETTRONICHE E INFORMATICHE CON LE TECNOLOGIE DI COMUNICAZIONE E CON LE METODOLOGIE TIPICHE DEI PROCESSI DECISIONALI NELLA PROGETTAZIONE, GESTIONE E MANUTENZIONE DI APPARATI E IMPIANTI INDUSTRIALI

FINALITÀ• ESTENDERE LE FUNZIONI CONVENZIONALI• AGGIUNGERE NUOVE FUNZIONI• REALIZZAZIONE DI STRUTTURE MECCANICHE

PIÙ LEGGERE• MIGLIORARE L’INTERFACCIA UOMO / MACCHINA• NUOVE POSSIBILITÀ OPERATIVE

AUTOMAZIONE 2


INGEGNERIA MECCANICA

MECCANIZZAZIONE

SISTEMIELETTROMECCANICI

TECNOLOGIEELETTRICHE

ELETTRONICA

MECCATRONICA

INFORMATICATECNOLOGIE

DELLAINFORMAZIONE

AUTOMAZIONE 2


SIGNIFICATO DI MECCATRONICA

MECCANICA & ELETTRONICA =

MECCATRONICA

MECCANICA

ELETRONICAMECCATRONICA

INTERPRETAZIONE EURISTICA

INTERPRETAZIONE CORRETTA INTERPRETAZIONE GIAPPONESE

MECCANICAELETTRONICACONTROLLISTICACONVERTITORI AZIONAMENTITRASMISSIONI MECCANICHERIDUTTORI E INGRANAGGIOLEODINAMICANORMATIVEINFORMATICACIRCUTIAMPLIFICATORI

MECCATR

NICA

O

AUTOMAZIONE 2


DEFINIZIONEDEL PROBLEMA

ESIGENZEDEL MERCATO

MATERIALI ECOMPONENTI

MODALITÀ DIREALIZZAZIONE

ASPETTOESTETICO

FORMAZIONEADDESTRAMENTO

QUALITÀNORMATIVA

ESPERIENZAE PRATICA

PRODUZIONEASSEMBLAGGIO

GESTIONEDEL PRODOTTO

PROGETTAZIONECONCETTUALE

PROGETTAZIONEINDUSTRIALE

ELE

TTR

OTE

CN

ICA

ELE

TTR

ON

ICA

INGEGNERIA MECCANICA

INFO

RM

ATIC

A

TEC

NO

LOG

IE D

ELL’IN

FOR

MA

ZION

E

AUTOMAZIONE 2

APPROCCIO MACCATRONICO 8

CONTROLLO

SENSORI ATTUATORI

COMUNICAZIONE

AUTOMAZIONE 2

EVOLUZIONE DELLA MOVIMENTAZIONE 9

SISTEMI DI MOVIMENTAZIONE

PURAMENTE MECCANICI

MACCHINE DA SCRIVERESOLO MECCANICHE

MACCHINE UTENSILI

POMPE

TURBINE A VAPORE 1860DINAMO 1870POMPE CICOLARI 1860

1860MOTORI A COMBUSTIONEMOTORI ACORRENTECONTINUA

1870

MOTORI ACORRENTEALTERNATA

1890

SISTEMI MECCANICICON MOTORE ELETTRICO

PRIMA DEL 1900

1920

AUTOMAZIONE 2


SISTEMI MECCANICIPARZIALMENTE AUTOMATIZZATI

MACCHINE DA SCRIVEREELETTRICHE

RELÈ

SISTEMI MECCANICICON MOTORE ELETTRICO

1935

1920

SOLENOIDI

AMPLIFICATORI IDRAULICI

AMPLIFICATORI PNEUMATICI

AMPLIFICATORI ELETTRONICI

1930REGOLATORI PI

AUTOPILOTI

TURBINE A VAPORE

AUTOMAZIONE 2


SISTEMI MECCANICI- CON CONTROLLO ELETTRONICO DI TIPO ANALOGICO- CON CONTROLLO SEQUENZIALE

ASCENSORICON CONTROLLOELETTRONICO

TRANSISTORI 1948

SISTEMI MECCANICIPARZIALMENTE AUTOMATIZZATI

1955

1935

TIRISTORI 1955

AUTOMAZIONE 2


SISTEMI MECCANICICON CONTROLLO DIGITALE E MODALITÀ DI CONTROLLO - DI TIPO CONTINUO- DI TIPO SEQUENZIALE

CALCOLATORI DIGITALI 1955


1975

1955

CALCOLATORI DI PROCESSO 1959

SOFTWARE IN TEMPO REALE 1966

AUTOMAZIONE DECENTRALIZZATA 1975

MICROCALCOLATORI 1971

AUTOMAZIONE 2




1975

1955

AUTOMAZIONE 2



1975

MACCHINE UTENSILI

ROBOT INDUSTRIALI

DISPOSITIVI DI LARGO CONSUMO

AUTOMAZIONE DI SISTEMI COMPLESSI

DISC DRIVES

AUTOMAZIONE 2


SISTEMI MECCATRONICI- INTEGRAZIONE DELLA MECCANICA E DELL’ELETTRONICA- NUOVE FUNZIONALITÀ DETERMINATE DAL SOFTWARE- MODALITÀ DI PROGETTAZIONE DI SISTEMI INTEGRATI- SINERGIA DI APPROCCI E TECNOLOGIE


1995

1975

MICROCONTROLLORI 1978PERSONAL COMPUTERS 1980BUS DI CAMPO 1990

STRUMENTAZIONE INTELLIGENTE 1995CONTROLLO INTELLIGENTE 1995

SOFTWARE DEDICATO ALLA PROGETTAZIONE 1993

AUTOMAZIONE 2




1995

1975

AUTOMAZIONE 2




1995

1975

ROBOT MOBILICOMPUTER INTEGRATED MANUFACTURINGAPPLICAZIONI TECNOLOGICAMENTE DI AVANGUARDIA

- CUSCINETTI MAGNETICI- DISPOSITIVI ANTISLITTAMENTO- SMORZAMENTO E IRRIGIDIMENTO ATTIVO

AUTOMAZIONE 2


MICROELETTRONICAELETTRONICA DI POTENZADISPOSITIVI PER L’AUTOMAZIONEATTUATORI E SENSORI

MODALITÀ DI CONTROLLOMODELLAZIONE E SIMULAZIONE

RETI DI COMUNICAZIONESOFTWARE SPECIALISTICI

CONTROLLO INTELLIGENTE

STRUTTURE MECCANICHECOMPONENTISTICA MECCANICAMECCANICA DI PRECISIONE

TECNOLOGIEELETTRICHE

ELETTRONICHEINFORMATICHE

TECNOLOGIEMECCANICHE

TECNOLOGIEDELLA

INFORMAZIONE

PROCESSORI DATA PROCESSING

INTERFACCIA UOMO / MACCHINA

AUTOMAZIONE 2

STRUTTURA DI UN SISTEMA DI MOVIMENTAZIONE 19

VISIONE COMANDI

DISPOSITIVO DI ELABORAZIONEDEDICATO

ATTUATORIDISPOSITIVIDI MISURA

ALIMENTAZIONEPRIMARIA

ENERGIA CEDUTAAL CARICO

CINEMATISMICARICO

FLUSSO

DI ENERGIA

FLUSSO

DI DATI

AUTOMAZIONE 2

REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI MOVIMENTAZIONE 20

FUNZIONALITÀ

PRESTAZIONI

SISTEMA DI MOVIMENTAZIONE

VERIFICADELLA FATTIBILITÀ

REALIZZAZIONE

VERIFICADELLE PRESTAZIONI

INTEGRAZIONEDEI COMPONENTI

INTEGRAZIONEDELLE MODALITÀDI CONTROLLO

APPROCCIO INNOVATIVO

APPROCCIOCONVENZIONALE

INTEGRAZIONEDEL CONTROLLO

INTEGRAZIONEDEI COMPONENTI

AUTOMAZIONE 2

INTEGRAZIONE DEI COMPONENTI 21

INGEGNERIAMECCANICA

ELETTROTECNICA

PROGETTAZIONEDELLA

STRUTTURA

INGEGNERIAELETTRONICA

CONNESSIONIAUTTATORI

MISURE

INGEGNERIAAUTOMATICA

INGEGNERIAGESTIONALE

MODALITÀDI

CONTROLLO

MODALITÀDI

IMPIEGO

PRESTAZIONI

AUTOMAZIONE 2

PROCEDURA DI REALIZZAZIONE 22

OBIETTIVI

SPECIFICHE

PROGETTAZIONE

REALIZZAZIONE

PROVE DIACCETTAZIONE

PROVE DIFUNZIONALITÀ

ARCHITETTURA FUNZIONALE

ARCHITETTURA DI SISTEMA

VINCOLI SULLA STRUTTURA SULLE APPARECCHIATURE

PROVE PARZIALISUI COMPONENTI

SIMULAZIONE DIFUNZIONALITÀ

SIMULAZIONE DI FUNZIONAMENTO

PROTOTIPIZZAZIONE

AUTOMAZIONE 2

ESEMPIO DI APPLICAZIONE 23

COMPONENTI MECCANICI

MACCHINE

VEICOLI

MECCANICA DI PRECISIONE

MICROMECCANICA

DI BASE CUSCINETTI - CONNESSIONI

PER LA MOVIMENTAZIONECATENE CINEMATICHE - ATTUATORI - SISTEMI DI MOVIMENTAZIONE

PRODUZIONE DI ENERGIA MOTORI - TURBINE - ATTUATORI LINEARI

UTILIZZAZIONE DELLA ENERGIACOMPRESSORI - MACCHINE UTENSILI - MACCHINE OPERATRICI - TURBINE

AUTOVEICOLI AUTOMOBILI - CAMION - TRATTORI - VEICOLI MILITARI TRENI

AEREI CIVILI E MILITARI

COMPONENTI

DISPOSITIVIREGISTRATORI - STAMPANTI - COMMUTATORI - DISPOSITIVI OTTICI - DISPOSITIVI MEDICALI

MICROCOMPONENTI CUSCINETTI - CONNESSIONI - CINEMATISMI MICROSISTEMI SENSORI - ATTUATORI - MOTORI - POMPE

AEROPLANI

CUSCINETTI - CONNESSIONI - CINEMATISMI - RELÈ - SENSORI - ATTUATORI

AUTOMAZIONE 2

CONSIDERAZIONI CONCLUSIVE 24

CONCLUSIONINELLA AUTOMAZIONE 2 AUTOMAZIONE 2 IL CONTROLLO AUTOMATICO:

• È UNA TECNOLOGIA NASCOSTA MA SEMPRE PRESENTE• COINVOLGE NUMEROSE ALTRE TECNOLOGIE• DETERMINA LA QUALITÀ DELLE PRESTAZIONI

• CONSENTE DI OTTENERE CHE IL FUNZIONAMENTO POSSA ESSERE ADATTATO ALLE CONDIZIONI OPERATIVE E AMBIENTALI MODIFICANDO LA FUNZIONALITÀ E LA STRUTTURA DEL SISTEMA CONTROLLATO

• RENDE IL SISTEMA CONTROLLATO ECONOMICAMENTE PIÙ CONVENIENTE A PARITÀ DI PRESTAZIONI

• MIGLIORA LA GESTIONE DEL SISTEMA CONTROLLATO• MIGLIORA LA MANUTENZIONE E LA DIAGNOSTICA

AUTOMAZIONE 2


AUTOMAZIONE 2AUTOMAZIONE 2 APPLICATAALLA MOVIMENTAZIONE CONTROLLATA

FORMAZIONE CULTURALE DETERMINATA DALLE PRESTAZIONI STATICHE E DINAMICHE DEL CARICO

OBIETTIVI PRINCIPALI

REALIZZARE LA MOVIMENTAZIONE CONTROLLATASENZA SOVRADIMENSIONARE

NÉ LA STRUTTURA MECCANICA NÉ I COMPONENTI

PROGETTARE LA STRUTTURA DI SUPPORTOIN MODO DA OTTENERE LA FUNZIONALITÀ DESIDERATA

PROGETTARE IL SISTEMA DI MOVIMENTAZIONEIN MODO DA RAGGIUNGERE LE PRESTAZIONI DESIDERATE

AUTOMAZIONE 2

ORGANIZZAZIONE GERARCHICA 26

MOVIMENTAZIONI MONOASSE

SUPERVISIONE

OTTIMIZZAZIONEDIGNOSTICA

COORDINAMENTO

COLLEGAMENTOAL SISTEMA

DI PRODUZIONE

MOVIMENTAZIONE COMPLESSA

DINAMICA DELLAMOVIMENTAZIONE

ANDAMENTOVELOCITÀ

COPPIEDISSIPATIVE

FLUSSOENERGIA

ACCOPPIAMENTOMOTORE-CARICO

CARICOFENOMENIDOMINANTI

AUTOMAZIONE 2


MOLTOLENTA

LENTA

MOLTORAPIDA

RAPIDA

velocità

tempo

ATTRITOVISCOSO

INE

RZ

IAL

EATTRITOVISCOSO

DINAMICADEL CARICO

INTERAZIONETRA DINAMICA

CARICOE DINAMICA

MOTORE

PRESTAZIONICONDIZIONATE

DALLA DINAMICAINCERTA

velocità

tempo

velocità

tempo

velocità

tempo

DIS

SIP

AT

IVO

DIN

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ICA

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ZIO

NE

PECULIARITÀ DEL CARICO

MOVIMENTAZIONE MONOASSE

CLASSIFICAZIONE DALL’ESTERNO

SCHEDA CONTROLLOASSI

AZIONAMENTI CARICO

AUTOMAZIONE 2


CONTROLLODI VELOCITÀ

CHIUSURALOOP

POSIZIONE

P L C

GENERATOREPROFILI DIVELOCITÀPOSIZIONE

SCAMBIO DATI CON P L C

ASSE 1

ASSE N

POSIZIONE ASSE 1 DISPOSITIVODI MISURA

AZIONAMENTO 1

ATTUATORE

VELOCITÀ ASSE 1

CONVERTITORECHIUSURA LOOP

DI VELOCITÀ

AZIONAMENTO N

ATTUATORE

VELOCITÀ ASSE N


DI VELOCITÀ

POSIZIONE ASSE N DISPOSITIVODI MISURA

SCHEDA CONTROLLOASSI

AZIONAMENTI CARICO

AUTOMAZIONE 2


CONTROLLODI VELOCITÀ

CHIUSURALOOP

POSIZIONE

GENERATOREPROFILI DIVELOCITÀPOSIZIONE

SCAMBIO DATI CON P C

ASSE 1

ASSE N

POSIZIONE ASSE 1 DISPOSITIVODI MISURA

AZIONAMENTO 1

ATTUATORE

VELOCITÀ ASSE 1


DI VELOCITÀ

AZIONAMENTO N

ATTUATORE

VELOCITÀ ASSE N


DI VELOCITÀ

POSIZIONE ASSE N DISPOSITIVODI MISURA

MISURA DELLE VARIABILI RETATIVE

ALLA MOVIMENTAZIONE

P CCONTROLLOREINTELLIGENTEINTERFACCIAOPERATORE

AUTOMAZIONE 2

MOVIMENTAZIONE MONOASSE 30

PROFILO DI VELOCITÀDEL MOTORE

MODALITÀ DI CONTROLLODELLA VELOCITÀ DEL CARICO

PRESTAZIONIDELLA MOVIMENTAZIONE

MODALITÀ DI CONTROLLODELLA MOVIMENTAZIONE

FINALITÀ DELLA MOVIMENTAZIONE

AZIONAMENTO

AUTOMAZIONE 2


RIDUTTORE MECCANICO

MOTORE

CONVERTITORE

CONTROLLO DIRETTO OINDIRETTO DELLA COPPIA MOTRICE

CONTROLLO DELLA VELOCITÀDEL MOTORE

CONTROLLO DELLA VELOCITÀO DELLA POSIZIONE DEL CARICO

VELOCITÀ O POSIZIONE DEL CARICO

CONTROREAZIONEDI CORRENTE

CONTROREAZIONEDI VELOCITÀDEL MOTORE

CONTROREAZIONEDI VELOCITÀ

O DI POSIZIONEDEL CARICO

COMPONENTI HARDWARE

COMPONENTI HARDWARECON SOFTWARE RESIDENTE

COMPONENTI HARDWARECON SOFTWARE DEDICATO

CARICO

AUTOMAZIONE 2


CICLO DI CARICO

MOVIMENTAZIONE MOLTO LENTA OPPURE LENTA

tempo

po

sizi

on

eve

loci

tàac

cele

razi

on

eje

rk

PROFILO CONTINUO DELLA POSIZIONE

AUTOMAZIONE 2


tempo

jerk

po

sizi

on

eac

cele

razi

on

e

CICLO DI CARICO

MOVIMENTAZIONE LENTA

velo

cità

PROFILO CONTINUO DELLA VELOCITÀ

AUTOMAZIONE 2


CICLO DI CARICOMOVIMENTAZIONE RAPIDA O LIMITATAMENTE RAPIDA

acce

lera

zio

ne

PROFILO CONTINUO ACCELERAZIONE

velo

cità

po

sizi

on

eje

rk

tempo

AUTOMAZIONE 2


tempo

PROFILO CONTINUO DEL JERK

jerk

posizione

velocità

accelerazione

CICLO DI CARICOMOVIMENTAZIONE MOLTO RAPIDA

AUTOMAZIONE 2


CONTROLLO DELLE MOVIMENTAZIONI MONOASSEDIAGNOSTICA E OTTIMIZZAZIONE PARZIALE

COORDINAMENTO DELLE MOVIMENTAZIONI MONOASSE

SUPERVISIONE DELLA MOVIMENTAZIONE GLOBALEDIAGNOSTICA E OTTIMIZZAZIONE GLOBALE

MOVIMENTAZIONIMONOASSE

CARICHIPARZIALI

MOVIMENTAZIONECOMPLESSA

CARICOGLOBALE

FINALITÀ EPRESTAZIONI

GLOBALI

FINALITÀ EPRESTAZIONI

PARZIALI

SISTEMA DI PRODUZIONE

AUTOMAZIONE 2


tempo

tempo

tempo

tempo

LENTA

MOLTORAPIDA

RAPIDA

MOLTOLENTA

A CATENAAPERTA

IN GENERE AA CATENA APERTA

A VOLTE ACONTROREAZIONE

DI POSIZIONE

IN GENEREA CATENAAPERTA

A CONTROREAZIONE

DI VELOCITÀ

ACONTROREAZIONE

DI VELOCITÀ

IN GENERECONTROREAZIONE

DI POSIZIONE

A VOLTE ACATENA APERTA

A VOLTECONTROREAZIONE

DI POSIZIONE

IN GENERECATENA APERTA

A CONTROREAZIONE

DI POSIZIONE

MOVIMENTAZIONE MONOASSE

DINAMICA DELLAMOVIMENTAZIONE

CONTROLLODELLA VELOCITÀ

DEL MOTORE

PROFILIDI VELOCITÀ

CONTROLLOMOVIMENTAZIONE

DEL CARICO

PID STANDARD

PID EVOLUTO

PID EVOLUTOCONTROLLORE

ROBUSTO

PID STANDARD

PID STANDARD

PID STANDARDPID EVOLUTO

CONTROLLOREROBUSTO

AUTOMAZIONE 2


FORMAZIONE CULTURALE PRESTAZIONI

APPLICAZIONI

ME

CC

AN

ICA

CIN

EM

AT

ICA

EL

ET

TR

ON

ICA

DI P

OT

EN

ZA

AU

TO

MA

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TR

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LIT

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LO

DA

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ES

SIN

G

DINAMICA RAPIDA

DINAMICA MOLTO RAPIDA

DINAMICA MOLTO LENTADINAMICA LENTA

PROGETTAZIONE

MA

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