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Produzione Integrata Tramite ElaboratoriLezione 02

08 Marzo 2018

Ing. Chiara [email protected]

Reti e Sistemi per l’AutomazioneIngegneria Informatica

A.A. 2017 - 2018Università degli Studi “Roma TRE”

mailto:[email protected]

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Lezione 02

Chiara Foglietta

Produzione IntegrataTramite Elaboratori

Classificazione deiSistemi di Controllo

Reti di Comunicazione

Architetture Hardwareper il Controllo

Reti e Sistemi perl’Automazione

Ingegneria InformaticaA.A. 2017 - 2018

Agenda

Produzione Integrata Tramite Elaboratori

Classificazione dei Sistemi di Controllo


Architetture Hardware per il Controllo

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Chiara Foglietta







Materiale Didattico

P. Chiacchio, F. Basile, “Tecnologie informatiche perl’automazione”, McGraw-Hill, 2004

Capitolo 10: Produzione integrata tramite elaboratori

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3Produzione IntegrataTramite Elaboratori






Produzione Integrata Tramite ElaboratoriI

Quando si parla di automazione industriale o di controllo diprocesso, nelle loro accezioni più semplici, ci si riferisce allapresenza di celle di lavorazione automatizzate dedicateall’esecuzione di singole lavorazioni le quali risultino essereripetitive e/o pericolose per l’uomo. Tale presenza permette ,inoltre, di avere qualità superiore e costi inferiori per i prodotti.Questo tipo di approccio, però, porta alla realizzazione di isoledi automazione non integrate tra di loro, in quanto si affrontanoogni volta i problemi specifici alla singola lavorazione; tali isolevengono realizzate, inoltre, mediante dispositivi di controlloeterogenei tra loro, con protocolli di comunicazione spessoincompatibili. Questo modello di automazione assicuracomunque l’ottenimento di numerosi vantaggi tra i qualil’aumento di produttività generale, la flessibilità di lavorazione,una qualità più uniforme del prodotto.

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Produzione Integrata Tramite ElaboratoriII

È intuitivo prevedere che un miglioramento di tale situazione sipossa ottenere attraverso una maggiore integrazione tra isottosistemi a livello aziendale, integrazione che va realizzataattraverso una progettazione metodica dell’intero sistemainformatico, che comporti l’utilizzo di dispositivi di controllo ilpiù possibile standardizzati, la gestione dei flussi diinformazione tra i vari dispositivi, e il coordinamento tra tutti ifattori di produzione, compreso l’uomo stesso. L’essere umano,infatti, non viene eliminato dalla produzione ma è utilmenteimpiegato nel ruolo di gestore, supervisore e manutentore deisistemi automatizzati.

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Produzione Integrata Tramite ElaboratoriIII

I vantaggi che si possono ottenere da questa impostazionedell’automazione, che prevede l’integrazione tra i sottosistemidi produzione, sono molteplici. Tra i più importanti si ricordano:

I il migliore utilizzo delle risorse, attraverso un’accurata pianificazione,eventualmente eseguita in tempo reale, dei processi produttivi;

I la massima flessibilità di produzione, potendo il sistema essere adeguatoin tempi brevi a nuove lavorazioni;

I la riduzione dei tempi di produzione;

I il miglioramento della progettazione dei prodotti, data la necessità difornire alle macchine informazioni non ambigue;

I il miglioramento dei controlli sulla produzione e della qualità dei controllistessi, per esempio permettendo di controllare ogni prodotto invece dialcuni campioni;

I la riduzione degli scarti di lavorazione;

I la riduzione delle scorte di materie prime e dei magazzini per i prodottifiniti (essendo possibile la cosiddetta produzione just in time)

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Produzione Integrata Tramite ElaboratoriIV

Ciò che è stato appena descritto è quello che di solito vieneindicato con la sigla CIM (Computer Integrated Manufacturing,produzione integrata tramite elaboratori). Il CIM non vaconsiderato tanto una tecnica di progettazione di fabbricheautomatiche quanto, piuttosto, come un modello di riferimentofunzionale per la realizzazione dell’automazione industriale edel controllo di processo basato sul rilevamento, ilcoordinamento e la trasmissione di informazioni tra i varisottosistemi mediante l’utilizzo di reti informatiche.Per illustrare che cosa si intende per CIM si fa riferimento allaclassica struttura a piramide, in cui si identificano sei livellifunzionali.

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Produzione Integrata Tramite ElaboratoriV

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Produzione Integrata Tramite ElaboratoriVI

Il livello 1, o piano officina o campo, realizza le funzioni dimisura e di comando sui processi produttivi. I dispositivi che leattuano sono quelli che interagiscono direttamente con iprocessi fisici come i sensori, per la misura e la trasduzione diinformazioni, e gli attuatori, per la modifica di variabili fisiche ostati.Il livello 2 è quello dei sistemi di controllo e realizza le funzionidel controllo di macchine o processi, oltre alle principalifunzioni di sicurezza. In questo livello sono impiegati idispositivi di controllo diretto, i quali interagiscono direttamentecon i sensori e gli attuatori, come i controllori a logicaprogrammabile, i regolatori, i controllori di robot e di macchinea controllo numerico.

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Produzione Integrata Tramite ElaboratoriVII

Il livello 3 è quello della supervisione di cella. In una cella vieneeseguito un sotto-processo produttivo completo attraversovarie macchine, e relativi sistemi di controllo, che devonoessere coordinate tra loro. Le funzioni principali svolte inquesto livello sono la configurazione dei parametri dei sistemidi controllo e il coordinamento delle sequenze di attività da lorosvolte, anche per realizzare un comportamento ottimale dellacella. Spesso deve anche essere realizzato il coinvolgimento dioperatori umani: devono essere presentate le informazioni utilie necessarie in una forma intellegibile all’uomo che può,eventualmente, dover impartire dei comandi o impostare deiriferimenti. I dispositivi solitamente impiegati sono personalcomputer o dispositivi di controllo diretto (PLC o altro) conmaggiore capacità elaborativa (nel senso che uno deidispositivi utilizzati al livello 2 come dispositivo di controllodiretto può anche essere incaricato di realizzare le funzioni dilivello 3).

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Produzione Integrata Tramite ElaboratoriVIII

Nel livello 4 viene realizzata la supervisione integrata dellaproduzione. In questo livello è gestita la base di dati dellaproduzione ed è realizzato il coordinamento tra le varie celleper realizzare l’intero processo produttivo. È prevista unasofisticata interazione con gli operatori umani, oltreeventualmente a funzioni di pianificazione delle attivitàdipendenti dallo stato del sistema. I dispositivi che vi si trovanosono workstation o PC di classe superiore su cui sono eseguitigli applicativi SCADA e MES.Il livello 5 è quello della gestione stabilimento. In questo livellovengono integrati tra di loro i vari comparti dello stabilimentocome la produzione, la logistica, l’amministrazione e lamanutenzione. Questo livello si occupa, tra l’altro, dellapianificazione delle attività di produzione, della gestione dellerisorse a livello aziendale, della pianificazione degli acquisti.

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Produzione Integrata Tramite ElaboratoriIX

Il livello 6 è quello della gestione azienda, potendo l’aziendaessere composta di più stabilimenti. In questo livello sonoraccolte le informazioni dal livello inferiore per realizzaresistemi di supporto alla decisione che aiutino gli amministratoria pianificare i flussi fisici (materiali) e finanziari (investimenti)necessari al mantenimento dei livelli di produzione e al loroeventuale miglioramento.

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Produzione Integrata Tramite ElaboratoriX

La forma piramidale corrisponde a una visualizzazione chetiene conto di vari aspetti:

I rappresenta un’organizzazione gerarchica, in quanto ognilivello comunica direttamente con quello immediatamentesuperiore, da cui riceve comandi e cui fornisceinformazioni, e quello immediatamente inferiore, cui inviacomandi e da cui riceve informazioni;

I rappresenta le differenti caratteristiche dei flussi diinformazioni tra i vari livelli, visto che partendo dal livellopiù basso e proseguendo verso l’alto sono necessari viavia minori quantità di informazioni scambiate, di maggiorequalità e con frequenze di aggiornamento inferiori;

I rappresenta, nei livelli inferiori, funzioni più vicineall’impianto, per la cui realizzazione è necessaria unaconoscenza dettagliata dei processi da automatizzare, e ,nei livelli superiori, funzioni più lontane che realizzano lasupervisione e la pianificazione delle attività;

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Produzione Integrata Tramite ElaboratoriXI

I la necessità di interazione con l’uomo è minima ai livelliinferiori (in cui si può limitare a qualche segnalazioneluminosa) e massima ai livelli superiori (in cui l’interfacciauomo-macchina è solitamente molto sofisticata);

I i dispositivi che implementano le funzioni di livello piùbasso devono avere tempi di risposta più piccoli e certi diquelli che implementano funzioni di livello più alto.

I livelli del CIM sono un modello di riferimento e individuanofunzionalità piuttosto che specifiche architetture.

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14Classificazione deiSistemi di Controllo





Classificazione dei Sistemi di Controllo I

Dalla discussione appena effettuata risulta evidente come isistemi di controllo che realizzano l’automazione dei vari livellicostituiscono una struttura gerarchica derivata dalla strutturapiramidale; questa struttura gerarchica è descritta nellostandard ANSI/ISA-S88.01-1995 che, originato nell’ambito delcontrollo di processo e successivamente assunto anche inambito manifatturiero, classifica le funzioni di controllo in trelivelli: controllo di campo, controllo di procedure e controllo dicoordinamento.

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Classificazione dei Sistemi di Controllo II

Il controllo di campo è il livello più basso di controllo esistentenella piramide CIM; esso si colloca al livello di campo ecomprende i sistemi di controllo dei singoli componenti dicampo. È esclusivamente di tipo continuo ed è implementatosu dispositivi dedicati quali controllori embedded o schedededicate al controllo di motori elettrici.

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Classificazione dei Sistemi di ControlloIII

Il controllo di procedure si colloca ai livelli di macchina e dicella della piramide CIM e riguarda il controllo di gruppistrutturati di componenti di campo. Può essere sia di tipocontinuo che di tipo logico; per quanto riguarda il controllocontinuo si trova soprattutto a livello di macchina e riguarda ilcontrollo di gruppi di variabili continue o funzioni più avanzatequali la determinazione dei segnali di riferimento o il tuningadattativo dei parametri per i sistemi di controllo di base. Unesempio potrebbe essere il calcolo del riferimento di velocitàper un nastro trasportatore che collega due macchine sullabase delle informazioni sulla velocità di lavoro della macchinaa monte e di quella a valle. Il controllo logico di procedureriguarda invece il coordinamento dei sistemi di campo sullabase della lista di operazioni sequenziali che compongono ilprogramma di lavorazione.

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Classificazione dei Sistemi di ControlloIV

Il controllo di procedure svolge anche funzioni più avanzatequali il monitoraggio delle prestazioni e la diagnostica e lagestione automatica dei malfunzionamenti. È solitamenteimplementato su schede dedicate o PC industriali e, per quantoriguarda il controllo logico, su controllori programmabili (PLC).

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Classificazione dei Sistemi di ControlloV

Il controllo di coordinamento è il livello di controllo piùelevato, si pone a livello di stabilimento nella piramide CIM eriguarda principalmente il coordinamento e la gestione dellevarie celle di produzione: manda in esecuzione, dirige o fermai vari sistemi di controllo di procedure sulla base di algoritmicomplessi e solitamente più orientati all’intelligenza artificiale eai sistemi esperti che al controllo automatico in senso stretto.Per esempio algoritmi propri della ricerca operativa possonoessere utilizzati per decidere il volume della produzioneottimale e dunque per impartire ordini ai livelli di controlloinferiori (planning della produzione). In generale il controllo dicoordinamento non è soggetto a vincoli real time ed è pertantoimplementato su calcolatori standard.

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19Reti di Comunicazione




Reti di Comunicazione I

C’è una forte esigenza di comunicazione tra i vari sistemi dicontrollo attraverso i livelli della piramide CIM: questo scambiodi informazioni avviene attraverso un’infrastruttura dicomunicazione informatica che interconnette tutta l’architetturafin qui descritta. Ovviamente tale rete dovrà permettere lacomunicazione orizzontale tra i vari componenti dello stessolivello e verticale tra i vari livelli.

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Reti di Comunicazione II

Come descritto, le esigenze di scambio di informazioni sonodifferenti ai vari livelli: i livelli bassi scambiano informazionisemplici e poco strutturate ma con frequenza molto elevata e,dato che esistono vincoli temporali, con necessità di un buondeterminismo per assicurare che la comunicazione avvenga inmodo affidabile entro un istante di tempo certo. Al contrario, leinformazioni che circolano ai livelli alti della piramide sonocostituite da dati complessi, di grandi dimensioni e strutturati;la frequenza di comunicazione è molto più bassa e non ci sonopraticamente vincoli temporali. Per questi motivi la rete dicomunicazione è in realtà costituita da più sottoreti, ognunadelle quali caratterizzata dai requisiti dei componenti del livelloche mette in comunicazione.

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Reti di Comunicazione III

Possiamo individuare tre tipologie di rete all’internodell’infrastruttura di comunicazione appena descritta: rete dicampo, rete per il controllo e rete per le informazioni.La rete di campo mette in comunicazione i dispositivi dicampo e i vari sistemi di controllo di campo con i sistemi dicontrollo di macchina; deve pertanto assicurare scambio dipiccoli pacchetti di dati con velocità e determinismo temporale.L’estensione di tale rete è geograficamente locale.La rete per il controllo permette la comunicazione tra i sistemidi controllo dei livelli di cella e macchina. I dati scambiatiiniziano a essere strutturati, sono ancora di piccola dimensionee la frequenza di scambio è più bassa; i vincoli real time sonomeno stringenti. Anche questo tipo di rete ha un’estensionelimitata.

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Reti di Comunicazione IV

Infine la rete per le informazioni o rete enterprise è la reteinformativa dell’azienda che collega i livelli di stabilimento eazienda; sulle informazioni che circolano su questa rete sibasano sia i sistemi decisionali che i sistemi di controllo dicoordinamento. I dati sono di grandi dimensioni e strutturati,ma la frequenza di comunicazione è bassa e non esistonovincoli real time. L’estensione della rete è geograficamenteampia in quanto può interconnettere anche più stabilimenti.

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23Architetture Hardwareper il Controllo



Sistemi di Controllo Embedded I

Un sistema di controllo che viene realizzato tramite una singolascheda elettronica o tramite un singolo circuito integrato vienechiamato controllore embedded: tale scheda (o circuito)contiene al suo interno tutto il necessario per connettere ilcontrollore all’impianto da controllare e per eseguire in manieraopportuna gli algoritmi di controllo definiti dall’utente.

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Sistemi di Controllo Embedded II

In generale, con il termine sistema embedded (cioè sistema“incapsulato”) si identificano dei sistemi elettronici amicroprocessore progettati appositamente per una determinata“applicazione (nel nostro caso l’esecuzione di algoritmi per ilcontrollo automatico) spesso realizzati tramite una piattaformahardware ad hoc (custom). Contrariamente al caso dei PCgenerici, la progettazione di un sistema embedded nasce dallaconoscenza dei compiti specifici da eseguire: l’esecuzione ditali compiti sarà assicurata da una combinazionehardware/software specificamente studiata per l’applicazione.

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Sistemi di Controllo Embedded III

Questo permette di ridurre l’hardware necessario in termini dispazio occupato, di consumi e anche di costo di fabbricazione.Questo fattore ha determinato una rapida diffusione dei sistemiembedded anche nell’ambito dell’automazione industriale: uncontrollore embedded può essere molto conveniente nei casi incui i compiti di controllo che dovrà eseguire siano già noti apriori, permettendo in tal modo di avviare e condurre inmaniera particolarmente efficiente la progettazione di taledispositivo.

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Sistemi di Controllo Embedded IV

In particolare un controllore embedded deve prevedere al suointerno una serie di componenti fondamentali: un’unità dielaborazione per eseguire gli algoritmi di controllo definitidall’utente e i programmi necessari per la gestione dell’interosistema (compreso il sistema operativo), un certo quantitativodi memoria volatile (per contenere tutti i dati temporaneinecessari durante l’esecuzione degli algoritmi di controllo) enon volatile (per contenere il sistema operativo e i programmiutente) e una serie di circuiti e interconnessioni perl’acquisizione, la gestione e la generazione di segnali digitali eanalogici (campionatori, convertitori digitale/analogico eanalogico/digitale, circuiti di sincronizzazione per lacomunicazione sincrona con altri dispositivi, circuiti perinterfacciarsi a particolari bus come bus di campo ecc.).

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Sistemi di Controllo Embedded V

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Sistemi di Controllo Embedded VI

La progettazione ad hoc di questi sistemi è orientataall’esecuzione di software per il controllo in real time,caratterizzata cioè da tempi di esecuzione ben determinati;questo risulta spesso un requisito fondamentale per l’utilizzoall’interno di un sistema di automazione.

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Sistemi di Controllo Embedded VII

La sempre più avanzata tecnologia di miniaturizzazione deicomponenti elettronici ha permesso la definizione di controlloriembedded realizzati mediante un unico circuito elettronico cheingloba al suo interno tutte le caratteristiche che abbiamoappena introdotto. Tali controllori vengono detti microcontrollorie sono oggi utilizzati in una grandissima varietà di applicazioni:tra le tante possiamo citare i telefoni cellulari, apparecchiatureinformatiche come router, stampanti o fotocopiatrici,elettrodomestici come forni a microonde, lavatrici, DVD ecentraline di controllo nelle vetture automobilistiche. Gli esempiappena proposti mettono in evidenza che i microcontrollori, perle loro caratteristiche, sono principalmente utilizzati in tutte leapplicazioni che richiedono le seguenti proprietà: notevoleriduzione degli ingombri, numero limitato di segnali di ingressoe uscita da gestire, basso consumo, scarsa o nulla interfacciacon l’utente, scarsa o nulla necessità di integrazione con altridispositivi dello stesso tipo.

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Sistemi di Controllo Embedded VIII

Gli impianti di automazione industriale sono spesso progettatiper essere realizzati in quantità numericamente piccole equesto comporta che il costo della miniaturizzazione e dellaproduzione di un microcontrollore non sia conveniente. Inoltrein molti casi potrebbe essere necessaria una capacità dielaborazione molto maggiore rispetto a quella necessaria negliesempi che abbiamo appena riportato e che unmicrocontrollore non può garantire se non a costi noncompetitivi; un impianto di automazione industriale complesso,infine, può essere caratterizzato da un numero di ingressi euscite che rende di fatto impossibile fisicamente l’utilizzo di unmicrocontrollore. In questi casi può essere progettato uncontrollore embedded su singola scheda utilizzando deicomponenti elettronici standard e progettando in manieraopportuna il software che dovrà far funzionare il controllore.

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Sistemi di Controllo Embedded IX

Per questi controllori viene solitamente utilizzato unelaboratore centrale commerciale, da scegliere in manieraopportuna a seconda di quale sia il compito di controllo chedeve essere eseguito: possono infatti essere utilizzatimicroprocessori commerciali di tipo general purpose,processori specializzati nel trattamento dei segnali (DigitalSignal Processor, DSP) capaci di eseguire operazioni sunumeri interi oppure su numeri reali (aritmetica fixed point ofloating point) oppure dispositivi digitali specializzati nelrealizzare funzioni logiche la cui funzionalità è programmabilevia software (Field Programmable Gate Array, FPGA).

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Sistemi di Controllo Embedded X

I controllori embedded sono progettati e costruiti per eseguireuno specifico algoritmo di controllo e non è solitamentepresente un sistema operativo vero e proprio: in realtà ilsoftware che viene eseguito nei controllori embedded vieneprogettato in modo da contenere anche un kernel di sistemaoperativo per realizzare funzioni di basso livello quali gestionedelle risorse, degli interrupt, ecc.. La conoscenza a priori dellefunzionalità che il controllore dovrà garantire e dunquedell’algoritmo di controllo da eseguire permette quindi ladefinizione diretta di un software ad hoc che si occupi dellacomunicazione con gli ingressi e le uscite, la gestione dellerisorse quali la memoria e l’esecuzione dell’algoritmo dicontrollo vero e proprio assicurando, nel contempo, che ivincoli di un’esecuzione real time siano sempre soddisfatti.

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Sistemi di controllo con architettura abus I

Nel caso in cui i compiti di controllo da eseguire sianocaratterizzati da una complessità notevole, da un numeroelevato di segnali di ingresso e uscita da gestire, dallanecessità di progettare interfacce uomo macchina piùsofisticate e, soprattutto, dalla necessità di interconnettere ilsistema di controllo con diversi dispositivi o reti informatiche, icontrollori embedded sono sostituti da controllori realizzatitramite un’architettura a bus.

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Sistemi di controllo con architettura abus II

Un bus è un insieme di linee elettriche che permettono lacomunicazione tra più dispositivi: per definire compiutamenteun bus devono quindi essere definite le funzionalità di tali lineeelettriche, i protocolli di comunicazione tra i vari dispositiviinterconnessi e le interconnessioni meccaniche ed elettricheche permettono il collegamento fisico tra il bus e i dispositivi.Un’architettura a bus permette quindi l’utilizzo, mediante laconnessione al bus stesso, di differenti dispositivi e moduli cosìda aumentare in maniera semplice e immediata le funzionalitàdel sistema di controllo.

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Sistemi di controllo con architettura abus III

In Figura viene illustrato lo schema funzionale di un controllorecon architettura a bus in cui, a un modulo principale checontiene il processore centrale (architettura monoprocessore),vengono interconnessi moduli contenenti la memoria, moduliper la gestione di segnali di ingresso e uscita e moduli per lagestione di interconnessioni con periferiche particolari(tastiere, schermi o, più in generale, dispositivi per realizzarel’interfaccia uomo macchina) e con reti informatiche.

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Sistemi di controllo con architettura abus IV

In un controllore con architettura a bus, le linee elettriche delbus vengono differenziate e raggruppate a seconda delle lorofunzioni: linee di indirizzo (ogni modulo è caratterizzato da unproprio indirizzo), linee per il passaggio dei dati veri e propri,linee di alimentazione e linee di controllo per la gestione dellacomunicazione.

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Sistemi di controllo con architettura abus V

Esistono diversi bus standard per i quali sono disponibili modulirealizzati da differenti produttori che eseguono variefunzionalità e che possono quindi essere direttamenteconnessi per realizzare l’architettura di controllo desiderata: tratutti citiamo il bus ISA (nella sua variante industriale EISA), ilbus PCI che è attualmente utilizzato nei personal computercon la sua variante più moderna PCIExpress, il bus VME moltoutilizzato in ambito industriale e di cui sono disponibili diverseimplementazioni e i bus PC104 e PC104+ anche essi moltoutilizzati in ambito industriale in quanto consentono larealizzazione di moduli e quindi di sistemi dalle dimensioni edai consumi molto ridotti.

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Sistemi di controllo con architettura abus VI

La specifica architettura del bus e in particolare i protocolli chegestiscono le comunicazioni, definiscono le caratteristiche delbus stesso, come la possibilità di ospitare più unità dielaborazione per ottenere un sistema multiprocessore (inquesto caso il protocollo di comunicazione dovrà essere ingrado di gestire correttamente la presenza di due o più unitàprincipali), la velocità di trasmissione dei dati e degli indirizzi, ilnumero massimo di moduli che è possibile interconnettere, ilquantitativo massimo di memoria che è possibile gestire o ilfatto che il bus sia di tipo sincrono (con un clock) oppureasincrono (in cui le operazioni possono avvenire in qualsiasiistante, rendendo il sistema più flessibile ma anche piùcomplesso da gestire a livello di protocolli di comunicazione).Il vantaggio principale di questa architettura è la flessibilità diprogettazione del sistema di controllo desiderato mediante lascelta dei moduli e, quindi, delle funzionalità necessarieall’applicazione che si intende realizzare.

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Sistemi di controllo con architettura abus VII

Progettare un controllore con architettura a bus richiede lascelta del particolare bus che può essere realizzato ad hocoppure scelto tra gli standard disponibili a seconda dellespecifiche dell’applicazione che si vuole eseguire: velocità deidati che devono percorrere il bus, quantità di memoria chedeve essere disponibile, numero di moduli che devono esseregestiti contemporaneamente, ecc.. Occorre inoltre scegliere lastruttura che conterrà fisicamente il sistema complessivo (rack)scegliendo in maniera opportuna la grandezza e lo spaziofisico per eventuali espansioni (i bus PC104 e PC104+permettono, per esempio, la realizzazione di sistemi più ridotti,detti stackPC, grazie alla possibilità di utilizzare schedeimpilate e collegate tramite connettori passanti). Nel caso incui si scelga un bus standard, devono essere scelti in manieraottimale i moduli richiesti dall’applicazione da realizzare,mentre l’utilizzo di un bus proprietario costringe a progettareanche i moduli necessari.

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Sistemi di controllo con architettura abus VIII

Questa tipologia di architettura, strutturalmente più complessarispetto a quella dei sistemi embedded, necessita, per lagestione delle proprie risorse, di un sistema operativodecisamente più sofisticato: solitamente i controllori chesfruttano questa architettura sono caratterizzati da sistemioperativi che si occupano delle problematiche dicomunicazione e di gestione di tutti i moduli interconnessi albus in maniera del tutto trasparente rispetto all’utilizzatore chepuò dunque progettare il software di controllo e gli algoritmiche il controllore dovrà eseguire senza considerare i problemidi gestione di basso livello. Il sistema operativo gestirà quinditutto il sistema, eseguendo gli algoritmi di controlloprogrammati e assicurando in ogni condizione unfunzionamento nel rispetto dei vincoli real time.

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Sistemi di controllo con architettura abus IX

Un sistema di controllo con architettura a bus può essereutilizzato, per la sua natura e per le sue caratteristiche, inambiti molto differenti; la possibilità di dotarlo di moduliaggiuntivi permette una grande flessibilità. Questi motivi, unitialla possibilità di rendere i sistemi a bus facilmenteprogrammabili per eseguire algoritmi di controllo definitidall’utente, hanno portato alla nascita e al successo in ambitoindustriale di controllori basati su questa architettura: icontrollori logici programmabili (Programmable LogicController, PLC). Tali controllori sono diventati nel tempo lostandard industriale per quanto riguarda il controllo diprocedure.

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Sistemi di controllo su PC I

Negli ultimi anni, grazie alla notevole evoluzionedell’informatica e dei PC per uso generico e alla fortediminuzione dei loro costi, l’utilizzo di sistemi basati su PC perrealizzare dei controllori industriali è sempre più diffuso. Ivantaggi che una tale soluzione comporta sono facilmenteintuibili: costi competitivi, ampia disponibilità di hardware e difornitori differenti, funzionalità avanzate già presenti nelsistema (come interfaccia uomo macchina o sistemi per losviluppo e la programmazione del software, sempliceinterconnessione con reti informatiche di ogni tipo, sistemioperativi real time già sviluppati e caratterizzati da ottime dotidi flessibilità per eventuali modifiche). Inoltre è bene precisareche anche tale soluzione segue un’architettura a bus,ereditandone quindi i principali vantaggi.

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Sistemi di controllo su PC II

Ovviamente un normale PC, affinché possa essere utilizzato inun ambiente ostile come quello industriale (caratterizzato datemperature ambientali molto elevate, elevati disturbielettromagnetici, polvere e sporco), deve essere modificatonella sua struttura interna ed esterna: a tale scopo sonodunque nati i PC industriali che sono caratterizzati da notevolidoti di robustezza. Altra caratteristica che i comuni PC nonposseggono, e che è invece indispensabile per l’utilizzo comecontrollori industriali, è la disponibilità di schede perl’interconnessione con un alto numero di dispositivi di ingressoe uscita: a tal fine si possono utilizzare reti informatichespecifiche (reti di campo) e una scheda in grado di gestire lostandard prescelto. Di questa categoria di controllori fannoparte i soft PLC, ovvero controllori logici programmabilirealizzati tramite comuni PC industriali.

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