Università Degli Studi di Napoli “ Federico II” Tesi di Laurea In Ingegneria e Tecnologia dei...

Università Degli Studi di Napoli “ Università Degli Studi di Napoli “ Federico II”Federico II”

Tesi di LaureaTesi di LaureaInIn

Ingegneria e Tecnologia dei Sistemi di ControlloIngegneria e Tecnologia dei Sistemi di Controllo

CONTROLLO “PC-BASED” CONTROLLO “PC-BASED” DI UNA CELLA DI UNA CELLA ROBOTIZZATAROBOTIZZATA

Relatore:Relatore:Ch.mo Prof.Ch.mo Prof. Pasquale Pasquale ChiacchioChiacchio

Candidato:Candidato: Pasquale Di LorenzoPasquale Di Lorenzo Mat. 41/2253Mat. 41/2253

Giugno 2004Giugno 2004

PC-Based ControlPC-Based Control

Working PlacePC Platform for

Real-Time-Tasks

Platform forUser Interface

DevelopingEnvironment

Personal ComputerPersonal Computer++

Real-Time Operative SystemReal-Time Operative System

PC-Based ControlPC-Based Control

La Cella RobotizzataLa Cella Robotizzata

R o bo t S m a rt 3 S6 a s s i

R o bo t S m a rt 3 S7 a s s i

P in za 0 Pin za 1

Na s tro Tra s po rta to re

C 3 G -9 0 0 0

C 3 G -9 0 0 0S m a rt la b I /O

I S A B it3

P C -C o ntr o lL i nux-R TAI

• Robot Smart 3S/C3G-9000

• Pinze Pneumatiche

• Nastro Trasportatore

• PC-Linux-RTAI

• Schede di Comunicazione

Apparecchiature : Apparecchiature :

Comunicazione RobotComunicazione Robot

REPLICSREPLICS

• gestire e/o simulare contemporaneamente ed indipendentemente i robot industriali COMAU Smart-3S e le unità di controllo aperte C3G-9000;

• monitorare, salvare su disco e graficare in tempo reale le posizioni, le correnti e le forze;

• eseguire moduli e file di script RPL per la comunicazione con i Robot;

• avere una vista 3D dei robot in tempo reale;

• trasmettere dati attraverso le porte seriali e parallele;

• controllare il tutto da una postazione remota;

Comunicazione Comunicazione Nastro/PinzeNastro/Pinze

Smartlab I/OSmartlab I/O

16 relay output channels

16 input channels

Response time for relay: 1 ms minimum

Port address selectable

Features :

Linux-RTAILinux-RTAI

RTHALRTHAL

SOPLICS – ArchitetturaSOPLICS – Architettura(SOftware Plc under LInux Control System)

Pa n n e llo di C o m a n do ( St a r t - St o p R e sum e - Susp e n d)

Q u a droS in o t t ico

M o n ito r

S U P E R V IS IO N EG e s t i o ne

M o dul o U te nte

R TF H andl e r

P LC -M a na g e r

M o dul oU te nte

M E M O R IA C O N D IV IS A

th re ad 0

th re ad 1

R o bo t Sm ar t 3 S( R ep lic s )

Sm ar t l ab I/O( n as tr o e p in ze)

M A IL B O X

M A IL B O X

M A IL B O X

M A IL B O X

FIFO 0 FIFO 1 FIFO 2

P a rte N O N R E A L -T I M E

P a rte R E A L -T I M ED e v ice D riv e r

Pa n n e llo di C o m a n do ( St a r t - St o p R e sum e - Susp e n d)

Q u a droS in o t t ico

M o n ito r

S U P E R V IS IO N EG e s t i o ne

M o dul o U te nte

R TF H andl e r

P LC -M a na g e r

M o dul oU te nte

M E M O R IA C O N D IV IS A

th re ad 0

th re ad 1

R o bo t Sm ar t 3 S( R ep lic s )

Sm ar t l ab I/O( n as tr o e p in ze)

M A IL B O X

M A IL B O X

M A IL B O X

M A IL B O X

FIFO 0 FIFO 1 FIFO 2

P a rte N O N R E A L -T I M E

P a rte R E A L -T I M ED e v ice D riv e r

Modulo PrincipaleModulo Principale

TASK-R e al -Ti m eP untato r i a funzi o ni e var i abi l i c o ndi vi s e

M ai l B o x - F IF O....

P a r t e D i c h i a r a t i v a

p lc_ m an ag er

l e g g e g l i i n g r e s s i

r i c h i a m a l a f u n z i o n e d i c o n t r o l l oc h e c k e v e n t i a s i n c r o n i

a g g i o r n a l e u s c i t e

e ve nt_ handl e r

r e ad_ i nput_ r plr e ad_ i nput_ s m l

w r i te _ o utput_ s m lw r i te _ o utput_ r pl

F u n z i o n i d i s u p p o r t o

init_ m o dule

Al l o c a l a m e m o r i a ne c e s s ar i ai ni zi al i zza i l t i m e r

c le a nup_ m o dule

D e al l o c a l a m e m o r i a e r i m uo vei tas k

i ni t_ dr i ve re ve nt_ handl e rr e s um e _ s ys te mr tf_ i n_ handl e r

r e ad_ i nput_ s m lw r i te _ o utput_ s m lr e ad_ i nput_ r plw r i te _ o utput_ r pl

addr _ m bxs pl c _ pr i nts us pe nd_ s ys te me r r o r e _ handl e r

TASK-R e al -Ti m eP untato r i a funzi o ni e var i abi l i c o ndi vi s e

M ai l B o x - F IF O....


p lc_ m an ag er

l e g g e g l i i n g r e s s i

r i c h i a m a l a f u n z i o n e d i c o n t r o l l oc h e c k e v e n t i a s i n c r o n i

a g g i o r n a l e u s c i t e

e ve nt_ handl e r

r e ad_ i nput_ r plr e ad_ i nput_ s m l

w r i te _ o utput_ s m lw r i te _ o utput_ r pl

F u n z i o n i d i s u p p o r t o

init_ m o dule

Al l o c a l a m e m o r i a ne c e s s ar i ai ni zi al i zza i l t i m e r


D e al l o c a l a m e m o r i a e r i m uo vei tas k

i ni t_ dr i ve re ve nt_ handl e rr e s um e _ s ys te mr tf_ i n_ handl e r

r e ad_ i nput_ s m lw r i te _ o utput_ s m lr e ad_ i nput_ r plw r i te _ o utput_ r pl

addr _ m bxs pl c _ pr i nts us pe nd_ s ys te me r r o r e _ handl e r

Modulo RobotModulo Robot

init_ m o dule

Al l o c a l a m e m o r i a ne c e s s ar i a ec o l l e g a i puntato r i al l e funzi o ni


D e al l o c a l a m e m o r i a

P untato r i a funzi o ni e var i abi l i c o ndi vi s eM B X

....


t h r e a d 0 - ro bo t6 a s s i

a t te s a s u lla m a ilbo x

e s e c u z ion e de l l 'az ion ec or r i s pon de n te al c om an do

c om an doe s e g u i to c on

s u c c e s s o

m es s ag g ior ic ev u to

ER R O R E!ar r e s to de l s i s te m a

NO

S I




s u c c e s s o



NO

S I


init_ m o dule

Al l o c a l a m e m o r i a ne c e s s ar i a ec o l l e g a i puntato r i al l e funzi o ni



P untato r i a funzi o ni e var i abi l i c o ndi vi s eM B X

....






s u c c e s s o



NO

S I




s u c c e s s o



NO

S I


Modulo SmartlabModulo Smartlab

init_ m o dule

A llo c a la m e m o ria n e c e s s aria ec o lle g a i p u n tato ri alle fu n zio n i



P u n tato ri a fu n zio n i e v ariab ili c o n d iv is eM B X

.. . .


m b x _ h a n d l e r


v e n g o n o s c r i tte o le tte lepor te di I/O

O pe r az ion e diI/O e s e g u i tac on s u c c e s s o



NO

S I

init_ m o dule

A llo c a la m e m o ria n e c e s s aria ec o lle g a i p u n tato ri alle fu n zio n i



P u n tato ri a fu n zio n i e v ariab ili c o n d iv is eM B X

.. . .


m b x _ h a n d l e r


v e n g o n o s c r i tte o le tte lepor te di I/O

O pe r az ion e diI/O e s e g u i tac on s u c c e s s o



NO

S I

Modulo UtenteModulo Utente

#define TIMER _O N#define R O BO T_O N#define EVENT1_O N#define EVENT2_O N#define EVENT3_O N#inc lude <s plc _c trlm od.h>

int scan_loop(){...}

static void event1_fun(int e ){ .... }



#define TIMER _O N#define R O BO T_O N#define EVENT1_O N#define EVENT2_O N#define EVENT3_O N#inc lude <s plc _c trlm od.h>

int scan_loop(){...}




Macro e FunzioniMacro e Funzioni

Input Smartlab:Input Smartlab:

if (FD3) { …azione …} if (SMA_1) { …azione …} ………

Output SmartlabOutput Smartlab : :

AVA=1; OPEN_PINCER_0=1; …….

Output RobotOutput Robot : :

DRIVE_ON(0); set_pos(rob_pos,0); MOVE_TO(0); …..

Input Robot:Input Robot:

if(IS_DRIVE_ON(1)) { …azione … } if(IS_POS_OK(i)) { …azione … } ……

Supervisione : Supervisione :

NEUTRO ‘N’ ; VERDE ‘V’ GRIGIO ‘G’ ; BIANCO ‘B’ NO_PEZ ‘X’ ; IN_MOV ; P1 ; P2 ; SUL_NASTRO START ; STOP ..….

Funzioni Temporali:Funzioni Temporali:

reset_timer(1): load_timer(1,5*SECs); If (!timer(1)) { … azione …}

Fasi e Transizioni :Fasi e Transizioni :

X(1)=1; if (X(1)) { … azione … } CLEAR_TR; TR(1)=1;

Interfaccia Grafica 1/2Interfaccia Grafica 1/2

ConfigurazioneConfigurazione

Interfaccia Grafica 2/2Interfaccia Grafica 2/2

Quadro Quadro SinotticoSinottico

Esempio Modulo UtenteEsempio Modulo Utente

1

0

T r0 S TA R T

re s e tta il c onta tore v iti;s e tta il c o lore ne utro pe r il pe zzo;

T r1

2 m otore na s tro in a va nti

T r2

3

T r3

4fe rm a il na s tro ;

s e tta c o lore pe zzo;

T r4

FD 1

K M A

FD 4

FD 4

#define EVENT1_ON#include <splc_ctrlmod.h>static int c=0; // contatore numero vitistatic int fronte_di_salita(unsigned int in) { static int just1=0; if(in) { if(!(just1)) { just1=1; return 1; }

else return 0; } else { just1=0; return 0;

}}

int scan_loop(){ static int init=0; if(init) goto start; X(0)=1; init=1; // ----- AZIONI ------ //start: if(X(1)) { c=0; COL_PEZ=NEUTRO;} if(X(2)) { AVA=1; } if(X(4)) { AVA=0; switch(c) { case 1: COL_PEZ=VERDE; break; case 2: COL_PEZ=GRIGIO; break;

case 3: COL_PEZ=BIANCO; break; default : COL_PEZ=NEUTRO; break; } } CLEAR_TR// - VALUTAZIONE DELLE // TRANSIZIONI SUPERABILI--- //if(X(0) && START) TR(0)=1;if(X(1) && FD1) TR(1)=1;if(X(2) && KMA) TR(2)=1;if(X(3) && FD4) TR(3)=1;if(X(4) && !FD4) TR(4)=1;//---- AGGIORNAMENTO // DELLA CONDIZIONE -------//if(TR(0)) { X(0)=0; X(1)=1; }if(TR(1)) { X(1)=0; X(2)=1; }if(TR(2)) { X(2)=0; X(3)=1; }if(TR(3)) { X(3)=0; X(4)=1; }if(TR(4)) { X(4)=0; X(1)=1; }

EVENT1=fronte_di_salita(S1);return 0;

}static void event1_fun(int e){ c++;}

Algoritmi di Controllo della Cella 1/4Algoritmi di Controllo della Cella 1/4

Specifiche funzionali del CompitoSpecifiche funzionali del Compito

• Realizzazione di un ciclo di Pallettizzazione/DepallettizzazioneRealizzazione di un ciclo di Pallettizzazione/Depallettizzazione

• Gestione AllarmiGestione Allarmi1. Allarmi di time-out2. Allarmi relativi a consensi elettrici3. Allarmi conseguenti a malfunzionamenti del programma4. Allarmi conseguenti a stati di emergenza

Decomposizione in SFCDecomposizione in SFC


nome descrizione liv. gerarchico

GR1 Generale 1

GR2 Nastro 2

GR3 Robot6A 2

GR4 Robot7A 2

M3.1 Pallet-Robot6A 2 - macrofase

M3.2 Depallet-Robot6A 2 - macrofase

M4.1 Pallet-Robot7A 2 - macrofase

M4.2 Depallet-Robot7A 2 - macrofase

GRA1 Malfunzionamento fotocellule 1

GRA2 Allarme Pinza 0 1

GRA3 Allarme Pinza 1 1

GRA4 Allarme Sovraccarico Termico e EMERG 1

GRA5 Allarme Compressore 1

GRA6 Allarme Riconoscimento Pezzo 1

GRA7 Allarme Robot_6A 1

GRA8 Allarme Robot_7A 1


Esempio SFC : GR1 GeneraleEsempio SFC : GR1 Generale

1

0

T r0 S TA R T an d S TO P

C o n t r o llo N a st r o ;

T r1 N a s t ro O K

2

T r2 P re s s io n e O K e p in ze a p e rte

3 Ac c en s io n e M o to r i R o b o t;

T r3 M o to ri A c c e s i

4 F a se d i P a llettizza zio n e

T r4 F in e P a le t t izza zio n e

5 F a se d i D ep a llettizza zio n e

T r5 F in e D e p a le t t izza zio n e

P R E SS_ O K a n dt im e r ( 0 ) /X ( 2 ) /1 se c

P R E SS_ O K a n dt im e r ( 0 ) /X ( 2 ) /1 se c

R ila ssa p in z a 0 ;R ila ssa p in z a 1 ;

C o n t r o lloP r e ssio n e ;

A p r i P in z a 0 ;A p r i P in z a 1 ;

1

0

T r0 S TA R T an d S TO P

if ( K T & ! Q M & ! E M E R G & ! F D 1 & ! F D 2 & ! F D 3 & ! F D 4 & ! S1 ) n a st r o _ o k = 1 ;

T r1 n a s t ro _ o k

2if ( P R E SS_ O K ) { lo a d_ t im e r ( 0 ,1 * SE C s) ; if ( ! t im e r ( 0 ) ) { O P E N _ P I N C E R _ 0 = 1 ; O P E N _ P I N C E R _ 1 = 1 ; } e lse { R E L A X _ P I N C E R _ 0 ; R E L A X _ P I N C E R _ 1 ; }}

T r2 P R E SS_ O K & SM A _ 0 & SM C _ 0 & SM A _ 1 & SM C _ 1

3 r e se t _ t im e r ( 0 ) ;D R I VE _ O N ( 0 ) ; D R I VE _ O N ( 1 ) ;

T r3 IS _ D RIVE_ O N (0) & IS _ D RIVE_ O N (1)

4

T r4 X (44) & X (84)

5

T r5 X (58) & X (98)

SY S_ ST A T U S= P A L L E T ;

SY S_ ST A T U S= D E P A L L E T ;

SFC FunzionaleSFC Funzionale SFC OperativoSFC Operativo


Esempio SFC Allarme : GRA1 Malfunzionamento FotocelluleEsempio SFC Allarme : GRA1 Malfunzionamento Fotocellule

1 2 0

T r1 2 0

1 2 1

il m o to r e d e l n as tr o è ac c es o

I l m o to r e s i ès p en to T r1 2 2T r1 2 1 I l m o to r e è an c o r a ac c es o ed è s c ad u to il t im er

1 2 2

1 2 3

1 2 4

P o n e il s is t e ma in s t a to d i a lla rme ;S e g n a la il ma lfu n zio n a me n to d e lle F o to c e llu le ;Re s e t t a il t ime r;

T r1 2 3 1

Rila s s a le p in ze ;S p e g n i il mo to re d e l n a s t ro ;D is a b ilit it a tu t t e le fa s i;B lo c c a i ro b o t s e in mo v ime n to ;S p e g n i i mo to ri d e i ro b o t ;

T r1 2 4

I n iz ia liz z a il t im e r ;

C a r ic a il t im e r a 3 0 se c o n di

M o to re d e l n a s t ro s p e n to e M o to ri d e i ro b o t S p e n t i

1 2 0

T r1 2 0

1 2 1

KM A o r KM I

KM A & KM I T r1 2 2T r1 2 1 ( KM A o r KM I ) & t1 0 /X 1 2 1 /2 0 s

1 2 2

1 2 3

1 2 4

SY S_ ST A T U S= P L C _ A L L A R M ; if ( K M A ) A L L A R M _ T Y P E = T I M E _ O U T _ A VA ; e lse A L L A R M _ T Y P E = T I M E _ O U T _ I N D ; r e se t _ t im e r ( 1 0 ) ;

T r1 2 3 1

R E L A X _ P I N C E R _ 0 ; R E L A X _ P I N C E R _ 1 ;A VA = 0 ; I N D = 0 ; ST A R T = 0 ; ST O P = 1 ; in t i; f o r ( i= 0 ;i< 1 1 0 ;i+ + ) X ( i) = 0 ; M O VE T O _ E X I T ( 0 ) = 1 ; M O VE T O _ E X I T ( 1 ) = 1 ; D R I VE _ O F F ( 0 ) ; D R I VE _ O F F ( 1 ) ;

T r1 2 4

r e se t _ t im e r ( 1 0 ) ;

K M A & K M I ) & I S_ D R I VE _ O N ( 0 ) & I S_ D R I VE _ O N ( 1 )

lo a d_ t im e r ( 1 0 ,3 0 * SE C s) ;

SFC FunzionaleSFC FunzionaleSFC OperativoSFC Operativo

Conclusioni e Sviluppi Futuri Conclusioni e Sviluppi Futuri

Obiettivi Raggiunti:Obiettivi Raggiunti:

SOPLICS : Ambiente SOPLICS : Ambiente PC-BasedPC-Based per il controllo e supervisione della cella robotizzataper il controllo e supervisione della cella robotizzata

Sviluppi Futuri:Sviluppi Futuri:

Aggiunta di moduli device-driver per il controllo di nuove apparecchiatureAggiunta di moduli device-driver per il controllo di nuove apparecchiature

Controllo Remoto Lan/WanControllo Remoto Lan/Wan

Modulo di controllo indipendente e programmabile dall’utenteModulo di controllo indipendente e programmabile dall’utente

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