Gli ingressi analogici e le reti

PLC
I/O Analogici
1
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I/O Analogici

2
Acquisizione e gestione di segnali fisici
variabili nel tempo da un valore minimo ad un
valore massimo
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I/O Analogici

3
Trasduttori: attivi - passivi
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I/O Analogici

4
Trasduttori: attivi - passivi
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I/O Analogici

5
Schema generale di un sistema di misura elettronico
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I/O Analogici

6
Trasduttori
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I/O Analogici

7
Trasduttori: attivi - passivi
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I/O Analogici

8
Trasduttori: attivi - passivi
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
9
Esempi di trasduttori passivi
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
10
Esempi di trasduttori attivi
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



11
Segnali Standard:
0-10 V
0-20 mA
4-20 mA
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I/O analogici

12
Segnali 4-20 mA
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I/O Analogici

Caratteristiche dello Standard 4-20 mA:



13
si basa su codifica basata su corrente, perché un segnale
analogico rappresentato da corrente elettrica è meno
sensibile ai rumori rispetto un segnale rappresentato da
tensione
un segnale analogico è rappresentato da una corrente che
può assumere valori compresi tra 4 e 20 mA.
Esempio: un sensore di pressione fornisce valori di
pressione tra 0 e 10 bar. Una pressione di 8 bar viene
rappresentata dalla corrente di valore pari a:
 (20-4)*8/10+4 = 12.8+4 = 16.8 mA
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
14
Segnali 4-20 mA
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
15
Segnali 4-20 mA
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I/O analogici

16
Segnali 4-20 mA
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I/O Analogici

17
Le schede PLC
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
18
Le schede PLC
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I/O Analogici

19
Le schede PLC
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I/O Analogici

20
Le schede PLC
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I/O Analogici

21
Le schede PLC
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I/O Analogici

22
Rack PLC
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I/O Analogici

23
Discrete I/O module
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I/O Analogici

24
Analog I/O module
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I/O Analogici

25
Analog Output module
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I/O Analogici

26
Collegamenti elettrici
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I/O Analogici

27
Rappresentazione interna di variabili analogiche
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I/O Analogici

28
Rappresentazione interna di variabili analogiche
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I/O Analogici

29
Rappresentazione interna di variabili analogiche
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PLC
RETI
30
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Reti

Vantaggi dell'integrazione delle informazioni:

ottimizzazione e pianificazione dei processi produttivi:



semplificazione dell'installazione e manutenzione


riconfigurazione del sistema a nuove lavorazioni in tempi
brevi
miglioramento del controllo della qualità

31
ad esempio taratura a distanza e rilevamento guasti
massima flessibilità di produzione


migliore utilizzo delle risorse
riduzione del tempo di produzione
controllo di ogni singolo prodotto invece che solo alcuni
campioni
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Reti

Computer Integrated Manufacturing (CIM)
Gestione
Azienda
Gestione Stabilimento
Supervisione Integrata
Supervisione di Cella (Cell Area)
Sistemi di Controllo (Field Area)
Piano di Officina (Sensor/Actuator Area)
32
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Reti

Computer Integrated Manufacturing (CIM)
Quantità
di Dati
MByte
Durata della Trasmissione
Ore/Minuti
Frequenza della
Trasmissione
Giorni/Turni
KByte
Secondi
Ore/Minuti
Area di Campo (Field)
Byte
Centinaia µs... 100ms
10..100 ms
Area Attuatori/Sensori
Bit
µs...ms
ms
Gestione e Supervisione
Area di Cella
33
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Reti

34
Struttura
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Reti

35
Struttura
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Reti

Rete per le Informazioni





36
Comunicazione tra dispositivi dedicati alla Supervisione
Integrata e alla Gestione dello Stabilimento e
dell'Azienda
I dispositivi utilizzati sono PC e/o Workstation
Le informazioni trasmesse sono complesse, e composte da
molti bytes
Le frequenze di trasmissione non sono alte e non è
necessario assicurare la trasmissione entro intervalli
tempo-critici
Tipicamente sono utilizzate: Ethernet+TCP/IP
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Reti

Rete per il Controllo






37
Comunicazione tra dispositivi a livello di Supervisione di
Cella e di Field Area
I dispositivi utilizzati sono PC, PLC, DCS (Distributed
Control System)
Le informazioni trasmesse non sono complesse
Le frequenze di trasmissione sono alte (sec o centinaia di
msec)
E' necessario assicurare la trasmissione entro intervalli
tempo-critici
Possono essere utilizzati sistemi tradizionali (come RS 485
e 4-20mA) o reti orientate all'automazione industriale
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Reti

Rete per il Campo






38
Comunicazione tra dispositivi al livello di Field Area e
all'Area Sensori/Attuatori
I dispositivi utilizzati sono PLC, sensori ed attuatori
Le informazioni trasmesse sono molto semplici (bits)
Le frequenze di trasmissione sono molto alte (msec.)
E' necessario assicurare la trasmissione entro intervalli
tempo-critici (schedule dell'ordine di msec.)
Possono essere utilizzati sistemi tradizionali (come RS 485
e 4-20mA) o reti orientate all'automazione industriale
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Reti
Soluzioni Classiche di Comunicazione


39
Soluzione Analogica:
 collegamenti analogici punto-punto (standard 4-20 mA)
 generalmente per collegare sensori/attuatori a PLC (Reti
per il Campo)
Soluzione Digitale:
 collegamenti digitali Master/Slave con seriale (standard
RS 232, RS 422, RS 485)
 generalmente per collegare PLC con PLC/PC (Reti per il
Controllo)
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Reti


Standard Seriale di Comunicazione: RS 232,
RS 422, RS 485
Caratteristiche comuni:


40
Standard per trasmissioni binarie (maggiore immunità ai
disturbi)
Codifica del segnale digitale in valori di tensione
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Reti

Standard Seriale di Comunicazione RS 232
Definito dallo standard ANSI/EIA-232-D




Ideato per la connessione DTE-DCE (PC-modem)
Può essere utilizzato anche per la connessione DTE-DTE
Utilizza la tipologia di trasmissione "Unbalanced":


41
"Interface Between Data Terminal Equipment and Data-CircuitTerminating Equipment Employing Serial Binary Data
Interchange“
Vi è una sola linea per la trasmissione
Il valore logico trasmesso è codificato dal valore della tensione
della linea riferita alla terra
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Reti





42
Standard Seriale di Comunicazione RS 232
Ha un limite sulla distanza massima (50 ft.≅15 m)
Ha un limite sul bit/rate (20 Kb/s)
Numero di Trasmettitori (T) = 1
Numero di Ricevitori (R) = 1
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Reti


Standard Seriale di Comunicazione RS 422
Definito dallo standard EIA RS-422-A



Ideato per la connessione di più dispositivi (un Trasmettitore
e più Ricevitori)
Utilizza una tipologia di trasmissione "Differenziale".



43
"Electrical Characteristics of Balanced Voltage Digital Interface
Circuits “
Vengono usate due linee per la trasmissione di un segnale.
Il valore logico trasmesso è codificato dal valore relativo delle
tensione delle linee.
“La trasmissione "Differenziale" ha il vantaggio di essere più
immune ai disturbi
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Reti




44
Standard Seriale di Comunicazione RS 422
La maggiore immunità ai disturbi permette di:
 raggiungere distanze di 4000 ft ≅1.2 Km.
 avere bit/rate superiori (10 Mb/s)
Numero di Trasmettitori = 1
Numero di Ricevitori (max) = 10
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Reti


Standard Seriale di Comunicazione RS 485
Definito dallo standard EIA 485







45
"Standard for Electrical Characteristics of Generator and
Receivers for Use in Balanced Digital Multipoint Systems“
Ideato per la connessione di più dispositivi (più Trasmettitori
e più Ricevitori)
utilizza una tipologia di trasmissione "Differenziale"
distanze di 4000 ft.
bit/rate di 10 Mb/s
numero di Trasmettitori (max) = 32
numero di Ricevitori (max)= 32
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Reti


Reti di Comunicazione Orientate all'Automazione Industriale
Sono sistemi di comunicazione tipicamente basati su
trasmissione digitale seriale (RS-485)


Hanno tipicamente topologia a bus


Possono presentare connessioni a stella (4-20mA)
Oltre alla definizione di uno standard di comunicazione di tipo
Fisico, presentano alcuni dei livelli OSI



46
A volte possono integrare anche standard 4-20mA
Livello Fisico
Livello Data Link
Livello Application
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Reti
Reti di Comunicazione Orientate all'Automazione Industriale
Sono dotati di funzioni utente (User Level) assai complesse ed
orientate all'automazione industriale:







Sincronizazione
Schedulazione Real-Time
Gestione di anomalie e taratura di dispositivi
Facilitazione nelle installazione e rimozione di dispositivi
Comunicazioni uno-a-uno, uno-a-molti, uno-a-tutti
Distribuzione del controllo, basata su dispositivi "intelligenti"


47
Sensore di temperatura con funzionalità di diagnostica interna
Valvola dotata di regolatore di portata di tipo PID, con auto diagnostica
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Reti


Reti di Comunicazione Orientate all'Automazione
Industriale
Attuali Limiti:



48
costi dei dispositivi
difficoltà "mentale" e "tecnica" nella modifica degli impianti
attuali
mancanza di un unico standard di comunicazione (IEC
61158: uno, nessuno e una decina ! )
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Reti

Reti di Comunicazione Orientate all'Automazione
Industriale

Le diverse esigenze presenti nei livelli CIM ha determinato la
nascita di tre tipologie di reti:
 Bus di Sensori 



con
funzioni
Bus di Dispositivi

49
Collega dispositivi non intelligenti
Lunghezza tipica dei messaggi è inferiore al byte
Collega dispositivi non intelligenti e quelli
"intelligenti" di diagnostica
Lunghezza tipica dei messaggi è inferiore a 16-32 byte
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Reti

Reti di Comunicazione
Orientate all'Automazione
Industriale
–
Bus di Campo



50
Orientato a dispositivi
"intelligenti"
Gestione Real-Time di
Schedulazione e accesso
data base distribuito
Lunghezza tipica dei
messaggi è di centinaia di
bytes.
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Reti Orientate all'Automazione Industriale
Controllo,
Supervisione
Bus di Campo
PLC
Bus di
Dispositivi
PLC,
dispositivi intelligenti
Sensori
Bus di
Sensori
bit
8
bytes
30
256
messaggi
file
bit
BatiBus, InterBus-S, CAN (DeviceNet), LONWorks
InterBus-S, CAN, LONWorks, Profibus DP-PA-FMS, WorldFIP
Profibus PA-FMS, WorldFIP, FieldBus Fondation
51
Ethernet
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