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CONTROLLO
tecnica
Novembre/Dicembre 2014 ■ Automazione e Strumentazione
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In questo articolo viene descritta la progettazione di un sistema di controllo multi-livello
per un impianto pilota di de-manufacturing. In particolare l’implementazione del sistema
di controllo di basso livello (LLCS) basato su Sequenze di controllo (Sn) ha permesso di
disaccoppiare il sistema di controllo di alto livello (HLCS) dal livello campo, rendendo
gli algoritmi di controllo avanzato indipendenti dalla tecnologia utilizzata sull’impianto
stesso. Il LLCS, integrato con il processo di de-manufacturing, è stato emulato e modellato
in un simulatore dinamico ad eventi discreti. Il disaccoppiamento permette una migliore
progettazione della architettura dei sistemi di controllo, soprattutto dei controlli avanzati
che ottimizzano l’efficienza produttiva in impianti dinamici come quelli manifatturieri.
Andrea Cataldo
Riccardo Scattolini
Progettazione del controllo e simulazione
di un impianto di de-manufacturing
Nel contesto delle tecniche di controllo avan-
zato, il controllo predittivo (MPC) è oggigiorno
il metodo più influente nella pratica industriale,
principalmente nel campo del controllo di pro-
cesso, si vedano [1]-[4]. L’MPC è un approccio
basato su ottimizzazione numerica on-line che
permette di prendere in considerazione vincoli
operativi e sistemi multi-variabile e può essere
utilizzato per sistemi con variabili continue e
discrete oltre ad includere anche relazioni logiche
[5]. In merito a questi aspetti positivi, l’applica-
zione di un controllo MPC gerarchico nell’indu-
stria manifatturiera è molto promettente; infatti
grandi vantaggi potrebbero essere ottenuti nella
progettazione dell’architettura dell’intero sistema
di produzione in termini di scalabilità, adattabilità
all’ambiente che muta, riconfigurabilità rispetto
all’aggiunta, sostituzione o rimozione di sottosi-
stemi.
L’MPC può essere principalmente utilizzato
secondo due architetture: l’approccio centraliz-
zato e quello multi-livello [6]. La prima strut-
tura consiste in una unità di controllo centrale
che acquisisce i dati dai sensori e determina l’a-
zione di controllo ottima per tutti gli attuatori del
sistema. Per impianti di taglia grande, la struttura
centralizzata richiede un grande sforzo compu-
tazionale, il che rende non adatto tale controllo
in tempo reale. Una seconda possibilità consiste
nell’utilizzare una struttura multi-livello, gerar-
chica [7], [8]. Al livello più basso dell’architet-
tura del sistema di automazione, i controllori
logici programmabili (PLC) gestiscono i sensori
e gli attuatori posti sul campo, mentre al livello
più alto un controllore MPC coordina ed assegna
task di alto livello, puntando alla gestione effi-
ciente dell’impianto manifatturiero.
In questo articolo è stato preso in considerazione
un impianto pilota di de-manufacturing [9], [10],
si veda la figura 1, il cui compito principale con-
siste nel riparare o recuperare le materie prime
da schede elettroniche sfruttando lo spostamento
di pallet su di una linea di trasporto. Al fine di
progettare ed implementare un sistema di con-
trollo, la cui descrizione rappresenta l’obiettivo
di questo articolo, sono state analizzate le strut-
ture meccatroniche dei dispositivi del processo, le
quali hanno condotto alla scelta di un controllo
multi-livello. Lo studio del sistema di controllo di
più basso livello ha suggerito l’utilizzo di funzio-
nalità di controllo puramente logiche, qualifican-
dole con caratteristiche di modularità e riusabilità
al fine di ridurre la complessità del software e di
semplificarne la manutenibilità [11]. Pertanto è
stato definito un set di Sequenze di controllo in
grado di effettuare tutti i possibili tipi di movi-
mento dei pallet sulla linea di trasporto. Inoltre,
al fine di rendere il controllo di alto livello [12]
indipendente dall’implementazione del controllo
di basso livello, è stata ricavata una rappresenta-
zione astratta dell’impianto pilota basata su grafo
orientato. Questo tipo di formalismo matema-
tico permette di sviluppare algoritmi di controllo
avanzato di alto livello senza nessun condiziona-
mento da parte dello sviluppo del LLCS.
L’articolo è organizzato nel seguente modo. Nel
prossimo paragrafo viene descritto l’impianto
pilota. Nel paragrafo “Il sistema di controllo di
basso livello (LLCS)” sono presi in considera-
zione il concetto e l’implementazione del LLCS
GLI AUTORI
A. Cataldo, Istituto di Tecnologie
Industriali e Automazione
del Consiglio Nazionale delle
Ricerche e Dipartimento di
Elettronica, Informazione e
Bioingegneria del Politecnico
di Milano; R. Scattolini,
Dipartimento di Elettronica,
Informazione e Bioingegneria
del Politecnico di Milano.
A FIL DI RETE
Una versione estesa di questo articolo
è disponibile on line sul sito:
logic-control-design-and-discrete-event-simulation-
model-implementation