Sistemi ed automazione industriale

In seguito si riportano i contenuti di "Sistemi ed Automazione industriale" previsti dalle attuali linee guida per gli Istituti Tecnici e Istituti Professionali e per i quali il professore offre con successo da anni assistenza ai propri allievi.

Relativamente a qualsiasi argomento, le lezioni comprendono una prima parte teorico-concettuale e una seconda parte applicativa, corredata da esercizi classici e da simulazioni al calcolatore. 

 

Modulo

Argomenti

ELETTROTECNICA

Grandezze elettriche fondamentali: Le forze elettriche; Analogia idraulica; Intensità, carica elettrica e potenziale; Convenzione sul verso della corrente elettrica; Resistenza elettrica e legge di Ohm; La resistenza in funzione dei parametri costruttivi; Influenza della temperatura sulla resistenza; Generatori.

Circuiti elettrici in corrente continua: Legge di Ohm generalizzata; Circuito elettrico elementare; Reti elettriche in corrente continua; Principi di Kirchhoff; Resistenze in serie; Resistenze in parallelo; Principio di sovrapposizione degli effetti.

Misura delle grandezze fondamentali nei circuiti in corrente continua: Misura della tensione di esercizio di un utilizzatore; Misura dell’intensità di esercizio di un utilizzatore; Misura della potenza assorbita dall’utilizzatore; Precisione degli strumenti di misura digitali.

Grandezze magnetiche fondamentali: Origine elettrica dei fenomeni magnetici; Campi elettrici e magnetici; Flusso magnetico; Induzione magnetica; Isteresi magnetica; Circuiti magnetici; Dispersione del flusso magnetico del traferro; Analogia idraulica. 

Interazioni elettromagnetiche: Legge di Faraday o dell’induzione elettromagnetica; Conseguenze della legge di Faraday; Condensatori; Collegamenti dei condensatori; Resistenze, induttanze, capacità.

Correnti alternate: Generazione della tensione alternata; Richiami di cinematica; Rappresentazione trigonometrica delle grandezze alternate; Differenza di fase e somma di grandezze alternate; Valori efficaci delle grandezze alternate.

Potenziale e intensità nei circuiti in corrente alternata: Circuiti ohmici; Circuiti induttivi; Circuiti capacitativi; Circuiti ohmico induttivo capacitativi (RCL serie); Circuiti con impedenze in parallelo.

Risonanza e rifasamento: Risonanza nel caso di impedenze in serie; Risonanza nel caso di impedenze in parallelo; Rifasamento.

La potenza nei circuiti in corrente alternata: La potenza nei circuiti in corrente alternata con impedenza generica; Determinazione della potenza associata ai circuiti in corrente alternata.

Sistemi trifasi: Collegamento degli utilizzatori a stella e a triangolo; Relazione fra potenziali nei collegamenti a stella e a triangolo; La potenza nei sistemi trifasi.

Complementi sulle reti in corrente alternata: Misura del potenziale; Misura dell’intensità; Misura della potenza; Esempi di collegamenti; Misura dell’energia elettrica; Produzione, trasporto e distribuzione dell’energia elettrica; La sicurezza nel funzionamento degli impianti in BT; La sicurezza degli utenti negli impianti in BT.

ELETTRONICA

Dispositivi a semiconduttore e applicazioni: Il modello atomico di Bohr; La conduzione elettrica nei metalli; La resistività degli isolanti; I semiconduttori; Il diodo a giunzione JD; Il transitore bipolare; Il transitore unipolare a effetto di campo; Cenni ai dispositivi di potenza.

L’amplificatore operazionale integrato: I circuiti integrati; L’amplificatore operazionale; Guadagno ad anello aperto; L’amplificatore operazionale ideale; Applicazioni degli amplificatori operazionali.

Circuiti digitali: Rappresentazione numerica dei dati; Circuiti e porte logiche; Algebra di Boole; Complementi sulle coppie logiche; Analisi e sintesi dei circuiti logici; Forme canoniche; Semplificazione delle funzioni logiche; Circuiti combinatori; Circuiti sequenziali; Circuiti sincroni e asincroni; Famiglie logiche.

MACCHINE ELETTRICHE

Il trasformatore: Costruzione della macchina; Trasformatore ideale; Trasformatore reale; Trasformatore reale a vuoto; Trasformatore reale a carico; Circuito equivalente; Caratteristica esterna; Dati di targa; Prova a vuoto; Potenze e rendimento; Autotrasformatore; Trasformatore trifase; Caratteristiche tecniche di trasformatori trifasi.

Macchina asincrona: Costituzione della macchina; Campo rotante; Principio di funzionamento; Scorrimento e velocità; Circuito equivalente; Analogia con il trasformatore; Caratteristica meccanica; Stabilità di funzionamento; Avviamento (a tensione ridotta, per rotori avvolti, rotore a doppia gabbia); Regolazione di velocità; Potenza e rendimento; Dati di targa e collegamento all’impianto elettrico;  Motore asincrono monofase; Caratteristiche tecniche di motori asincroni trifasi.

Macchina sincrona: Costruzione della macchina; Principio di funzionamento; Caratteristiche a vuoto; Funzionamento a carico - reazione di indotto; Allacciamento alla rete; Circuito equivalente di statore; Erogazione della potenza; Motore sincrono; Potenze e rendimento; Dati di targa.

Macchina a corrente continua: Costruzione della macchina; Principio di funzionamento come dinamo; Funzionamento a vuoto; Reazione di indotto; Vari tipi di eccitazione della dinamo (indipendente, derivata, serie, composta); Principio di funzionamento come motore; Vari tipi di eccitazione come motore (magneti permanenti, eccitazione indipendente, eccitazione derivata, eccitazione serie); Potenze e rendimento; Dati di targa e di catalogo; Motori speciali (brushless, lineare, passo-passo, passo-passo ibrido); Caratteristiche tecniche di motori a corrente continua.

PNEUMATICA, ELETTROPNEUMATICA E FONDAMENTI DI OLEODINAMICA

Produzione, trattamento e distribuzione dell’aria compressa: Il veicolo dell’energia in pneumatica: l’aria compressa; Produzione dell’aria compressa: compressori; Trattamento e distribuzione dell’aria compressa.

Componenti pneumatici di base: Cilindri pneumatici; Valvole di distribuzione pneumatiche; Elementi di logica booleana; Regolatori e raccordi.

Circuiti pneumatici: Movimenti elementari; Rappresentazione; Sequenze elementari; Sequenze in funzione del tempo: i temporizzatori; Metodo delle memorie di passo: sequenziatori pneumatici e Grafcet; Metodo combinatorio: mappe di Karnaugh.

Elettropneumatica: Sensori di posizione (ON/OFF) (finecorsa, pressostati e vacuostati); Valvole a comando elettropneumatico; Relè, temporizzatori; Progettazione sequenze: schema a contatti; Tecnica del vuoto.

Fondamenti di oleodinamica: Energia fluida; Circuiti elementari; Servovalvola proporzionale.

CONTROLLI A LOGICA PROGRAMMABILE (PLC)

Concetti di base: Alcune definizioni; Confronto fra logica cablata e logica programmabile; Schema funzionale; Alcuni richiami utili. 

Struttura dei PLC (hardware): Alimentatore; Memorie; Unità centrale (CPU) e bus di sistema; Unità di ingresso e uscita digitali; Unità di ingresso e uscita analogiche; Unità speciali e collegamenti con bus di campo; Osservazioni e criteri di scelta; Breve cenno al funzionamento.

Programmazione dei PLC (software): Funzioni di base: Modo di agire: STA (stato del bit) ed RLC (risultato logico combinatorio); Temporizzazioni e conteggi; Panoramica e approfondimenti; Conversione di istruzioni di base: normativa IEC 113-3, Siemens serie S7-200, Omron.

Temporizzatori

SISTEMI AUTOMATICI DI REGOLAZIONE E CONTROLLO

Caratteristiche generali dei sistemi: Il sistema come “blocco”; Funzione caratteristica di un blocco; Fattore di proporzionalità; Collegamento fra blocchi.

Sistemi automatici: Elementi di sistemi automatici; Sistemi automatici di tipo sequenziale, condizionale, iterativo; Sistemi automatici ON/OFF e sistemi proporzionali; Sistemi automatici ad anello aperto e ad anello chiuso; Precisazioni sui sistemi ad anello chiuso.

Introduzione ai componenti dei sistemi automatici meccanici: Caratteristiche principali comuni.

Sensori trasduttori: Trasduttore potenziometrico; Encoder ottico (lineare e rotativo); Encoder assoluto; Dinamo tachimetrica; Sensori di prossimità; Resolver; Sensore di Hall; Sensori-trasduttori utilizzati nell’impiantistica; Celle di carico; Sensori-trasduttori di temperatura; Sensori-trasduttori optoelettronici.

Attuatori e azionamenti: Motore elettrico a corrente continua a magneti permanenti; Azionamento del motore a c.c. a magneti permanenti mediante ponte a diodi controllati (tiristori o scr); Azionamento con ponte trifase a diodi controllati; Azionamenti per l’inversione del moto; Motore elettrico asincrono monofase e trifase; Teleruttore; Convertitore di frequenza; Motore passo-passo; Azionamento del motore passo-passo; Motore brushless; Azionamento del motore brushless; Azionamenti per cilindri idraulici; Azionamenti per motori idraulici; Altri componenti con funzioni caratteristiche di tipo differenziale.

L’errore a regime nelle catene di regolazione e controllo: Sistemi lineari; Le variazioni canoniche del riferimento; Sistemi di tipo 0, 1, 2; Tavola riassuntiva; Influenza dei disturbi sui sistemi di regolazione e controllo.

La compensazione: Compensazione derivativa; Compensazione integrativa; Compensazione interna; Sistemi di controllo proporzionale derivativo, proporzionale integrativo, proporzionale integrativo derivativo.

Fedeltà di risposta e stabilità: Fedeltà di risposta; Stabilità: criterio di Bode; Interventi per ottenere la stabilità; Complementi sulla stabilità.