Studio, progettazione e riqualificazione di un banco didattico automatizzato controllato mediante PLC e HMI = Study, design and requalification of an automated teaching bench controlled by PLC and HMI

Il presente elaborato nasce dall’idea di riqualificare, modernizzare e rendere operativo un banco di prova dismesso dal laboratorio di Automazione del Politecnico di Torino. L’obiettivo del progetto di tesi è quello di mettere a disposizione dei futuri studenti dei corsi di Automazione uno strumento didattico in grado di fornire un riscontro pratico alle nozioni teoriche apprese durante il percorso formativo. Più nello specifico si tratta di un banco didattico prodotto dall’azienda Festo S.p.A., costituito da diverse tipologie di sensori digitali, analogici, attuatori pneumatici e motori elettrici. Originariamente lo studente aveva modo di interagire con il banco realizzando i collegamenti elettrici tramite delle interfacce mobili, e poteva effettuare la movimentazione degli oggetti agendo manualmente su un apposito driver di comando. La modernizzazione del banco che è stata realizzata ha riguardato l’eliminazione del driver di comando per la gestione manuale dei movimenti, allo scopo di rendere automatizzato il processo di movimentazione mediante la programmazione di un PLC e di un pannello HMI, che consente all’utente di interagire con il banco solo per avviare, fermare o resettare il sistema e di controllare la posizione degli oggetti movimentati. Nella prima fase di studio del progetto è stata quindi definita la sequenza operativa del ciclo di lavoro, analizzando e stabilendo gli interventi necessari a ripristinare la funzionalità del banco e ad implementare le nuove funzionalità originariamente non previste. In primo luogo è stata quindi svolta una verifica preliminare della componentistica pneumatica, elettrica e meccanica presente, sono stati stabiliti i componenti mancanti e quelli da implementare al fine di garantire la funzionalità della sequenza operativa del ciclo di lavoro definito in fase di progettazione. Più nel dettaglio, dal punto di vista meccanico e pneumatico, le principali implementazioni sono state l’installazione di un sistema di caricamento degli oggetti tramite un attuatore pneumatico a doppio effetto comandato da un’elettrovalvola monostabile, la realizzazione dei magazzini di carico/scarico e la realizzazione tramite giunti di Oldham dell’accoppiamento motore – vite senza fine per la traslazione sugli assi cartesiani del manipolatore a portale. Dal punto di vista elettrico invece, a seguito della rimozione del quadro elettrico preesistente, sono stati totalmente rinnovati i cablaggi e sono state predisposte delle apposite morsettiere per gli ingressi e le uscite del PLC, in modo da facilitare la comprensione dei collegamenti elettrici agli studenti che utilizzeranno il banco di prova; infine sono stati realizzati tutti i collegamenti necessari al corretto funzionamento del PLC installato. L’ultima fase del lavoro ha riguardato la definizione della logica con cui il controllore provvede alla suddivisione degli oggetti e la relativa programmazione del controllore tramite il portale Siemens. Durante la fase di programmazione, eseguita con il linguaggio Ladder, si è cercato di ottimizzare al meglio le diverse fasi del ciclo di movimentazione in modo da rendere il processo automatico rapido, lineare, affidabile e soprattutto intuitivo e semplice da utilizzare e comprendere.