Simulazione seconda prova 2026

Il testo della prova è una versione semplificata e adattata della seconda prova della sessione suppletiva del 2025, dove la materia era sistemi invece che TPSEE.

Dopo aver letto il testo si fanno queste ipotesi:

• il nastro trasportatore è sempre in funzione
• l'attivazione degli stopper blocca i vasetti mentre il nastro scorre sotto di loro (i vasetti non bloccati avanzano)
• dai disegni e dal testo si vede che l'impianto è in grado di processare più vasetti contemporaneamente
• non c'è una sequenzialità per l'intero impianto ma si possono gestire separatamente:
  • il nastro trasportatore con l'espulsore K2
  • la stazione di singolarizzazione/riempimento
  • la stazione di tappatura
  • la stazione di ispezione e scarto
• solo le stazioni di riempimento e ispezione prevedono una sequenza di operazioni che giustifichi un SFC
• la cella di carico non va condizionata, è sufficiente calcolare il guadagno richiesto determinando il valore di tensione corrispondente al peso del vasetto pieno
• tutti gli attuatori pneumatici sono monostabili, con ritorno automatico quando disattivati, per K1 è previsto almeno un finecorsa avanti (si può fare la stessa ipotesi per K2)
• il sistema di visione con camera va attivato con un segnale in uscita del PLC
• il PLC legge i segnali DONE (1 = elaborazione camera terminata) e BAD (1 = posizionamento errato, 0 = posizionamento corretto) per decidere se attivare K1

Leggendo il testo della prova individuiamo ingressi e uscite, timer e contatori.

Il segnale della cella di carico, condizionato dall'amplificatore per strumentazione, viene acquisto in un ingresso analogico del PLC. Il valore numerico viene normalizzato e scalato e il valore corrispondente in milligrammi è reso disponibile nella variabile di tipo intero PESO.

Le specifiche della cella di carico indicano la portata (1 kg) e la sensibilità data come valore di tensione a fondo scala per Volt di alimentazione. Alimentando a 10 Volt il segnale differenziale sarà 100mV/kg. Si distinguono questi valori:

• cella di carico senza vasetto V_d = 0 mV
• vasetto vuoto V_d = 0.15*100 = 15 mV
• vasetto con 200g di miele V_d = (0.15+0.2)*100 = 35 mV
• vasetto pieno con 250g di miele V_d = (0.15+0.25)*100 = 40 mV

Allora il guadagno richiesto per ottenere 10 Volt quando il vasetto è pieno sarà A_v = 10/0.04 = 250

E' sufficiente fare un blocco che evidenzi ingressi e uscite come definiti sopra, eventualmente specificando gli indirizzi e distinguendo l'ingresso analogico. Circa i componenti utilizzati si possono fare queste ipotesi:

• i sensori A, B, C e D sono fotocellule a infrarosso, con elemento foto-emettitore a LED e ricevitore a fototransistor, alimentati a 24V in continua e con segnale in uscita 0-24V DC
• i finecorsa sono meccanici con contatti normalmente aperti (per semplicità, altrimenti sarebbe più corretto usare contatti NC)
• il sistema di visione accetta è attivato da un segnale digitale in ingresso a 24V e produce due segnali digitali 0-24V in uscita per indicare il termine dell'elaborazione e l'errore di posizionamento del coperchio
• l'elettrovalvola del dosatore è pilotata da due segnali digitali 0-24V DC che producono tre combinazioni: valvola chiusa, valvola aperta al 20% e valvola aperta al 100%
• la tappatrice, alimentata a 230V in alternata, si attiva con un segnale digitale 0-24V DC
• gli attuatori pneumatici sono cilindri pneumatici a semplice effetto pilotati da elettrovalvole di tipo 3-2 con bobine a 24V DC
• la cella di carico è un sensore di forza (peso) che sfrutta una trave di metallo deformabile sulla quale sono inseriti quattro estensimetri collegati a ponte di Wheatstone; la forza deforma i quattro estensimetri (due lavorano in trazione e due in compressione) per produrre un segnale differenziale in tensione che va amplificato e riferito a massa preferibilmente con una soluzione con amplificatore per strumentazione

Il nastro è sempre attivo. L'espulsore K2 è comandato dal contatore CTU1 che attiva la sua uscita dopo 3 impulsi del sensore D. Il finecorsa FCK2 resetta il conteggio disattivando K2.

La tappatrice TAP è comandata da un timer a impulso TP1 che attiva la sua uscita per un tempo pari a 2 secondi quando il segnale del sensore B passa al livello alto. Lo stopper S3 viene comandato insieme alla tappatrice.

Le due stazioni sono gestite in maniera indipendente con gli algoritmi descritti dai seguenti diagrammi SFC¹⁾.

Considerato il range di temperatura richiesto la scelta più sensata è quella di utilizzare un sensore integrato LM35 (10 mV/°C) abbinato a semplice circuito di condizionamento con amplificatore operazionale nella configurazione non invertente. Nel campo richiesto il segnale del sensore sarà 0-500 mV; per ottenere 0-10 V in uscita serve un guadagno 20 quindi le due resistenze potrebbero essere da 1kΩ, verso massa, e 19kΩ (18 + trimmer multigiro da 2) nel ramo di retroazione.

Vedi la sezione sull'amplificatore per strumentazione dagli appunti di quinta.

Ci sono più soluzioni possibili ma servirà:

• generare col micro-controllore un segnale PWM con duty-cycle variabile per controllare la velocità senza dissipare potenza
• una soluzione discreta (a BJT o MOSFET) o integrata (L293, L298, ecc.) per ponte H per l'inversione della velocità

Si possono fare considerazioni su:

• eventuale problema della traslazione di livello per pilotare i MOSFET con segnali digitali a 5V
• diodi di ricircolo per proteggere i componenti elettronici
• schemi circuitali del ponte H
• regolazione efficiente (senza perdite) del valore medio di una tensione, e quindi della velocità di un motore, usando un segnale PWM

Il quesito riprende la configurazione presente nel laboratorio di TPSEE dove:

• la scheda PC ha indirizzo 192.168.0.2
• il PLC ha indirizzo 192.168.0.1
• l'HMI ha indirizzo 192.168.0.3
• la maschera di rete è 255.255.255.0 (quindi i primi tre numeri individuano la rete e il quarto l'indirizzo in quella rete)

Per connettersi a un server sul web bisognerà specificare anche:

• l'indirizzo del gateway, cioè del PC/server/router collegato a più reti che instraderà o pacchetti provenienti dal PLC
• l'indirizzo del server DNS, che tradurrà l'indirizzo ntp1.inrim.it in un indirizzo IP