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

Per gestire la temperatura del piatto riscaldante, dove servono 6V per 90°C e 3,3V per 50°C, si può usare un'uscita analogica. Un'alternativa più semplice è usare due generatori di tensione regolati su 3,3V e 6V e collegarli al piatto chiudendo il contatto di due uscite a relè.

Encoder degli assi X e Y del traslo-elevatore: ipotizziamo di usare due HSC per encoder incrementali (conta fino a 700) impegnando 4 ingressi (2 per encoder). Il valore del conteggio è contenuto nelle variabili ID1000 e ID1008 (double int). I conteggi vengono resettati da due finecorsa (sinistra e basso).

Per riempire le quattro celle il ciclo va ripetuto incrementando un contatore che indicizza i dati delle cordinate X e Y in due array. Gli array non possono essere dichiarati nella tabella delle variabili ma richiedono un blocco dati (DB1). Per esempio l'array con le quattro coordinate x si dichiara indicando Array[1..4] of Int come tipo di dati e inserendo come valori inziali i quattro valori indicati nella tabella con le coordinate moltiplicati per 100 (nella tabella ci sono i metri mentre l'encoder fornisce un impulso ogni 10mm cioè ogni centimetro). Per l'array con le coordinate y si procede allo stesso modo. Come indice per iterare tra i valori dell'array useremo un contatore (l'indice sarà CTUMAG.CV). NB: bisogna fare molta attenzione a non usare un indice non compatibile con la dichiarazione dell'array (ad esempio x[5]) o il PLC segnalerà un errore.

Tralasciamo lo schema a blocchi, che è banale, e passiamo all'algoritmo che descriviamo con un diagramma SFC. Nel diagramma non ci sono i contatori perché incrementano il loro valore con dei segnali e non con il passo attivo. L'algoritmo ipotizza che il composto vada preparato dopo ogni deposito in una cella del magazzino ma si poteva supporre che il preparato fosse sufficiente a riempire tutte e quattro le celle; il testo non è chiaro al riguardo.

sorgente SFC per draw.io

soluzione completa per PLC S7-1200 (serie 30)¹⁾

Il rapporto di riduzione richiesto si ottiene dividendo la velocità di un MAT a 4 poli (circa 1500 giri/m) per quella richiesta:

`i=n_(mot)/n_(mesc)=1500/40=37,5`

Alla velocità di 40 rpm la coppia resistente vale:

`C_r=60+1,17 ((40 cdot 2 pi)/60)^2=80,5 Nm`

La potenza richiesta dal mescolatore è:

`P=C cdot omega = 80,5 cdot (40 cdot 2 pi)/60 = 337W`

Tenendo conto del rendimento del riduttore la potenza minima del motore è:

`P_(min)=P/(0,75)=449W`

Si sceglie allora un motore da mezzo chilowatt.

Il circuito proposto è questo:

La soluzione non è per niente banale e viene da qui.

Il circuito richiede guadagno 16 fino a 250mV. Questo si può imporre con opportuni valori di R₁ e R₂. Fino a questa soglia U₂ satura (la tensione sull'ingresso invertente è maggiore di quella sull'ingresso non invertente), il diodo risulta interdetto e il ramo con R₃ è interrotto.

Quando V₁ supera i 250mV il guadagno richiesto è 24 (ΔV_o/ΔV_in) con un offeset di -2V (0.5*24=12V ma si vogliono 10V in uscita). In questo range di valori l'operazionale U₂ e il diodo si comportano come un buffer e ci sono 250mV costanti applicati a R₃. La tensione in uscita si calcola con la sovrapposizione degli effetti considerando separatamente la sola V₁, in configurazione non invertente con guadagno R₁/(R₂ || R₃), e la tensione costante di 250mV, in configurazione invertente con guadagno -R₁/R₃). Imponendo guadagno 24 si ottiene:

`24=1+(R1)/(R2 ∥ R3)`

dove, sostituendo i valori di R₁ e R₂ si ottiene R₃ = 1,875Ω