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

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 D 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 SFC.

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