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 SFC.

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 PC
• l'indirizzo del server DNS, che tradurrà l'indirizzo ntp1.inrim.it in un indirizzo IP