Il 28 febbraio è uscita la prima simulazione del MIUR per la seconda prova di Automazione.

La prova, che coinvolge le materie di Elettronica e Sistemi, è simile a quelle degli scorsi anni e prevede una prima parte con un problema di automazione più quattro quesiti, di cui due obbligatori. Il tema della prima parte è più affine alla materia di TPA che non alle altre due (questo è già capitato in anni precedenti, ad esempio nel 2017).

La prima parte non è troppo impegnativa ma, come al solito, mancano delle informazioni e ci sono delle ambiguità che costringono a fare delle ipotesi, possibilmente sensate o semplificative. Rispetto agli anni precedenti:

• non viene chiesto lo schema a blocchi con ingressi e uscite
• richiede esplicitamente l'uso del PLC e la codifica in un linguaggio per PLC
• richiede che l'algoritmo sia rappresentato con un diagramma di flusso o una macchina a stati (manca la dicitura “o altro linguaggio di propria conoscenza” che permetteva senza riserve di usare l'SFC)

I quesiti sono sempre un po' una lotteria: il programma delle materie è sterminato e spesso capita che l'argomento di un quesito non sia stato trattato (vedi prova 2018). In questi casi ovviamente la commissione ne tiene conto.

Elementi chiave del testo:

• movimentazione con nastro trasportatore, carroponte ed elettromagnete
• gestione temperatura e livello vasca con isteresi
• ciclo impianto automatico abilitato se temperatura e livello vasca ok
• attuatori: motori asincroni ed elettromagnete
• sensori: finecorsa carroponte e argano, termocoppia J e livello per la vasca

Punti richiesti:

• progettare un circuito di condizionamento per la termocoppia
• dimensionare il motore dell'argano
• rappresentare l'algoritmo
• codificare per PLC l'algoritmo

1. econder incrementale sul motore del nastro trasportatore con uscita analogica: generalità e conversione frequenza/tensione
2. scelta sensori di livello per la vasca: contatti semplici con due sbarre conduttrici immerse fino ai due livelli richiesti
3. inverter trifase: principio di funzionamento e PWM sinusoidale (quesito di elettronica)
4. sistema con retroazione: FdT e errore a regime (quesito di sistemi)

Il 2 aprile è uscita la seconda simulazione del MIUR per la seconda prova di Automazione.

Si conferma l'impianto della prima simulazione. Ancora un problema da risolvere col PLC con dei punti che richiedono conoscenze di meccanica.

Il problema è tutto sommato semplice ma il disegno è poco leggibile e ci sono più informazioni di quelle richieste nei quattro punti.

Elementi chiave del testo:

• movimentazione del pezzo con due nastri azionati da MAT
• comando di tre espulsori pneumatici
• elettromagnete e fresa
• sistema di visione per la rilevazione di difetti con uscita TTL
• sistema di rilevazione dell'illuminazione ambientale con fotodiodi

Punti richiesti:

• progettazione di un circuito di condizionamento per fotodiodi
• il dimensionamento di un motore asincrono trifase (come nella prima simulazione)
• rappresentazione grafica dell'algoritmo di gestione del sistema con diagramma di flusso o macchina a stati (l'SFC ricade in questa categoria, presumibilmente)
• traduzione in ladder dell'algoritmo

Anche in questa prova, diversamente rispetto al passato, non viene richiesta una discussione su ingressi e uscite (ad esempio come adattare il segnale TTL agli ingressi del PLC) o una rappresentazione schematica del sistema.

Per il primo punto si può usare un circuito a due stadi con un sommatore invertente, che media i due segnali, e un amplificatore invertente che scala la tensione per ottenere il range desiderato (10V con 15uW)¹⁾.

Il secondo punto richiede il calcolo della velocità di rotazione e delle coppia corrispondente alla forza tangenziale dovuta all'attrito statico tra pezzo e nastro²⁾. La velocità si calcola con:

`omega = v / r = (300 cdot 10^-3) / 50 cdot 10^-3 = 6 {rad}/s`

oppure direttamente facendo il rapporto tra velocità lineare e circonferenza (adattando le unità di misura se serve):

`n = (300 cdot 10^-3 * 60) / (2 pi cdot 50 cdot 10^-3)= 57 r\p\m`

La coppia si ottiene calcolando la forza tangenziale di attrito statico (il pezzo non si muove rispetto al nastro) con:

`F_t = P cdot mu_s= 150 cdot 0.3 = 45 N`

dove P è la forza peso e μ il coefficiente di attrito statico. La coppia si ottiene moltiplicando la forza per il raggio:

`C= F_t cdot r = 45 cdot 0.05 = 2.25 Nm`

quindi:

`P = omega cdot C = 6 cdot 2.25 = 13.5 W`

Per il terzo punto si propone un diagramma SFC.

Nella figura le fotocellule sono indicate con FTC, il consenso sulla luminosità dell'ambiente è nel merker LIGHT, e il merker TTL contiene il un valore digitale che viene settato quando si attiva la telecamera CAM. Si sono fatte le seguenti ipotesi:

• se sono presenti difetti il segnale TTL della telecamera mantiene alto il suo valore per 3s
• il pezzo non raggiunge la fotocellula degli espulsori prima di 0,5s e la raggiunga prima di 3s
• gli espulsori sono comandati da cilindri pneumatici monostabili mantenuti attivi con un timer visto che non si parla esplicitamente di finecorsa
• si attiva il disco rotante per 15 secondi per avere la certezza che si compia almeno un giro completo
• il nastro 1 può ripartire solo dopo che il pezzo precedente è stato trattato (uscito dal nastro due o dal piatto per la fresatura)

La traduzione in ladder richiesta nel quarto punto è banale.

Il primo quesito richiede di variare il duty-cycle del sistema di alimentazione dell'illuminatore a LED per compensare le variazioni ambientali. L'indicazione viene dal circuito di condizionamento richiesto nel punto 1 della prima parte che fornisce un segnale in tensione di 10 Volt per 15uW di potenza luminosa. Al valore corretto di 9uW corrispondono 6 Volt e ad 1uW 0,667 Volt. Il valore del duty-cycle si può modificare così:

`d = 60-(P-9)*5`

dove il duty-cycle d è espresso in forma percentuale e P è la potenza in uW (confrontata con i 9uW desiderati). Questo valore può essere utilizzato per pilotare l'alimentazione dell'illuminatore, ad esempio utilizzando un'uscita digitale³⁾ del PLC con la tecnica PWM.

Il secondo e il quarto quesito sono argomenti di Sistemi Automatici.

Il terzo quesito chiede di descrivere un alimentatore switching con topologia flyback già visto in quarta.