SISTEMI ELETTRICI AUTOMATICI
FINALITA'
Sistemi elettrici automatici è una disciplina tecnico scientifica principalmente mirata al conseguimento delle seguenti finalità:
1. far acquisire un metodo di indagine ed un apparato concettuale, tipici della sistemistica, come un mezzo di interpretazione di diversi processi fisici e tecnologici;
2. fornire agli studenti conoscenze e capacità specifiche tali da metterli in grado di intervenire nel settore degli automatismi.
OBIETTIVI DI APPRENDIMENTO
Al termine dell'anno scolastico l'allievo dovrà essere in grado di:
1. analizzare processi prevalentemente di tipo fisico e dispositivi tecnici, impiegando concetti e strumenti di rappresentazione (grafi, schemi a blocchi, linguaggi) di tipo sistemistico;
2. analizzare e progettare piccoli sistemi automatici o parte di essi, mediante l'uso delle tecnologie conosciute e caratteristiche dell'indirizzo;
3. avere una visione sintetica della tipologia degli automatismi, sia dal punto di vista delle funzioni esercitate, sia dal punto di vista dei principi di funzionamento sui quali si basano.
CONTENUTI
Terzo Anno [ 4 (2) ore ]| Temi | Esempi di applicazioni e mezzi |
| Elementi di informatica - Algoritmi, strutture di controllo. - Rappresentazione dei dati. - Struttura funzionale a grandi linee dell'hardware e del software di un sistema di elaborazione dati. |
- Linguaggio di programmazione
di alto livello. - Personal computer, comandi essenziali di un sistema operativo. |
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Aspetti generali dei sistemi |
- Semplice strumentazione
di misura. - Apparati per lo studio dei processi fisici. - Componenti elementari e semplici apparati scelti da diversi campi tecnologici, ed in particolare trasduttori, reti elettriche lineari in continua ed in regime sinusoidale,semplici catene aperte a funzionamento lineare. - Semplici automatismi. Esempi: - lavastoviglie,distributori, lavatrici. - sistemi di allarme domestici. - controlli di livello idrico. - regolatori di flusso,di temperatura ecc. - Linguaggio di programmazione di alto livello e programmi applicativi per il calcolo, la grafica e la simulazione. |
Quarto Anno [ 4 (2) ore ]
| Temi | Esempi di applicazioni e mezzi |
| Informatica - Struttura funzionale di un sistema operativo. - Utilizzazione delle interruzioni per la gestione delle periferiche. |
- Un sistema operativo. |
| Sistemi analogici - Sistemi a catena aperta e problemi di adattamento. - Sistemi deterministici del primo, del secondo ordine e di ordine superiore. - Sistemi non lineari e loro risolubilità con tecniche simulative. |
- Componenti ed apparati prevalentemente
elettrici ed elettronici. |
| Sistemi digitali - Elementi di teoria degli automi e sistemi a stati finiti.Automi combinatori,sequenziali e programmabili. - Architettura di sistemi programmabili e loro programmazione mediante linguaggio macchina o simbolico. - Trasferimento dati e relativi problemi di priorità. - Trasferimento dati di tipo seriale e parallelo a breve distanza. |
- Scheda CPU, collegamenti con
la memoria, organi di I/O,software di base (supervisore,caricatore, assembler). |
Quinto Anno [ 5 (3) ore ]
| Temi | Esempi di applicazioni e mezzi |
| Sistemi di controllo analogici - Sistemi ad anello aperto e ad anello chiuso. - Reazione positiva e negativa. - Stabilità e criteri relativi. - Compensazione.Elementi di ottimizzazione dei sistemi. |
- Semplici apparati regolatori
e servomeccanismi. |
| Sistemi di controllo digitali - Architettura di sistemi di controllo a microprocessore dedicati. - Connessioni multipunto e dispositivi terminali. - Sistemi di controllo basati sui calcolatori. - Telecontrolli e teleprocessori |
- Semplici sistemi di controllo
a microprocessore o basati su calcolatore. |
| Sistemi automatici di misura - Il problema dell'acquisizione dei dati da un processo fisico o tecnologico. - Catene di misura digitali: trasduzione, digitalizzazione, codifica e trasmissione. - Problemi di filtraggio. - Architettura di un sistema di acquisizione automatica di dati. |
- Semplici sistemi digitali e programmabili
di acquisizione dati. |
INDICAZIONI DIDATTICHE
Impostazione curricolare, struttura concettuale ed aspetti tecnologici
La disciplina si affida ad un itinerario didattico che prevede, simultaneamente ed in modo integrato:
- l'acquisizione di idee generali, teorie formali, metodi di analisi e di progetto derivati dalla teoria dei sistemi in generale e da quelli di controllo in particolare;
- l'acquisizione di conoscenze ed abilità di analisi, utilizzazione, progetto, relative a componenti ed apparati di controllo e misura di vario genere;
- l'applicazione, ma anche la rivisitazione ed il consolidamento, di leggi e modelli della scienza e specialmente della fisica.
I tre aspetti non debbono essere oggetto di blocchi tematici separati, ma si deve tendere ad una integrazione reale e costante. In particolare l'aspetto concettuale-sistemico e quello tecnologico debbono essere strettamente collegati evitando sia lunghe trattazioni teoriche e matematiche prive di riferimenti tecnologici, sia trattazioni di dettaglio degli aspetti tecnico-realizzativi senza riferimento al quadro concettuale sistemico.
Il costante parallelismo fra questi due aspetti è messo in evidenza, nella stesura di questo programma, dalla collocazione su due colonne parallele.
La scelta degli esempi tecnologici
Occorre precisare che la disciplina non può presentare un repertorio organico ed esaustivo di tecnologie e di applicazioni.
E' indispensabile scegliere e selezionare le tecniche, i componenti, gli apparati, i mezzi di lavoro specifici che si vogliono esplorare ed utilizzare. A questo proposito si tengano presenti le seguenti avvertenze:
- Ciò che è irrinunciabile è che tutti gli aspetti concettuali vengano esplicitati e, anche se a posteriori rispetto alle attività degli studenti, ordinati e sistematizzati. Le tecniche e gli oggetti specifici sono entro certi limiti da considerare solo esempi intercambiabili all'interno del quadro concettuale, per cui occorre privilegiare la scelta di quelli che presentano allo stato attuale dello sviluppo tecnologico un'importanza particolare, avvertendo però esplicitamente gli studenti che si tratta appunto di esempi, probabilmente destinati alla obsolescenza e comunque rimpiazzabili con altri. Anche una semplice esplorazione di documenti tecnici o di repertorio di prodotti può bastare per comprendere qual’ è l'importanza e la collocazione degli esempi scelti nel panorama attuale.
- Nella maggioranza dei casi si debbono scegliere esempi di apparati non troppo complessi. Solo così, infatti, gli studenti possono intervenire direttamente mediante l'analisi ed il progetto. Occorre non dimenticare che lo scopo principale è l'acquisizione di concetti generali, elementi teorici e metodi di lavoro. Questo non toglie che, attraverso la lettura di materiali di alta divulgazione e visite, non si possa anche acquisire un'idea corretta delle applicazioni più complesse.
- Sistemi automatici è una disciplina che postula una certa varietà delle tecnologie utilizzate. E' naturale, però, che, quando si passa all'analisi ed al progetto, ricevano maggiore rilevanza le tecnologie caratteristiche dell'indirizzo.
A questo proposito, anzi, occorre attingere largamente ad esempi forniti dalle altre discipline del corso. Si possono pensare forme di collaborazione fra insegnanti delle diverse discipline in modo, ad esempio, che già l'impostazione delle misure su apparati elettrici ed elettronici ed i risultati delle misure stesse costituiscano la base per un ulteriore lavoro di analisi in Sistemi.
Il ruolo dell'informatica nel programma di Sistemi
L'informatica, per la disciplina Sistemi, è essenzialmente uno strumento di lavoro assai utile nel calcolo, nella simulazione e nella rappresentazione grafica. L'informatica è però anche una delle tecnologie di base dell'automazione e quindi, come tale, oggetto di studio.
In linea di principio gli aspetti informatici che devono essere studiati in Sistemi sono solo quelli più pertinenti ai problemi dell'automazione: sistemi operativi per la gestione di processi reali, interfaccia verso attuatori e trasduttori, programmazione a livello macchina, linguaggi e programmi speciali. Comunque un minimo di capacità di programmazione con linguaggi ad alto livello va raggiunta, se non già acquisita nel biennio.
Tuttavia occorre fare largo uso di strumenti software di calcolo e simulazione, già pronti e di uso facilitato.
La didattica
L'integrazione tra i diversi aspetti di contenuto della disciplina si ottiene, in definitiva, mediante l'adozione di una didattica adeguata.
Le lezioni frontali e le letture sono utili, sia per il trasferimento di alcune conoscenze preliminari indispensabili, sia per formalizzare e generalizzare quanto appreso nelle esperienze pratiche. Si deve, però, ricorrere ampiamente a metodi attivi di apprendimento. Lo studente deve essere messo di fronte a problemi non semplicemente applicativi di procedimenti già studiati, ma aperti, che implichino cioè un'attività di chiarimento, analisi e scelta.
Più specificatamente si proporranno, tra le altre, le seguenti attività:
- analisi di apparati e componenti reali, che comportino anche misure e raccolte di dati sperimentali, fino alla formulazione di modelli che ne spieghino il funzionamento e servano come base per la scelta ed il progetto;
- studio delle proprietà dei modelli mediante la simulazione e gli strumenti di calcolo automatico;
- progettazione e realizzazione di semplici assetti sperimentali, mediante le tecnologie caratteristiche dell'indirizzo. Tali progettazioni, a differenza di quelle di T.D.P., si debbono limitare all'obiettivo di fare esplorare ed apprendere i concetti e le tecniche incontrate via via nello studio.