Laboratorio di automazione, come funziona e quali accorgimenti adottare a scuola: in allegato una bozza di regolamento
I laboratori di automazione consentono agli studenti di acquisire conoscenze anche di progettazione di sistemi embedded a microcontrollore per coordinare i sistemi autonomi o automatizzati. Tali padronanze, completando le nozioni acquisite negli insegnamenti di informatica, e fondamenti di automatica, consentono di acquisire una più chiara comprensione del contesto multidisciplinare di un istituto siffatto, con riferimento agli aspetti propriamente connessi ai sistemi di automazione alle tecnologie informatiche ed elettroniche, e alla programmazione di sistemi embedded. Al fine di acquisire capacità di progettazione, innovazione e sviluppo di nuovi sistemi di automazione, lo studente dovrà saper comprendere senza errori le problematiche di programmazione di sistemi autonomi già analizzati in altri corsi e che sono generalmente affrontati nella pratica. Tale capacità si manifesterà per il tramite una serie di abilità professionalizzanti, quali: la capacità di scegliere appropriatamente il sistema embedded a microcontrollore, con le relative potenzialità di calcolo e interfacciamento, in modo che fornisca le prestazioni richieste; la capacità di organizzare un dispositivo embedded anche a livello di firmware; la capacità di interpretare in maniera appropriata i risultati delle analisi empiriche di laboratorio, lavorando in team con altri elementi coinvolti nello studio del problema.
L’importanza del laboratorio negli istituti superiori
Il laboratorio attivo in alcuni istituti tratta della programmazione di sistemi di controllo embedded. Uno specifico microcontrollore viene analizzato con il necessario dettaglio per esemplificare le funzionalità di tali sistemi. In questa analisi sono mostrate le risorse introdotte ed inserite nel microcontrollore, le tecniche per la conversione analogica/digitale, la generazione di segnali PWM, le temporizzazioni, le uscite di comunicazione Seriale e Wireless necessarie per lo sviluppo di un sistema di controllo real-time. Per i differenti aspetti sono previste opportune attività di esercitazione sia in aula che in laboratorio. Durante le lezioni si effettueranno esercitazioni guidate di programmazione dei dispositivi embedded. Gli studenti sono invitati a sviluppare un progetto in laboratorio su uno degli argomenti affrontati a lezione. Tutti i progetti prevedono una realizzazione hardware e sarà di conseguenza sviluppata anche l’interfaccia I/O con il processo fisico da controllare. In questa attività gli studenti apprenderanno come analizzare i data-sheets dei dispositivi di interfaccia con il microcontrollore allo scopo di allocare le necessarie risorse del processore ed individuare i dispositivi elettronici di pilotaggio.
Le competenze nel campo della progettazione
Il laboratorio intende fornire le competenze nel campo della progettazione e il controllo embedded dei sistemi automatici. Approfondisce le problematiche di progetto, controllo e programmazione di sistemi automatici fino trattare argomenti di percezione e di navigazione dei sistemi autonomi. Gli obiettivi del laboratorio, secondo programma ministeriale, intendono sia fornire le conoscenze di base per la progettazione di sistemi automatizzati di dimensioni ridotte, sia dare agli stessi opportuni strumenti per operare autonomamente in ambienti interni o esterni applicando loro lo stato dell’arte sugli algoritmi di navigazione, percezione e controllo con tecnologia embedded. Il laboratorio, inoltre, tratta le basi di funzionamento dei microcontrollori embedded e la loro applicazione su sistemi d’automazione, la descrizione e le modalità d’uso di alcune delle più importanti tecnologie usate per attuare, sensorizzare e controllare robots e sistemi automatizzati in genere. Infine, tratta applicazioni di programmazione dei microcontrollori embedded equipaggiando un sistema autonomo progettato e costruito presso i nostri laboratori con uno o più microcontrollori.
Il laboratorio di Automazione
Il Laboratorio di Automazione dell’Istituto Statale di Istruzione Superiore “Guglielmo Marconi” di Modena, per esempio, consente, di fatto, di riorganizzare, aggiornare e innovare dal punto di vista tecnico e didattico-metodologico, l’indirizzo “Elettronica ed Elettrotecnica” – articolazione Automazione. Tutto ciò per rispondere da un lato alle continue richieste che le aziende rivolgono all’ambito scolastico e allo stesso tempo per tenere il passo nei confronti di una realtà in continuo mutamento dal punto di vista tecnologico (basti pensare all’Industria 4.0 o al cosiddetto “Internet of Things”. Per tali motivi si è pensato di innovare uno dei 4 laboratori di cui è provvisto rendendolo conforme al cambiamento appena menzionato. Particolare attenzione potrà essere dedicata ai circuiti logici programmabili (Arduino, Raspberry, PLC) che vengono usati per la stragrande maggioranza delle automazioni, nonché alle macchine a controllo numerico (apparecchiature utilizzate nelle aziende del territorio e non solo), con l’obiettivo di sensibilizzare gli studenti nei confronti del concetto che TEORIA E PRATICA vanno di pari passo e l’una è indispensabile per l’altra e viceversa. Spesso tale concetto non viene metabolizzato dagli studenti, i quali considerano le due tematiche come fossero dei compartimenti stagni.
Le strumentazioni del laboratorio
Le strumentazioni utili alla realizzazione del laboratorio sono le seguenti:
- Display da 3.5 pollici per Arduino/Raspberry;
- Display da 7 pollici per Arduino/Raspberry;
- Robot assemblabili e programmabili con Arduino/Raspberry Postazioni PC Studente e Docente;
- Arduino kit;
- Starter Kit Sensoristica Arduino;
- Raspberry Kit;
- Braccio Robot Antropomorfo;
- Macchina per incisione e taglio laser;
- Robot Umanoide programmabile con Raspberry;
- Postazione PLC Sysmac Motion Control, completa di software.
Regolamento laboratorio di sistemi ed automazione
Per il funzionamento corretto di un laboratorio di sistemi ed automazione è necessario non solo un regolamento ma anche la presenza di una figura di Responsabile del Laboratorio avente compiti e responsabilità didattiche, tecniche e amministrative, attribuite dal Dirigente Scolastico. Ciò al fine di rendere sempre e meglio funzionante lo stesso. Quello che alleghiamo è in uso all’Istituto “Enrico Medi” di Galatone (Le) diretto, con eccezionale competenza, dal Dirigente Scolastico: Prof. Annamaria Campa.
Regolamento Laboratorio di SISTEMI ed Automazione
