IL CONTROLLO DI UN PROCESSO

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1 IL CONTROLLO DI UN PROCESSO 1

2 IL CONTROLLO DI UN PROCESSO Schema a blocchi 2

3 Il controllore può essere: A LOGICA CABLATA A LOGICA PROGRAMMABILE 3

4 CONTROLLORE A LOGICA CABLATA (*) (Wired Logic Control) È costituito da un sistema in cui le funzioni decisionali si ottengono collegando fisicamente (cioè in hardware) ) più componenti, sia di tipo tradizionale (pulsanti, sensori, relè, contattori, ecc.), sia di tipo statico (transistor, circuiti integrati, ecc.). Il sistema è costituto da circuiti ben definiti e quindi difficilmente modificabili; ; qualunque modifica alla logica, comporta il cambiamento di intere aree di cablaggio. (*) Materiale parzialmente rielaborato da alcune fonti Internet 4

5 LOGICA CABLATA 5

6 CONTROLLORE A LOGICA PROGRAMMABILE È costituito da un sistema nel quale le funzioni decisionali si ottengono mediante un programma logico (cioè mediante software) ) scritto dall operatore e memorizzato in appositi circuiti (memorie). I cambiamenti alla logica si possono effettuare rapidamente, modificando semplicemente il programma.. Non è necessario intervenire sull hardware. 6

7 LOGICA PROGRAMMABILE 7

8 IL CONTROLLORE A LOGICA PROGRAMMABILE PLC Programmable Logic Controller APPARECCHIATURA ELETTRONICA PROGRAMMABILE PER IL CONTROLLO DI MACCHINE / PROCESSI INDUSTRIALI Nasce come elemento sostitutivo della logica cablata e dei quadri di controllo a relè 8

9 PLC monoblocco (o compatto) Siemens 9

10 PLC Siemens SIMATIC S

11 PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO DEL PLC S E N S O R I Ingressi Consensi HARDWARE Uscite Comandi A T T U A T O R I SOFTWARE PLC I sensori inviano al PLC i segnali che riflettono la situazione dell'impianto sotto controllo; il PLC elabora tali segnali mediante il programma inserito al suo interno; da tale elaborazione scaturiscono i segnali di comando che vengono inviati agli attuatori. 11

12 ARCHITETTURA DI UN PLC CONTROLLORE A LOGICA PROGRAMMABILE MEMORIA CENTRALE (UTENTE) MEMORIA SISTEMA OPERATIVO SEGNALI DAL PROCESSO MODULI DI INGRESSO C P U MODULI DI USCITA SEGNALI VERSO IL PROCESSO UNITÀ DI PROGRAMMAZIONE SISTEMA DI VISUALIZZAZIONE STAMPANTE INTERFACCIA OPERATORE - CONTROLLORE 12

13 PLC Il PLC può essere definito come uno speciale elaboratore, di tipo industriale (avente cioè caratteristiche ben precise che gli consentono di lavorare con assoluta affidabilità in un ambiente difficile e gravoso, come può esserlo un ambiente industriale, per la presenza notevole di disturbi elettrici, vibrazioni, ampie variazioni di temperatura ed umidità, polveri etc.) concepito per risolvere problemi di controllo ed automazione e che si differenzia dal PC soprattutto per quanto riguarda l interfacciamento con i dispositivi esterni (presenta I/O on-board, cioè montati direttamente sul Controllore) ed il linguaggio di programmazione (che non deve essere particolarmente complesso, per far si che possa essere utilizzato da tecnici che non hanno conoscenze orientate all'elettronica ed all'informatica). 13

14 TIPICHE APPLICAZIONI DEI PLC MACCHINE UTENSILI MACCHINE PER LO STAMPAGGIO MACCHINE PER IMBALLAGGIO MACCHINE PER IL CONFEZIONAMENTO ROBOT / MONTAGGIO REGOLAZIONE PROCESSI CONTINUI MACCHINE TESSILI SISTEMI DI MOVIMENTAZIONE / TRASPORTO CONTROLLO ACCESSI 14

15 CICLO DI SCANSIONE (Ciclo di funzionamento del PLC) Dal momento in cui il PLC viene messo in stato di RUN il suo funzionamento è di tipo ciclico sequenziale: ciò significa in pratica che esso esegue in modo ripetitivo le funzioni programmate fino a quando viene messo in stato di STOP, si toglie l'alimentazione o si verifica una situazione di anomalia e/o malfunzionamento che provoca l'arresto del ciclo. Il ciclo di funzionamento viene chiamato ciclo di scansione, mentre il tempo impiegato a compierlo prende il nome di tempo di scansione (varia in base al numero di istruzioni presenti nel programma; solitamente da 5 a 50 ms). 15

16 LINGUAGGI DI PROGRAMMAZIONE 16

17 PROGRAMMAZIONE in linguaggio LADDER Ladder diagram - LD (diagramma a scala) oppure KOP - KOntaktPlan (schema a contatti) E' il più vecchio linguaggio di programmazione per PLC Si basa su simboli di provenienza "elettrica": binari di potenza (power rail), contatti e bobine (coil) Si articola in linee orizzontali dette rung o network o segmenti Ciascun segmento" del programma deve essere connesso necessariamente al binario di potenza sinistro (left power rail), mentre il collegamento con quello destro è opzionale. 17

18 Il PLC, come ogni computer, è in grado di elaborare solamente delle informazioni espresse con due livelli logici 1 e 0. 1 logico = livello alto (24V); 0 logico = livello basso (0V) La lampada collegata al morsetto Q0 del modulo di uscita del PLC si accende quando viene chiuso il tasto T collegato al morsetto I0 del modulo d ingresso. 18

19 Caratteristiche del LADDER I contatti in un segmento rappresentano le condizioni logiche da valutare per poter determinare lo stato che deve assumere l uscita rappresentata dalla bobina. All atto della programmazione i contatti e le bobine utilizzati vengono associati a bit di memoria. Ogni riga circuitale è divisa in due parti: zona di test (con le variabili d'ingresso o interne) e zona delle azioni (comprende le bobine d'uscita ed interne oltre a determinati blocchi funzione). Nella lettura del programma la CPU esegue una scansione ciclica, che compie il suo percorso segmento per segmento, da sinistra verso destra e dall'alto verso il basso. Zona Test Zona Azioni 19

20 Utilizzo dei Contatti Ad ogni contatto viene associata una variabile binaria (bit di ingresso/uscita/interno). Contatto Normalmente Aperto: la corrente fluisce da sinistra a destra se la variabile I0 è 1. La corrente fluisce a destra per qualunque scansione del Programma Ladder fino a quando la variabile I0 diviene 0. I0 Contatto Normalmente Chiuso: la corrente fluisce da sinistra a destra se la variabile I0 è 0. La corrente fluisce a destra per qualunque scansione del Diagramma Ladder fino a quando la variabile I0 diviene 1. I0 20

21 Altri Contatti del Linguaggio Ladder Contatto sensibile alla transizione 0-1 (Positive Transition - Sensing Contact) I0 P La corrente fluisce da sinistra a destra del Positive Transition - Sensing Contact, se la variabile I0 passa da 0 a 1. La corrente fluisce a destra solo per una scansione del Programma Ladder (quella relativa alla transizione). Scansione Valore di I0 quando viene valutato il rung Corrente alla destra 1 OFF OFF 2 ON ON 3 ON OFF 4 ON OFF 5 OFF OFF 21

22 Altri Contatti del Linguaggio Ladder Contatto sensibile alla transizione 1-0 (Negative Transition - Sensing Contact) I0 N La corrente fluisce da sinistra a destra del Negative Transition - Sensing Contact, se la variabile I0 passa da 1 a 0. La corrente fluisce a destra solo per una scansione del Diagramma Ladder (quella relativa alla transizione). Scansione Valore di I0 quando viene valutato il rung Corrente alla destra 1 ON OFF 2 OFF ON 3 OFF OFF 4 OFF OFF 5 ON OFF 22

23 Utilizzo delle bobine Ad ogni bobina viene associata una variabile binaria (bit di uscita/interno). Bobina: la variabile Q0 associata alla Bobina è posta a 1 se vi è una corrente che fluisce da sinistra. La variabile rimane a 1 per qualunque scansione del Programma Ladder fino a quando la corrente cessa di fluire da sinistra. Q0 Bobina Negata: la variabile Q0 associata alla Bobina Negata è posta a 0 se vi è una corrente che fluisce da sinistra. La variabile rimane a 0 per qualunque scansione del Programma Ladder fino a quando la corrente cessa di fluire da sinistra. Q0 23

24 Altre bobine del Linguaggio Ladder Bobina di SET Q0 S La variabile Q0 associata alla Bobina e' posta a 1 se vi e' una corrente che fluisce da sinistra. La variabile rimane a 1 per qualunque scansione del Diagramma Ladder fino a quando viene utilizzata una Bobina di RESET. Bobina di RESET Q0 R La variabile Q0 associata alla Bobina e' posta a 0 se vi e' una corrente che fluisce da sinistra. La variabile rimane a 0 per qualunque scansione del Diagramma Ladder fino a quando viene utilizzata una Bobina di SET. 24

25 Programma con Bobine Set-Reset 25

26 Esempio Set-Reset 26

27 Avvertenze di sicurezza Se su I0.1 vi sono +24 V, il contatto software normalmente chiuso di I0.1 assume in KOP lo stato "0" e quindi l'uscita Q0.0 non viene resettata. Se non vi è segnale (0V) su I0.1 (se S3 è aperto), il contatto software normalmente chiuso di I0.1 in KOP è "1" e l'uscita viene resettata. L uscita Q0.0 viene pertanto resettata quando: - viene azionato l'interruttore S3 (I0.1 è "0") oppure - si interrompe una linea di connessione tra I0.1 e l'interruttore con contatto normalmente chiuso. In questo modo, anche in caso di rottura del cavo, è garantito che il componente dell'impianto azionato, come per esempio un motore, venga disinserito. L'operazione "Reset Q0.0" è stata inserita in sequenza dopo l'operazione Set Q0.0", poiché in questo modo, nel caso di azionamento contemporaneo dei due interruttori, il reset avrà la priorità. 27

28 Programma con contatti P / N e Bobine S / R Un fronte di salita nel contatto P o un fronte di discesa nel contatto N determinano l emissione di un impulso che dura 1 ciclo di scansione. In modo RUN le variazioni dello stato di Q0.4 e Q0.5 sono troppo rapide per essere visibili nello stato del programma. Le uscite di Set e Reset bloccano l impulso in Q0.3 e consentono di vedere la variazione nella visualizzazione stato del programma. 28

29 Contatti P / N durata dell impulso 29

30 Merker interni (flag) La variabile M0 (Merker) viene utilizzata come locazione di memoria interna del PLC per memorizzare un risultato intermedio di una operazione logica o aritmetica che deve essere rielaborato subito da altri segmenti del programma. Nella tecnica dei PLC i Merker simulano la funzionalità propria dei contatti ausiliari dei teleruttori nella logica elettromeccanica. 30

31 Esempio con contatti P / N, Bobine S / R e Merker 31

32 Comando Motore Trifase Teleruttore o Contattore 32

33 Il Relè termico Questo particolare relè è costituito da un dispositivo con tre lamine bimetalliche (una per ogni fase) e da due contatti ausiliari incorporati: un contatto NC, numerato un contatto NA, numerato I due contatti sono elettricamente separati e perciò utilizzabili per due circuiti diversi (circuito di comando e circuito di segnalazione). I contatti vengono comandati tramite la deformazione delle lamine, prodotta per effetto termico dal passaggio di una corrente superiore a quella di taratura. ll comando avviene tramite un'azione meccanica su una leva che muove i contatti. La funzione di questi relè quindi, è l'interruzione di un circuito quando si verificano pericolosi sovraccarichi, che potrebbero danneggiare le apparecchiature costituenti l'impianto. 33

34 Simulatore PLC Siemens VirtualPLC 34

35 Realizzazione funzioni logiche tramite programma Ladder 35

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37 Azionamento pompa serbatoio 1/2 Si vuole azionare una pompa per il riempimento di un serbatoio secondo le seguenti caratteristiche: inizialmente il serbatoio è pieno - aprendo il rubinetto manualmente inizia lo scarico del liquido - si attiva il sensore S1 (fornendo un livello alto) (N.B.: i sensori S0 ed S1 si attivano se non sono immersi nel liquido) - quando il serbatoio è completamente vuoto, si attiva anche il sensore S0 (fornendo un livello alto) e parte la pompa - chiudendo manualmente il rubinetto inizia il riempimento del serbatoio - successivamente si disattiva il sensore S0 - a serbatoio pieno si disattiva anche il sensore S1 e la pompa si arresta 37

38 Azionamento pompa serbatoio 2/2 38