CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE ESEMPIO ARCHITETTURA E STRUMENTAZIONE PER L AUTOMAZIONE DI UNA ISOLA DI LAVORAZIONE

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1 UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI ROMA LA SAPIENZA DIPARTIMENTO DI INFORMATICA E SISTEMISTICA CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE ALESSANDRO DE CARLI ANNO ACCADEMICO ESEMPIO ARCHITETTURA E STRUMENTAZIONE PER L AUTOMAZIONE DI UNA ISOLA DI LAVORAZIONE ESEMPIO DI APPLICAZIONE - STRUTTURA DELL IMPIANTO 2 IMPIANTO DI PRODUZIONE DI PEZZI LAVORATI CELLA C DI PRODUZIONE D OUTPUT COMPONENTI DI POTENZA 5 AZIONAMENTI PER LA MOVIMENTAZIONE DEI NASTRI TRASPORTATORI NASTRO 4 ATTUATORI PNEUMATICI PER AZIONARE LE PORTE DI SCAMBIO B TRASPORTATORE CELLA A DI PRODUZIONE INPUT ESEMPIO DI APPLICAZIONE - STRUTTURA DELL IMPIANTO 3

2 CELLA C DI PRODUZIONE AZ3 S5 AT3 S6 B AZ2 IMPIANTO DI PRODUZIONE DI PEZZI LAVORATI AZ4 D S10 S9 S4 AZ5 S8 S11 S12 S2 NASTRO AT1 TRASPORTATORE S1 S3 AZ1 AT2 S7 AT4 OUTPUT CELLA A DI PRODUZIONE INPUT COMPONENTI DI POTENZA 5 AZIONAMENTI PER LA MOVIMENTAZIONE DEI NASTRI TRASPORTATORI 4 ATTUATORI PNEUMATICI PER AZIONARE LE PORTE DI SCAMBIO DISPOSITIVI DI MISURA 12 LETTORI DI CODICI A BARRE 12 SENSORI DI PROSSIMITÀ ESEMPIO DI APPLICAZIONE - STRUMENTAZIONE IMPIEGATA 4 IMPIANTO DI PRODUZIONE DI PEZZI LAVORATI CELLA C DI PRODUZIONE B PLC3 PLC2 PLC5 PLC4 NASTRO D OUTPUT TRASPORTATORE PLC1 INPUT CELLA A DI PRODUZIONE PC COMPONENTI DI POTENZA 5 AZIONAMENTI PER LA MOVIMENTAZIONE DEI NASTRI TRASPORTATORI 4 ATTUATORI PNEUMATICI PER AZIONARE LE PORTE DI SCAMBIO DISPOSITIVI DI MISURA 12 LETTORI DI CODICI A BARRE 12 SENSORI DI PROSSIMITÀ DISPOSITIVI DI ELABORAZIONE 5 PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER 1 PERSONAL COMPUTER INDUSTRIALE ESEMPIO DI APPLICAZIONE - STRUMENTAZIONE IMPIEGATA 5 IMPIANTO DI PRODUZIONE DI PEZZI LAVORATI CELLA C DI PRODUZIONE PLC3 D OUTPUT COMPONENTI DI POTENZA 5 AZIONAMENTI PER LA MOVIMENTAZIONE DEI NASTRI TRASPORTATORI 4 ATTUATORI PNEUMATICI PER AZIONARE LE PORTE DI SCAMBIO B PLC2 PLC5 NASTRO PLC4 TRASPORTATORE PLC1 CELLA A DI PRODUZIONE PC INPUT DISPOSITIVI DI MISURA 12 LETTORI DI CODICI A BARRE 12 SENSORI DI PROSSIMITÀ DISPOSITIVI DI ELABORAZIONE 5 PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER 1 PERSONAL COMPUTER INDUSTRIALE ESEMPIO DI APPLICAZIONE - STRUMENTAZIONE IMPIEGATA 6

3 CELLA DI PRODUZIONE CELLA DI PRODUZIONE W5 W6 B W4 W3 W10 IMPIANTO DI PRODUZIONE DI PEZZI LAVORATI C CELLA DI PRODUZIONE DA W8 A W9 DA S8 INDIVIDUA PEZZO OUTPUT INDIVIDUA POSIZIONE TRASMETTE A PLC4 TRASMETTE A PLC 5 W9 D TRASMETTE A PC ELABORA W11 PERCORSO W2 TRASMETTE A PLC5 W1 TRASMETTE A PLC4 INPUT COMANDA A ATTUATORE AT4 CELLA DI PRODUZIONE W12 W7 W8 ESEMPIO DI APPLICAZIONE SEGMENTAZIONE DELL IMPIANTO 7 IMPIANTO DI PRODUZIONE DI PEZZI LAVORATI CELLA DI PRODUZIONE CELLA DI PRODUZIONE C D B TRASPORTATORE A NASTRO CELLA DI PRODUZIONE OUTPUT CELLA DI PRODUZIONE INPUT SPECIFICHE 15 VARIETÀ DI PRODOTTO OTTENUTE DA 4 TIPI DI LAVORAZIONE STRUTTURA 4 DI LAVORAZIONE 1 PORTA DI INGRESSO 1 PORTA DI USCITA 5 NASTRI TRASPORTATORI 4 PORTE DI SCAMBIO ESEMPIO DI APPLICAZIONE - STRUTTURA DELL IMPIANTO 8 DEFINIZIONE DI PLC (IEC ) SISTEMA ELETTRONICO A FUNZIONAMENTO DIGITALE, DESTINATO ALL USO IN AMBITO INDUSTRIALE, CHE UTI- LIZZA UNA MEMORIA PROGRAMMABILE PER L ARCHIVIA- ZIONE INTERNA DI ISTRUZIONI ORIENTATE ALL UTILIZZA- TORE PER L IMPLEMENTAZIONE DI FUNZIONI SPECIFICHE, COME QUELLE LOGICHE, DI SEQUENZIAMENTO, DI TEM- PORIZZAZIONE, DI CONTEGGIO E CALCOLO ARITMETICO, E PER CONTROLLARE, MEDIANTE INGRESSI ED USCITE SIA DIGITALI CHE ANALOGICI, VARI TIPI DI MACCHINE E PROCESSI DEFINIZIONE DI PLC SECONDO LE NORME IEC 9

4 PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER O PLC LA FILOSOFIA DEL PLC HA AVUTO ORIGINE ALLA FINE DEGLI ANNI 60 DA UNA SPECIFICA DELLA GENERAL MOTORS RELATIVA AI SISTEMI DI CONTROLLO DA UTILIZZARSI NEI SUOI IMPIANTI PER LA PRODUZIONE DELLE VETTURE PLC SIGNIFICA GESTIONE AUTOMATICA DELLE PERIFERICHE I/O INTERFACCIAMENTO DIRETTO CON PERIFERICHE DI QUALSIASI TIPO GESTIONE PARALLELA DEL PROCESSO INSIEME DI ISTRUZIONI ORIENTATO ALLA APPLICAZIONE TECNOLOGIA COSTRUTTIVA DI TIPO INDUSTRIALE DEFINIZIONE DI PLC 10 PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER O PLC CONTROLLORE CON ARCHITETTURA GENERAL-PURPOSE DEDICATO AL CONTROLLO LOGICO SEQUENZIALE PROGETTATO PER L USO IN UN AMBIENTE INDUSTRIALE E QUINDI CON CARATTERISTICHE DI AFFIDABILITÀ ESPANDIBILITÀ SEMPLICITÀ DI PROGRAMMAZIONE POSSIBILITÀ DI MIGRAZIONE FRA DISPOSITIVI DI PRODUTTORI DIVERSI STANDARD INDUSTRIALE, ANCHE SE MANCA L INTER- CAMBIABILITÀ DEI COMPONENTI DEFINIZIONE DI PLC 11 MOTIVAZIONI DELLE SPECIFICHE DELLA GENERAL MOTORS DOPO L AUTOMAZIONE DELLA CATENA DI PRODUZIONE DELLE AUTOMOBILI, NACQUE LA NECESSITÀ DI UNIFI- CARE LE TECNICHE DI PROGETTO E DI REALIZZAZIONE DEL CONTROLLO RELATIVO AD OGNI SINGOLA MACCHI- NA DELLA CATENA LA COMUNICAZIONE TRA LE MACCHINE VENIVA REALIZ- ZATA CON TECNICHE COMPLESSE, SOPRATTUTTO PER- CHÉ SI TRATTAVA DI MACCHINE PRODOTTE DA SOCIETÀ DIVERSE SPECIFICHE INIZIALI 12

5 LE SPECIFICHE GENERAL MOTORS DEL 1968 DALLA LOGICA CABLATA ALLA LOGICA PROGRAMMABILE FUNZIONAMENTO IN AMBIENTE INDUSTRIALE INTERFACCIAMENTO CON SENSORI STANDARD PROGETTO MODULARE ELEVATA AFFIDABILITÀ FACILITÀ DI PROGRAMMAZIONE E RIPROGRAMMAZIONE SUL CAMPO LINGUAGGIO NATURALE INTERPRETATO AMBIENTE DI SVILUPPO A BORDO CAPACITÀ DI COMUNICAZIONE RACCOLTA DATI E MONITORAGGIO SPECIFICHE INIZIALI 13 LE SPECIFICHE GENERAL MOTORS IL PLC DOVEVA: ESSERE FACILMENTE E RAPIDAMENTE PROGRAMMABILE E RIPROGRAM- MABILE PRESSO L'UTILIZZATORE, CON TEMPI DI INTERRUZIONE ESSERE REALIZZATO CON TECNICHE IDONEE AL FUNZIONAMENTO IN AMBIENTE INDUSTRIALE ESSERE FACILMENTE MANUTENIBILE E RIPARABILE (INDICATORI DI STATO ED UN PROGETTO MODULARE DOVEVANO GARANTIRE UNA FACILE E RAPIDA RIPARAZIONE ) OCCUPARE MENO SPAZIO E CONSUMARE MENO DEL PANNELLO A RELÈ CHE ANDAVA A SOSTITUIRE ESSERE IN GRADO DI COMUNICARE CON UN SISTEMA CENTRALIZZATO DI RACCOLTA DATI INTERFACCIARSI DIRETTAMENTE CON I SEGNALI STANDARD PRESENTI NEGLI IMPIANTI A QUELLA MASSIMA RICHIEDENDO MODIFICHE E TEMPO DI ARRESTO MINIMI ESSERE COMPETITIVO IN TERMINI DI COSTO DI ACQUISTO ED INSTALLAZIONE AVERE UNA MEMORIA INTERNA ESPANDIBILE AD UN MINIMO DI 4000 ISTRUZIONI O DATI SPECIFICHE INIZIALI 14 STORIA DEL PLC ANNI 70 IL MOTIVO PRINCIPALE PER IL QUALE NACQUE L ESIGEN- ZA DEL PLC FU LA NECESSITÀ DI ELIMINARE I COSTI ELE- VATI PER RIMPIAZZARE I SISTEMI DI CONTROLLO COM- PLICATISSIMI BASATI SU RELÈ. LE ESIGENZE DI INNOVA- ZIONE ERANO TALI DA RICHIEDERE CONTINUE VARIA- ZIONI DELLO SCHEMA RELÈ CON GROSSI RISCHI DI ER- RORE AD OGNI VARIAZIONE BEDFORD ASSOCIATES PROPOSE UNA MACCHINA CHIA- MATA MODULAR DIGITAL CONTROLLER (MODICON) AI MAGGIORI PRODUTTORI DI AUTO. ALTRE COMPAGNIE PROPOSERO SCHEMI BASATI SU COMPUTER. IL MODICON 084 FU IL PRIMO PLC AD ESSERE COMMERCIALIZZATO E PRODOTTO IN LARGA SCALA. EVOLUZIONE DEI PLC 15

6 ANNI 70 STORIA DEL PLC LA PRIMA GENERAZIONE DI PLC ERA SOPRATTUTTO COSTITUITA DA SEQUENZIATORI RIPROGRAMMABILI (LOGICA REALIZZATA CON TECNOLOGIA ALLO STATO SOLIDO) MENTRE INIZIAVANO A COMPARIRE LE PRIME MACCHINE BASATE SU MICROPROCESSORE (SOLO PER PICCOLI SISTEMI) I MICROPROCESSORI DEL TIPO 8080 FURONO TRA QUELLI DI MAGGIOR SUCCESSO (PER PICCOLI PLC) E SONO ANCORA PRESENTI NEL MERCATO (ALLEN BRADLEY PLC- 3). L EVOLUZIONE DEI MICROPROCESSORI HA PERMESSO LA COSTRUZIONE DI PLC SEMPRE PIÙ GRANDI, FINO A SOSTITUIRE COMPLETAMENTE LA PRIMA GENERAZIONE EVOLUZIONE DEI PLC 16 STORIA DEL PLC ANNI 70 INNOVAZIONI: PER LA PRIMA VOLTA (1973) VENNE INCLUSA IN ALCUNI PLC LA CAPACITÀ DI COMUNICARE ATTRAVERSO BUS DEDICATI. QUESTA INNOVAZIONE CONSENTE DI COLLOCARE IL PLC IN UN PUNTO MOLTO DISTANTE DALLA MACCHINA CHE CONTROLLA AGGIUNTA DELLA POSSIBILITÀ DI USARE IL PLC PER SPEDIRE E RICEVERE SEGNALI ANALOGICI CONTINUI UN GRANDE PROBLEMA RIMASE LA STANDARDIZZAZIONE, CONGIUNTA ALLA CONTINUA VARIAZIONE DELLE TECNOLOGIE DI REALIZZAZIONE DEI PLC. NACQUERO MOLTISSIMI STANDARD, OGNUNO RELATIVO AD UN CERTO MARCHIO (O GRUPPO DI MARCHI) PROPRIETARI EVOLUZIONE DEI PLC 17 ANNI 80 STORIA DEL PLC IL PRIMO TENTATIVO DI DEFINIRE UNO STANDARD DI REALIZZA- ZIONE DEL PLC NACQUE DALLA GENERAL MOTORS, CHE FISSÒ IL PROTOCOLLO DI COMUNICAZIONE MAP (MANIFACTURING AUTOMATION PROTOCOL) NASCE LA PROGRAMMAZIONE SIMBOLICA DEI PLC REALIZZATA ATTRAVERSO PERSONAL COMPUTER (INVECE CHE ATTRAVERSO DEI TERMINALI DEDICATI) VIENE INTRODOTTO SUL MERCATO DI MINI E MICRO PLC CHE SONO MACCHINE DI BASSO COSTO, IN GRADO DI GESTIRE 8-10 I/O PER LA PICCOLA AUTOMAZIONE VENGONO PROPOSTI ANCORA NUOVI PROTOCOLLI E OGNI PRODUTTORE CONTINUA A VOLER IMPORRE IL PROPRIO STANDARD EVOLUZIONE DEI PLC 18

7 ANNI 90 STORIA DEL PLC GRADUALE RIDUZIONE NELL INTRODUZIONE DI NUOVI PROTOCOLLI E RAFFORZAMENTO DI QUELLI CHE HANNO RESISTITO AGLI ANNI 80 LO STANDARD IEC (COMITATO ELETTRICO INTERNAZIO- NALE) CERCA DI IMPORRE UN LINGUAGGIO DI PROGRAM- MAZIONE INTERNAZIONALE STANDARD BASATO SU UN INSIEME DI LINGUAGGI DI PROGRAMMAZIONE ATTUALMENTE MOLTI PLC SUPPORTANO PIÙ STANDARD: DIAGRAMMI A BLOCCHI FUNZIONALI (FUNCTION BLOCK DIAGRAMS) LISTA DI ISTRUZIONI TESTO STRUTTURATO IL PC INIZIZNO A SOSTITUIRE I PLC NELL AUTOMAZIONE INDUSTRIALE EVOLUZIONE DEI PLC 19 ANNI 90 STORIA DEL PLC NONSTANTE LE CAPACITÀ CRESCENTI DEI PC (ED I PREZZI DECRESCENTI) ALCUNE BARRIERE PERMANGONO ALLA SOSTITUZIONE COMPLETA DEI PLC DA PARTE DEI PC: I PC NON SONO NATI PER L AMBIENTE INDUSTRIALE (TEMPERA- TURE, ALIMENTAZIONI, VIBRAZIONI, CAMPI ELETTROMAGNETICI ECCESSIVI) L AUTOMAZIONE RICHIEDE L ESECUZIONE REAL-TIME DEL PROGRAMMA (I SISTEMI OPERATIVI PIÙ DIFFUSI ATTUALMENTE SONO MULTITASKING, TRANNE IL DOS E L OS9) CON TEMPI DI CICLO SPESSO TROPPO BREVI PER UN PC IL LINGUAGGIO USATO NEI PLC È MOLTO DIFFERENTE (TIPO L ASSEMBLER DEI PC), CON MOLTE ISTRUZIONI NATE PER SEMPLIFICARE L ESECUZIONE DEI PROGRAMMI IN TEMPO REALE EVOLUZIONE DEI PLC 20 PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER O PLC I PLC SONO DISPOSITIVI DI ELABORAZIONE DESTINATI A RIMPIAZZARE I CIRCUITI A RELÈ UTILIZZATI PER REALIZZARE L AUTOMAZIONE DI UN IMPIANTO I PLC SONO PRESENTI IN TUTTE LE FASI DELLA PRODUZIONE INDUSTRIALE, OVUNQUE SIA NECESSARIO UN CONTROLLO ELETTRICO DI UNA MACCHINA. ASPETTO ESTERNO DI UN PLC 21

8 COMPONENTI FONDAMENTALI DI UN PLC ARMADIO (CESTELLO O RACK) - CONTIENE GLI ALTRI MODULI - ASSICURA LA CONNESSIONE ELETTRICA ATTRAVERSO IL BUS SUL FONDO DEL RACK MODULO PROCESSORE - SCHEDA A MICROPROCESSORE - CONTROLLA E SUPERVISIONA TUTTE LE OPERAZIONI ESEGUITE ALL INTENO DEL SISTEMA ARCHITETTURA DI UN PLC 22 COMPONENTI FONDAMENTALI DI UN PLC ALIMENTATORE - ALIMENTAZIONE PER TUTTE LE SCHEDE PRESENTI NEL CESTELLO TERMINALE DI PROGRAMMAZIONE - QUALSIASI PERSONAL COMPUTER DOTATO DI SCHEDA PER LA COMUNICAZIONE SERIALE (RS232 / RS485) ARCHITETTURA DI UN PLC 23 COMPONENTI FONDAMENTALI DI UN PLC MODULI I/O - SCHEDE CHE PERMETTONO L INTERFACCIAMENTO DEL MODULO PROCESSORE CON IL MONDO ESTERNO COMPONENTI DI UN PLC 24

9 COMPONENTI FONDAMENTALI DI UN PLC MODULI I/O - SCHEDE CHE PERMETTONO L INTERFACCIAMENTO DEL MODULO PROCESSORE CON IL MONDO ESTERNO TERMINALE DI PROGRAMMAZIONE - QUALSIASI PERSONAL COMPUTER DOTATO DI SCHEDA PER LA COMUNICAZIONE SERIALE (RS232 / RS485) COMPONENTI DI UN PLC 25 ASPETTO ESTERNO DI ALCUNI PLC REALIZZAZIONE DI ALCUNI PLC 26 SCHEMA FUNZIONALE DELLA COMUNICAZIONE TRA IL CAMPO E IL PC DI ACQUISIZIONE PLC DISCLOCATO IN CAMPO CONVERTITORE RS485/232 PORTA SERIALE DEL PC DRIVES DI COMUNICAZIONE INDIRIZZO ASSOLUTO AREA INPUT OUTPUT INDIRIZZO RELATIVO DATA BASE VARIABILI SUPERVISIONE PARTE GESTITA DAL PC COMUNICAZIONE TRA PLC E PC 27

10 ESEMPIO DI PANNELLO OPERATORE PANNELLO OPERATORE 28 MODALITÀ DI FUNZIONAMENTO DELLA CPU DI UN PLC IL PROGRAMMA SCRITTO DALL UTENTE NEL PLC CONTIENE L ASSOCIAZIO- NE LOGICA TRA INGRESSI ED USCITE SOTTO LA FORMA DI SCHEMA UNIFILA- RE O DI PORTE LOGICHE. I PLC PERÒ NON DEVONO ESSERE IMMAGINATI COME DISPOSITIVI CHE NEL- LA MEMORIA COLLEGANO CON UNA LINEA VIRTUALE GLI INGRESSI CON LE USCITE. LA CPU, INFATTI, NON PUÒ FARE PIÙ COSE CONTEMPORANEAMENTE, COSÌ SI SFRUTTA LA SUA VELOCITÀ PER FAR APPARIRE CONTEMPORANEO UN PROCESSO CHE NELLA REALTÀ È SEQUENZIALE. QUANDO LA CPU VIENE COMMUTATA DAL MODO PROGRAMMAZIONE AL MODO RUN (CIOÈ ESECUTIVO), ESSA INIZIA AD ESEGUIRE LE SEGUENTI OPERAZIONI COMUNICAZIONE TRA PLC E PC 29 EVOLUZIONE STORICA IL PLC È NATO PER SOSTITUIRE SISTEMI DI AUTOMAZIONE REALIZZATI CON LOGICHE CABLATE A RELÈ ESEMPIO: COMANDO MOTORE CONSENSO PROSSIMITÀ IN MOTORE ON INDICATORE ON OUT EVOLUZIONE STORICA 30

11 EVOLUZIONE STORICA SCHEMA DI AUTOMAZIONE A RELÈ C R1 P R2 AND M R1 R2 I R2 V+ V- C P M I EVOLUZIONE STORICA 31 EVOLUZIONE STORICA FUNZIONI LOGICHE CON CONTATTI (RELÈ) FUNZIONE OR FUNZIONE AND V+ V- FORMA CANONICA SP EVOLUZIONE STORICA 32 QUADRI A RELÈ CON I QUADRI A RELÈ LA FUNZIONE CHE SI VUOLE REALIZZARE È DEFINITA RIGIDAMENTE DAL TIPO DI CONTATTO DI RELÈ CHE SI UTILIZZA (NORMALMENTE APERTO O NORMALMENTE CHIUSO) E DAI SUOI COLLEGAMENTI OGNI MODIFICA DEL CONTROLLO COMPORTA QUINDI MODIFICHE AL CABLAGGIO O UN ADEGUAMENTO DEI RELÈ UN MODESTO VANTAGGIO DELLA SOLUZIONE A RELÈ CONSISTE NEL FATTO CHE, TRATTANDOSI DI UN COMPONENTE DI POTENZA, ESSO PERMETTE L'INTERFACCIAMENTO DIRETTO DEL CONTROLLO CON IL CAMPO IL RELÈ È UN OGGETTO INGOMBRANTE E POCO AFFIDABILE (È COMUNQUE UN DISPOSITIVO MECCANICO E QUINDI SOGGETTO AD USURA) QUADRI A RELÈ 33

12 QUADRI A RELÈ FASE E10. NEUTRO R0 E11 R1 E12 R2 R0 R1 A4.0 A4.1 R2 A4.2 R1 QUADRI A RELÈ 34 REALIZZAZIONE CON PORTE LOGICHE UNA QUALSIASI RETE LOGICA COMBINATORIA O SEQUENZIALE PUÒ ESSERE REALIZZATA CON SOLI AND, OR, NOT ED ELEMENTI DI RITARDO ALLO STATO ATTUALE DELLA TECNOLOGIA SI POSSONO REALIZZARE RETI LOGICHE CABLATE IN MODO RIGIDO (SCHEDE CON COMPONENTI DISCRETI O REALIZZAZIONI MEDIANTE CIRCUITI INTEGRATI "CUSTOM" O "SEMI-CUSTOM") OPPURE CABLATE IN MODO FLESSIBILE MEDIANTE L'USO DI ARRAY LOGICI PROGRAM- MABILI DALL'UTENTE REALIZZAZIONE CON PORTE LOGICHE 35 P L C PER SIMULARE IL COMPORTAMENTO INGRESSO/USCITA DI UNA RETE LOGICA CABLATA, OCCORREREBBE UN PROCESSORE VELOCISSIMO, PER COMPENSARE I LIMITI DI UNA ESECUZIONE IN SERIE (ISTRUZIONE DOPO ISTRUZIONE) DI CIÒ CHE LA RETE LOGICA ANALOGICA ESEGUE IN PARALLELO IN REALTÀ È NOTO CHE UNA ESECUZIONE A TEMPO DISCRETO È SEMPRE POSSIBILE PURCHÉ EFFETTUATA A FREQUENZA SUFFICIENTEMENTE PIÙ ELEVATA DELLA DINAMICA PROPRIA DEL PROCESSO DA CONTROLLARE È QUINDI UTILIZZABILE UN CALCOLATORE,DIMENSIONATO IN RELAZIONE ALLA COMPLESSITÀ DEL CONTROLLO ED ALLA DINAMICA DEL PROCESSO DA CONTROLLARE DALLE RETI LOGICHE AI PLC 36

13 DEFINIZIONI DI CONTROLLORI LOGICI UN CONTROLLORE LOGICO PUÒ ESSERE: STATICO: LE EQUAZIONI SONO DI TIPO COMBINATORIO (LE USCITE DEL SISTEMA DIPENDONO SOLO DAGLI INGRESSI PRESENTI NELLO STESSO ISTANTE) DINAMICO: LE EQUAZIONI SONO DI TIPO SEQUENZIALE (LE USCITE DIPENDONO DAGLI INGRESSI ATTUALI E DA QUELLI PRECEDENTI) CABLATO: LO SCHEMA DI CONTROLLO È DEFINITO DALL'INSIEME DEI DISPOSITIVI (RELÈ, PORTE LOGICHE,...) E DALLE LORO INTERCONNESSIONI PROGRAMMABILE: LO SCHEMA DI CONTROLLO È DEFINITO TRAMITE UN PROGRAMMA MEMORIZZATO CONTROLLORI LOGICI 37 SCHEMA FUNZIONALE DI UN PLC INPUT C P U OUTPUT ARCHITETTURA CLASSICA EPROM ROM RAM DIFFERENZE CON SISTEMA A µp REALIZZAZIONE DELLE PARTI PARALLELISMO E STRUTTURA INTERNA LINGUAGGIO NATURALE E SISTEMA OPERATIVO LINGUAGGIO NATURALE E SISTEMA OPERATIVO SCHEMA FUNZIONALE DI UN PLC 38 GESTIONE DEGLI I/O: CARATTERISTICHE PECULIARI COMPLETAMENTE AUTOMATICA AFFIDATA AL SISTEMA OPERATIVO DELLA MACCHINA ALL'INIZIO DEL CICLO DI ESECUZIONE DEL PROGRAMMA IL SISTEMA OPERATIVO LEGGE GLI INGRESSI E LI CARICA IN UNA SPECIFICA SEZIONE DI MEMORIA IL PROCESSORE AVRÀ UN'IMMAGINE DEL PROCESSO IN QUEL MOMENTO ACQUISIZIONE SINCRONA DEL PROCESSO SCANSIONE CICLICA DEL PROGRAMMA IN FUNZIONE DEL VALORE DEGLI INGRESSI VIENE CALCOLATO IL VALORE DELLE USCITE CHE VIENE DEPOSITATO IN UN AREA DI MEMORIA FINCHÉ LA SCANSIONE DI TUTTI GLI INGRESSI NON È STATA EFFETTUATA CARATTERISTICHE DEI PLC 39

14 ELABORAZIONE PARALLELA INGRESSI COPIA DEGLI INGRESSI 1) LETTURA DEGLI INGRESSI 2) ELABORAZIONE DEGLI INGRESSI E GENERAZIONE DELLE USCITE 3) ATTUAZIONE DELLE USCITE IN ELABORAZIONE OUT USCITE COPIA DELLE USCITE CARATTERISTICHE DEI PLC 40 CPU 1-BIT I PRIMI PLC AVEVANO UN SET DI ISTRUZIONI MOLTO RIDOTTO (AND, OR, NOT, IN, OUT) PER CONSENTIRE L ESECUZIONE DI OGNI ISTRU- ZIONE IN UN SOLO CICLO CON QUESTE ISTRUZIONI È POSSIBILE IMPLEMENTARE QUALSIASI LOGICA COMBINATORIA O SEQUENZIALE GIÀ NELLE PRIME VERSIONI ERANO PRESENTI LE ISTRUZIONI SET E RESET IL NUMERO DELLE ISTRUZIONI IMPLEMENTABILE ERA LIMITATO E IL TEMPO DI ESECUZIONE DEL PROGRAMMA ERA LA SOMMA DEL TEMPO DI ESECUZIONE DI OGNI SINGOLA CELLA (OCCUPATA O NON) GRANDE EFFICIENZA DI ESECUZIONE ED ELEVATE PRESTAZIONI SCARSA FLESSIBILITÀ ALCUNI PLC USANO LA TECNOLOGIA 1 BIT PER OTTENERE MIGLIORI PRESTAZIONI CARATTERISTICHE DEI PLC 41 CPU MULTI-BIT LA NECESSITÀ DI NUOVE MACRO ISTRUZIONI HA SPINTO ALL UTILIZZAZIONE DI CPU MULTI-BIT POSSIBILITÀ DI INCLUDERE FUNZIONI DI CONTATORE, SHIFT REGISTER E TIMER. CON LA PRESENZA DI QUESTE FUNZIONI NON È PIÙ NECESSARIO AVERE SOLO FUNZIONI MONOCICLO. IL TEMPO DI ESECUZIONE DI UN PROGRAMMA NON È PIÙ LEGATO AL NUMERO DI CELLE PRESENTI NELLA MEMORIA DEL PROGRAMMA. NASCONO LE ISTRUZIONI PER MODIFICARE IL FLUSSO DI ESECUZIONE DEL PROGRAMMA JP, JPZ. CON LA DIFFUSIONE DI µp PER PLC SEMPRE PIÙ POTENTI SONO STATE RESE DISPONIBILI ISTRUZIONI ARITMETICHE E DI CONFRONTO PER VARIABILI NON BOOLEANE, RENDENDO POSSIBILE PER IL PLC LA REGOLAZIONE DI UN PROCESSO (OLTRE ALLA NORMALE COORDINAZIONE PER LA QUALE SONO NATI). NECESSITA L USO DI UN INTERPRETE (O DI UN COMPILATORE). CARATTERISTICHE DEI PLC 42

15 CPU MULTI-BIT CPU MULTI BIT LA NECESSITÀ DI NUOVE MACRO ISTRUZIONI HA SPINTO ALL UTILIZ- ZAZIONE DI CPU MULTI-BIT INIZIA LA PROGRAMMAZIONE STRUTTURATA ANCHE PER I PLC USO DELLE SUBROUTINE (BLOCCO FUNZIONALE CHE REALIZZA UNA FUNZIONE LOGICA E CHE PUÒ ESSERE RICHIAMATO OVUNQUE NEL PROGRAMMA) USO DEL LINGUAGGIO SIMBOLICO AL POSTO DI QUELLO ASSOLUTO (NECESSARIO PER LA PARAMETRIZZAZIONE DELLE SUBROUTINE) L ALLARGAMENTO DEL SET DI ISTRUZIONI HA COSTRETTO I PRODUT- TORI DI PLC AD USARE UNA METODOLOGIA MULTIPROCESSORE OGNI PROCESSORE INTRODOTTO È SPECIALIZZATO VERSO LA RISO- LUZIONE DI DETERMINATI PROBLEMI (PROCESSORE LOGICO, PRO- CESSORE ARITMETICO, PROCESSORE PER LA COMUNICAZIONE, ETC.) CARATTERISTICHE DEI PLC 43 SEZIONE DI INGRESSO/USCITA ELEMENTI PER UN EFFICACE INTERFACCIAMENTO CON IL PROCESSO STADIO DI ISOLAMENTO GALVANICO (IL PIÙ DELICATO DEL SISTEMA), REALIZZATO AD ESEMPIO CON OPTOISOLATORI UTILIZZO DI CONTATTI A VITE PER VELOCIZZARE LE PROCE- DURE DI INSTALLAZIONE VISUALIZZAZIONE DELLO STATO PER IL DEBUG VISUALE DEL PROCESSO INTERFACCIAMENTO CON SENSORI DC V AC V PER I SEGNALI IN ALTERNATA OCCORRE UNO STADIO DI RETTIFICAZIONE E DI LIVELLAMENTO, CHE SI PUÒ OTTENERE PER MEZZO DI UN PONTE A DIODI SEGUITO DA UN FILTRO LO STADIO FINALE DEVE ESSERE REALIZZATO CON DISPOSITIVI DI POTENZA (TRIAC, RELÈ, TRANSISTORI CARATTERISTICHE DEI PLC 44 SEZIONE DI INGRESSO/USCITA DISPONIBILITÀ DI SCHEDE I/O SPECIALIZZATE REGOLATORE STANDARD PID SCHEDA PER IL CONTEGGIO VELOCE (LETTURA DELL USCITA DI UN ENCODER) LETTURA E CONTROLLO DELLA TEMPERATURA LETTURA DEGLI ESTENSIMETRI SCHEDE PER IL CONTROLLO ASSI LA QUALITÀ DEL CONTROLLO DI UN MOTORE DETERMINA LA QUALITÀ DELLA LAVORAZIONE. GLI ALGORITMI DA IMPLEMENTARE PER REALIZZARE UN BUON CONTROLLO SONO MOLTO SOFISTICATI E DEVONO ESSERE ESEGUITI AD ELEVATO CAMPIONAMENTO CARATTERISTICHE DEI PLC 45

16 SEZIONE DI INGRESSO/USCITA ESEMPIO DI SCHEMA DI CIRCUITO DI OPTOISOLAMENTO IN INGRESSO AL P L C R V+ R R R + V - R R SEGNALE INDICATORE R INDICATORE - SEZIONE INGRESSO / USCITA 46 MEMORIA DEL P L C AREA PER LA MEMORIZZAZIONE PERMANENTE DEI PROGRAMMI DEL SISTEMA OPERATIVO AREA DEL SISTEMA OPERATIVO (ROM) AREA DI LAVORO DEL SISTEMA OPERATIVO (RAM) AREA PER LA MEMORIZZAZIONE DI DATI INTERMEDI DA PARTE DEI PROGRAMMI DEL SISTEMA OPERATIVO ORGANIZZAZIONE DELLA MEMORIA 47 MEMORIA DEL P L C AREA NELLA QUALE VENGONO MEMORIZZATI I VALORI RILEVATI PER GLI INGRESSI E I VALORI DA ASSEGNARE ALLE USCITE AREA DEL SISTEMA OPERATIVO (ROM) AREA DI LAVORO DEL SISTEMA OPERATIVO (RAM) AREA DI I/O (RAM) AREA PER LA MEMORIZZAZIONE DEL PROGRAMMA DA ESEGUIRE DURANTE LA FASE DI CONTROLLO AREA PROGRAMMI UTENTE (RAM) [PROM PER IL PROGRAMMA FINALE] ORGANIZZAZIONE DELLA MEMORIA 48

17 MEMORIA DEL P L C AREA PER LA MEMORIZZAZIONE DEL VALORE DELLE VARIABILI TEMPORANEE DEL PROGRAMMA UTENTE AREA PER L ACCESSO DI FUNZIONI DI SISTEMA DEFINIBILI DALL UTENTE (TIMER, CONTATORI,...) AREA DEL SISTEMA OPERATIVO (ROM) AREA DI LAVORO DEL SISTEMA OPERATIVO (RAM) AREA DI I/O (RAM) AREA PROGRAMMI UTENTE (RAM) [PROM PER IL PROGRAMMA FINALE] AREA DATI UTENTE (RAM) AREA FUNZIONI DI SISTEMA (RAM) ORGANIZZAZIONE DELLA MEMORIA 49 PROCEDURE DI CONTROLLO INTERNO DELLA C U P ESECUZIONE DEL PROGRAMMA CONTROLLO DEL TEMPO DI SCANSIONE AGGIORNAMENTO DELLE UNITÀ INPUT/OUTPUT GESTIONE DELLA COMUNICAZIONE E DELLE PERIFERICHE MODALITÀ DI ESECUZIONE DI UN PROGRAMMA 50 MODALITÀ DI ESECUZIONE DI UN PROGRAMMA RETE AGGIOR- NAMENTO USCITE TEMPO DI ATTESA LETTURA INGRESSI ESECUZIONE PROGRAMMA MODALITÀ CICLICA TEMPO DI SCANSIONE INTERVALLO DI TEMPO NECESSARIO PER ESEGUIRE UN CICLO DEL PROGRAMMA IN SEQUENZA LETTURA INGRESSI ESECUZIONE PROGRAMMA TEMPO DI ATTESA AGGIORNAMENTO USCITE GESTIONE DELLA RETE MODALITÀ DI ESECUZIONE DI UN PROGRAMMA 51

18 SOFTWARE P L C SECONDO LE NORME IEC LINGUAGGI GRAFICI LD - LADDER DIAGRAM FBD - FUNCTION BLOCH DIAGRAM SCF - SEQUENTIAL FUNCTION CHART LINGUAGGI TESTUALI ST - STRUCTURATED TEXT IL - INSTRUCTION LIST LINGUAGGIO ELEMENTARE DI PROGRAMMAZIONE 52 FILOSOFIA ORIGINARIA LINGUAGGIO NATURALE PER TECNICI ESPERTI ORIENTATO ALLA SPECIFICA APPLICAZIONE ESPRIMIBILE IN TERMINI DI RELÈ O PORTE LOGICHE SCELTO IN MODO DA DETERMINARE IL SUCCESSO DEI PLC IN QUANTO LA CONVERSIONE DEGLI SCHEMI A RELÈ SI PRESENTA MOLTO SEMPLIFICATA ED IMMEDIATA FASE NEUTRO E1.0 R0 E1.1 R1 R0 R1 A4.0 SCELTO IN MODO DA ELIMINARE L INTERMEDIAZIONE DELL ESPERTO INFORMATICO LINGUAGGIO ELEMENTARE DI PROGRAMMAZIONE 53 LINGUAGGIO LADDER LINGUAGGIO NATURALE PER TECNICI ESPERTI LE DUE BARRE LATERALI RAPPRESENTANO L'ALIMENTAZIONE ED I GRADINI DELLA SCALA RAPPRESENTANO UNA EQUAZIONE LOGICA FASE NEUTRO E1.0 R0 I PRIMI DUE GRADINI DELLA FIGURA REA- LIZZANO LA SEZIONE DI ACQUISIZIONE DEI SEGNALI IN INGRESSO SUI RELÈ R0, R1 E1.1 R1 R0 R1 A4.0 IL TERZO GRADINO REALIZZA L'EQUAZIONE LOGICA DI COMANDO DI UNA SPECIFICA USCITA (IN QUESTO CASO L AND) LINGUAGGIO LADDER 54

19 QUADRI A RELÈ FASE E10. NEUTRO R0 E11 R1 E12 R2 R0 R1 A4.0 A4.1 R2 A4.2 R1 QUADRI A RELÈ 55 SIMBOLOGIA E SIGNIFICATO FISICO DEI COMPONENTI INTERRUTTORI: CORRISPONDONO ALL INGRESSO DEL SISTEMA BOBINA: CIRCUITO DI INGRESSO DEI RELÈ FASE E1.0 R0 NEUTRO CIRCUITO DI USCITA OUT 4.0 RELÈ R0 AC RELÈ R1 E1.1 R1 R0 R1 A4.0 CIRCUITO DI INGRESSO IN 1.0 DC DC IN 1.1 ESEMPIO DI UN QUADRO A RELÈ 56 SIMBOLOGIA E SIGNIFICATO FISICO DEI COMPONENTI CONTATTO: CIRCUITO DI USCITA DEI RELÈ ATTIVAZIONE: CORRISPONDE ALL USCITA DEL SISTEMA FASE E1.0 R0 E1.1 R1 R0 R1 A4.0 NEUTRO CIRCUITO DI USCITA CIRCUITO DI INGRESSO OUT 4.0 RELÈ R0 IN 1.0 DC AC RELÈ R1 IN 1.1 DC ESEMPIO DI UN QUADRO A RELÈ 57

20 SIMBOLOGIA E SIGNIFICATO FISICO DEI COMPONENTI CIRCUITO DI USCITA OUT A4.0 RELÈ R0 AC RELÈ R1 SISTEMA COSTITUITO DA LAMPADA (A4.0) CIRCUITO DI INGRESSO 2 INGRESSI INTERRUTTORE (IN1.0) INTERRUTTORE (IN1.1) 1 USCITA IN 1.0 DC DC IN 1.1 SIGNIFICATO FISICO DEI COMPONENTI 58 SIMBOLOGIA E SIGNIFICATO FISICO DEI COMPONENTI FASE E1.0 R0 NEUTRO E1.1 R1 R0 R1 A4.0 SISTEMA COSTITUITO DA 2 INGRESSI INTERRUTTORE (IN1.0) INTERRUTTORE (IN1.1) 1 USCITA LAMPADA (A4.0) SIGNIFICATI FISICO DEI COMPONENTI 59 ESEMPIO SISTEMA COSTITUITO DA 3 SENSORI LOGICI FINE CORSA (E1.0) PROXIMITY (E1.1) CONSENSO (E1.2) 2 ATTUATORI MOTORE (A4.0) TELERUTTORE (A4.2) 1 INDICATORE FASE NEUTRO E1.0 R0 E1.1 R1 E1.2 R2 R0 R1 A4.0 A4.1 R2 A4.2 R1 LAMPADA (A4.12) ESEMPIO 60

21 LINGUAGGIO LADDER ESEMPIO DI LOGICA DI COMANDO RICHIESTA: IL MOTORE E LA CORRISPON- DENTE LAMPADA DI INDICAZIONE SIANO COMANDATI SE IL SENSORE DI PROSSIMITÀ E QUELLO DI CONSENSO SONO ENTRAMBI ATTIVI (CONTATTI CHIUSI) IL TELERUTTORE 4.0 SIA COMANDATO SE IL SENSORE DI FINE CORSA E' ATTIVO OPPURE IL SENSORE DI PROSSIMITÀ NON E' ATTIVO FASE E1.0 R0 E1.1 R1 E1.2 R2 R0 R1 A4.0 NEUTRO A4.1 R2 A4.2 ESEMPIO IN LADDER 61 R1 SCHEMA LADDER/KOP EQUIVALENTE FASE E1.0 R0 NEUTRO NON VIENE VISUALIZZATO IL CIR- CUITO DI INGRESSO CHE, PER LA STANDARDIZZAZIONE INTRODOTTA DAI PLC, È TRASPARENTE DAL PUNTO DI VISTA DEL PROGRAM- MATORE VIENE MODIFICATA SOLO IN PARTE LA SIMBOLOGIA PER RENDERLA PIÙ COMPATIBILE ALLE POSSIBI- LITÀ RAPPRESENTATIVE DEI PRIMI TERMINALI E1.1 R1 E1.2 R2 R0 R1 A4.0 A4.1 R2 A4.2 R1 ESEMPIO IN LADDER/KOP 62 SCHEMA LADDER/KOP EQUIVALENTE I PRIMI PLC ERANO PROGRAMMABILI ATTRAVERSO UNA INTERFACCIA CHE RIPRODUCEVA LA STRUTTURA DEL DIAGRAMMA, UN "GRADINO (RUNG) ALLA VOLTA FASE R0 R1 A4.0 NEUTRO A4.1 R2 A4.2 L'INTERFACCIA OPERATORE CONTENEVA UN INTERPRETE CHE TRADUCEVA GLI SCHEMI GRAFICI R1 A SCALA IN ISTRUZIONI, CON UNA CORRISPONDENZA UNO A UNO TRA I SIMBOLI GRAFICI (CONTATTI, INGRESSI, USCITE, ECC.) E LE ISTRUZIONI. ESEMPIO IN LADDER/KOP 63

22 LADDER DIAGRAM (KOP) FUNCTIONAL BLOCK (FUP) E1.0 E1.1 A4.0 ( ) AND 1 E1.0 E1.1 & A4.0 1 OR E1.2 A4.1 ( ) 2 E1.1 E1.2 1 A4.1 2 E1.1 V+ V- CONFRONTO FRA LADDER/KOP E FUNCTIONAL BLOK FUP 64 SFC - SEQUENTIAL FUNCTION CHART METODO PER RAPPRESENTARE GLI ELEMENTI CHIAVE DI UNA PROCE- DURA SEQUENZIALE, OSSIA LE CONDIZIONI PER PASSARE DA UNO STATO AD UN ALTRO E GLI EFFETTI (USCITE FISICHE) PRESENTI MENTRE SI TROVA IN UNO STATO PARTICOLARE INITIAL TRUE PERMANENT COUNTING NOTHING SIN_TEST RUN_SIN_TE NSIN_TEST RUN_WALK WALH_LIGHT NWALH_LIGHT NOTHING2 TRUE CONFRONTO FRA LADDER/KOP E FUNCTIONAL BLOK FUP 65 LINGUAGGIO SIEMENS STEP5 BOOLEAN LANGUAGE (AWL) STRUTTURA DEL PROGRAMMA U E 1.0 UN E 1.1 = A 4.0 ON E 1.2 O E 1.1 = A 4.1 LE ISTRUZIONI LOGICHE NON HANNO ALCUN EFFETTO SULLE USCITE: AGISCONO COME CONDIZIONI SULLE ISTRUZIONI DI ESECUZIONE SINTASSI ISTRUZIONI LOGICHE 1 ISTRUZIONI DI ESECUZIONE ISTRUZIONI LOGICHE 2 ISTRUZIONI DI ESECUZIONE CODICE OPERATIVO TIPO DI VARIABILE INDIRIZZO FISICO U E 1.0 UN E 1.1 = A 4.0 LINGUAGGIO SIEMENS 66

23 LINGUAGGIO SIEMENS STEP5 AMBIENTE DI PROGRAMMAZIONE UTILIZZATO DALLA SIEMENS NEI PLC DELLA SERIE UNIVERSALE S5XXXU (DOVE XXX = 100, 101, 115, 135, 150 L'AMBIENTE DI PROGRAMMAZIONE STEP5 METTE A DISPOSIZIONE DEL PROGRAMMATORE DIVERSE INTERFACCE DI PROGRAMMAZIO- NE DENOMINATE AWL CHE CORRISPONDE ALLA PROGRAMMAZIONE CON LISTA DI ISTRUZIONI FUP CHE CORRISPONDE ALLA PROGRAMMAZIONE MEDIANTE SCHEMA LOGICO KOP CHE CORRISPONDE ALLA PROGRAMMAZIONE MEDIANTE SCHEMA A CONTATTI LINGUAGGIO SIEMENS 67 LINGUAGGIO SIEMENS STEP5 LE ISTRUZIONI ISTRUZIONI FONDAMENTALI ISTRUZIONI COMPLEMENTARI ISTRUZIONI DI SISTEMA CAMPO DI IMPIEGO IN TUTTI I BLOCCHI SOLO NEI BLOCCHI FUNZIONALI SOLO NEI BLOCCHI FUNZIONALI TIPO DI RAPPRESENTAZIONE AWL FUP OP AWL AWL PARTICOLARITÀ PER UTENTI ESPERTI DEL SISTEMA LINGUAGGIO SIEMENS 68