Dispositivi per il controllo

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1 Dispositivi per il controllo ordini di comando PARTE DI COMANDO PARTE DI POTENZA Controllori monolitici Controllori con architettura a bus Controllori basati su PC informazioni di ritorno PLC (Programmable Logic Controller) da logica cablata a logica programmabile

2 Definizione di PLC PLC definizioni (norma IEC 61131) Sistema elettronico a funzionamento digitale, destinato all uso in ambito industriale, che utilizza una memoria programmabile per l archiviazione interna di istruzioni orientate all utilizzatore per l implementazione di funzioni specifiche, come quelle logiche, di sequenziamento, di temporizzazione, di conteggio e di calcolo aritmetico, e per controllare, mediante ingressi ed uscite sia digitali che analogici, vari tipi di macchine e processi. Definizione di sistema basato su PLC Configurazione realizzata dall utilizzatore, formata da un controllore a logica programmabile e dalle periferiche associate, necessaria al sistema automatizzato previsto.

3 Elementi costituenti

4 Categorie Micro P.L.C.: fino a 64 punti di I/O di tipo digitale, memoria di 1 o 2KB. Piccoli P.L.C.: da 64 a 512 punti di I/O di tipo digitale ed analogico, memoria fino a 4KB, connessione in rete. Medi P.L.C.: da 512 a 2048 punti di I/O di tipo digitale ed analogico, memoria di decine di KB, connessione in rete e moduli speciali. Grandi P.L.C.: Massime caratteristiche di capacità e completezza sia per l HW che per il SW

5 Principio di funzionamento Progra am Scan Lettura degli ingressi Programma Aggiornamento delle Uscite Copia Ingressi in RAM Uso della RAM in accordo al programma Copia dalla RAM verso le Uscite Program Scan: tipicamente 2-3 ms per Kbyte di programma La CPU esegue ciclicamente la copia massiva degli ingressi e delle uscite

6 Limiti dovuti al funzionamento Limite sul periodo dei segnali di input: Teorema di Shannon se f è la frequenza di variazione, essa deve essere minore o uguale a 1/2 (durata del Program Scan) Esempio: se la durata del Program Scan è 40 ms, allora la massima frequenza del segnale di input può essere 1/0.08=12.5Hz

7 Limiti dovuti al funzionamento Tempo di risposta L input 1 non è rilevato fino allo scan 2. L input 2 non è rilevato fino allo scan 3. L input 3 non è mai rilevato. Per ovviare a questo genere di problemi un input deve rimenre alto per almeno 1 input processing time + 1 scan time Il massimo tempo di risposta è pari a 2 cicli di scansione - 1 input processing time

8 Modalità operative ESECUZIONE: vengono eseguiti i programmi utente; le uscite vengono aggiornate in base agli ingressi VALIDAZIONE: I programmi vengono eseguiti ma l aggiornamento delle uscite è disabilitato (modalità di verifica) PROGRAMMAZIONE: modalità utilizzata per caricare il codice nella memoria del PLC

9 Organizzazione della memoria Area del Sistema Operativo (ROM) Area di lavoro del Sistema Operativo (RAM) Area di Input/Output (RAM) Area dei programmi utente (RAM durante lo sviluppo, poi EPROM) Area dati utente (RAM)

10 Linguaggi di programmazione

11 Testo strutturato Linguaggio di programmazione più vicino ai linguaggi informatici, in particolar modo al Pascal.

12 Lista istruzioni Linguaggio di basso livello composto da sequenze di istruzioni, ciascuna su una riga diversa

13 Diagramma a blocchi funzionali Il diagramma a blocchi funzionali (Functional Block Diagram) è un linguaggio grafico che prevede la costruzione di reti di componenti in analogia a un circuito elettronico; il flusso di segnale scorre sempre da sinistra verso destra.

14 SFC (Sequential Functional Chart)

15 Ladder diagram (diagramma a scala) Basato su simboli di provenienza "elettrica": Si articola in linee verticali dette rung Ciascun rung può contenere contatti, coil, Function Block e Funzioni

16 Power Rail Ladder diagram - elementi di base - Linee Elettriche Orizzontali Connessioni ai Power Rail Contatto Normalmente Aperto Contatto Normalmente Chiuso Coil Negated Coil

17 Ladder

18 Ladder

19 PLC Keyence KV-40R

20 Lista dei relays

21 Special relays

22 Istruzioni più comuni

23

24

25

26 Fine programma

27 Subroutine

28 Subroutine

29 Interrupts

30 Interrupts

31 Interrupts

32 Interrupts

33 Interrupts

34 Interrupts

35 Interrupts

36 Interrupts con High Speed Counters

37 Programming notes

38 Programming notes

39 Bus di campo

40 Bus di campo Il bus di campo è un sistema di comunicazione digitale di tipo seriale tra dispostivi (nodi) di campo (sensori e attuatori, livello 1) oppure tra dispositivi di controllo automatico (PLC e DCS, livello 2) Non di deve confondere il BUS di CAMPO con la STRUTTURA di CONNESSIONE a BUS E errato identificare un sistema di automazione con il nome del bus di campo utilizzato così come indicare la rete di comunicazione con la denominazione del sistema di controllo E errato identificare un sistema BUS con il cavo di collegamento dei dispositivi

41 Vantaggi del bus di campo Costi cablaggi: dalla distribuzione nello spazio su diversi cavi alla distribuzione nel tempo su un unico cavo Modularità: espandibilità, riconfigurabilità, rapidità ed economicità nella riparazione guasti Efficienza: processore adatto alle funzioni da svolgere (specializzazione) nel luogo adatto a tali funzioni (distribuzione)

42 Protocolli di comunicazione Un PROTOCOLLO DI COMUNICAZIONE è un insieme di regole e comportamenti che due entità distinte debbono rispettare per scambiare informazioni tra loro. Lo scambio di informazioni è in generale un operazione che coinvolge più fasi intermedie (LIVELLI), ciascuna delle quali è regolata da proprie regole. ISO ha standardizzato un MODELLO DI RIFERIMENTO per lo sviluppo di protocolli orientati all INTERCONNESSIONE DI SISTEMI APERTI (Modello ISO-OSI International Standard Organisation Open SystemInterconnection)

43 Modello ISO/OSI (Open System Interconnection) Application Layer: Programmi applicativi standard per l utilizzo di rete Presentation Layer: Sintassi dell informazione da trasferire Session Layer: Instaurazione, gestione e chiusura di sessioni di scambio dati Transport Layer: Trasferimento dati affidabile e ottimizzazione delle risorse di rete Network Layer: Instradamento dei messaggi in reti complesse Instradamento gestione di congestione ROUTER Data link Layer: Sincronizzazione, controllo errori e flusso di dati da e per il canale di comunicazione Physical Layer: Trasmissione sequenze binarie sul canale di comunicazione

44 Modello ISO/OSI (Open System Interconnection)

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46 Topologia della rete