PLC Programmable Logic Controller

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1 PLC Programmable Logic Controller Sistema elettronico, a funzionamento digitale, destinato all uso in ambito industriale, che utilizza una memoria programmabile per l archiviazione 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 e uscite sia digitali che analogici, vari tipi di macchine e processi.

2 Logica cablata e programmabile Il PLC è nato per superare i limiti dei quadri a relè nella realizzazione delle macchine sequenziali. La logica cablata, scarsamente flessibile, richiede infatti interventi al quadro elettrico (interventi sull hardware)quando si rende necessario apportare variazioni al progetto del ciclo di lavorazione. Con la logica programmabile le suddette modifiche si effettuano tramite la riscrittura delle corrispondenti righe del programma utente (interventi sul software), meno oneroso sia in termini di costo che di tempo.

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6 Classificazione dei PLC

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8 Dispositivo di montaggio fissato all interno del quadro elettrico sul quale si possono installare componenti dotati dell opportuno meccanismo di aggancio

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14 Struttura del PLC Il PLC è un dispositivo a microprocessore, con una architettura interna molto simile a quella di un microcomputer, la cui caratteristica principale, dal punto di vista costruttivo, è la robustezza necessaria per resistere alle sollecitazioni tipiche di una collocazione in ambito industriale. Montato all interno di quadri elettrici, esso opera in ambienti che presentano temperature elevate, spesso umidi e polverosi.

15 L alimentatore Viene impiegato per convertire la tensione di rete, che di solito è 230 V in corrente alternata (50 hz), in una tensione continua e stabilizzata. Generalmente per il funzionamento di un PLC è necessaria una tensione continua di +5 V Può essere interno o esterno al PLC.

16 Un alimentatore in c.c. adatto per alimentare circuiti elettronici è costituito da: TRASFORMATORE: provvede alla riduzione del valore della tensione di rete allo scopo di ottenere un valore adatto all utilizzo nel circuito raddrizzatore; RADDRIZZATORE: costituito da un ponte a diodi (ponte di Graetz), ha il compito di capolvolgere le semionde negative della corrente alternata; FILTRO: sfrutta la capacità del condensatore per livellare i picchi di tensione e fornire in uscita un valore abbastanza livellato; STABILIZZATORE: serve a mantenere costante la tensione in uscita anche in prsenza di tensioni non perfettamente continue in ingresso.

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18 Dal punto di vista hardware il PLC è una unità di controllo con architettura a bus, costituita dalle seguenti unità: 1. Unità centrale: coordina e controlla tutte le operazioni eseguite dal sistema 2. Unità ingressi/uscite (I/O): consente il collegamento tra il microprocessore e il sistema controllore 3. Unità di programmazione: permette di programmare il PLC

19 L unità centrale

20 Le memorie

21 MEMORIA DI SISTEMA (Dati): contiene le aree di memoria che la CPU mette a disposizione del programma utente AREA DATI Area di memoria degli ingressi: Immagine di Processo degli Ingressi RAM Area di memoria delle uscite: Immagine di processo delle uscite RAM MEMORIA DEL PLC AREA PROGRAMMA SISTEMA OPERATIVO Sovrintende alle funzioni di base messe in opera all accensione della macchina ROM MEMORIA DI PROGRAMMA: Contiene il programma utente da quando viene trasferito al PLC EPROM o EEPROM MEMORIA DI LAVORO: contiene le parti del programma utente rilevanti per l esecuzione del programma RAM

22 La CPU La CPU (Central Processing Unit),è l unità centrale di elaborazione o processore. È il cuore del computer, costituito da un sottile cristallo di silicio ottenuto dal wafer. Su un processore (es. chip di 1 cm 2 ) vengono impressi diodi, transistor e circuiti. Il compito della CPU è quello di coordinare tutti i componenti del PLC e procedere all esecuzione del programma. Componenti principali: Unità di controllo CU, Control Unit (la mente) preleva dalla memoria le istruzioni e le decodifica. Sincronizza le attività e controlla il datapath (ALU), la memoria e le unità di I/O; Unità di calcolo (unità aritmetico-logica) ALU (il braccio) componente che esegue le operazioni aritmetiche prelevando i valori dai registri; Bus (canali) l'interconnessione dei componenti della CPU; Cache (memoria cache) memoria temporanea, non visibile al software, che memorizza un insieme di dati che possano successivamente essere velocemente recuperati su richiesta durante l esecuzione del programma; Registri unità di memorizzazione interne alla CPU atte a contenere solo ed esclusivamente dati elementari; Il registro di programma tiene in memoria il punto del programma che stiamo eseguendo, il registro indirizzi contiene la posizione delle istruzioni e il registro istruzioni permette la decodifica delle istruzioni del programma.

23 Unità di ingresso e di uscita digitali Le informazioni sullo stato dei sensori che giungono dal campo operativo vengono allocate nella zona di memoria dai in ingresso e costituiscono l immagine di processo degli ingressi. Le unità d ingresso operano sui segnali provenienti dai sensori dell impianto per renderli compatibili con la CPU Le azioni che vengono stabilite dalla CPU durante l elaborazione del programma, devono essere trasmesse agli attuatori. Le unità di uscita trattano i segnali emessi dalla CPU per inviarli ai dispositivi d azionamento degli attuatori

24 La scheda di ingresso digitale è il dispositivo che consente di trasferire la condizione di un sensore in uno stato 1 o 0 di una locazione di memoria (che lo rappresenta). Il segnale vero corrisponde allo stato logico 1 e si manifesta con la presenza di segnale (ingresso energizzato) Il segnale falso corrisponde allo stato logico 0 e si manifesta con l assenza di segnale (assenza di tensione all ingresso della scheda)

25 Lo stato, energizzato o no, viene trasmesso, attraverso un bus, alla zona delle memorie. Qui l informazione verrà prelevata per essere elaborata dalla CPU. Allo stesso modo ma con senso inverso, le azioni che vengono stabilite dalla CPU durante l elaborazione del programma, devono essere trasmesse agli attuatori. La scheda che trasmette lo stato logico delle uscite dall immagine di processo al campo prende il nome di scheda di uscita digitale.

26 Unità di ingresso e di uscita analogiche Le grandezze analogiche sono grandezze che variano con continuità entro un dato intervallo (range) Le unità di ingresso analogico permettono quindi il controllo di grandezze elettriche il cui valore può variare entro un intervallo. Le unità di uscita analogiche si utilizzano quando ad esempio si deve comandare una valvola proporzionale di pressione o di portata, o un segnale di riferimento per la posizione di un attuatore. Il PLC in tal caso dovrà generare un segnale analogico e che sia compreso nel range dell elemento pilotato.

27 Convertitori Visto che la CPU opera esclusivamente con grandezze di tipo digitale, occorre trasformare, nel caso di ingressi e uscite analogiche, i segnali da analogici a digitali e viceversa. Si utilizzano a tale scopo i convertitori: A/D converter: dispositivi elettronici in grado di convertire un segnale analogico in digitale D/A converter: dispositivi elettronici in grado di convertire un segnale digitale in analogico

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30 Multiplexer e Demultiplexer Solitamente si utilizza un solo A/D converter per diversi ingressi analofgici e un solo D/A converter per diverse uscite analogiche. Gli ingressi e le uscite vengono letti in successione grazie a dei dispositivi che prendono il nome rispettivamente di multiplexer e demultiplexer.

31 Multiplexer: commuta il convertitore A/D sui diversi ingressi in modo che possano essere letti uno per volta. La sua presenza si giustifica con il fatto che per ogni scheda sono presenti diversi ingressi e un solo convertitore Optoisolatore: componente elettronico che permette di trasferire un segnale tra due circuiti mantenendo l isolamento galvanico fra di essi

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33 Unità di programmazione L unità di programmazione, detta anche console, è l interfaccia che consente lo scambio di informazioni tra il campo, il PLC e l uomo. Garantisce: La scrittura del programma nella memoria del PLC La lettura del programma contenuto nel controllore Il caricamento dei dati La modifica (editing) e il controllo (test) del programma La ricerca di istruzioni del programma La compilazione del programma

34 Funzionamento del PLC

35 Elementi funzionali Ogni PLC possiede un certo numero di elementi funzionali, ciascuno dei quali viene chiamato dal programma ad eseguire uno specifico compito nell ambito del comando. Ognuno di tali elementi deve poter essere individuato con precisione. A tal scopo i costruttori assegnano, ad ognuno di essi, un codice di indirizzo o di identificazione.

36 Criteri di scelta