Il PLC. introduzione

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1 PC 1 PARTE 1

2 Il PC introduzione 2

3 OBIETTIVI Questo corso è dedicato a chi si affaccia al mondo del PC (Programmer ogic Controller) per la prima volta. Il nostro intento è quello di spiegare i rudimenti del controllore programmabile, partendo dalla nascita del PC, illustrando poi la struttura fisica e il concetto di funzionamento, per poi arrivare ai linguaggi di programmazione all'indirizzamento ed infine alla programmazione vera e propia. 3

4 a storia NEGI ANNI 70 BEDFORD ASSOCIATES PROPOSE UNA MACCHINA CHIAMATA MODUAR DIGITA CONTROER (MODICON) AI MAGGIORI PRODUTTORI DI AUTO. ATRE COMPAGNIE PROPOSERO SCHEMI BASATI SU COMPUTER. I MODICON FU I PRIMO PC AD ESSERE COMMERCIAIZZATO E PRODOTTO IN ARGA SCAA. I MOTIVO PRINCIPAE PER I QUAE NACQUE ESIGENZA DE PC FU A NECESSITÀ DI EIMINARE I COSTI EEVATI PER RIMPIAZZARE I SISTEMI DI CONTROO COMPICATISSIMI BASATI SU REÈ. E ESIGENZE DI INNOVAZIONE ERANO TAI DA RICHIEDERE CONTINUE VARIAZIONI DEO SCHEMA REÈ CON GROSSI RISCHI DI ERRORE AD OGNI VARIAZIONE. 4

5 P C Programmable ogic Controller in italiano significa Controllore a ogica Programmabile, è una apparecchiatura elettronica programmabile per il controllo di macchine e di processi industriali. Nasce come elemento sostitutivo della logica cablata e dei quadri di controllo a relè. Si qualifica in breve tempo come elemento insostituibile nell automazione di fabbrica. a caratteristica fondamentale che distingue il PC dalla logica cablata è la FESSIBIITA', ovvero la possibilità di variare in poco tempo la logica di funzionamento dell'impianto senza dover variare il cablaggio elettrico. o sviluppo di software di programmazione sempre più potenti ha fatto si che anche il debug ( la diagnostica) sia molto più semplice ed immediato. 5

6 I PC: NORME INTERNAZIONAI DEFINIZIONE DI PC (IEC 1131) 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 calcolo aritmetico, e per controllare, mediante ingressi ed uscite sia digitali che analogici, vari tipi di macchine e processi 6

7 QUANDO I PC E' INDISPENSABIE? In alcuni casi ormai il PC non è più una scelta, ma diventa una necessità, questo accade quando si devono costruire macchine o impianti che devono prevedere espansioni e modifiche nella logica di controllo, oppure quando sono richieste alcune funzioni speciali come le seguenti Connessioni a computer, terminali, stampanti, Elaborazioni matematiche Posizionamenti Regolazioni PID 7

8 STRUTTURA HARDWARE DI UN PC E PERIFERICHE S E N S O R I Ingressi Consensi HARDWARE Uscite Comandi A T T U A T O R I SOFTWARE PC 8

9 STRUTTURA INTERNA DI UN PC UNITA' DI PROGRAMMAZIONE PC MEMORIA PROGRAMMA CPU MEMORIA DATI 1 0 C A M AIMENTATORE UNITA' CENTRAE UNITA' I/O P O MEMORIA DI MASSA STAMPANTE SIMUATORE PERIFERICHE 9

10 PARTI COSTITUENTI /1 AIMENTATORE Provvede a fornire i corretti livelli di tensione per il funzionamento dei vari dispositivi elettronici Esistono diversi modelli, in funzione della tensione di rete: 110 Vac 230 Vac 24 Vdc CPU (CENTRA PROCESSING UNIT) È il cuore del PC, il microprocessore, ovvero il dispositivo che determina l'esecuzione del programma, dei calcoli e di tutte le elaborazioni logiche Interagisce con la Memoria, i moduli di di I/O e le periferiche. 10

11 PARTI COSTITUENTI /2a MEMORIA Esistono diversi dispositivi di memoria: RAM: (random access memory = memoria ad accesso casuale)è una memoria il cui accesso sia in lettura che in scrittura avviene in modo molto rapido, ma è di tipo volatile e necessita di una batteria tampone o di un condensatore per mantenere i dati in assenza di alimentazione. 11

12 PARTI COSTITUENTI /2b EPROM: (ERASABE PROGRAMMABE READ ONY MEMORY = memoria cancellabile e programmabile a sola lettura) è una memoria di tipo non volatile, ovvero mantiene i dati in assenza di tensione, ma per poter essere "scritta" richiede un particolare dispositivo (programmatore di EPROM). a cancellazione avviene tramite raggi ultravioletti irraggiati attraverso una finestrella trasparente posta sul dorso del chip. 12

13 PARTI COSTITUENTI /2c EEPROM (EECTRICAY ERASABE PROGRAMMABE READ ONY MEMORY) e FASH EPROM: a differenza delle EPROM possono essere programmate o cancellate direttamente del PC. 13

14 PARTI COSTITUENTI /3 MEMORIA DATI E' quella memoria dove vengono memorizzati i valori durante l'elaborazione del programma. l'accesso a questa memoria può avvenire per bit, byte, word o doppieword, ovvero si possono memorizzare valori on/off oppure valori numerici, o ascii. essendo richiesta un alta velocità di elaborazione, questa memoria non può che essere di tipo RAM 14

15 Categorie di PC In base ai punti di input-output gestibili ed alla capacità di memoria, i PC si suddividono nelle seguenti categorie: Micro-PC: fino a 64 punti di input-output digitali, memorie da 1 a 2 KB; Piccoli PC: da 64 a 512 punti di input-output digitali e/o analogici, memoria fino a 4 KB, connessione in rete; Medi PC: da 512 a 2048 punti di input-output digitali e/o analogici, memorie di decine di KB, connessione in rete e moduli speciali: Grandi PC: massime caratteristiche di capacità e completezza, sia hardware che software. 15

16 MODUI DI INGRESSO DIGITAE MODUI DI I/O SCHEDE DI INGRESSO DIGITAI Convertono lo stato dell'ingresso associato in uno stato logico ( 1-0 ) interpretabile dalla CPU Tipologie: NPN (logica negativa) PNP (logica positiva) (a seconda del PC) V c.c. Alimentazione fornita dal PC V c.c per conteggio veloce Moduli speciali (Contatori veloci,controlli analogici,ecc) NC NC

17 SCHEDE DI USCITA DIGITAI convertono gli stati logici presenti nella memoria dati di Output in segnali elettrici che commutano fisicamente il punto di uscita Tipologie: transistor carichi in C.C. (24 V) relè carichi in C.A. ( V) carichi in C.C. (5, 12, 24 V) 24 V c.c. 24 V c.c V c.c V c.c NC

18 MODUI SPECIAI Modulo Master AS-i Moduli di conteggio veloce Ingressi analogici (configurabili per sonde e termocoppie) Uscite analogiche Moduli di comunicazione Schede estensione memoria Moduli di backup Web Server TCP-IP 18

19 PERIFERICHE Permettono il "colloquio" tra l'operatore ed il PC Console di programmazione o PC Pannello operatore Sistema di supervisione o SCADA (etteralmente: System Control And Data Acquisition Sistema computerizzato per il controllo industriale di attrezzature di diverso tipo e la registrazione dei relativi dati.) 19

20 CICO DI SCANSIONE (ciclo di funzionamento del PC) 20

21 ciclo di scansione Da questo diagramma di flusso possiamo vedere e sopratutto capire come funziona come ragiona un PC una cosa scontata ma fondamentale è che il plc esegue il ciclo di scansione solo quando il suo modo di funzionamento è su RUN o su PROGRAM, mai quando è su STOP. questi stati, a seconda del plc, sono selezionati da un selettore fisico posto sulò plc o da un comando impartito tramite il computer direttamente collegato al PC per la programmazione. 21

22 lettura degli ingressi la prima operazione che compie è la lettura degli ingressi, e con questo intendiamo propio tutti, digitali, analogici, on board o su bus di campo (su schede remotate ovvero collegate al plc tramite una rete di comunicazione). Dopo aver letto tutti gli ingressi, il loro stato viene memorizzato in una memoria definita: REGISTRO IMMAGINE DEGI INGRESSI. 22

23 AGGIORNAMENTO DEE USCITE A questo punto viene elaborato il programma. e istruzioni di comando vengono elaborate in Sequenza dalla cpu. Al termine dell'elaborazione, il risultato viene memorizzato nel REGISTRO IMMAGINE DEE USCITE. in fine, il contenuto dell'immagine delle uscite viene scritto sulle uscite fisiche ovvero le uscite vengono attivate( contemporaneamente) 23

24 TEMPO DI CICO watchdog Poichè l'elaborazione delle istruzioni si ripete continuamente, si parla di elaborazione ciclica, Il tempo che il controllore impiega per una singola elaborazione delle istruzioni del programma, è denominato tempo di ciclo. Quest'ultimo è costantemente controllato da un apposito sistema definito watchdog, che al superamento del tempo massimo preimpostato causa un allarme che pone il plc nello stato di STOP. 24

25 A SCANSIONE DE PC 25

26 A SCANSIONE DE PC Comunicazione AGGIOR- NAMENTO USCITE RETE ETTURA INGRESSI Auto diagnosi TEMPO DI ATTESA ESECUZIONE PROGRAMMA 26

27 EEMENTI FUNZIONAI DE PC MAGAZZINO FUNZIONI Ingressi esterni (Contatti) INGRESSI Uscite esterne (Bobine) Uscite interne ritentive (Relè) Uscite interne non ritentive (Relè) P C PROGRAMMA UTENTE RICHIESTA FUNZIONE Uscite di controllo speciali (Relè) Contatori Temporizzatori USCITE Registri a scorrimento Sequenziatori logici Fig Il "magazzino funzioni" del PC Operatori matematico/logici Altre varie 27

28 INTERFACCE PER A COMUNICAZIONE RS-232 Per comunicazioni punto a punto Trasmissione con potenziali riferiti a massa Possibile comunicazione full-duplex RS-422 Per comunicazioni punto a punto Trasmissione differenziale Possibile comunicazione full-duplex RS-485 Per comunicazioni su bus Trasmissione differenziale Possibile comunicazione half-duplex ISO (low speed) /ISO (high speed) Per comunicazioni su bus Trasmissione differenziale Possibile comunicazione full-duplex (con controllo delle collisioni) USB Universal Serial Bus 28

29 APPICAZIONI TIPICHE DE PC MACCHINE UTENSII MACCHINE PER O STAMPAGGIO MACCHINE PER IMBAAGGIO MACCHINE PER I CONFEZIONAMENTO ROBOT / MONTAGGIO REGOAZIONE PROCESSI CONTINUI MACCHINE TESSII SISTEMI DI MOVIMENTAZIONE/TRASPORTO 29

30 FINE PRIMA PARTE 30

31 inguaggi di programmazione per PC IEC a Norma IEC tiene in considerazione i seguenti tipi di linguaggio : Function Block Diagram (FBD) : linguaggio grafico impiegato per raffigurare i segnali che entrano e escono dai function block; adder Diagram (D) : linguaggio grafico che impiega la logica a contatti; Sequential Function Chart (SFC) : linguaggio grafico atto a raffigurare il comportamento del sistema di controllo in maniera molto intuitiva. 31

32 Il linguaggio Ad ognuna di queste zone è possibile accedervi con un determinato formato. Il formato è la quantità di bit che viene presa in considerazione dall'istruzione che stiamo componendo. Ad esempio se vogliamo utilizzare una memoria come se fosse un relè (on-off) utilizzeremo il formato a BIT, ovvero un singolo bit può contenere gli stati 0-1. Se dobbiamo elaborare un valore avremo bisogno di unire più bit la cui codifica sarà il nostro valore, quindi, in base alla grandezza del valore da contenere dovremo scegliere quanti bit ci servono. Bit (0-1) Byte (B) =8 bit Word (W) =16 bit Doppia Word (D) =32 bit Word flottanti (F) =32 bit 32

33 IEC1131-3/2 33

34 Il linguaggio adder 34

35 Tipi di dato impiegabili IEC1131-3/3 35

36 Tipi di dato impiegabili IEC1131-3/4 36

37 Il linguaggio adder/2 37

38 Fine ezione PC corso 1 ivello 38