CORSO DI BASE SUI CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE (PLC)

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1 ISTITUTO TECNICO INDUSTRIALE E. FERMI SIRACUSA CORSO DI BASE SUI CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE (PLC) A.S Formazione Tecnica - FTS/AI 2.1

2 Un automatismo COS'È?? Formazione Tecnica - FTS/AI 2.2

3 Un automatismo COS'È? È un insieme di apparecchiature, in grado di compiere un lavoro prendendo autonomamente le decisioni per realizzare quanto preventivamente predisposto. Un automatismo: acquisisce delle informazioni; le elabora; impartisce degli ordini. Ma come avviene tutto ciò? Formazione Tecnica - FTS/AI 2.3

4 Schema a blocchi di un automatismo 1 - RILEVAMENTO DEI DATI Pulsanti, finecorsa, interruttori di prossimità, fotocellule, termostati, ecc. 4 - AZIONAMENTO Cilindri, motori, riscaldatori elettrici PARTE OPERATIVA PARTE DI COMANDO 2 - ELABORAZIONE DEI DATI Logiche a relè, schede, PLC, CN, DCS 3 - COMANDO DI POTENZA Relè di potenza, elettrovalvole, variatori di velocità 5 - DIALOGO UOMO-MACCHINA Pulsanti, selettori, spie luminose, terminali di dialogo Formazione Tecnica - FTS/AI 2.4

5 Composizione di un automatismo PARTE OPERATIVA: insieme di componenti che determina delle AZIONI sul sistema mediante operazioni meccaniche, termiche, chimiche, ecc. PARTE DI COMANDO: insieme di componenti che ELABORA gli ordini necessari al funzionamento della parte operativa, in funzione delle informazioni acquisite dal campo e degli ordini impartiti dall operatore. Formazione Tecnica - FTS/AI 2.5

6 La parte di comando: il trattamento dei dati Una volta acquisiti i dati vengono elaborati dall unità di trattamento che: preleva i dati provenienti dagli organi di rilevamento e gli ordini forniti dall operatore; comanda i pre-azionatori; dialoga con l operatore. A seconda delle caratteristiche, l unità di trattamento dei dati potrà essere: a logica cablata; a logica programmabile. Formazione Tecnica - FTS/AI 2.6

7 La logica cablata in un automatismo: caratteristiche L unità di governo è composta da diversi elementi connessi tra di loro. Il funzionamento è definito attraverso un cablaggio. TECNOLOGIA CABLATA ELETTROMECCANICA: Relè - applicazioni relativamente semplici (in passato anche di grandi dimensioni). ELETTRONICA: Schede - applicazioni particolari realizzate in molti esemplari. PNEUMATICA: - applicazioni semplici in ambienti pericolosi Formazione Tecnica - FTS/AI 2.7

8 La logica cablata in un automatismo: caratteristiche Tecnologia elettromeccanica (relè): semplicità e robustezza; ampia diffusione; difficile e costoso rifare il cablaggio; difficile localizzare i problemi. Tecnologia pneumatica: basso tempo di risposta; basso tasso di complessità; massimo I/U; tipicamente utilizzata in ambienti deflagranti. Formazione Tecnica - FTS/AI 2.8

9 La logica cablata in un automatismo: caratteristiche Tecnologia elettronica (schede elettroniche): maggiore intelligenza ; maggiore integrazione; apertura verso il mondo informatico; tempi di risposta brevi. Tecnologia microelettronica (microprocessori): elevati investimenti; produzione su larga scala; difficoltà di programmazione; difficoltà di reperimento dei componenti. Formazione Tecnica - FTS/AI 2.9

10 La logica cablata in un automatismo Raffronto di operatività tra dispositivi elettromeccanici e dispositivi elettronici % Dispositivi elettromeccanici Dispositivi elettronici Milioni di operazioni Formazione Tecnica - FTS/AI 2.10

11 La logica cablata in un automatismo Uso delle diverse tecnologie elettroniche in funzione del tipo di utilizzo e del numero di I/O Tipo di utilizzo Calcoli numerici complessi Logica cablata elettronica Microprocessori Microcomputer PLC Calcoli numerici semplici Contattori e temporizzatori Sequenze logiche Numero I/O Formazione Tecnica - FTS/AI 2.11

12 Logica cablata e logica programmabile CABLATA PROGRAMMABILE Q1 Rilevatori S2 Programma S1 Apparecchiatura programmabile KM1 Pre-azionatori Formazione Tecnica - FTS/AI 2.12

13 La logica programmabile in un automatismo Prevede l utilizzo di un apparecchiatura elettronica standard che gestisce il controllo di una macchina o di un impianto non in base al cablaggio di dispositivi ma secondo uno specifico PROGRAMMA definito dall utilizzatore. Vantaggio: il programma può, all occorrenza, essere modificato oppure eventualmente riscritto. Formazione Tecnica - FTS/AI 2.13

14 La logica programmabile in un automatismo Apparecchiature programmabili più comuni: PLC (Controllore a logica programmabile) CN (Controlli numerici) DCS (Controlli di processo) Hanno una sempre maggiore diffusione grazie all evoluzione della tecnologia elettronica. Componente principe è il circuito integrato (IC: Integrated Circuit) Formazione Tecnica - FTS/AI 2.14

15 La logica programmabile in un automatismo Circuito integrato: costituito generalmente da un contenitore in plastica contenente una piccola piastra di silicio, materiale semiconduttore (chip); vantaggio offerto: anziché utilizzare componenti discreti collegati esternamente, il chip contiene tutti i componenti (transistor, diodi, ecc ) ed i relativi collegamenti; al suo interno, gli schemi elettronici vengono tracciati attraverso un processo fotolitografico; notevole livello di integrazione raggiunto (un transistor ridotto fotograficamente a dimensioni dell ordine del micron), e quindi enorme vantaggio in termini di spazio occupato nell apparecchiatura sulla quale il CI viene montato. Formazione Tecnica - FTS/AI 2.15

16 La logica programmabile in un automatismo Livelli di integrazione di un circuito integrato: TIPO N. FUNZIONI N. TRANSISTOR AREA (mm 2 ) SSI MSI LSI VLSI ULSI Formazione Tecnica - FTS/AI 2.16

17 La logica programmabile in un automatismo Vantaggi dei circuiti basati sull elettronica digitale: non necessitano di valori di tensione esatti: è sufficiente che ci sia una discreta differenza tra livello 0 e livello 1; sono più semplici da realizzare; componenti con tolleranze costruttive più elevate, pur garantenendo un elaborazione delle informazioni molto precisa; possibilità di memorizzare le informazioni per tempi lunghi; realizzabili con livelli di integrazione elevati e a basso costo, mentre i circuiti analogici necessitano di induttanze, condensatori di elevata capacità o resistenze di valore preciso; Svantaggi: i segnali provenienti dal campo sono spesso di tipo analogico (temperatura, pressione, corrente, ecc ). Questi devono essere convertiti in segnali digitali per essere elaborati e successivamente riconvertiti in segnali analogici per poterli inviare a strumenti o attuatori. Formazione Tecnica - FTS/AI 2.17

18 I vantaggi della logica programmabile (PLC) RIDUZIONE DEI COMPONENTI: il PLC si sostituisce ad un gran numero di componenti, traendo guadagno in volume e dimensione di INGOMBRO. RIDUZIONE DEL CABLAGGIO: le connessioni nel PLC si riducono al collegamento dell alimentazione; dei sensori agli ingressi; dei pre-azionatori alle uscite. MAGGIOR AFFIDABILITÀ del sistema, data l assenza di parti meccaniche in movimento (se si escludono le interfacce di uscita a relè). MAGGIOR COMODITÀ: il programma è una successione di ISTRUZIONI che può essere scritta e modificata in qualsiasi momento tramite il terminale di programmazione. Tale programma può essere eventualmente DUPLICATO per macchine ripetitive. Formazione Tecnica - FTS/AI 2.18

19 I vantaggi della logica programmabile (PLC) RIDUZIONE DEI COSTI: l uso del PLC è conveniente anche in semplici applicazioni nelle quali si utilizzano pochi relè (da 4 in poi) e funzioni ausiliarie (temporizzatori, contatori, ecc.). INTERFACCIABILITÀ: stampanti, computer, monitor, terminali di dialogo, reti di comunicazione, sono facilmente interfacciabili al PLC consentendo così la sorveglianza On-Line delle sue funzioni (monitoraggio). RIUTILIZZO DEI COMPONENTI: nel caso di eliminazione di un macchinario, l apparecchiatura di controllo è riutilizzabile per applicazioni diverse. PIÙ INFORMAZIONI. La manutenzione, la ricerca dei guasti e la messa a punto sono facilitate grazie a: led di segnalazione sul frontale del PLC e sulle interfacce; informazioni interne al PLC facilmente accessibili all operatore tramite terminali di programmazione e regolazione. Formazione Tecnica - FTS/AI 2.19

20 Il PLC: Controllore a Logica Programmabile È un apparecchiatura a base informatica, dedicata alle applicazioni industriali. Ha il compito di sostituire l unità di governo dell elemento produttivo. In esso si possono considerare da due parti fondamentali: l HARDWARE, la struttura fisica, cioè la parte meccanica (telaio), elettronica (UC, memorie, ecc.) ed elettrica (alimentatore, collegamenti alla rete, ecc.); il SOFTWARE, l insieme dei programmi e dei sottoprogrammi che consentono la gestione dell hardware. Formazione Tecnica - FTS/AI 2.20

21 Il PLC: Controllore a Logica Programmabile Il PLC: la storia inizia Progettazione del primo PLC a cura di Dick Morley Specifiche redatte dalla General Motors Fondazione della prima società per l automazione: la Modicon Company Introduzione del controllore 084 Introduzione della Ladder Logic Programming 084 MOdular DIgital CONtrol 1968 Formazione Tecnica - FTS/AI 2.21

22 Il PLC: Controllore a Logica Programmabile Il PLC: la storia inizia Controllori programmabili con: poca memoria (8-16 Kbyte) set d istruzioni molto limitato configurazioni di grosse dimensioni terminali di programmazione costosi e ingombranti 084 Tecnologia elettronica: schede basate su componenti discreti Formazione Tecnica - FTS/AI 2.22

23 Il PLC: Controllore a Logica Programmabile Il PLC: la storia inizia Controllori programmabili compatti: configurazioni complete di rack, alimentatore, CPU e I/O; ottimizzazione degli ingombri; primi software di programmazione per PC IBM compatibile. 084 Tecnologia CMOS: - basso assorbimento - elevata immunitàai disturbi ed alle interferenze provenienti dal campo Formazione Tecnica - FTS/AI 2.23

24 Il PLC: Controllore a Logica Programmabile Il PLC: la storia inizia Controllori programmabili multifunzione: configurazioni modulari; CPU multiprocessore; schede specifiche per la gestione di servo assi, pesatura, regolazione, comunicazione. software di programmazione multilinguaggio. 084 Tecnologia microelettronica: utilizzo di µprocessori Formazione Tecnica - FTS/AI 2.24

25 Il PLC: Controllore a Logica Programmabile Il PLC: la storia inizia avvento dei fieldbus; moduli di I/O remotati per la realizzazione delle prime architetture distribuite. Tecnologia microelettronica: utilizzo di µprocessori Fieldbus 084 PLC MMI I/O remoti Formazione Tecnica - FTS/AI 2.25

26 Il PLC: Controllore a Logica Programmabile Il PLC: la storia inizia Apparizione dei nano PLC dimensioni estremamente ridotte; configurazioni compatte, con limitato numero di I/O; apertura a nuovi settori applicativi. Fieldbus 084 PLC MMI I/O remoti Formazione Tecnica - FTS/AI 2.26

27 Il PLC: Controllore a Logica Programmabile Il PLC: la storia inizia Controllori programmabili ad elevate prestazioni architetture multiprocessore microprocessori Intel sistema operativo a 32 bit elevata quantità di memoria elevata velocità di elaborazione ( < 1ms) ricca dotazione di moduli speciali (assi interpolati, cammes, reti ) Fieldbus 084 PLC MMI I/O remoti Formazione Tecnica - FTS/AI 2.27

28 Il PLC: Controllore a Logica Programmabile Il PLC: la storia inizia Le soluzioni PC based forte integrazione tra l automazione e la supervisione; garanzia di un progressivo miglioramento delle prestazioni; flessibilità grazie alla tecnologia "Internet". Fieldbus 084 PLC MMI I/O remoti Formazione Tecnica - FTS/AI 2.28