Programmable Logic Controller Ing. Stefano MAGGI
CONTROLLO DI UN PROCESSO Schema a blocchi PROCESSO DA CONTROLLARE ORGANI DI COMANDO ORGANI DI RILEVAMENTO CONTROLLORE DISPOSITIVO DI DIALOGO
CONTROLLO DI UN PROCESSO Il controllo di un processo avviene attraverso quattro fasi RILEVAMENTO ELABORAZIONE COMANDO COLLOQUIO
CONTROLLO DI UN PROCESSO PROCESSO DA CONTROLLARE RILEVAMENTO ORGANI DI COMANDO CONTROLLORE DISPOSITIVO DI DIALOGO ORGANI DI RILEVAMENTO Avviene attraverso gli Organi di Rilevamento. Essi rilevano lo stato del processo da controllare ed inviano i conseguenti segnali al controllore.
CONTROLLO DI UN PROCESSO ORGANI DI COMANDO PROCESSO DA CONTROLLARE CONTROLLORE DISPOSITIVO DI DIALOGO ORGANI DI RILEVAMENTO ELABORAZIONE Avviene attraverso il Controllore. Esso è l unità di governo (il cervello ) del sistema di controllo: elabora i segnali provenienti dagli organi di rilevamento.
CONTROLLO DI UN PROCESSO ORGANI DI COMANDO PROCESSO DA CONTROLLARE CONTROLLORE DISPOSITIVO DI DIALOGO ORGANI DI RILEVAMENTO COMANDO Avviene attraverso gli Organi di Comando. Essi ricevono dal controllore i risultati dell elaborazione ed inviano al processo i segnali per eseguire le conseguenti azioni.
CONTROLLO DI UN PROCESSO ORGANI DI COMANDO PROCESSO DA CONTROLLARE CONTROLLORE DISPOSITIVO DI DIALOGO ORGANI DI RILEVAMENTO COLLOQUIO Avviene attraverso il Dispositivo di Dialogo. Esso permette di dialogare con il processo: di ricevere informazioni sul suo svolgimento e di impartire ordini.
CONTROLLORE Il controllo di un processo può essere effettuato con due tipi di controllori A LOGICA CABLATA A LOGICA PROGRAMMABILE
CONTROLLORE A LOGICA CABLATA È costituito da un sistema in cui le funzioni decisionali si ottengono collegando fisicamente (cioè in hardware) più componenti, sia di tipo tradizionale (pulsanti, sensori, relè, contattori, ecc.), sia di tipo statico (transistor, circuiti integrati, ecc.). Il sistema è costituto da circuiti ben definiti e quindi difficilmente modificabili; qualunque modifica alla logica comporta il cambiamento di intere aree di cablaggio.
ESEMPIO DI LOGICA CABLATA (marcia - arresto di un motore)
CONTROLLORE A LOGICA PROGRAMMABILE È costituito da un sistema nel quale le funzioni decisionali si ottengono mediante un programma logico (cioè mediante software) scritto dall operatore e memorizzato in appositi circuiti (memorie). I cambiamenti alla logica si possono effettuare rapidamente, modificando semplicemente il programma. Non è necessario intervenire sull hardware.
CONTROLLORE A LOGICA PROGRAMMABILE L apparecchiatura che consente di eseguire il controllo di un processo mediante la logica programmabile è il P L C Programmable Logic Controller Controllore a Logica Programmabile
P L C ( SERIE UNO - CGE General Electric)
ESEMPIO DI LOGICA PROGRAMMABILE (marcia - arresto di un motore)
DA LOGICA CABLATA A LOGICA PROGRAMMABILE (marcia - arresto di un motore) LOGICA CABLATA LOGICA PROGRAMMABILE
UN PO DI STORIA. La nascita dei PLC risale ai primi anni settanta sotto l impulso dell industria automobilistica (specialmente General Motor) che avvertiva il bisogno di automatizzare i propri impianti in modo rapido e flessibile. Da allora i PLC hanno esteso il loro campo di applicazione in molti altri settori e sono diventati l elemento base della fabbrica automatica. Il rapido e crescente sviluppo è stato determinato dalla loro caratteristica peculiare: la FLESSIBILITÀ
VANTAGGI DEL PLC RISPETTO ALLA LOGICA CABLATA Apparecchiatura modulare Massima flessibilità Migliore affidabilità Competitività economica Facilità nella ricerca guasti Prova e messa a punto del processo Possibilità di riutilizzo
APPARECCHIATURA MODULARE Il PLC è costituto, in genere, da elementi modulari componibili: si può partire con una configurazione base minima per poi ampliarla, aggiungendo nuovi moduli, se le future esigenze lo richiederanno.
MASSIMA FLESSIBILITÀ È possibile fare modifiche o rifacimenti al funzionamento del processo senza rimozione del cablaggio. Basta semplicemente modificare il programma.
MIGLIORE AFFIDABILITÀ Il PLC è completamente statico e realizzato con componenti integrati. Ne deriva un ottima affidabilità ed una elevata sicurezza di funzionamento.
COMPETITIVITÀ ECONOMICA Con il PLC si riducono i tempi di progettazione, di messa a punto e di cablaggio, specialmente quando il processo da controllare è complesso.
FACILITÀ NELLA RICERCA GUASTI Con il PLC sono rese più facili le operazioni di diagnostica e ricerca guasti, con possibilità di visualizzazione su terminale video e/o stampa su carta.
PROVA E MESSA A PUNTO DEL PROCESSO Il funzionamento logico del processo può essere provato e messo a punto in fase di stesura del programma, senza che il PLC debba essere collegato all impianto al quale è destinato: ciò può essere fatto mediante la simulazione.
POSSIBILITÀ DI RIUTILIZZO In caso di eliminazione dei macchinari, il PLC è ancora riutilizzabile e disponibile per altre applicazioni.
ARCHITETTURA DI UN PLC CONTROLLORE A LOGICA PROGRAMMABILE MEMORIA CENTRALE (UTENTE) MEMORIA SISTEMA OPERATIVO SEGNALI DAL PROCESSO MODULI DI INGRESSO C P U MODULI DI USCITA SEGNALI VERSO IL PROCESSO UNITÀ DI PROGRAMMAZIONE SISTEMA DI VISUALIZZAZIONE STAMPANTE INTERFACCIA OPERATORE - CONTROLLORE
CPU (Central Processing Unit) È il cervello del sistema. È costituita da un microprocessore con i relativi sistemi periferici. Determina il funzionamento logico del PLC attraverso le seguenti principali funzioni: Controlla la successione con cui le istruzioni del programma vengono lette. Interpreta le istruzioni. Risolve le relazioni logiche fra ingressi e uscite. Se confrontata con la logica cablata rappresenta l elemento che realizza virtualmente i cablaggi fra ingressi e uscite.
MEMORIA CENTRALE (Utente) È generalmente di tipo RAM (con batteria in tampone), ma può anche essere di tipo PROM, EPROM, EEPROM. Deve poter essere modificata e/o cancellata. Contiene il programma utente che definisce il funzionamento dello specifico processo da controllare; serve inoltre come deposito dei risultati parziali e/o temporanei dell elaborazione.
MEMORIA DEL SISTEMA OPERATIVO È normalmente di tipo ROM e contiene il programma di gestione (caricato dal costruttore del PLC) che sovrintende al funzionamento del controllore. A differenza della memoria centrale, il suo contenuto è fisso e non può essere modificato.
MODULI INPUT/OUTPUT MODULI DI INGRESSO Sono interfacce che hanno lo scopo di adattare i segnali provenienti dagli organi esterni di rilevamento in segnali compatibili con l unità centrale. MODULI D USCITA Sono interfacce che hanno lo scopo di adattare i segnali provenienti dall unità centrale alle tensioni e alle potenze elettriche necessarie a pilotare gli organi di comando usati nel processo.
MODULI INPUT/OUTPUT Caratteristiche Isolamento galvanico fra i segnali esterni e i segnali interni (allo scopo di proteggere la CPU dai disturbi elettrici esterni). Ampia gamma di tensioni di funzionamento (possibilità di utilizzare dispositivi di campo con tensioni differenti: p.e. 24, 48, 110, 220 V sia in c.c. sia in c.a.). Modularità e compattezza (possibilità di montaggi e smontaggi durante gli interventi di manutenzione senza dover rimuovere i cablaggi).
UNITÀ DI PROGRAMMAZIONE È il mezzo per comunicare con il PLC attraverso precise regole sintatticogrammaticali che costituiscono il linguaggio di programmazione. Può essere una tastiera alfa-numerica classica (di quelle usate per i computer), oppure una tastiera dedicata con simboli appositi (funzioni AND, OR, NOT; contatti ON/OFF, bobine, temporizzatori, contatori, ecc.).
SISTEMA DI VISUALIZZAZIONE Ha lo scopo di visualizzare le istruzioni scritte dal programmatore sulla tastiera, i messaggi di errore, di diagnostica e di controllo. Può essere un display alfanumerico, oppure un monitor. Nel caso di display è spesso un tutt uno con l unità di programmazione. Nel caso di monitor può presentare lo schema a contatti ( ladder diagram ), tabelle funzionali, ecc.
STAMPANTE È il mezzo per ottenere, su carta, sia il listato del programma nei vari linguaggi di programmazione disponibili (con commenti, tabelle dei riferimenti e dei registri), sia la successione degli eventi verificatesi durante il funzionamento del processo controllato, come segnalazioni, allarmi, ecc.
SCANSIONE Il termine scansione descrive il modo in cui la CPU esegue i compiti che le sono stati assegnati dal programma scritto dall utente.
SCANSIONE LETTURA DEGLI INGRESSI ESECUZIONE DEL PROGRAMMA AGGIORNAMENTO DELLE USCITE DIALOGO CON IL PROGRAMMATORE AZZERAMENTO DEL WATCH DOG TIMER
LETTURA DEGLI INGRESSI La CPU interroga tutti i dispositivi di ingresso e registra il loro stato nella memoria immagine dello stato degli ingressi. Lo stato degli ingressi si conserva inalterato per un intero ciclo di elaborazione.
ESECUZIONE DEL PROGRAMMA La CPU, prelevando i dati dalla memoria immagine degli ingressi, risolve le equazioni logiche del programma. Comincia con la prima istruzione, procede quindi in sequenza attraverso tutte le istruzioni successive finché raggiunge la fine del programma.
AGGIORNAMENTO DELLE USCITE I risultati prodotti dall esecuzione del programma vengono registrati nella memoria immagine dello stato delle uscite. Solo alla fine del programma il contenuto della memoria viene trasferito ai rispettivi dispositivi d uscita.
DIALOGO CON IL PROGRAMMATORE A questo punto dell esecuzione del programma viene abilitata, se collegata, l unità di programmazione per operare eventuali cambiamenti nel programma (forzature di I/O) e per aggiornare il suo visualizzatore.
AZZERAMENTO DEL W.D.T. Prima di effettuare una nuova scansione la CPU effettua una diagnosi dell hardware interno del PLC e resetta il timer di controllo del tempo massimo di esecuzione del programma ( WATCH DOG TIMER ). Se la scansione non viene completata nel tempo massimo prestabilito dal costruttore, significa che si è in presenza di condizioni anomale di funzionamento. In questo caso la CPU viene disabilitata e tutte le uscite vengono messe a zero.
PROGRAMMAZIONE Il PLC, per operare, ha bisogno di un programma scritto dall operatore e introdotto nella sua memoria centrale (memoria utente). Il programma viene scritto con particolari linguaggi appositamente studiati per i PLC: i così detti linguaggi dedicati.
LINGUAGGI DI PROGRAMMAZIONE A CONTATTI (Ladder, KOP) GRAFICI (Simbolici) A BLOCCHI FUNZIONALI (Porte logiche, FUP) LINGUAGGI DI PROGRAMMAZIONE A BLOCCHI SEQUENZIALI (Grafcet) LETTERALI (Alfanumerici) A LISTA ISTRUZIONI (Boolean, AWL) EVOLUTI (Basic,...)
LINGUAGGI DI PROGRAMMAZIONE Diagramma Ladder 1 2 10 10 1 = Pulsante marcia (S2) 2 = Pulsante arresto (S1) 10 = Contattore (K)
LINGUAGGI DI PROGRAMMAZIONE Lista istruzioni Indirizzo Istruzione Operando 000 001 002 003 STR OR AND NOT OUT 1 10 2 10 1 = Pulsante marcia (S2) 2 = Pulsante arresto (S1) 10 = Contattore (K)
LINGUAGGI DI PROGRAMMAZIONE Porte logiche (S2 + K) S1 = K S2 K S1 1 & K S2 = Pulsante marcia S1 = Pulsante arresto K = Contattore
LINGUAGGI DI PROGRAMMAZIONE Grafcet 1 K S2 Motore fermo S2 = Pulsante marcia S1 = Pulsante arresto 2 K Motore in marcia K = Contattore S1