PLCProgrammable 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.

Logica cablata e programmabile

Il PLC è nato per superare i limiti dei quadri a relènella 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.

Classificazione dei PLC

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

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.

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.

Un alimentatore in c.c. adatto per alimentare circuiti elettronici ècostituito 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.

Dal punto di vista hardware il PLC è una unitàdi 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

L’unità centrale

Le memorie

AREA PROGRAMMA

AREA DATI

MEMORIA DEL PLC

MEMORIA DI LAVORO: contiene le parti del programma utente

rilevanti per l’esecuzione del programma

MEMORIA DI PROGRAMMA: Contiene il programma utente da quando

viene trasferito al PLC

MEMORIA DI SISTEMA (Dati): contiene le aree di memoria che la CPU

mette a disposizione del programma utente

Area di memoria degli ingressi:

Immagine di Processo degli Ingressi

Area di memoria delle uscite:

Immagine di processodelle uscite

EPROM o EEPROM

RAM RAM

RAM

SISTEMA OPERATIVO Sovrintende alle funzioni di base

messe in opera all’accensione della macchina

ROM

La CPULa 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 cm2) 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

.

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

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)

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.

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 rangedell’elemento pilotato.

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

Multiplexer e Demultiplexer

Solitamente si utilizza un solo A/D converterper 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.

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

Unità di programmazioneL’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

Funzionamento del PLC

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.

Criteri di scelta