CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE - Università degli ... · automazione 1 • i plc sono...

1

UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI ROMA“LA SAPIENZA”

DIPARTIMENTO DI INFORMATICA E SISTEMISTICA

CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE

ALESSANDRO DE CARLIANNO ACCADEMICO 2005-06

AUTOMAZIONE 1

ESEMPIO DI APPLICAZIONE - STRUTTURA DELL’IMPIANTO 2

ARCHITETTURA E STRUMENTAZIONE

PER L’AUTOMAZIONE

DI UNA ISOLA DI LAVORAZIONE

ESEMPIO

IMPIANTO DI PRODUZIONEDI PEZZI LAVORATI

ROBOT

RO

BOT

RO

BOT

ROBOT

CELLA A DI PRODUZIONE

NASTRO

TRASPORTATORE

OUTPUT

INPUT

COMPONENTIDI POTENZA

CELLA C DI PRODUZIONE

B

D

5 AZIONAMENTI PER LA MOVIMENTAZIONE DEI NASTRI TRASPORTATORI

4 ATTUATORI PNEUMATICI PER AZIONARE LE PORTE DI SCAMBIO

AUTOMAZIONE 1


2


ROBOT

RO

BO

T

RO

BO

T

ROBOT


NASTRO

TRASPORTATORE

OUTPUT

INPUT

COMPONENTIDI POTENZA CELLA C DI

PRODUZIONE

B

D

DISPOSITIVIDI MISURA


AZ3

AZ2

AZ4

AZ1

AZ5


AT3

AT4

AT2

AT1

S5S6

S3

S4

S1

S7

12 LETTORI DI CODICI A BARRE

12 SENSORI DI PROSSIMITÀ

S9S10

S11 S8

S2S12

ESEMPIO DI APPLICAZIONE - STRUMENTAZIONE IMPIEGATA 4

AUTOMAZIONE 1


ROBOT

RO

BO

T

RO

BO

TROBOT


NASTRO

INPUT


B

D

DISPOSITIVI DI MISURA

TRASPORTATORE



DISPOSITIVIDI ELABORAZIONE

PLC3

PLC

4

PLC5

PLC1

PLC

2

5 PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER

1 PERSONAL COMPUTER INDUSTRIALE

PC

COMPONENTI DI POTENZA

12 LETTORI DI CODICI A BARRE

12 SENSORI DI PROSSIMITÀ


OUTPUT

AUTOMAZIONE 1


ROBOT

RO

BO

T

RO

BO

T

ROBOT


NASTRO

OUTPUT

INPUT


B

D

DISPOSITIVI DI MISURA

TRASPORTATORE

12 LETTORI DI CODICI A BARRE12 SENSORI DI PROSSIMITÀ



DISPOSITIVIDI ELABORAZIONE

PLC3

PLC4

PLC5

PLC1

PLC

2

5 PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER

1 PERSONAL COMPUTER INDUSTRIALE

PC

COMPONENTI DI POTENZA


AUTOMAZIONE 1

3


ROBOT

RO

BO

T

RO

BO

T

ROBOT

CELLA DI PRODUZIONE

CELLA DI PRODUZIONECEL

LA D

I PR

OD

UZI

ON

E

CELLA

DI PR

OD

UZIO

NE

C

D

A

B

OUTPUT

INPUT

DA W8 A W9DA S8 INDIVIDUA PEZZO

INDIVIDUA POSIZIONETRASMETTE A PLC4TRASMETTE A PLC 5TRASMETTE A PCELABORA

PERCORSOTRASMETTE A PLC5TRASMETTE A PLC4COMANDA

ATTUATORE AT4

W1

W2

W3

W4

W5

W6W

7

W8

W10

W12

W11

W9

ESEMPIO DI APPLICAZIONE – SEGMENTAZIONE DELL’IMPIANTO 7

AUTOMAZIONE 1



ROBOT

RO

BO

T

RO

BO

TROBOT

CELLA DI PRODUZIONE

CELLA DI PRODUZIONECEL

LA D

I PR

OD

UZI

ON

E

CELLA

DI PR

OD

UZIO

NE

C

D

A

BNASTRO

TRASPORTATORE

OUTPUT

INPUT

SPECIFICHE15 VARIETÀ DI PRODOTTO

OTTENUTE DA 4 TIPI DI LAVORAZIONE

STRUTTURA 4 ROBOT DI LAVORAZIONE1 PORTA DI INGRESSO1 PORTA DI USCITA5 NASTRI TRASPORTATORI4 PORTE DI SCAMBIO

AUTOMAZIONE 1

DEFINIZIONE DI PLC SECONDO LE NORME IEC 9

DEFINIZIONE DI PLC (IEC 1131.3)

SISTEMA ELETTRONICO A FUNZIONAMENTO DIGITALE, DESTINATO ALL’USO IN AMBITO INDUSTRIALE, CHE UTI-LIZZA UNA MEMORIA PROGRAMMABILE PER L’ARCHIVIA-ZIONE INTERNA DI ISTRUZIONI ORIENTATE ALL’UTILIZZA-TORE PER L’IMPLEMENTAZIONE DI FUNZIONI SPECIFICHE, COME QUELLE LOGICHE, DI SEQUENZIAMENTO, DI TEM-PORIZZAZIONE, DI CONTEGGIO E CALCOLO ARITMETICO, E PER CONTROLLARE, MEDIANTE INGRESSI ED USCITE SIA DIGITALI CHE ANALOGICI, VARI TIPI DI MACCHINE E PROCESSI

AUTOMAZIONE 1

4

DEFINIZIONE DI PLC 10

PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER O PLCLA FILOSOFIA DEL PLC HA AVUTO ORIGINE ALLA FINE DEGLI ANNI ‘60 DA UNA SPECIFICA DELLA GENERAL MOTORS RELATIVA AI SISTEMI DI CONTROLLO DA UTILIZZARSI NEI SUOI IMPIANTI PER LA PRODUZIONE DELLE VETTURE

PLC SIGNIFICA• GESTIONE AUTOMATICA DELLE PERIFERICHE I/O

• INTERFACCIAMENTO DIRETTO CON PERIFERICHE DI QUALSIASI TIPO

• GESTIONE “PARALLELA” DEL PROCESSO

• INSIEME DI ISTRUZIONI ORIENTATO ALLA APPLICAZIONE

• TECNOLOGIA COSTRUTTIVA DI TIPO INDUSTRIALE

AUTOMAZIONE 1

PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER O PLC

STANDARD INDUSTRIALE, ANCHE SE MANCA L’INTER-CAMBIABILITÀ DEI COMPONENTI

CONTROLLORE CON ARCHITETTURA GENERAL-PURPOSE DEDICATO AL CONTROLLO LOGICO SEQUENZIALE

PROGETTATO PER L’USO IN UN AMBIENTE INDUSTRIALE E QUINDI CON CARATTERISTICHE DI

• AFFIDABILITÀ

• ESPANDIBILITÀ

• SEMPLICITÀ DI PROGRAMMAZIONE

• POSSIBILITÀ DI MIGRAZIONE FRA DISPOSITIVI DI PRODUTTORI DIVERSI

DEFINIZIONE DI PLC 11

AUTOMAZIONE 1

SPECIFICHE INIZIALI 12

MOTIVAZIONI DELLE SPECIFICHE DELLA GENERAL MOTORS

• DOPO L’AUTOMAZIONE DELLA CATENA DI PRODUZIONE DELLE AUTOMOBILI, NACQUE LA NECESSITÀ DI UNIFI-CARE LE TECNICHE DI PROGETTO E DI REALIZZAZIONE DEL CONTROLLO RELATIVO AD OGNI SINGOLA MACCHI-NA DELLA CATENA

• LA COMUNICAZIONE TRA LE MACCHINE VENIVA REALIZ-ZATA CON TECNICHE COMPLESSE, SOPRATTUTTO PER-CHÉ SI TRATTAVA DI MACCHINE PRODOTTE DA SOCIETÀDIVERSE

AUTOMAZIONE 1

5


LE SPECIFICHE GENERAL MOTORS DEL 1968DALLA LOGICA CABLATA ALLA LOGICA PROGRAMMABILE

• FUNZIONAMENTO IN AMBIENTE INDUSTRIALE

• INTERFACCIAMENTO CON SENSORI STANDARD

• PROGETTO MODULARE

• ELEVATA AFFIDABILITÀ

• FACILITÀ DI PROGRAMMAZIONE E RIPROGRAMMAZIONE SUL CAMPO

• LINGUAGGIO NATURALE INTERPRETATO

• AMBIENTE DI SVILUPPO A BORDO

• CAPACITÀ DI COMUNICAZIONE

• RACCOLTA DATI E MONITORAGGIO

AUTOMAZIONE 1


LE SPECIFICHE GENERAL MOTORSIL PLC DOVEVA:• ESSERE FACILMENTE E RAPIDAMENTE PROGRAMMABILE E RIPROGRAM-

MABILE PRESSO L'UTILIZZATORE, CON TEMPI DI INTERRUZIONE• ESSERE REALIZZATO CON TECNICHE IDONEE AL FUNZIONAMENTO IN

AMBIENTE INDUSTRIALE• ESSERE FACILMENTE MANUTENIBILE E RIPARABILE (INDICATORI DI STATO

ED UN PROGETTO MODULARE DOVEVANO GARANTIRE UNA FACILE E RAPIDA RIPARAZIONE )

• OCCUPARE MENO SPAZIO E CONSUMARE MENO DEL PANNELLO A RELÈCHE ANDAVA A SOSTITUIRE

• ESSERE IN GRADO DI COMUNICARE CON UN SISTEMA CENTRALIZZATO DI RACCOLTA DATI

• INTERFACCIARSI DIRETTAMENTE CON I SEGNALI STANDARD PRESENTI NEGLI IMPIANTI

• A QUELLA MASSIMA RICHIEDENDO MODIFICHE E TEMPO DI ARRESTO MINIMI• ESSERE COMPETITIVO IN TERMINI DI COSTO DI ACQUISTO ED

INSTALLAZIONE• AVERE UNA MEMORIA INTERNA ESPANDIBILE AD UN MINIMO DI 4000

ISTRUZIONI O DATI

AUTOMAZIONE 1

BEDFORD ASSOCIATES PROPOSE UNA MACCHINA CHIA-MATA MODULAR DIGITAL CONTROLLER (MODICON) AI MAGGIORI PRODUTTORI DI AUTO. ALTRE COMPAGNIE PROPOSERO SCHEMI BASATI SU COMPUTER. IL MODICON 084 FU IL PRIMO PLC AD ESSERE COMMERCIALIZZATO E PRODOTTO IN LARGA SCALA.

STORIA DEL PLC

IL MOTIVO PRINCIPALE PER IL QUALE NACQUE L’ESIGEN-ZA DEL PLC FU LA NECESSITÀ DI ELIMINARE I COSTI ELE-VATI PER RIMPIAZZARE I SISTEMI DI CONTROLLO COM-PLICATISSIMI BASATI SU RELÈ. LE ESIGENZE DI INNOVA-ZIONE ERANO TALI DA RICHIEDERE CONTINUE VARIA-ZIONI DELLO SCHEMA RELÈ CON GROSSI RISCHI DI ER-RORE AD OGNI VARIAZIONE

ANNI ‘70

EVOLUZIONE DEI PLC 15

AUTOMAZIONE 1

6

STORIA DEL PLC

LA PRIMA GENERAZIONE DI PLC ERA SOPRATTUTTO COSTITUITA DA SEQUENZIATORI RIPROGRAMMABILI(LOGICA REALIZZATA CON TECNOLOGIA ALLO STATO SOLIDO) MENTRE INIZIAVANO A COMPARIRE LE PRIME MACCHINE BASATE SU MICROPROCESSORE (SOLO PER PICCOLI SISTEMI)

ANNI ‘70


I MICROPROCESSORI DEL TIPO 8080 FURONO TRA QUELLI DI MAGGIOR SUCCESSO (PER PICCOLI PLC) E SONO ANCORA PRESENTI NEL MERCATO (ALLEN BRADLEY PLC-3). L’EVOLUZIONE DEI MICROPROCESSORI HA PERMESSO LA COSTRUZIONE DI PLC SEMPRE PIÙ GRANDI, FINO A SOSTITUIRE COMPLETAMENTE LA PRIMA GENERAZIONE

AUTOMAZIONE 1

STORIA DEL PLC

– UN GRANDE PROBLEMA RIMASE LA STANDARDIZZAZIONE, CONGIUNTA ALLA CONTINUA VARIAZIONE DELLE TECNOLOGIE DI REALIZZAZIONE DEI PLC. NACQUERO MOLTISSIMI STANDARD, OGNUNO RELATIVO AD UN CERTO MARCHIO (O GRUPPO DI MARCHI) PROPRIETARI

ANNI ‘70


• PER LA PRIMA VOLTA (1973) VENNE INCLUSA IN ALCUNI PLC LA CAPACITÀ DI COMUNICARE ATTRAVERSO BUS DEDICATI. QUESTA INNOVAZIONE CONSENTE DI COLLOCARE IL PLC IN UN PUNTO MOLTO DISTANTE DALLA MACCHINA CHE CONTROLLA

– INNOVAZIONI:

• AGGIUNTA DELLA POSSIBILITÀ DI USARE IL PLC PER SPEDIRE E RICEVERE SEGNALI ANALOGICI CONTINUI

AUTOMAZIONE 1

STORIA DEL PLCANNI ‘80


• IL PRIMO TENTATIVO DI DEFINIRE UNO STANDARD DI REALIZZA-ZIONE DEL PLC NACQUE DALLA GENERAL MOTORS, CHE FISSÒ IL PROTOCOLLO DI COMUNICAZIONE MAP (MANIFACTURING AUTOMATION PROTOCOL)

• NASCE LA PROGRAMMAZIONE SIMBOLICA DEI PLC REALIZZATA ATTRAVERSO PERSONAL COMPUTER (INVECE CHE ATTRAVERSO DEI TERMINALI DEDICATI)

• VIENE INTRODOTTO SUL MERCATO DI MINI E MICRO PLC CHE SONO MACCHINE DI BASSO COSTO, IN GRADO DI GESTIRE 8-10 I/O PER LA PICCOLA AUTOMAZIONE

• VENGONO PROPOSTI ANCORA NUOVI PROTOCOLLI E OGNI PRODUTTORE CONTINUA A VOLER IMPORRE IL PROPRIO STANDARD

AUTOMAZIONE 1

7



• GRADUALE RIDUZIONE NELL’INTRODUZIONE DI NUOVI PROTOCOLLI E RAFFORZAMENTO DI QUELLI CHE HANNO RESISTITO AGLI ANNI ‘80

• LO STANDARD IEC 1131-3 (COMITATO ELETTRICO INTERNAZIO-NALE) CERCA DI IMPORRE UN LINGUAGGIO DI PROGRAM-MAZIONE INTERNAZIONALE STANDARD BASATO SU UN INSIEME DI LINGUAGGI DI PROGRAMMAZIONE

• DIAGRAMMI A BLOCCHI FUNZIONALI (FUNCTION BLOCK DIAGRAMS)

• IL PC INIZIZNO A SOSTITUIRE I PLC NELL’AUTOMAZIONE INDUSTRIALE

• LISTA DI ISTRUZIONI• TESTO STRUTTURATO

• ATTUALMENTE MOLTI PLC SUPPORTANO PIÙSTANDARD:

AUTOMAZIONE 1



• NONSTANTE LE CAPACITÀ CRESCENTI DEI PC (ED I PREZZI DECRESCENTI) ALCUNE BARRIERE PERMANGONO ALLA SOSTITUZIONE COMPLETA DEI PLC DA PARTE DEI PC:

• I PC NON SONO NATI PER L’AMBIENTE INDUSTRIALE (TEMPERA-TURE, ALIMENTAZIONI, VIBRAZIONI, CAMPI ELETTROMAGNETICI ECCESSIVI)

• L’AUTOMAZIONE RICHIEDE L’ESECUZIONE REAL-TIME DEL PROGRAMMA (I SISTEMI OPERATIVI PIÙ DIFFUSI ATTUALMENTE SONO MULTITASKING, TRANNE IL DOS E L’OS9) CON TEMPI DI CICLO SPESSO TROPPO BREVI PER UN PC

• IL LINGUAGGIO USATO NEI PLC È MOLTO DIFFERENTE (TIPO L’ASSEMBLER DEI PC), CON MOLTE ISTRUZIONI NATE PER SEMPLIFICARE L’ESECUZIONE DEI PROGRAMMI IN TEMPO REALE

AUTOMAZIONE 1

• I PLC SONO DISPOSITIVI DI ELABORAZIONE DESTINATI A RIMPIAZZARE I CIRCUITI A RELÈ UTILIZZATI PER REALIZZARE L’AUTOMAZIONE DI UN IMPIANTO

• I PLC SONO PRESENTI IN TUTTE LE FASI DELLA PRODUZIONE INDUSTRIALE, OVUNQUE SIA NECESSARIO UN CONTROLLO ELETTRICO DI UNA MACCHINA.

PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER O PLC

ASPETTO ESTERNO DI UN PLC 21

AUTOMAZIONE 1

8

COMPONENTI FONDAMENTALI DI UN PLC

MODULO PROCESSORE- SCHEDA A

MICROPROCESSORE- CONTROLLA E

SUPERVISIONA TUTTE LE OPERAZIONI ESEGUITE ALL’INTENO DEL SISTEMA

ARMADIO (CESTELLO O RACK)- CONTIENE GLI ALTRI MODULI- ASSICURA LA CONNESSIONE

ELETTRICA ATTRAVERSO IL BUS SUL FONDO DEL RACK

ARCHITETTURA DI UN PLC 22

AUTOMAZIONE 1

ARCHITETTURA DI UN PLC 23

ALIMENTATORE- ALIMENTAZIONE PER TUTTE

LE SCHEDE PRESENTI NEL CESTELLO

TERMINALE DI PROGRAMMAZIONE

- QUALSIASI PERSONAL COMPUTER DOTATO DI SCHEDA PER LA COMUNICAZIONE SERIALE (RS232 / RS485)


AUTOMAZIONE 1


COMPONENTI DI UN PLC 24

MODULI I/O- SCHEDE CHE PERMETTONO

L’INTERFACCIAMENTO DEL MODULO PROCESSORE CON IL MONDO ESTERNO

AUTOMAZIONE 1

9


COMPONENTI DI UN PLC 25

MODULI I/O- SCHEDE CHE PERMETTONO

L’INTERFACCIAMENTO DEL MODULO PROCESSORE CON IL MONDO ESTERNO

AUTOMAZIONE 1

TERMINALE DI PROGRAMMAZIONE

- QUALSIASI PERSONAL COMPUTER DOTATO DI SCHEDA PER LA COMUNICAZIONE SERIALE (RS232 / RS485)

REALIZZAZIONE DI ALCUNI PLC 26

AUTOMAZIONE 1

ASPETTO ESTERNO DI ALCUNI PLC

COMUNICAZIONE TRA PLC E PC 27

AUTOMAZIONE 1

PARTE GESTITA DAL PC

PORTA SERIALEDEL PC

CONVERTITORERS485/232

PLCDISCLOCATO

IN CAMPO

DATA BASEVARIABILI

SUPERVISIONE

AREAINPUT

OUTPUT

INDIRIZZOASSOLUTO

INDIRIZZORELATIVO

DR

IVES

DI

CO

MU

NIC

AZI

ON

E

SCHEMA FUNZIONALE DELLA COMUNICAZIONETRA IL CAMPO E IL PC DI ACQUISIZIONE

10

PANNELLO OPERATORE 28

AUTOMAZIONE 1

ESEMPIO DI PANNELLO OPERATORE

COMUNICAZIONE TRA PLC E PC 29

AUTOMAZIONE 1

QUANDO LA CPU VIENE COMMUTATA DAL MODO “PROGRAMMAZIONE” AL MODO “RUN” (CIOÈ ESECUTIVO), ESSA INIZIA AD ESEGUIRE LE SEGUENTI OPERAZIONI

MODALITÀ DI FUNZIONAMENTO DELLA CPU DI UN PLC

IL PROGRAMMA SCRITTO DALL’UTENTE NEL PLC CONTIENE L’ASSOCIAZIO-NE LOGICA TRA INGRESSI ED USCITE SOTTO LA FORMA DI SCHEMA UNIFILA-RE O DI PORTE LOGICHE.

I PLC PERÒ NON DEVONO ESSERE IMMAGINATI COME DISPOSITIVI CHE NEL-LA MEMORIA COLLEGANO CON UNA LINEA VIRTUALE GLI INGRESSI CON LE USCITE.

LA CPU, INFATTI, NON PUÒ FARE PIÙ COSE CONTEMPORANEAMENTE, COSÌ SI SFRUTTA LA SUA VELOCITÀ PER FAR APPARIRE CONTEMPORANEO UN PROCESSO CHE NELLA REALTÀ È SEQUENZIALE.

CONSENSO

PROSSIMITÀ

MOTORE ON

INDICATORE ON

IN

OUT

EVOLUZIONE STORICA

EVOLUZIONE STORICA 30

ESEMPIO: COMANDO MOTORE

IL PLC È NATO PER SOSTITUIRE SISTEMI DI AUTOMAZIONE REALIZZATI CON

LOGICHE CABLATE A RELÈ

AUTOMAZIONE 1

11

C

P

I

M

SCHEMA DI AUTOMAZIONE A RELÈ

EVOLUZIONE STORICA

AND

V+ V-

R1C

R2P

R2

R2R1

M

I


AUTOMAZIONE 1

FUNZIONI LOGICHE CON CONTATTI (RELÈ)EVOLUZIONE STORICA

FUNZIONE OR

FUNZIONE AND

V+ V-

FORMA CANONICASP


AUTOMAZIONE 1

QUADRI A RELÈ 33

QUADRI A RELÈ

• IL RELÈ È UN OGGETTO INGOMBRANTE E POCO AFFIDABILE (ÈCOMUNQUE UN DISPOSITIVO MECCANICO E QUINDI SOGGETTO AD USURA)

• UN MODESTO VANTAGGIO DELLA SOLUZIONE A RELÈ CONSISTE NEL FATTO CHE, TRATTANDOSI DI UN COMPONENTE DI POTENZA, ESSO PERMETTE L'INTERFACCIAMENTO DIRETTO DEL CONTROLLO CON IL CAMPO

• OGNI MODIFICA DEL CONTROLLO COMPORTA QUINDI MODIFICHE AL CABLAGGIO O UN ADEGUAMENTO DEI RELÈ

• CON I QUADRI A RELÈ LA FUNZIONE CHE SI VUOLE REALIZZARE ÈDEFINITA RIGIDAMENTE DAL TIPO DI CONTATTO DI RELÈ CHE SI UTILIZZA (NORMALMENTE APERTO O NORMALMENTE CHIUSO) E DAI SUOI COLLEGAMENTI

AUTOMAZIONE 1

12

QUADRI A RELÈ E10.

R2

FASE NEUTRO

E11

R0

R1

E12 R2

R0 R1 A4.0

A4.1

A4.2

R1

QUADRI A RELÈ 34

AUTOMAZIONE 1

• ALLO STATO ATTUALE DELLA TECNOLOGIA SI POSSONO REALIZZARE RETI LOGICHE CABLATE IN MODO RIGIDO (SCHEDE CON COMPONENTI DISCRETI O REALIZZAZIONI MEDIANTE CIRCUITI INTEGRATI "CUSTOM" O "SEMI-CUSTOM") OPPURE CABLATE IN MODO FLESSIBILE MEDIANTE L'USO DI ARRAY LOGICI PROGRAM-MABILI DALL'UTENTE

REALIZZAZIONE CON PORTE LOGICHE 35

REALIZZAZIONE CON PORTE LOGICHE

• UNA QUALSIASI RETE LOGICA COMBINATORIA O SEQUENZIALE PUÒ ESSERE REALIZZATA CON SOLI AND, OR, NOT ED ELEMENTI DI RITARDO

AUTOMAZIONE 1

P L C

• È QUINDI UTILIZZABILE UN CALCOLATORE,DIMENSIONATO IN RELAZIONE ALLA COMPLESSITÀ DEL CONTROLLO ED ALLA DINAMICA DEL PROCESSO DA CONTROLLARE

• IN REALTÀ È NOTO CHE UNA ESECUZIONE A TEMPO DISCRETO ÈSEMPRE POSSIBILE PURCHÉ EFFETTUATA A FREQUENZA SUFFICIENTEMENTE PIÙ ELEVATA DELLA DINAMICA PROPRIA DEL PROCESSO DA CONTROLLARE

• PER SIMULARE IL COMPORTAMENTO INGRESSO/USCITA DI UNA RETE LOGICA CABLATA, OCCORREREBBE UN PROCESSORE VELOCISSIMO, PER COMPENSARE I LIMITI DI UNA ESECUZIONE IN SERIE (ISTRUZIONE DOPO ISTRUZIONE) DI CIÒ CHE LA RETE LOGICA ANALOGICA ESEGUE IN PARALLELO

DALLE RETI LOGICHE AI PLC 36

AUTOMAZIONE 1

13

CONTROLLORI LOGICI 37

• PROGRAMMABILE: LO SCHEMA DI CONTROLLO È DEFINITO TRAMITE UN PROGRAMMA MEMORIZZATO

• CABLATO: LO SCHEMA DI CONTROLLO È DEFINITO DALL'INSIEME DEI DISPOSITIVI (RELÈ, PORTE LOGICHE, ...) E DALLE LORO INTERCONNESSIONI

• DINAMICO: LE EQUAZIONI SONO DI TIPO SEQUENZIALE (LE USCITE DIPENDONO DAGLI INGRESSI ATTUALI E DA QUELLI PRECEDENTI)

• STATICO: LE EQUAZIONI SONO DI TIPO COMBINATORIO (LE USCITE DEL SISTEMA DIPENDONO SOLO DAGLI INGRESSI PRESENTI NELLO STESSO ISTANTE)

DEFINIZIONI DI CONTROLLORI LOGICI

• UN CONTROLLORE LOGICO PUÒ ESSERE:

AUTOMAZIONE 1

ARCHITETTURA CLASSICA

C P UINPUT OUTPUT

EPROMROM

RAM

SCHEMA FUNZIONALE DI UN PLC

DIFFERENZE CON SISTEMA A µP

SCHEMA FUNZIONALE DI UN PLC 38

• LINGUAGGIO NATURALE E SISTEMA OPERATIVO• LINGUAGGIO NATURALE E SISTEMA OPERATIVO• PARALLELISMO E STRUTTURA INTERNA

• REALIZZAZIONE DELLE PARTI

AUTOMAZIONE 1

CARATTERISTICHE PECULIARI

CARATTERISTICHE DEI PLC 39

• IN FUNZIONE DEL VALORE DEGLI INGRESSI VIENE CALCOLATO IL VALORE DELLE USCITE CHE VIENE DEPOSITATO IN UN’AREA DI MEMORIA FINCHÉ LA SCANSIONE DI TUTTI GLI INGRESSI NON È STATA EFFETTUATA

• SCANSIONE CICLICA DEL PROGRAMMA

• ACQUISIZIONE SINCRONA DEL PROCESSO

• IL PROCESSORE AVRÀ UN'IMMAGINE DEL PROCESSO IN QUEL MOMENTO

• ALL'INIZIO DEL CICLO DI ESECUZIONE DEL PROGRAMMA IL SISTEMA OPERATIVO LEGGE GLI INGRESSI E LI CARICA IN UNA SPECIFICA SEZIONE DI MEMORIA

• AFFIDATA AL SISTEMA OPERATIVO DELLA MACCHINA • COMPLETAMENTE AUTOMATICA

• GESTIONE DEGLI I/O:

AUTOMAZIONE 1

14

• ELABORAZIONE PARALLELA

1) LETTURA DEGLI INGRESSI

COPIA DEGLIINGRESSIINGRESSI

COPIA DELLE USCITEUSCITE

ELABORAZIONE

IN

OUT


2) ELABORAZIONE DEGLI INGRESSI E GENERAZIONE DELLE USCITE

3) ATTUAZIONE DELLE USCITE

AUTOMAZIONE 1


CPU 1-BITI PRIMI PLC AVEVANO UN SET DI ISTRUZIONI MOLTO RIDOTTO (AND, OR, NOT, IN, OUT) PER CONSENTIRE L’ESECUZIONE DI OGNI ISTRU-ZIONE IN UN SOLO CICLO

• ALCUNI PLC USANO LA TECNOLOGIA 1 BIT PER OTTENERE MIGLIORI PRESTAZIONI

• SCARSA FLESSIBILITÀ• GRANDE EFFICIENZA DI ESECUZIONE ED ELEVATE PRESTAZIONI

• IL NUMERO DELLE ISTRUZIONI IMPLEMENTABILE ERA LIMITATO E IL TEMPO DI ESECUZIONE DEL PROGRAMMA ERA LA SOMMA DEL TEMPO DI ESECUZIONE DI OGNI SINGOLA CELLA (OCCUPATA O NON)

• GIÀ NELLE PRIME VERSIONI ERANO PRESENTI LE ISTRUZIONI SET E RESET

• CON QUESTE ISTRUZIONI È POSSIBILE IMPLEMENTARE QUALSIASI LOGICA COMBINATORIA O SEQUENZIALE

AUTOMAZIONE 1

CPU MULTI-BITLA NECESSITÀ DI NUOVE MACRO ISTRUZIONI HA SPINTO

ALL’UTILIZZAZIONE DI CPU MULTI-BIT• POSSIBILITÀ DI INCLUDERE FUNZIONI DI CONTATORE, SHIFT

REGISTER E TIMER. CON LA PRESENZA DI QUESTE FUNZIONI NON È PIÙ NECESSARIO AVERE SOLO FUNZIONI MONOCICLO.

• IL TEMPO DI ESECUZIONE DI UN PROGRAMMA NON È PIÙ LEGATO AL NUMERO DI CELLE PRESENTI NELLA MEMORIA DEL PROGRAMMA.

• NASCONO LE ISTRUZIONI PER MODIFICARE IL FLUSSO DI ESECUZIONE DEL PROGRAMMA JP, JPZ.

• CON LA DIFFUSIONE DI µP PER PLC SEMPRE PIÙ POTENTI SONO STATE RESE DISPONIBILI ISTRUZIONI ARITMETICHE E DI CONFRONTO PER VARIABILI NON BOOLEANE, RENDENDO POSSIBILE PER IL PLC LA REGOLAZIONE DI UN PROCESSO (OLTRE ALLA NORMALE COORDINAZIONE PER LA QUALE SONO NATI).

• NECESSITA L’USO DI UN INTERPRETE (O DI UN COMPILATORE).


AUTOMAZIONE 1

15

CPU MULTI-BIT


OGNI PROCESSORE INTRODOTTO È SPECIALIZZATO VERSO LA RISO-LUZIONE DI DETERMINATI PROBLEMI (PROCESSORE LOGICO, PRO-CESSORE ARITMETICO, PROCESSORE PER LA COMUNICAZIONE, ETC.)

L’ALLARGAMENTO DEL SET DI ISTRUZIONI HA COSTRETTO I PRODUT-TORI DI PLC AD USARE UNA METODOLOGIA MULTIPROCESSORE

USO DEL LINGUAGGIO SIMBOLICO AL POSTO DI QUELLO ASSOLUTO (NECESSARIO PER LA PARAMETRIZZAZIONE DELLE SUBROUTINE)

USO DELLE SUBROUTINE (BLOCCO FUNZIONALE CHE REALIZZA UNA FUNZIONE LOGICA E CHE PUÒ ESSERE RICHIAMATO OVUNQUE NEL PROGRAMMA)

INIZIA LA PROGRAMMAZIONE STRUTTURATA ANCHE PER I PLC

LA NECESSITÀ DI NUOVE MACRO ISTRUZIONI HA SPINTO ALL’UTILIZ-ZAZIONE DI CPU MULTI-BIT

CPU MULTI BITAUTOMAZIONE 1


SEZIONE DI INGRESSO/USCITAELEMENTI PER UN’EFFICACE INTERFACCIAMENTO CON IL PROCESSO

• STADIO DI ISOLAMENTO GALVANICO (IL PIÙ DELICATO DEL SISTEMA), REALIZZATO AD ESEMPIO CON OPTOISOLATORI

• UTILIZZO DI CONTATTI A VITE PER VELOCIZZARE LE PROCE-DURE DI INSTALLAZIONE

• VISUALIZZAZIONE DELLO STATO PER IL DEBUG VISUALE DEL PROCESSO

• LO STADIO FINALE DEVE ESSERE REALIZZATO CON DISPOSITIVI DI POTENZA (TRIAC, RELÈ, TRANSISTORI

• PER I SEGNALI IN ALTERNATA OCCORRE UNO STADIO DI RETTIFICAZIONE E DI LIVELLAMENTO, CHE SI PUÒ OTTENERE PER MEZZO DI UN PONTE A DIODI SEGUITO DA UN FILTRO

• INTERFACCIAMENTO CON SENSORI DC 5- 12 - 24 - 48 VAC 110 - 280 V

AUTOMAZIONE 1


LA QUALITÀ DEL CONTROLLO DI UN MOTORE DETERMINA LA QUALITÀDELLA LAVORAZIONE. GLI ALGORITMI DA IMPLEMENTARE PER REALIZZARE UN BUON CONTROLLO SONO MOLTO SOFISTICATI E DEVONO ESSERE ESEGUITI AD ELEVATO CAMPIONAMENTO

•SCHEDE PER IL CONTROLLO ASSI

•LETTURA DEGLI ESTENSIMETRI

•LETTURA E CONTROLLO DELLA TEMPERATURA

•SCHEDA PER IL CONTEGGIO VELOCE (LETTURA DELL’USCITA DI UN ENCODER)

•REGOLATORE STANDARD PID

DISPONIBILITÀ DI SCHEDE I/O SPECIALIZZATE

SEZIONE DI INGRESSO/USCITAAUTOMAZIONE 1

16

+

-

SEGNALE

R

R

R R

R

R

V+

V -

INDICATORE

INDICATORE

R

SEZIONE INGRESSO / USCITA 46

SEZIONE DI INGRESSO/USCITA

ESEMPIO DI SCHEMA DI CIRCUITO DI OPTOISOLAMENTOIN INGRESSO AL P L C

AUTOMAZIONE 1

MEMORIA DEL P L C

AREA DEL SISTEMA OPERATIVO (ROM)AREA PER LA MEMORIZZAZIONE PERMANENTE DEI PROGRAMMI DEL SISTEMA OPERATIVO

AREA DI LAVORO DEL SISTEMA OPERATIVO (RAM)

AREA PER LA MEMORIZZAZIONE DI DATI INTERMEDI DA PARTE DEI PROGRAMMI DEL SISTEMA OPERATIVO

ORGANIZZAZIONE DELLA MEMORIA 47

AUTOMAZIONE 1

AREA NELLA QUALE VENGONO MEMORIZZATI I VALORI RILEVATI PER GLI INGRESSI E I VALORI DA ASSEGNARE ALLE USCITE

AREA PER LA MEMORIZZAZIONE DEL PROGRAMMA DA ESEGUIRE DURANTE LA FASE DI CONTROLLO

MEMORIA DEL P L C

AREA DEL SISTEMA OPERATIVO (ROM)


AREA DI I/O (RAM)


AREA PROGRAMMI UTENTE (RAM)[PROM PER IL PROGRAMMA FINALE]

AUTOMAZIONE 1

17

MEMORIA DEL P L C

AREA PROGRAMMI UTENTE (RAM)[PROM PER IL PROGRAMMA FINALE]

AREA DEL SISTEMA OPERATIVO (ROM)


AREA DI I/O (RAM)

AREA DATI UTENTE (RAM)

AREA PER LA MEMORIZZAZIONE DEL VALORE DELLE VARIABILI TEMPORANEE DEL PROGRAMMA UTENTE

AREA FUNZIONI DI SISTEMA (RAM)

AREA PER L’ACCESSO DI FUNZIONI DI SISTEMA DEFINIBILI DALL’UTENTE (TIMER, CONTATORI,...)


AUTOMAZIONE 1

MODALITÀ DI ESECUZIONE DI UN PROGRAMMA 50

AUTOMAZIONE 1

GESTIONE DELLA COMUNICAZIONE E DELLE PERIFERICHE

PROCEDURE DI CONTROLLO INTERNO DELLA C U P

ESECUZIONE DEL PROGRAMMA

CONTROLLO DEL TEMPO DI SCANSIONE

AGGIORNAMENTO DELLE UNITÀ INPUT/OUTPUT

MODALITÀ DI ESECUZIONE DI UN PROGRAMMA

LETTURAINGRESSI

ESECUZIONEPROGRAMMA

RETEAGGIOR-

NAMENTOUSCITE

TEMPO DI ATTESA

MODALITÀ DI ESECUZIONE DI UN PROGRAMMA 51

MODALITÀ CICLICA

TEMPO DI SCANSIONE

INTERVALLO DI TEMPO NECESSARIO PER ESEGUIRE UN CICLO DEL PROGRAMMA

IN SEQUENZA

• LETTURA INGRESSI

• ESECUZIONE PROGRAMMA

• TEMPO DI ATTESA

• AGGIORNAMENTO USCITE

• GESTIONE DELLA RETE

AUTOMAZIONE 1

18

LINGUAGGIO ELEMENTARE DI PROGRAMMAZIONE 52

AUTOMAZIONE 1

SOFTWARE P L CSECONDO LE NORME IEC 61131-3

LINGUAGGI GRAFICI

LINGUAGGI TESTUALI

• SCF - SEQUENTIAL FUNCTION CHART

• FBD - FUNCTION BLOCH DIAGRAM

• LD - LADDER DIAGRAM

• ST - STRUCTURATED TEXT

• IL - INSTRUCTION LIST

FASE NEUTRO

E1.0 R0

E1.1 R1

R0 R1 A4.0

LINGUAGGIO ELEMENTARE DI PROGRAMMAZIONE 53

FILOSOFIA ORIGINARIA

LINGUAGGIO NATURALE” PER TECNICI ESPERTI

• ORIENTATO ALLA SPECIFICA APPLICAZIONE

• ESPRIMIBILE IN TERMINI DI RELÈ O PORTE LOGICHE

• SCELTO IN MODO DA DETERMINARE IL SUCCESSO DEI PLC IN QUANTO LA CONVERSIONE DEGLI SCHEMI A RELÈ SI PRESENTA MOLTO SEMPLIFICATA ED IMMEDIATA

• SCELTO IN MODO DA ELIMINARE L’INTERMEDIAZIONE DELL’ESPERTO INFORMATICO

AUTOMAZIONE 1

LINGUAGGIO LADDER 54

LINGUAGGIO LADDER

LINGUAGGIO NATURALE” PER TECNICI ESPERTI• LE DUE BARRE LATERALI RAPPRESENTANO

L'ALIMENTAZIONE ED I GRADINI DELLA SCALA RAPPRESENTANO UNA EQUAZIONE LOGICA

• I PRIMI DUE GRADINI DELLA FIGURA REA-LIZZANO LA SEZIONE DI ACQUISIZIONE DEI SEGNALI IN INGRESSO SUI RELÈ R0, R1

• IL TERZO GRADINO REALIZZA L'EQUAZIONE LOGICA DI COMANDO DI UNA SPECIFICA USCITA (IN QUESTO CASO L’AND)

FASE NEUTRO

E1.0 R0

E1.1 R1

R0 R1 A4.0

AUTOMAZIONE 1

19

QUADRI A RELÈ E10.

R2

FASE NEUTRO

E11

R0

R1

E12 R2

R0 R1 A4.0

A4.1

A4.2

R1

QUADRI A RELÈ 55

AUTOMAZIONE 1

SIMBOLOGIA E SIGNIFICATO FISICO DEI COMPONENTI

E1.0 R0

FASE NEUTRO

E1.1 R1

R0 R1 A4.0CIRCUITODI INGRESSO

CIRCUITO DI USCITA

INTERRUTTORI: CORRISPONDONO ALL’INGRESSO DEL SISTEMA

BOBINA: CIRCUITO DI INGRESSO DEI RELÈ

ESEMPIO DI UN QUADRO A RELÈ 56

DC DC

ACRELÈ R0

OUT 4.0

RELÈ R1

IN 1.1IN 1.0

AUTOMAZIONE 1


RELÈ R0

DC DC

ACOUT 4.0

RELÈ R1

IN 1.1IN 1.0

CIRCUITO DIINGRESSO

CONTATTO: CIRCUITO DI USCITA DEI RELÈ

ATTIVAZIONE: CORRISPONDE ALL’USCITA DEL SISTEMA

CIRCUITO DIUSCITA

ESEMPIO DI UN QUADRO A RELÈ 57

NEUTROFASE

E1.0 R0

E1.1 R1

R0 R1 A4.0

AUTOMAZIONE 1

20


DC DC

ACRELÈ R0

OUT A4.0

RELÈ R1

IN 1.1IN 1.0

CIRCUITO DIINGRESSO

CIRCUITO DIUSCITA

SISTEMA COSTITUITO DA

SIGNIFICATO FISICO DEI COMPONENTI 58

• LAMPADA (A4.0)

• 2 INGRESSI• INTERRUTTORE (IN1.0) • INTERRUTTORE (IN1.1)

• 1 USCITA

AUTOMAZIONE 1

SIGNIFICATI FISICO DEI COMPONENTI 59

FASE

E1.0 R0

E1.1 R1

R0 R1 A4.0

NEUTRO



• LAMPADA (A4.0)

• 2 INGRESSI• INTERRUTTORE (IN1.0) • INTERRUTTORE (IN1.1)

• 1 USCITA

AUTOMAZIONE 1

FASE NEUTRO

E1.0 R0

E1.1 R1

R0 R1 A4.0

E1.2 R2

A4.1

R2 A4.2

R1

ESEMPIO

ESEMPIO 60


• 3 SENSORI LOGICI

• FINE CORSA (E1.0)

• PROXIMITY (E1.1)

• CONSENSO (E1.2)

• 2 ATTUATORI

• MOTORE (A4.0)

• TELERUTTORE (A4.2)

• 1 INDICATORE

• LAMPADA (A4.12)

AUTOMAZIONE 1

21

FASE NEUTRO

E1.0 R0

E1.1 R1

R0 R1 A4.0

E1.2 R2

A4.1

R2 A4.2

R1

LINGUAGGIO LADDER

• IL TELERUTTORE 4.0 SIA COMANDATO SE IL SENSORE DI FINE CORSA E' ATTIVO OPPURE IL SENSORE DI PROSSIMITÀ NON E' ATTIVO

ESEMPIO IN LADDER 61

ESEMPIO DI LOGICA DI COMANDO

RICHIESTA:

• IL MOTORE E LA CORRISPON-DENTE LAMPADA DI INDICAZIONE SIANO COMANDATI SE IL SENSORE DI PROSSIMITÀ E QUELLO DI CONSENSO SONO ENTRAMBI ATTIVI (CONTATTI CHIUSI)

AUTOMAZIONE 1

• VIENE MODIFICATA SOLO IN PARTE LA SIMBOLOGIA PER RENDERLA PIÙ COMPATIBILE ALLE POSSIBI-LITÀ RAPPRESENTATIVE DEI PRIMI TERMINALI

ESEMPIO IN LADDER/KOP 62

FASE NEUTRO

E1.0 R0

E1.1 R1

R0 R1 A4.0

E1.2 R2

A4.1

R2 A4.2

SCHEMA LADDER/KOP EQUIVALENTE

• NON VIENE VISUALIZZATO IL CIR-CUITO DI INGRESSO CHE, PER LA STANDARDIZZAZIONE INTRODOTTA DAI PLC, È TRASPARENTE DAL PUNTO DI VISTA DEL PROGRAM-MATORE

FASE NEUTRO

R0 R1 A4.0

A4.1

R2 A4.2

R1

AUTOMAZIONE 1

FASE NEUTRO

R0 R1 A4.0

A4.1

R2 A4.2

R1

• L'INTERFACCIA OPERATORE CONTENEVA UN INTERPRETE CHE TRADUCEVA GLI SCHEMI GRAFICI A SCALA IN ISTRUZIONI, CON UNA CORRISPONDENZA UNO A UNO TRA I SIMBOLI GRAFICI (CONTATTI, INGRESSI, USCITE, ECC.) E LE ISTRUZIONI.

ESEMPIO IN LADDER/KOP 63

SCHEMA LADDER/KOP EQUIVALENTE

• I PRIMI PLC ERANO PROGRAMMABILI ATTRAVERSO UNA INTERFACCIA CHE RIPRODUCEVA LA STRUTTURA DEL DIAGRAMMA, UN "GRADINO”(RUNG) ALLA VOLTA

AUTOMAZIONE 1

22

LADDER DIAGRAM(KOP)

AND

( )E1.0 E1.1 A4.0

1

( )OR

E1.2

E1.1

A4.1

2

V+V+ VV--

FUNCTIONAL BLOCK(FUP)

&E1.0

E1.1

A4.0 1

A4.1

E1.2

E1.12≥ 1

CONFRONTO FRA LADDER/KOP E FUNCTIONAL BLOK FUP 64

AUTOMAZIONE 1

CONFRONTO FRA LADDER/KOP E FUNCTIONAL BLOK FUP 65

AUTOMAZIONE 1

SFC - SEQUENTIAL FUNCTION CHARTMETODO PER RAPPRESENTARE GLI ELEMENTI CHIAVE DI UNA PROCE-DURA SEQUENZIALE, OSSIA LE CONDIZIONI PER PASSARE DA UNO STATO AD UN ALTRO E GLI EFFETTI (USCITE FISICHE) PRESENTI MENTRE SI TROVA IN UNO STATO PARTICOLARE

INITIAL

PERMANENT COUNTING NOTHING

RUN_WALKRUN_SIN_TE

NOTHING2

TRUE

TRUE

SIN_TEST

NSIN_TEST

WALH_LIGHT

NWALH_LIGHT

SINTASSI

U E 1.0UN E 1.1= A 4.0

CODICE OPERATIVO TIPO DI VARIABILE INDIRIZZO FISICO

LE ISTRUZIONI LOGICHE NON HANNO ALCUN EFFETTO SULLE USCITE:AGISCONO COME CONDIZIONI SULLE ISTRUZIONI DI ESECUZIONE

U E 1.0UN E 1.1 ISTRUZIONI LOGICHE

ISTRUZIONI LOGICHEON E 1.2O E 1.1

1 ISTRUZIONI DI ESECUZIONE= A 4.0

LINGUAGGIO SIEMENS STEP5BOOLEAN LANGUAGE (AWL) STRUTTURA DEL PROGRAMMA

2 ISTRUZIONI DI ESECUZIONE= A 4.1

LINGUAGGIO SIEMENS 66

AUTOMAZIONE 1

23

LINGUAGGIO SIEMENS STEP5

• AMBIENTE DI PROGRAMMAZIONE UTILIZZATO DALLA SIEMENS NEI PLC DELLA SERIE UNIVERSALE S5XXXU (DOVE XXX = 100, 101, 115, 135, 150


• L'AMBIENTE DI PROGRAMMAZIONE STEP5 METTE A DISPOSIZIONE DEL PROGRAMMATORE DIVERSE INTERFACCE DI PROGRAMMAZIO-NE DENOMINATE

• AWL CHE CORRISPONDE ALLA PROGRAMMAZIONE CON LISTA DI ISTRUZIONI

• FUP CHE CORRISPONDE ALLA PROGRAMMAZIONE MEDIANTE SCHEMA LOGICO

• KOP CHE CORRISPONDE ALLA PROGRAMMAZIONE MEDIANTE SCHEMA A CONTATTI

AUTOMAZIONE 1

LINGUAGGIO SIEMENS STEP5

IN TUTTI IBLOCCHI

AWLFUPOP

---

SOLO NEIBLOCCHI

FUNZIONALI

---

AWL

SOLO NEIBLOCCHI

FUNZIONALI

PER UTENTIESPERTI DEL

SISTEMA

AWL

CAMPO DIIMPIEGO

TIPO DIRAPPRESENTAZIONE

PARTICOLARITÀ

ISTRUZIONIFONDAMENTALI

ISTRUZIONICOMPLEMENTARI

ISTRUZIONIDI SISTEMA


LE ISTRUZIONI

AUTOMAZIONE 1

CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE - Università degli ... · automazione 1 • i plc sono...

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