PLC51PLC51

AUTOMAZIONE62

Ecco il “piccolo Davide”, un ottimo esempio di come l’elettronica si integra con l’informatica:un potente PLC controllabile tramite la porta seriale di un personal computer.

Chi lavora con l’elettronica da diversi

anni ha certamente apprezzato le

ottime caratteristiche del PLC51 che vi

abbiamo descritto nel numero di gen-

naio. In questa seconda parte illustre-

remo le caratteristiche circuitali e la

realizzazione pratica delle tre schedi-

ne: CPU – Adapter per PC – Interfaccia

di potenza. Tutto questo è necessario

per comprendere ed utilizzare il PLC

in abbinamento al software per PC, in

grado di mettere a disposizione una

serie di strumenti che diventano parte

integrante del circuito e che garanti-

scono la possibilità di utilizzare il dis-

positivo per una grande varietà di

applicazioni, dall’Home Automation

alla realizzazione di automatismi per

macchine elettriche.

SCHEMA ELETTRICO

MICRO CPU

Il cuore di questa scheda è il micro-

controller Atmel AT89C2051, dotato

di 15 porte di I/O bidirezionali, un’in-

terfaccia uart programmabile, 2 timer

e un comparatore analogico.

All’interno della memoria del micro-

controllore risiede un programma

interprete in grado di riconoscere e

gestire tutto il set di istruzioni previste

dal sistema PLC. Come visibile dallo

schema nel nostro progetto sono uti-

lizzati 11 port/pin, 6 configurati come

input digitali e 5 configurati come out-

put e tutti fanno capo al connettore a

17 poli che costituisce il collegamento

verso l’esterno. Questi 11 segnali pilo-

teranno direttamente, od attraverso la

scheda d’interfaccia, i sensori e gli

attuatori che il PLC dovrà gestire. Altri

2 port/pin del controller (tx ed rx del-

l’uart) sono collegati al connettore al

quale viene allacciato l’Adapter per il

collegamento con il PC. Per ridurre le

dimensioni della schedina ed evitare

batterie tampone, si è utilizzata un

eeprom seriale 24C16 gestita in scrit-

tura e lettura dal micro attraverso gli

ultimi 2 port/pin dei 15 disponibili.

A questi pin vengono assegnate le fun-

zioni di SDA e SCL, tipiche per questa

famiglia di eprom. Nella memoria

saranno salvati i programmi come

sequenza di istruzioni che il micro

dovrà eseguire. Completano la scheda

CPU il circuito di clock, con il tipico

quarzo da 11.059MHz, il circuito di

reset del controller (segnale disponile a

connettore) e lo stabilizzatore di ten-

sione a 5 Vcc.

SCHEMA ELETTRICO

ADAPTER RS232

I segnali tx e rx del microcontroller

sono di tipo TTL, mentre per comuni-

care con un’interfaccia seriale standard

di un PC occorrono livelli di tensione di

+/- 12V o poco inferiori, valori tipici

dello standard RS232. Per ovviare a

questo inconveniente si è prevista una

piccolissima scheda contenente un

adattatore di livelli da standard TTL a

RS232 , realizzato con il classico inte-

grato MAX232. Secondo quanto con-

sigliato dal costruttore, nello schema

elettrico sono presenti, oltre all’integra-

to, solo i condensatori C1, C2, C3, C4

e C5 controllati dall’integrato stesso.

SCHEMA ELETTRICO

INTERFACCIA POTENZA

Per collegare sensori (fotocellule, rile-

vatori induttivi ecc.) ed attuatori (relè

AUTOMAZIONE

di G.Filella e C. Beferafilella@tin.it

AUTOMAZIONE 63

AUTOMAZIONE

Schema elettrico MICRO CPU Figura 1

segnali gestiti, sia in input che in out-

put. La scheda, tramite un connetto-

re a 17 poli femmina a pettine, riceve

tutte le connessioni dalla scheda CPU

mentre, attraverso 2 morsettiere (8

poli) a vite, avviene il collegamento

AUTOMAZIONE64

di potenza, elettrovalvalvole, ecc.) al

PLC occorre una interfaccia in grado

di gestire i livelli di tensione previsti

per questo tipo di componentistica.

Esistono vari standard industriali previ-

sti come circuiteria di ingresso/uscita

dei dispositivi a logica programmabile

ma il più utilizzato, e quindi il più

affermato, è sicuramente il PNP

24Vcc. Questo standard prevede che

un segnale sia inteso “vero” o a livello

1 se la tensione dello stesso ha un

valore di circa 20-30Vcc.

Per il PLC51 si è realizzata un’interfac-

cia industriale PNP 24Vcc in grado di

innalzare le tensioni TTL delle uscite

della CPU e di adattare (diminuire da

24Vcc a 5Vcc) le tensioni restituite dai

sensori industriali PNP. Oltre a tutto

questo la scheda d’interfaccia, tramite

LED, visualizzerà lo stato di tutti i

AUTOMAZIONE

Schema elettrico, circuito stampato e disposizione dei componenti dell’ADAPTER RS232Figura 4

Circuito stampato della basetta CPU51 visto dal lato rame in scala 1:1 e dal alto componenti.Figura 2Disposizione dei componenti

sul circuito stampatoFigura 3

• R1: resistore da 10 kΩ 1/4 W • R2: resistore da 10 kΩ 1/4 W• C1: condensatore elettrolitico

da 3,3 µF/50 V• C2: condensatore ceramico

da 0,1 µF• C3: condensatore elettrolitico

da 3,3 µF/50 V• C4: condensatore elettrolitico

da 3,3 µF/50 V• C5: condensatore ceramico

da 15 pF• C6: condensatore ceramico

da 15 pF• D1: IN4148• Q1: Quarzo 11.0592 MHz• U1: AT89C2051• IC1: 78LM05• IC2: M24C16

ELENCO COMPONENTICPU51

• C1: condensatore elettrolitico da 3,3 µF 50V

• C2: condensatore elettrolitico da 3,3 µF 50V

• C3: condensatore elettrolitico da 3,3 µF 50V

• C4: condensatore elettrolitico da 3,3 µF 50V

• C5: condensatore ceramico da 0,1 µF

• IC1: circuito integrato MAX232

ELENCO COMPONENTIADAPTER

AUTOMAZIONE

AUTOMAZIONE 65

Schema elettrico INTERFACCIA POTENZA Figura 5

dovrà solo tenere conto dei livelli

gestibili, ovvero pochi milliampere a

5Vcc. La costruzione dell’Adapter per

RS232 è semplicissima, si potrà omet-

tere anche lo zoccolo per il MAX232,

vista la robustezza e l’affidabilità dello

stesso. Una volta saldati l’integrato ed

i condensatori, si dovranno montare i

terminali dove andranno saldati i fili

dei due cavetti di collegamento, inte-

stati in questo modo:

• Connettore a vaschetta 9 poli fem-

mina verso il PC.

• Connettore a pettine 4 poli femmi-

na verso la Micro CPU o interfaccia

di potenza.

L’Adapter dovrà essere alloggiato in

un piccolissimo contenitore di prote-

zione. Leggermente più complessa

degli input e degli output.

L’adattamento dei livelli di ingresso si

effettua tramite partitore resistivo e la

tensione in ingresso alla scheda CPU

viene stabilizzata a 4,7Vcc tramite

Zener. Il LED, posto direttamente sul-

l’ingresso a 24Vcc, svolge la duplice

funzione di segnalazione ingresso atti-

vo e controllo inversione polarità.

L’adattamento dei livelli di uscita

avviene tramite un buffer integrato

ULN2803 che pilota, oltre al LED di

segnalazione output attivo, anche il

transistor pnp di uscita BD140. Sulla

scheda sono duplicati, tramite altri

due connettori a pettine, il segnale di

reset esterno ed i segnali di rx, tx, +5V

e gnd per l’Adapter seriale.

REALIZZAZIONE PRATICA

Il PLC51 è stato realizzato modular-

mente per poter essere inserito nel-

l’apposito contenitore visibile in figu-

ra 8 e i cui circuiti stampati, progetta-

ti allo scopo, sono visibili nelle figure

2, 4, 6 . Analogamente, le figure 3, 4

e 7 illustrano la disposizione dei com-

ponenti. Seguendo i piani di montag-

gio riportati, crediamo che non esista-

no particolari difficoltà in fase realizza-

tiva. Per quanto riguarda la scheda

Micro CPU, si dovrà iniziare il mon-

taggio saldando i componenti nel

modo seguente: resistenze, diodo,

regolatore di tensione 78LM05, con-

densatori, zoccoli da 20 e 8 pin che

ospiteranno il microcontroller e la

eeprom ed, infine, il connettore a pet-

tine da 17 poli ed il quarzo. Una volta

realizzata, questa scheda, potrebbe

lavorare in modo autonomo con il

solo ausilio dell’Adapter seriale, si

AUTOMAZIONE

AUTOMAZIONE66

Circuito stampato della basetta INTERFACCIA POTENZA visto dal lato rame in scala 1:1 e dal alto componenti.Figura 6

sarà la realizzazione dell’interfaccia di

potenza: anche in questo caso si dovrà

iniziare il montaggio e la saldatura dai

componenti più piccoli (resistenze,

diodi), per continuare con i condensa-

tori, lo zoccolo per l’integrato

ULN2803, le morsettiere ed i connet-

tori, i transistor, il regolatore di tensio-

ne ed infine i LED. Se la scheda sarà

inserita all’interno di un apposito con-

tenitore, si dovrà tenere conto che i

LED devono essere visibili dall’esterno,

quindi occorrerà prevedere la giusta

misura dei reofori, oppure rimandare

AUTOMAZIONE

AUTOMAZIONE 67

la saldatura dei LED solo quando ci si è

procurati il contenitore. La Micro CPU

sarà connessa alla scheda d’interfaccia

di potenza tramite i relativi connettori

da 17 poli, e tutte le connessioni con il

“mondo esterno”, ad esclusione della

fase di programmazione, saranno

effettuate tramite le 2 morsettiere a

vite da 8 poli che prevedono anche l’a-

limentazione a 24Vcc del PLC. La sche-

da,una volta programmata, potrà

essere resa autonoma “ponticellando”

i pin rx e tx presenti sul connettore a 4

poli dell’interfaccia. Prima di alimenta-

re il PLC, consigliamo di controllare

molto attentamente le saldature effet-

tuate, considerato che le schede

hanno delle piste particolarmente rav-

vicinate e, prima di fornire tensione, è

buona norma controllare con un mul-

timetro eventuali falsi contatti, corto-

circuiti e saldature fredde.

LA PROSSIMA PARTE

Nella prossima puntata, che conclude-

rà la descrizione del PLC51, ci occupe-

remo esclusivamente del software in

grado di gestire tutto il PLC. Come

abbiamo già accennato, questa sezio-

ne è stata particolarmente curata sia

• R1-R6: resistori da 2,2 kΩ

• R7-R13: resistori da 1,5 kΩ

• R14-R18: resistori da 3,3 kΩ

• R19-R23: resistori da 1,5 kΩ

• C1: condensatore elettrolitico da 3,3 µF/50 V• C2: condensatore elettrolitico da 3,3 µF/50 V• C3: condensatore ceramico da 0,1 µF• C4-C9: condensatori ceramici da 10 nF• C10: condensatore elettrolitico

da 0,1 µF/50 V• D1-D6: ZENER 4.7V• D7-D12: LED Rossi D=3mm• D13: LED Verde D=3mm• D14-D18: LED Rossi D=3mm• D19: IN 4007• TR1-5: BD140• IC1: LM7812• IC2: ULN2803

ELENCO COMPONENTIINTERFACCIA DI POTENZA

dal punto di vista funzionale che da

quello grafico. Ci raccomandiamo,

quindi, di non perdere il prossimo

numero!

Il contenitore in cui inserire

il PLC51 Figura 8

Disposizione dei componenti sul circuito stampato INTERFACCIA POTENZA Figura 7

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