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SAVE Veronafiere 23-25 Ottobre 2007

Perché il P.L.C.?

Introduzione di base al P.L.C.(Programmable Logic Controller)

SAVE 2007 - Veronafiere 23-25 ottobre 2007

Argomenti trattati

• Cosa è un P.L.C.?• Logica cablata (Relé)• Logica con il P.L.C.• Vantaggi del P.L.C. rispetto ai relé• Ingressi e Uscite• Sensori ed Attuatori• Logica PNP e NPN• Linguaggi: AWL, KOP, FUP• Altri linguaggi: Grafcet, Testo Strutturato• Avviamento Stella Triangolo, esempio a relé e con P.L.C.• Esempio pratico e simulazione con il software TRILOGI • Domande e Risposte


Cosa è un P.L.C.?

• Programmable Logic Controller– Controllore a Logica Programmabile

• Un P.L.C. non è altro che un piccolo computer studiato per un utilizzo nei macchinari industriali e controlli di processo.

• I componenti fondamentali del PLC sono:– Un processore (C.P.U., Central Processing Unit) che effettua i calcoli ed esegue il

programma– Una memoria per immagazzinare dati ed il programma– Una serie di ingressi che possono essere digitali (0,1) oppure analogici (in

tensione 0-10V oppure in corrente 4-20mA)– Una serie di uscite che possono essere digitali (0,1) oppure analogiche (in

tensione 0-10V oppure in corrente 4-20mA)


Esempio di PLC industriale


Logica cablata

• La logica cablata è stata la logica utilizzata nei macchinari fino agli anni 60 e 70.

• I quadri elettrici delle macchine erano molto ingombranti, con una infinità di relé e temporizzatori.

• C’era bisogno di elettricisti molto in gamba per realizzare tutto il cablaggio ma soprattutto per trovare il problema in caso di guasto.

• Una modifica (anche semplice) nel funzionamento della macchina implicava un nuovo cablaggio e tempi di riavvio molto lunghi.


Logica con il P.L.C.

• Il cablaggio di un quadro elettrico con PLC è molto semplice:– Interruttori, Pulsanti, Sensori, Encoder, ecc.vanno collegati agli ingressi del PLC.

– Contattori, Elettrovalvole, Attuatori, ecc. vanno collegati alle uscite del PLC.

• Il funzionamento della macchina viene gestito all’interno del PLC e di conseguenza vengono eliminati una infinità di relé, temporizzatori, schede elettroniche ed il cablaggio che prima avevano il compito di fare funzionare la macchina come desiderato.

• La diagnostica in caso di guasto è molto più semplice e veloce.

• Il consumo è molto più ridotto (i relé consumano molto di più di un PLC)

• Una modifica nel funzionamento della macchina è facilmente eseguibile, basta modificare il programma.


Vantaggi del P.L.C.rispetto ai relé

• Riassumendo si può dire che i vantaggi di un sistema con P.L.C. sono i seguenti:

– Semplificazione del cablaggio (meno componenti nel quadro elettrico, meno cablaggio e più semplice).

– Diagnostica guasti molto più facile.

– Modifiche al funzionamento molto più facili.

– Consumo molto più ridotto.

– Affidabilità nel tempo molto più alta.


Ingressi e Uscite Digitali

• Gli ingressi e le uscite di un P.L.C. sono di due tipi fondamentali:

– Digitali: Sono indicati con i valori 0 e 1:

• Livello logico 0 = Indica che non c’è passaggio di corrente elettrica.

• Livello logico 1 = Indica che c’è passaggio di corrente elettrica.


Ingressi e Uscite Analogici

– Analogici: Possono essere di due tipi:

• In tensione:– Ingressi: All’ingresso viene applicata una tensione variabile da 0 a 10VDC

secondo il valore letto da un determinato sensore (pressione, temperatura, velocità, ecc.). La tensione può essere anche in milivolts ed allora l’ingresso del PLC è un ingresso speciale.

– Uscite: All’uscita viene applicata una tensione variabile da 0 a 10VDC per comandare un attuatore regolabile in tensione (esempio inverter+motore).

• In corrente:– Ingressi: All’ingresso viene applicata una corrente variabile da 4 a 20mA

secondo il valore letto da un determinato sensore (pressione, temperatura, velocità, ecc.).

– Uscite: All’uscita viene applicata una corrente variabile da 4 a 20mA per comandare un attuatore regolabile in corrente (esempio inverter+motore)


Sensori ed Attuatori

• Per Sensore possiamo intendere ogni elemento applicato ad un ingresso del PLC. Si può dire che si tratta di LEGGERE un valore sia esso digitale o analogico. Dunque sensori possono essere: interruttori, finecorsa, proximity, sensori di pressione, temperatura, ecc.

• Per Attuatore possiamo intendere ogni elemento applicato ad una uscita del PLC. Si può dire che si tratta di COMANDARE una azione e possono avere bisogno di un comando digitale o analogico. Dunque attuatori possono essere: relé, contattori, elettrovalvole, gruppi inverter+motore, ecc.


Logica PNP e NPN

• I nomi di logica PNP e NPN provengono dai due tipi principali di transistor usati in elettronica:


PNP: Logica Positiva

• Logica PNP negli ingressi:– Ingresso attivo (livello logico 1) applicando la tensione di

alimentazione (24VDC).

– Ingresso non attivo (livello logico 0) se non si collega l’ingresso oppure viene collegato allo 0VDC.

• Logica PNP nelle uscite:– Uscita attiva (livello logico 1) quando fornisce la tensione di

alimentazione (24VDC).

– Uscita non attiva (livello logico 0) quando fornisce lo zero volts della tensione di alimentazione (0VDC).


NPN: Logica Negativa

• Logica NPN negli ingressi:– Ingresso attivo (livello logico 1) applicando lo zero volts della

tensione di alimentazione (0VDC).

– Ingresso non attivo (livello logico 0) se non si collega l’ingresso oppure viene collegato al positivo dell’alimentazione (24VDC).

• Logica NPN nelle uscite:– Uscita attiva (livello logico 1) quando fornisce lo zero volts della

tensione di alimentazione (0VDC).

– Uscita non attiva (livello logico 0) quando fornisce la tensione di alimentazione (24VDC).


Ingressi con Logica Positiva

• La logica Positiva è la più usata negli ingressi per un semplice motivo: Una deviazione involontaria di un ingresso a massa (0VDC) può provocare un cortocircuito e di conseguenza la fermata della macchina ma la macchina non eseguirà nessun movimento involontario.

• Invece una deviazione involontaria di un ingresso a massa (0VDC) in una logica Negativa potrebbe provocare un movimento involontario della macchina.


Esempi di cablaggio 1

• Ingressi con logica Positiva e Negativa:



• Uscite a Transistor con logica Positiva:



• Uscite a Relé con cablaggio in logica Positiva:


Da notare

• In un cablaggio con logica Positiva agli ingressi il comune dei Sensori va collegato al Positivo.

• In un cablaggio con logica Positiva alle uscite il comune degli Attuatori va collegato al Negativo.

• Il contrario succede in un cablaggio con logica Negativa.


Linguaggi di programmazione

• I tre tipi di linguaggi più usati per programmare il PLC sono:

– AWL o Lista di Istruzioni: E’ un linguaggio scritto simile all’Assembler (linguaggio di programmazione dei microprocessori)

– KOP o Ladder o LD o a Contatti: E’ un linguaggio grafico di facile utilizzo pensato per quelli che provengono dal mondo elettrotecnico.

– FUP o FB o Blocchi Funzionali: E’ un linguaggio grafico pensato per quelli che provengono dal mondo elettronico.


AWL, KOP, FUP

• Le sigle AWL, KOP e FUP vengono dal tedesco:

– AWL AnWeisungsListe: Lista di Istruzioni

– KOP KOntaktPlan: Squema a contatti

– FUP FUnktionsPlan: Squema a Funzioni (Blocchi funzionali)


Lista di Istruzioni

• Scrivere un programma in lista di istruzioni permette la massima flessibilità per ottenere il massimo dal PLC, ma non è il più intuitivo. Esempio di programma in lista di istruzioni:

LD E0.0 (Carica lo stato dell’ingresso E0.0)

AND E0.1 (Fa la somma logica con l’ingresso E0.1)

OUT A0.0 (Il risultato attiva l’uscita A0.0)


A Contatti

• Scrivere un programma in linguaggio a contatti è molto semplice ed intuitivo. E’ stato pensato per quelli che provengono dal mondo dell’elettrotecnica. Lo stesso esempio precendente diventerà:


A Blocchi Funzionali

• Il linguaggio a Blocchi Funzionali è anche semplice ed intuitivo ma pensato per quelli che provengono dal mondo dell’elettronica. Lo stesso esempio precedente sarà:


Altri linguaggi

• Un altro tipo di linguaggio più evoluto e pensato per quelli cheprovengono dal mondo della programmazione pura è il Testo Strutturato. In pratica è molto simile al linguaggio C o altri linguaggi di alto livello.

• Anche se fondamentalmente questi linguaggi sono uguali per tutte le marche di PLC, nella pratica ogni marca usa uno proprio. Nel tentativo di stabilire uno standard unico si sono stabilite delle normative al riguardo per facilitare la comprensione dei programmi tra programmatori di diverse marche di PLC. Così sono nati i linguaggi Grafcet, SFC, ecc.


Esempio pratico

• Andiamo a vedere adesso un esempio pratico: L’avviamento Stella-Triangolo di un normale motore trifase.

• Innanzitutto vediamo come sarebbe lo schema elettrico. Le tre pagine successive sono lo schema elettrico con la parte di potenza, ausiliari con relé e ausiliari con PLC.

• Lo schema elettrico di potenza rimane invariato sia che realizziamo lo schema a relé sia con il PLC.


Sviluppo del programma

• Una volta disegnato lo schema elettrico passiamo all’elenco degli ingressi, delle uscite e degli elementi che ci servono:

Ingressi

E1.0 = Termico motore

E1.1 = Pulsante STOP

E1.2 = Pulante START

T1 = Temporizzatore 1

Uscite

A1.0 = Contattore Principale

A1.1 = Contattore Stella

A1.2 = Contattore Triangolo

M1 = Avvio motore


Programma a Contatti

• Questo potrebbe essere il programma per l’avviamento Stella-Triangolo:

Attenzione !!! Questo programma ha soltanto uno scopo didattico e non può essere considerato adatto alla realizzazione pratica di un avviamento stella-triangolo.


Domande e Risposte

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Save Verona-Fiere 23-25 Ottobre 2007

by Manuel Castillo


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