Rcs S.000.CLD.stc.0042V3T1 Preview

1.1 Logica cablata e programmabile 21.2 Classificazioni dei PLC 61.3 Struttura del PLC 81.4 Unità centrale 9

1.4.1 CPU 91.4.2 Memoria 111.4.3 Alimentatore 131.4.4 Modulo di comunicazione 131.4.5 Altri dispositivi dell’unità centrale 14

1.5 Unità ingressi/uscite (I/O) 151.6 Unità di programmazione 21

Collegamenti e approfondimenti 24Verifica di fine unità 25

2.1 Elementi funzionali 262.2 Individuazione degli elementi funzionali 292.3 Contatti e bobine 312.4 Criteri di scelta del PLC 322.5 Esercitazione dell’impego dei programmatori portatili 33

Collegamenti e approfondimenti 58Verifica di fine unità 37Preparazione all’esame di Stato 38

1.1 Definizione dello schema funzionale 401.2 Configurazione degli elementi funzionali 411.3 Codifica 42

Indice

Struttura del PLC pag. 2Unità

1

L’hardware del PLCModulo 1

Funzionamento del PLC pag. 26Unità

2

Le fasi della programmazione pag. 40Unità

1

La programmazione del PLCModulo 2

Glossario dei termini

0040.indice.qxd:0040.indice.qxd 9-02-2010 8:34 Pagina IV

V

1.4 Implementazione del programma 421.5 I linguaggi di programmazione 43


2.1 Conversione diagramma a relè - schema a contatti 462.2 Lista istituzioni AWL 492.3 Istruzioni fondamentali di logica a relè 512.4 Esercitazioni di laboratorio di elettropneumatica 542.5 Programmazione di blocchi di contatti 592.6 Esercitazioni di laboratorio di elettropneumatica 612.7 Simulazione di un sequenziatore logico 642.8 Esercitazione di laboratorio di elettropneumatica 642.9 Funzioni a relè composte 682.10 Linee logiche equivalenti 702.11 Istruzioni di temporizzazione 722.12 Esercitazioni di laboratorio di elettropneumatica 772.13 Istruzioni di conteggio 802.14 Esercitazione di laboratorio di elettropneumatica 822.15 Uso combinato di temporizzatori e contatori 852.16 Istruzioni di movimento dati 862.17 Istruzioni di controllo 94

Collegamenti e approfondimenti 99Esercizi proposti 100Verifica di fine unità 103Preparazione all’esame di Stato 104

3.1 Costruzione del diagramma Grafcet 1063.2 Programmazione diretta del Grafcet 112

Collegamenti e approfondimenti 114Esercizi svolti 115Esercizi proposti 116Verifica di fine unità 117

4.1 Programmazione con editor grafico 1184.2 Programmazione con software supervisore 1194.3 Programmazione con software simulatore 1204.4 Un esempio di software PLC 121


Il linguaggio KOP e la sua codifica in AWL pag. 46Unità

2

Il linguaggio SFC pag. 106Unità

3

La programmazione con PC pag. 118Unità

4

0040.indice.qxd:0040.indice.qxd 9-02-2010 8:34 Pagina V

© R

CS L

ibri

S.p.

A. -

Div

isio

ne E

duca

tion,

Mila

no

VI

1.1 Comando, regolazione e controllo 1281.2 Principio di funzionamento e struttura 1301.3 La classificazione fondamentale 1331.4 Tipi di segnali 1361.5 Parametri caratteristici 137


2.1 Elementi caratteristici degli schemi funzionali 1402.2 Algebra degli schemi a blocchi funzionali 1412.3 Sintesi di uno schema a blocchi 145


3.1 Metodo della Trasformata di Laplace 1563.2 FDT e risposta alla sollecitazione di elementi meccanici 1623.3 FDT e risposta alla sollecitazione di elementi elettrici 1673.4 FDT e risposta alla sollecitazione di elementi termici 1743.5 FDT e risposta alla sollecitazione di elementi idraulici 1773.6 Considerazioni finali 180


I concetti di base del controllo automatico pag. 128Unità

1

Architettura dei sistemi di controlloautomatico

Modulo 3

Schemi a blocchi funzionali pag. 140Unità

2

Analisi dei sistemi continui pag. 156Unità

3

Simboli grafici degli schemia blocchi funzionali

Elenco di trasformazione di Laplace

0040.indice.qxd:0040.indice.qxd 9-02-2010 8:34 Pagina VI

VII

4.1 Stesura dello schema equivalente 190


5.1 Definizioni 1985.2 I regolatori 1995.3 I termini del problema della regolazione 1995.4 Tipi di regolazione 2015.5 Regolatori elettronici (Regolatori PID) 209


1.1 Definizioni 2201.2 Classificazioni 2211.3 Parametri caratteristici 2241.4 Criteri di scelta dei trasduttori 227


2.1 Trasduttori di posizione 2302.2 Trasduttori di velocità 2362.3 Traduttori di forza 2382.4 Traduttori di pressione 2412.5 Traduttori di livello 2422.6 Traduttori di flusso 2422.7 Traduttori di temperatura 2472.8 Traduttori di prossimità 251

Schemi equivalenti pag. 188Unità

4

Applicazioni: regolatori industriali pag. 198Unità

5

Nozioni generali sui trasduttori pag. 220Unità

1

TrasduttoriModulo 4

Servomeccanismi

Funzionamento dei trasduttori pag. 230Unità

2

0040.indice.qxd:0040.indice.qxd 9-02-2010 8:34 Pagina VII

VIII


1.1 Definizione di robot industriale 2601.2 Architettura del robot 2621.3 Struttura meccanica 2641.4 Prestazioni 2661.5 Classificazione cinematica dei robot 2681.6 Sistema d’azionamento dei giunti 272

1.6.1 Gli attuatori 2731.6.2 Organi di trasmissione 275

1.7 Sensori 2751.8 Unità di governo 278

1.8.1 Classificazione operativa 2781.9 Attuatore finale 2811.10 Applicazione dei robot 284


2.1 Schemi funzionali dei robot 3022.2 Descrizione dei movimenti 3042.3 Analisi cinematica 3062.4 La programmazione dei robot 3152.5 Sistemi di programmazione 3152.6 Linguaggi di programmazione 3202.7 Istruzioni di movimento 323


Caratteristiche costruttive e applicazionidei robot industriali pag. 260

Unità

1

La robotica industrialeModulo 5

Principi di funzionamento dei robot pag. 302Unità

2

Trasduttori

Analisi dinamica

0040.indice.qxd:0040.indice.qxd 9-02-2010 8:34 Pagina VIII

IXL’acqua e i suoi impieghi1Modulo

Elementi di logisticaUnità

3

Sistemi flessibili di produzioneUnità

4

Richiami sui vettori e sulle matriciUnità

5

0040.indice.qxd:0040.indice.qxd 9-02-2010 8:34 Pagina IX

L’hardwaredel PLC

Modulo

11Unità 2 Funzionamento del PLC

Unità 1 Struttura del PLC

Competenze

Abilità

■ Dimensionare il PLC necessario a gestire sempliciapplicazioni d’automazione.

■ Valutare la convenienza del ricorso alla logicaprogrammabile nel contesto dello studio di fattibilità di unsistema d’automazione.

Il controllore logico programmabile, in sigla PLC (Program-mable Logic Controller), appare per la prima volta sul mercato nel1969, proposto dalla General Motor per la gestione dei cicli dilavoro sequenziali delle macchine automatiche; è subito evidenteche il suo punto di forza è la flessibilità che deriva dalla sostituzio-ne della logica cablata con quella programmabile.In continua e rapida evoluzione, come del resto tutti i prodotti elet-tronici, il PLC si trasforma da semplice sequenziatore a vero e pro-prio computer; grazie a tanti anni di applicazione sul campo e allacontinua ricerca industriale il prodotto PLC raggiunge un’elevataaffidabilità e un ottimo rapporto costo/prestazioni. Per merito dellesue caratteristiche esso rappresenta oggi la soluzione ottimale dimolti problemi d’automazione; non esistono più settori della pro-duzione o del controllo nei quali i PLC non siano presenti.L’importanza che il PLC ha assunto nel contesto di sua com-petenza è paragonabile a quella che ha avuto il personal com-puter nella diffusione dell’informatica; è dunque inevitabileriservare ampio spazio a questo importante componente del-l’automazione di fabbrica. Esamineremo come è realizzato,quali sono le modalità di funzionamento, come deve essereprogrammato, in che modo esso consente l’automazione deisistemi discreti, come può essere impiegato nei controlli ana-logici. Naturalmente il livello delle competenze richieste inmerito alle questioni elettroniche sarà adeguato a una culturaprevalentemente meccanica, tuttavia, per la comprensionedegli argomenti trattati, è necessario che siano state acquisitele competenze relative all’algebra logica e agli elementi di elet-tronica del primo volume nonchè ai comandi pneumatici edelettropneumatici del secondo volume del corso.

Introduzione

Conoscenze

■ Componenti fondamentali del PLC.

■ Tipi di PLC.

■ Funzioni svolte dal PLC.

U.1

L’hardware del PLC

Struttura del PLC

U.2

Funzionamento del PLC

0050.M01_apertura.qxd:0050.M01_apertura.qxd 8-02-2010 10:27 Pagina 1

2

Secondo la norma IEC 1131:

il PLC (Programmable Logic Controller) è un sistema elettronico, a funzionamento digi-tale, destinato all’uso in ambito industriale, che utilizza una memoria programmabileper l’archiviazione interna di istruzioni orientate all’utilizzatore per l’implementazionedi funzioni specifiche, come quelle logiche, di sequenziamento, di temporizzazione, diconteggio e di calcolo aritmetico, e per controllare, mediante ingressi e uscite sia digi-tali che analogici, vari tipi di macchine e processi.

La definizione descrive in forma sintetica, ma al tempo stesso in modo esauriente, le caratteristi-che costruttive e funzionali del controllore logico programmabile; esso è un dispositivo elettroni-co a microprocessore e in quanto tale si deve considerare come un sistema composto da hardwa-re (insieme dei circuiti elettronici e delle apparecchiature annesse) e software (insieme delle istru-zioni che formano il programma utente). Per quanto riguarda invece la modalità di funziona-mento la definizione può essere interpretata per mezzo dello schema illustrato in ; i sen-sori inviano in ingresso al PLC lo stato del sistema controllato, ovvero l’insieme dei valori dellegrandezze controllate; in base ai dati ricevuti e alle istruzioni del programma utente il PLC decideche cosa si deve fare e invia in uscita agli attuatori i comandi per intervenire sul processo.

Il PLC è nato per superare i limiti dei quadri a relè nella realizzazione delle macchine sequenziali,limiti dovuti essenzialmente alla scarsa flessibilità della logica cablata; questa infatti richiede sem-pre interventi di modifica al quadro elettrico quando, per vari motivi (errori, imprevisti, amplia-menti, ecc.), si rende necessario apportare variazioni al progetto del ciclo di lavorazione. Con lalogica programmabile le suddette modifiche si effettuano tramite la riscrittura delle corrispon-denti istruzioni del programma utente. In altri termini l’intervento sull’hardware è sostituito dall’in-tervento sul software, che evidentemente è meno oneroso sia in termini di costo che di tempo.

figura 1.1

2

Struttura del PLC1u

nità

figura 1.1Sistema d’automazione programmabile tramite PLC.

Logica cablata e programmabile1.1

0060.M01_ud01.qxd:0060.M01_ud01.qxd 8-02-2010 10:26 Pagina 2

esempio 1.2

esempio 1.1

3Struttura del PLC1Unità

Consideriamo il semplice circuito di ; esso è relativo a un caso banale, che non richiederebbecerto il ricorso a un PLC, tuttavia ci consente di chiarire bene, oltre al principio di funzionamento del con-trollore, anche la differenza tra logica cablata e logica programmabile. I dispositivi di campo sono un inter-ruttore I e una lampadina L che deve accendersi quando I viene chiuso e deve spegnersi quando I vieneaperto; in figura è indicato il cablaggio tra I, L e il PLC, per evidenziare la differenza fondamentale che il con-trollore stabilisce tra le due apparecchiature: I costituisce un ingresso (In), L è invece un’uscita (Out).Il programma utente, in tal caso estremamente semplice, istruisce la CPU informandola che non appe-na trova chiuso I deve far accendere L; la CPU esegue il programma ripetutamente e quindi in tal caso

legge continuamente il valore di I. Poiché l’istruzione è L � I, finché I � 0anche L � 0, ma non appena il PLC si accorge che I � 1, perché in quel-l’istante qualcuno ha premuto l’interruttore, abilita l’uscita collegata a L,cioè pone L � 1 consentendo alla lampada, alimentata dal generatoreesterno, di accendersi. La CPU continua a eseguire il programma ed èpertanto in grado di rilevare qualsiasi variazione nello stato di I per interve-nire nel modo che è stato richiesto dall’utente attraverso la stesura del pro-gramma. È molto importante osservare che con tale sistema sarebbe pos-sibile far accendere la lampadina con l’interruttore aperto e viceversa sen-za dover apportare alcuna modifica fisica all’impianto; basta infatti, con lostesso cablaggio, scrivere in memoria un programma che istruisce il PLCnel modo seguente:

se I � 0 poni L � 1 se I � 1 poni L � 0Ciò si ottiene con l’istruzione:

Un altro esempio, quello del comando automatico illustrato in , è utile per chiarireimmediatamente il tipo di apporto che il PLC è in grado di fornire nel contesto dei cicli sequen-ziali delle macchine automatiche.

Si devono comandare per mezzo di un PLC, due attuatori pneumatici A e B in modo da ottenere movi-menti lineari secondo la sequenza A� B� A� B� eventualmente modificabile in A� B� B� A�.Il primo ciclo si ottiene con il cablaggio illustrato in .Ciascun cilindro è azionato per mezzo diun’elettrovalvola (EVa e EVb). La posizione degli steli è rilevata mediante quattro sensori di prossimitàa0, a1, b0 e b1; per gestire il sistema, in sostituzione del blocco di comando pneumatico o elettrico cheabbiamo progettato nel secondo volume del corso, può essere impiegato un piccolo PLC. I due cilin-dri A e B costituiscono il blocco di potenza; il PLC realizza il blocco di governo mentre i sensori e leelettrovalvole formano il blocco di comunicazione del comando automatico. Più precisamente EVa eEVb realizzano l’interfaccia E/A poiché inviano agli attuatori i segnali di comando provenienti dal PLC; lanecessità di questi elementi intermedi deriva dal fatto che i segnali digitali emessi dal controllore nonsono direttamente trasferibili agli attuatori che necessitano di segnali pneumatici (invio di aria in una del-

figura 1.2

figura 1.3

L � I

figura 1.3

figura 1.3Esempio di inserimentodi un PLC in un coman-do pneumatico.

figura 1.2Confronto tra circuitocablato e circuito pro-grammabile.

▲


© R

CS L

ibri

S.p.

A. -

Div

isio

ne E

duca

tion,

Mila

no

4 L’hardware del PLC1Modulo

le due camere). I sensori a0, a1, b0 e b1 realizzano invece l’interfaccia A/E; essi consentono al PLC di rice-vere il feedback dal campo; per esempio, quando a0 invia il suo segnale il controllore viene a sapere che,in quell’istante, lo stelo del cilindro A ha terminato la sua corsa di ritorno. Se invece della sequenza A�B� A� B� decidiamo di realizzare il ciclo A� B� B� A�, come abbiamo visto nel secondo volumedel corso, dobbiamo ricorrere alla tecnica dei collegamenti o a quella della cascata per eliminare i segnalibloccanti; ciò, oltre che complicare il circuito pneumatico, poiché si rende necessario introdurre altrielementi costruttivi, ci costringe a ricablare quasi l’intero circuito. Con il PLC non accade niente di tut-to ciò; i dispositivi da aggiungere vengono simulati dal controllore mentre gli interventi da effettuare sulcablaggio sono sostituiti dalle modifiche al programma utente.

Per chiarire ulteriormente questi importanti concetti sulla logica programmabile, fin qui espostiattraverso semplici esempi, riteniamo utile effettuare, con l’aiuto della , il confrontotra un sistema elettromeccanico (a relé) e un sistema programmabile (a PLC).

figura 1.4

figura 1.4Confronto tra un comando elettromeccanico e un comando elettronico a logica programmabile (tratto da cata-logo Siemens Simatic S5).



Per un sistema elettromeccanico si può affermare che:

◗ la funzionalità del comando è determinata dai collegamenti tra gli elementi di commutazio-ne, realizzati con contatti normalmente chiusi (NC), normalmente aperti (NA) e di scambio(NC � NA), di vari dispositivi elettromeccanici come relè, temporizzatori, contatori, compa-ratori, ecc.;

◗ il funzionamento del sistema si descrive mediante gli schemi elettrici funzionali;◗ i dispositivi elettromeccanici sono installati in un apposito armadio, che prende il nome di

quadro, e cablati secondo lo schema funzionale;◗ la composizione e il cablaggio del sistema dipendono dal particolare comando da realizzare;◗ dal quadro vengono derivati i collegamenti tra il comando e le apparecchiature di campo

(attuatori e sensori);◗ risiedendo la logica funzionale nella scelta dei componenti e nel particolare cablaggio ese-

guito, eventuali modifiche di funzionamento della macchina o dell’impianto richiedono varia-zioni, sia della composizione del quadro che del suo cablaggio, e pertanto un elevato costoe fermi macchina di notevole durata;

◗ il costo di messa in servizio è rilevante, per gli stessi motivi indicati al punto precedente,essendo in questa fase particolarmente frequenti le modifiche da apportare al sistema pergiungere al suo corretto funzionamento.

Per un sistema di comando programmabile, realizzato per mezzo di un PLC, valgono invece leseguenti considerazioni:

◗ le funzioni che deve svolgere l’unità di governo sono determinate mediante un programmache risulta indipendente dal tipo di sensori e attuatori usati, poiché considera solo lo statodei segnali in ingresso sul controllore;

◗ il programma si può scrivere in uno dei vari linguaggi di programmazione; per ogni PLCgeneralmente viene fornita la possibilità di scelta tra due o tre linguaggi;

◗ una volta scritto il programma si può facilmente trasferire nella memoria del controllore permezzo di una tastiera dedicata o di un PC;

◗ la composizione dell’unità di governo è indipendente dalle particolari funzioni da realizza-re; il PLC è sempre lo stesso qualunque sia il suo compito;

◗ il cablaggio si riduce al solo collegamento dei sensori e degli organi d’azionamento degliattuatori al PLC;

◗ essendo la logica funzionale contenuta nel programma memorizzato sul controllore, essapuò essere modificata altrettanto facilmente di come può essere scritta;

◗ variazioni funzionali e messa in servizio possono essere effettuate a costi ridotti, non richie-dendo modifiche costruttive e di cablaggio.

Nella scelta tra sistema cablato e programmabile vengono normalmente presi in considerazio-ne i criteri riassunti nella .tabella 1.1

tabella 1.1 Criteri di scelta tra logica cablata e programmabile.

Criterio Logica cablata Logica programmabile

Costo/funzione Basso Basso

Dimensioni Elevate Molto contenute

Velocità Bassa Elevata

Immunità ai disturbi elettrici Molto elevata Buona

Capacità di effettuare operazioni complicate No Sì

Flessibilità Scarsa Molto elevata

Facilità di installazione No Sì

Semplicità di manutenzione No Sì


I controllori programmabili possono essere classificati in base a diversi criteri.Con riferimento alla quantità di ingressi e uscite, che può gestire un PLC, si definisce comeindicato in .

Quando si parla di numero di ingressi/uscite si intende sempre il numero complessivo; dire peresempio 64 I/O significa che il PLC controlla un massimo di 64 punti, che possono essere oingressi o uscite, secondo una determinata combinazione come per esempio 32 ingressi � 32uscite oppure 48 ingressi � 16 uscite ecc. Per gestire un determinato numero di I/O si puòricorrere anche al collegamento di più PLC; per governare, per esempio, 68 I/O si può utilizza-re un PLC small opportunamente configurato, oppure due PLC micro collegati tra loro.Per grandi numeri di I/O devono necessariamente utilizzarsi PLC di gamma alta collegati tra loro;per esempio il modello Sysmac C2000H della Omron offre la possibilità di collegare 32 PLC, cia-scuno dei quali gestisce 2048 I/O; in configurazione massima, il numero di I/O indirizzabili è per-tanto di 65536. Questa pratica del collegamento di più PLC si rivela oggi, grazie all’attuale effi-cienza delle reti, più conveniente rispetto all’impiego di un solo PLC di taglia superiore.In base al criterio costruttivo adottato i PLC possono essere:

◗ monoblocco, o compatti: tutti i componenti sono integrati all’interno di un � di cui inè fornito un esempio. Sono particolarmente adatti per montaggio a bordo macchi-

na e appartengono normalmente alle categorie nano, micro e small;◗ a moduli affiancabili: sono configurabili dall’utente, in base alle sue esigenze specifiche,

affianca vari moduli ciascuno dei quali svolge una determinata funzione; eventuali altri modu-li possono essere montati in coda all’ultimo. Una volta assemblato il PLC può essere fissato su� . Sono adatti all’installazione in armadio e appartengono prevalentementealla categoria med. In è illustrato un PLC appartenente a questa categoria, il PLCfigura 1.6

barra DIN

figura 1.5

case

tabella 1.2


Classificazioni dei PLC1.2

tabella 1.2 Classificazione dei PLC in base al numero di I/O che è in grado di gestire.

PLC Numero I/O Altre caratteristiche associate

nano max 10 Bassa capacità di memorizzazione

micro max 64 I/O solo digitali

small (di gamma bassa) 64-256I/O digitali e analogiciConnessione in rete

med (di gamma media) 256-2028Elevata capacità di memorizzazioneModuli speciali

large (di gamma alta) � 2028 Massime prestazioni per ogni caratteristica

figura 1.5PLC monoblocco Siemens Simatic S7-200 CPU224XP.

figura 1.6PLC a moduli affiancabili (Omron CJ1M).

�CASE

Involucro predi-sposto a contereinternamente lacomponentisticaelettronica ren-dendo disponibiliall’esterno leporte di comuni-cazione.BARRA DINDispositivo dimontaggio costi-tuito da un profi-lato a forma diomega che vienefissato all’internodel quadro elet-trico e sul qualesi possonoinstallare compo-nenti dotati delnecessariomeccanismo diaggancio.

>>>



CJ1M della Omron; le descrivonodue dei suoi componenti, la CPU e il modulo dicomunicazione; nella si può osservare ilconnettore maschio che si innesta sul connettorefemmina visibile nella ;

◗ a moduli su rack: sono configurabili dall’utenteassemblando i moduli su un � , ovvero su unpannello predisposto per le connessioni. Anchequesti PLC, appartenenti alle categorie med e lar-ge, vengono installati in armadio. In èillustrato un PLC appartenente a questa categoria,il Melsec System Q della Mitsubishi; i moduli han-no un connettore posteriore che si innesta sul racke quindi le operazioni di montaggio e smontaggio,come mostra la risultano estremamen-te semplici.

Si deve osservare che la modularità non è una pre-rogativa dei PLC a moduli affiancabili o su rack,entrambi classificati genericamente come modularinei cataloghi delle case costruttrici; anche molti con-trollori compatti infatti godono di questa proprietà,essendo comunque espandibili. Il numero degli I/Opuò infatti essere aumentato con il collegamento aunità d’espansione; il PLC della , peresempio, può essere collegato a 7 unità per rag-giungere un massimo di 168 I/O.

Dal punto di vista dell’impiego i PLC si possonoclassificare in:

◗ sequenziali: sono impiegati nella realizzazionedegli automatismi che funzionano secondo unalogica sequenziale; in pratica sono i controlloridella prima generazione ovvero quelli nati persostituire i quadri elettromeccanici. Gli attuali PLCsequenziali sono tuttavia molto migliorati e svol-gono, oltre a quelle logiche, anche altre funzionicome per esempio calcoli matematici, elaborazio-ne di segnali analogici oltre che digitali, conteggioveloce per l’acquisizione di segnali a elevata fre-quenza come, per esempio, quelli provenienti darilevatori di posizione e di velocità angolare (10kHz);

◗ multifunzione: sono impiegati in tutti quei casiin cui, oltre alle funzioni caratteristiche della logi-ca sequenziale, sono richieste alcune delleseguenti prestazioni:

– misura;– regolazione (PID);– posizionamento;– controllo assi,– dialogo tra PLC e periferiche;– comunicazione tra PLC;– supervisione.

rack

figure 1.7 e 1.8

figura 1.5

figura 1.10

figura 1.9

figura 1.8

figura 1.7

figura 1.7Modulo CPU del PLC di

.figura 1.6

figura 1.9PLC a moduli su rack (Mitsubishi Melsec System Q).

figura 1.8Modulo di comunicazionedel PLC di .figura 1.6

figura 1.10

�RACK

Dispositivo dimontaggio permoduli standardcostituito da unafascia metallicasulla quale sonopraticati i fori peril fissaggio.

>>>



Il controllore logico programmabile è un prodotto che ha raggiunto uno standard consolidato, defi-nito dalle norme IEC 1131-1, 1131-2 e 1131-3; viene offerto dai costruttori ( ) in modelli che,nelle varie categorie, non differiscono molto tra una casa produttrice e l’altra.

Il PLC è un dispositivo a microprocessore, con un’architettura interna molto simile a quella di unmicrocomputer, la cui caratteristica principale, dal punto di vista costruttivo ( ), èla robustezza necessaria per resistere a tutte le sollecitazioni tipiche di una collocazione in ambi-to industriale. Essendo generalmente montato all’interno dei quadri elettrici, esso opera infatti inambienti che presentano temperature elevate, spesso molto umidi o polverosi, in presenza di note-voli interferenze elettriche; inoltre non sono rari i casi di un loro impiego a tempo pieno su impian-ti a ciclo continuo.Con riferimento alla sua implementazione hardware il PLC è una unità di controllo con archi-tettura a bus costituita, come mostrato in , dalle seguenti tre unità:

◗ unità centrale: coordina e controlla tutte le operazioni eseguite dal sistema;◗ unità ingressi/uscite (I/O): consente il collegamento tra il microprocessore e il sistema da

controllare;◗ unità di programmazione: permette di programmare il PLC.

Le prime due componenti sono installate all’inter-no di una struttura portante la cui tipologia, comevisto nel paragrafo precedente, è diversa se il PLCè compatto o a moduli; in ogni caso tale strutturaassicura la connessione meccanica e il collega-mento elettrico di tutti gli elementi che costitui-scono il PLC; la terza è invece una unità periferica

figura 1.11

figg. 1.5, 1.6 e 1.9

tab. 1.3

Struttura del PLC1.3

tabella 1.3 Principali costruttori di PLC; nel sito www.directindustry.it è possibile trovarne molti altri.

Costruttore Famiglie di PLC Sito web

Allen-BradleyLogix (Micro, Flex, Compact)SL500Pico

www.ab.com

FestoFEC-FC30-FSTFEC-FC400-FSTFEC-FC600-FST

www.festo.com

GE-Fanuc

Serie 90-30Serie 90-70VersamaxDurus

www.gefanuc.com

HitachiEH 150Micro EH

www.hitachi.com.sg

Mitsubishi FX www.mitsubishi-automation.com

MoellerPS4XC

www.moeller.net

Omron Sysmac (CPM, CP1, CJ, CS1) www.industrial.omron.eu

SiemensSimatic (S7, S7-200, S7-300, S7-400)Logo

www.automation.siemens.com

Schneider-electric(ex Telemecanique)

ModiconTwidoZelio

www.us.telemecanique.com

figura 1.11Architettura a bus del PLC.



che può essere realizzata mediante una tastiera dedicata oppure un personal computer.Oltre che al dispositivo di programmazione, il PLC può essere connesso a una serie di altreperiferiche che servono a facilitare il dialogo uomo-macchina; esse sono: il simulatore, lastampante e i dispositivi di memorizzazione di massa.Il simulatore è un dispositivo che, emulando ciò che accade sul campo, facilita la messa a punto delprogramma; i dispostivi di memorizzazione di massa invece permettono di conservare i program-mi sviluppati anche quando non sono installati sul PLC, evitando così di doverli riscrivere quandoservono. Queste funzioni, invece che da dispositivi dedicati, possono più convenientemente esse-re svolte da un PC, che nel corso degli anni ha assunto il ruolo di periferica privileggiata del PLC.

L’unità centrale, spesso impropriamente individuata con il nome della sua componente princi-pale (CPU), è la parte del PLC che effettua le elaborazioni logico-matematiche e che organizzatutte le attività del controllore. Come illustrato dallo schema a blocchi della , l’unitàcentrale, che ha una struttura a bus comprendente un bus dati, un bus indirizzi e un bus dicontrollo, è costituita da:

◗ CPU (Central Processor Unit): costituisce il “cervello”del controllore; è realizzata fisicamen-te da una scheda elettronica complessa, a logica programmabile, contenente uno o piùmicroprocessori;

◗ memoria: è il supporto fisico dove sono memorizzate tutte le informazioni che servono alfunzionamento del PLC. Si divide in tre sezioni: memoria dati, memoria di programma ememoria di sistema;

◗ modulo di comunicazione: consente al microprocessore di interfacciarsi con le periferiche.◗ alimentatore: è il dispositivo che eroga l’energia elet-

trica a tutti i componenti del sistema; normalmentefornisce diverse tensioni stabilizzate.

La CPU svolge le proprie mansioni secondo un ordinesequenziale che può essere schematizzato come mostrala ; questa successione di operazioni prende ilnome di scansione e può essere:

◗ sincrona d’ingresso e d’uscita: sia la lettura chel’invio dei dati avvengono in sincronismo, ovvero con-temporaneamente per tutti gli ingressi e per tutte leuscite. La CPU legge i dati d’ingresso e aggiorna le usci-te una volta sola per ogni ciclo di elaborazione dell’in-tero programma contenuto nella memoria; quando siverifica una variazione degli ingressi, questa non puòessere rilevata che all’inizio di una nuova scansione;

◗ sincrona d’ingresso e asincrona d’uscita: tutti gliingressi vengono letti contemporaneamente, mentrel’invio alle uscite viene fatto in tempi diversi; gliingressi vengono letti una sola volta all’inizio dellascansione ma le uscite vengono trasmesse all’esternovia via che maturano i risultati durante lo svolgimen-to del programma; con questa modalità si ha unaggiornamento delle uscite più rapido di quello checonsente il ciclo precedente;

figura 1.13

figura 1.12

Unità centrale1.4

figura 1.12Schema a blocchi dell’unità centrale.

figura 1.13Scansione.

CPU1.4.1



◗ asincrona d’ingresso e d’uscita: sia la lettura degli ingressi che l’aggiornamento delle usci-te vengono effettuati in tempi diversi; sia le uscite che gli ingressi vengono aggiornati ognivolta che si ottiene un risultato durante l’esecuzione del programma.

Si definisce tempo di risposta il tempo che passa tra la variazione degli ingressi e la cor-rispondente variazione delle uscite. Si definisce tempo di scansione il tempo che ilmicroprocessore impiega per acquisire i dati, elaborare tutto il programma e inviare inuovi dati alle uscite.

Con le definizioni poste si ha che: nella scansione sincrona d’ingresso e d’uscita il tempo dirisposta è sempre superiore al tempo di scansione. Dato l’ordine di grandezza molto piccolo diquest’ultimo parametro, in generale compreso tra 15 e 40 ms in dipendenza della quantità diistruzioni contenute nel programma e del tipo di CPU, il manifestarsi di questa condizione noncostituisce un inconveniente per molte applicazioni. Nella scansione asincrona d’ingresso ed’uscita il tempo di risposta è notevolmente ridotto rispetto ai primi due casi. Poiché il tempodi scansione dipende, ovviamente, anche dalla lunghezza del programma, i costruttori forni-scono delle tabelle per mezzo delle quali è possibile determinare il suo valore caso per caso; laconoscenza di questo parametro, proprio per il modo di funzionare che abbiamo appenadescritto, è molto importante e, a seconda dei tempi previsti per il ciclo lavorativo, influenza lascelta del controllore; minore è il tempo ciclo, minore deve essere il tempo di risposta e quin-di maggiori devono essere le prestazioni del PLC da questo punto di vista.Per svolgere i suoi compiti la CPU dispone di un sistema operativo, memorizzato su ROM,che, oltre alla gestione della scansione, consente le seguenti altre funzioni:

◗ l’autodiagnosi: alla fine di ogni scansione, immediatamente prima di ricominciare quellasuccessiva, la CPU effettua un test autodiagnostico, ovvero un controllo sul funzionamen-to dei suoi circuiti interni; se viene riscontrata qualche anomalia il sistema emette un segna-le d’allarme, per avvertire gli operatori che qualche cosa non funziona nella CPU, e con-temporaneamente vengono disabilitate le uscite, per evitare eventuali danni alle personeo alle apparecchiature. Il tipo e il numero dei controlli dipendono dal particolare model-lo, tuttavia quasi tutti rilevano eventuali malfunzionamenti del microprocessore, dellamemoria e delle schede I/O, eventuali errori nella sintassi del programma utente, un tem-po di scansione anormale, un livello insufficiente della tensione fornita dalla batteria tam-pone;

◗ la protezione dei dati: in caso d’improvvisa mancanza di alimentazione elettrica il sistemaoperativo provvede automaticamente a far alimentare le memorie da una batteria tampone;ciò è indispensabile per evitare la perdita dei dati con conseguenze facilmente immaginabi-li. Per disporre di questa protezione occorre necessariamente mantenere la batteria ausilia-ria in condizioni di perfetta efficienza; è questo il motivo per cui la verifica di tali prestazio-ni è inserita nel test di autodiagnosi; le condizioni di avaria sono segnalate all’esterno attra-verso una spia luminosa;

◗ l’interrupt o funzione d’interruzione: nella gestione dei cicli di lavoro possono verificar-si casi in cui occorre controllare operazioni che avvengono in tempi molto brevi come acca-de, per esempio, nel conteggio veloce tipico del posizionamento e controllo assi;l’elaborazione del programma principale viene immediatamente interrotta in seguito all’e-ventuale commutazione degli ingressi veloci per provocare l’esecuzione del cosiddetto pro-gramma rapido; ciò consente una più immediata reazione del microprocessore alle varia-zioni di quei segnali che vengono indicati come prioritari. A intervento effettuato la scansionedel programma principale riprende dal punto in cui era stata interrotta.

Oltre a quelle sopra descritte, comuni a tutti i controllori, nei PLC multifunzione di gamma alta,per assicurare le elevate prestazioni richieste, il sistema operativo gestisce funzioni complessetra le quali illustriamo le più interessanti.



◗ La multielaborazione: a essa si giunge attraverso l’uso specializzato di più CPU a ognunadelle quali è demandato un compito particolare; per esempio 4 CPU per misura e regola-zione, posizionamento, dialogo, comunicazione: questa architettura scarica la CPU princi-pale, che può così dedicarsi più efficacemente all’elaborazione sequenziale, limitandosi allasola sincronizzazione delle diverse CPU specializzate.

◗ La multiprogrammazione: consiste nella specializzazione dei programmi ovvero nell’utilizzodi un programma per ciascun compito; per esempio 4 programmi per: posizionamento, misu-ra e regolazione, dialogo, logica sequenziale; un programma supervisore gestisce l’esecuzionein parallelo dei programmi specializzati e individua eventuali priorità da far rispettare.

◗ Il multilinguaggio: è la funzione di livello più evoluto; essa gestisce la specializzazione deilinguaggi ovvero l’utilizzo del linguaggio più adatto per ciascuna applicazione.

La CPU, come ormai più volte sottolineato, stabilisce i valori delle variabili d’uscita in funzionedi quelli delle variabili d’ingresso e delle istruzioni del programma utente; allo scopo deve poterleggere e scrivere informazioni. Essa deve infatti leggere continuamente il valore dei segnalie il programma nonché scrivere i risultati dell’elaborazione svolta perché questi possano esse-re inviati alle uscite. I dispositivi che consentono queste operazioni sono le memorie, le cuicaratteristiche, esaminate nel primo volume del corso, sono riepilogate in .Essendo la principale funzione delle memorie quella di ricevere e conservare informazioni, ilparametro che le caratterizza maggiormente è la capacità, cioè la quantità di dati che possonocontenere. Per trattare informazioni di tipo matematico e logico, come le istruzioni di un pro-gramma, o per gestire segnali analogici, più elementi vengono aggregati tra loro per formaregruppi di quattro, otto, sedici o trentadue bit, cui si dà in generale il nome di word (parola); inparticolare i gruppi di otto bit vengono denominati byte. L’unità utilizzata dai costruttori di PLC,per definire la quantità di memoria è la Kword (chiloparola) abbinata alla lunghezza di wordche può essere di 4, 8, 16 o 32 bit.

tabella 1.4

Tipo Definizione Caratteristiche

ROM Ready Only Memory(memorie di sola lettura)

Vengono scritte in modo definitivo dal costruttore che le predispone per compitispecifici e pertanto possono essere solo lette dal processore. In assenza di ali-mentazione elettrica mantengono il proprio contenuto, ovvero sono non volatili.

RAM Random Access Memory(memorie ad accesso libero)

Possono essere sia scritte che lette in qualsiasi momento dal microprocessore;sono volatili poiché perdono il loro contenuto in assenza di alimentazione elet-trica.

EPROM Erasables Programmable ReadOnly Memory(memorie di sola lettura cancella-bili e riprogrammabili)

Sono non volatili e possono essere solo lette dal processore ma, al contrariodelle ROM, possono essere cancellate e scritte di nuovo dall’utente; per questeultime operazioni si rendono tuttavia necessari particolari dispositivi. La cancel-lazione si effettua con sistemi a emissione di raggi ultravioletti (UV); la scrittura èottenibile con un’apparecchiatura specifica che prende il nome di programma-tore di EPROM.

EEPROM Electrically ErasableProgrammable ReadOnly Memory (memorie di solalettura cancellabili elettricamentee riprogrammabili)

Sono memorie aventi le stesse caratteristiche funzionali delle EPROM ma sonocancellabili elettricamente in modo assai più veloce richiedendo solo alcunisecondi contro i 15-20 minuti delle EPROM.

MEMORYCARD

Memorie flash (memorie elettro-niche permanenti riscrivibili)

Sono EEPROM particolari che permettono di indirizzare blocchi di bit come undisco fisso. Per il loro modo di funzionamento hanno minore longevità rispettoalle EEPROM in termini di numero di cicli di cancellazione sopportabili (dell’ordi-ne del milione di cicli per le flash memory). Per contro, le flash risultano molto piùeconomiche delle EEPROM.

tabella 1.4 Memorie.

Memoria1.4.2


esempio 1.4

esempio 1.3


Da quanti byte è costituita la memoria RAM di un PLC di 3,5 Kword di 16 bit?

Soluzione3,5 Kword corrispondono a 3,5 � 1024 � 3584 word3584 word di 16 bit corrispondono a 3584 � 16 � 57 344 bit57344 bit corrispondono a 57 344/8 � 7168 byte 7168 byte corrispondono a 7168/1024 � 7 Kbyte

Noto il numero di parole della memoria RAM, per calcolare la lunghezza del programma cheessa può contenere, occorre conoscere il numero di parole per istruzione.

Quante istruzioni può memorizzare il PLC dell’esempio 1.3 se richiede un numero di parole per istru-zione pari a 2?

Soluzione3584 word corrispondono a 3584/2 � 1792 istruzioni

La memoria installata nell’unità centrale di un PLC è suddivisa in tre sezioni principali a ciascu-na delle quali sono affidati compiti diversi:

◗ memoria di sistema: serve a conservare il sistema operativo del PLC. Questa memoria,dato il contenuto, di primaria importanza per il controllore, viene realizzata dal costruttoremediante ROM allo scopo di impedire modificazioni o cancellazioni;

◗ memoria di programma: serve per registrare le istruzioni del programma utente che il PLCdeve eseguire; per svolgere tale funzione essa deve essere accessibile all’utente e pertantoviene realizzata con RAM o con EPROM. Normalmente il controllore offre la possibilità diusare in alternativa tra loro, attraverso la commutazione di un selettore, una RAM o unaEPROM per sfruttare le caratteristiche positive di entrambe; per sviluppare e mettere a pun-to il programma si utilizza la memoria RAM, che può essere scritta e corretta, restando instal-lata nel PLC, con l’unità di programmazione del controllore; nel funzionamento normale con-viene sfruttare invece le caratteristiche delle memory card che offrono i vantaggi tipici dellememorie esterne (semplicità di programmazione e di modifica dei programmi registrati, faci-lità di duplicazione). Le istruzioni che costituiscono il programma utente sono registrate inmemoria una di seguito all’altra e codificate in binario;

◗ memoria dati: è a sua volta suddivisa in tre parti, memoria d’ingresso, memoria d’uscitae memoria ausiliaria. Nella prima viene memorizzato lo stato, continuamente aggiornato,dei sensori di campo collegati al controllore; nella seconda il processore scrive, a ogni scan-sione, lo stato delle uscite che deve essere trasmesso all’esterno; la memoria ausiliaria con-tiene i dati necessari per il funzionamento dei dispositivi logici ausiliari quali temporizzato-ri, contatori, registri a scorrimento, ecc.; sono tutte necessariamente realizzate con memorieRAM. Nel funzionamento normale sono accessibili solo al processore ma, per favorire la fasedi messa a punto, è possibile attivare una modalità di lavoro che consente l’accesso allamemoria dati anche all’utente che può, simulando lo stato, o come si dice in gergo forzan-do gli I/O, verificare la rispondenza del programma alle specifiche.Per il trattamento di segnali on-off si utilizzano memorie a basso costo poiché a singolo bit;per i segnali analogici s’impiegano invece memorie più costose, con lunghezza di word nor-malmente pari a quella della memoria di programma; maggiore è infatti la lunghezza di wordmigliore risulta la definizione dei segnali analogici. È chiaro pertanto che il costo del PLC saleall’aumentare del numero dei segnali analogici da trattare e della precisione richiesta.



Il microprocessore necessita di alimentazione con una tensione continua e stabilizzata di pochiVolt (in genere 3-5 V); altri dispositivi complementari, come per esempio i circuiti adibiti al testautodiagnostico, richiedono una tensione di 12 o 24 V sempre in corrente continua. L’unità cen-trale è pertanto equipaggiata con un alimentatore che converte la tensione alternata della retein una tensione continua e che dispone di prese interne a varie tensioni.All’esterno è sempre disponibile un commutatore a più posizioni per la selezione della tensio-ne di rete (110, 220 V) e una morsettiera per l’alimentazione in C.A.; alcuni costruttori offronomodelli monoblocco di taglia piccola forniti di un’alimentazione direttamente in C.C., general-mente a 24 V.L’alimentatore può essere sia integrato nella CPU, come avviene nei PLC di tipo compatto( ), che esterno ad essa, come nei controllori a moduli ( ). In questo secondocaso l’utente non deve effettuare comunque alcun cablaggio poiché sono previsti morsetti pre-disposti per il collegamento rapido alla CPU e agli altri elementi. Sul pannellino frontale dellascheda di alimentazione o sul coperchio, nel caso di PLC monoblocco, sono previsti indicatoria led luminosi, che si accendono quando si ha l’alimentazione elettrica. Sul lato C.A. è semprepredisposto un fusibile di protezione.Si può considerare come parte dell’alimentatore anche il dispositivo che, in assenza dell’ener-gia di rete, commuta l’alimentazione delle memorie su una batteria tampone per salvare il lorocontenuto.Quando la tensione presente tra i morsetti di tale batteria, in genere al litio, scende al di sottodi un certo valore (circa 2 V), si accende sul pannello un indicatore led Batteria; al verificarsidi tale situazione, se il PLC sta funzionando con una RAM come memoria centrale, occorre prov-vedere immediatamente alla sostituzione della batteria tampone dal momento che l’improvvisaperdita di dati dalla RAM può dar luogo a seri inconvenienti nell’impianto o nella macchinacontrollata dal PLC.

L’interfaccia di comunicazione seriale, di cui è equipaggiata l’unità centrale, consente il dialogotra il microprocessore e:

◗ il dispositivo di programmazione (tastiera o PC);◗ eventuali periferiche standard come stampante o dispositivo di memorizzazione di massa;◗ il simulatore per la verifica off-line dei programmi;◗ un computer supervisore di processo;◗ altri dispositivi a microprocessore come, per esempio, un CNC.

La comunicazione seriale asincrona è preferita in campo industriale a quella seriale sincrona,perché più economica, e a quella parallela perché consente maggiori distanze di trasmissione;gli standard disponibili sono:

◗ RS232C: consente velocità di trasmissione fino a 19,2 kbps a una distanza massima di circa20 m; il tipo di comunicazione è quello punto-punto. La trasmissione è notevolmente distur-bata dai campi magnetici e pertanto questo standard è poco impiegato in campo industriale;

◗ RS422: consente velocità e distanza di trasmissione maggiori rispetto alla precedente; il segna-le è in grado di percorrere fino a 1 200 m a una velocità di 100 kbps; oltre tale velocità ladistanza decresce rapidamente. La comunicazione può essere punto-punto e multipunto;

◗ RS485: è lo standard più flesssibile dal momento che i collegamenti possono essere realiz-zati con doppino telefonico, con cavo coassiale o con fibre ottiche che, a fronte di un costomaggiore, consentono le prestazioni migliori in termini di velocità, distanza di trasmissionee immunità ai disturbi elettromagnetici.

figg. 1.6 e 1.9fig. 1.5

Alimentatore1.4.3

Modulo di comunicazione1.4.4


© R

CS L

ibri

S.p.

A. -

Div

isio

ne E

duca

tion,

Mila

no


tabella 1.5 Altri componenti dell’unità centrale.

Dispositivo Descrizione

Selettoredella

modalitàoperativa

Tutti i PLC possono essere usati almeno in due diverse modalità operative: in esecuzione (run) e inapprendimento o programmazione (program); per selezionare la modalità di funzionamento è disponibileesternamente un selettore. Quando esso è in posizione di programmazione le uscite sono disabilitate epertanto possono essere introdotti o editati programmi; in modalità esecuzione le uscite vengono abilita-te e quindi il programma contenuto in memoria è operante.Alcuni PLC hanno una terza modalità di lavoro detta di monitoraggio (monitor) che consente di attivare lefunzioni di simulazione del PLC per effettuare la messa a punto del programma; in tal caso si avrà unselettore a tre posizioni. Naturalmente è previsto un indicatore led esterno che informa l’utente del mododi funzionamento in atto.

Connettoreper unità di

programmazione

Per inserire i programmi nella memoria del controllore occorre collegare a esso una delle tastiere diprogrammazione previste dal costruttore oppure un normale PC; è necessario quindi che il casedisponga di un opportuno connettore. Nella maggior parte dei casi si ha una porta RS232C.

SelettoreRAM/EPROM

Abbiamo già illustrato la possibilità di funzionamento sia con RAM che con EPROM; per rendere pos-sibile questa prestazione il PLC deve essere dotato di uno zoccolo portamemoria estraibile, perl’interscambio RAM/EPROM, oppure di uno zoccolo porta EPROM supplementare e di un selettoreche avvisa il processore circa la memoria che deve leggere.

Relè di RUNo inibitore

delle uscite

Si tratta di un dispositivo di sicurezza che in modo esecuzione è attivato e pertanto abilita le uscite;quando si verifica una qualche irregolarità rilevata dall’autodiagnosi o viene a mancare tensione, il relèsi disattiva automaticamente interrompendo il programma e disabilitando le uscite. Tale dispositivo puòessere fornito di contatti esterni utilizzabili per realizzare un allarme in caso di guasto.

Circuiti diautodiagnosi

Come già detto in precedenza il controllore esegue a ogni ciclo un test autodiagnostico; se si verificaun guasto a uno qualsiasi dei dispositivi controllati si interrompe la scansione del programma, si apreil contatto del relè di RUN e si disabilitano le uscite.

Indicatoriled I/O

Sul pannello frontale dei controllori monoblocco sono sempre previsti indicatori luminosi (led), in quantitàpari al numero dei punti I/O, che si accendono quando gli ingressi o le uscite corrispondenti sono attivi.Tali led nel caso dei PLC modulari sono disposti su ciascuna scheda I/O in modo da risultare sempre benvisibili.

Morsettiere I/OOgni controllore deve avere una morsettiera cui cablare gli ingressi e le uscite esterne; per non doverricablare tutti i punti I/O ogni volta che si deve smontare il PLC, spesso tali morsettiere sono separabiliper mezzo di un connettore speciale appositamente predisposto.

Connettore perespansione I/O

Nel caso dei PLC monoblocco è previsto un connettore per collegare all’unità centrale un’eventualeunità d’espansione allo scopo di aumentare il numero degli I/O disponibili.

Sistemadi

raffreddamento

I PLC possono operare senza problemi fino a una temperatura di circa 50°C; quando si prevede, inprossimità del controllore, il verificarsi di temperature superiori si inserisce nell’unità centrale un venti-latore per favorire lo smaltimento del calore.

I componenti fondamentali dell’unità centrale (CPU, memorie, alimentatore e modulo di comu-nicazione) sono affiancati da altri dispositivi; diamo nella una breve descrizione di talielementi.

tabella 1.5

Altri dispositivi dell’unità centrale1.4.5



L’unità ingressi/uscite è composta da dispositivi adatti a consentire il dialogo del PLC con ilgruppo di potenza.

Le unità d’ingresso operano sui segnali provenienti dai sensori dell’impianto per ren-derli compatibili con la CPU.

Per non generare incertezze nella stesura dei programmi si utilizzano tutti i sensori con contat-ti NA poiché la funzione del contatto NC si può simulare negando il contatto NA direttamenteda programma.

Le unità d’uscita trattano i segnali emessi dalla CPU per inviarli ai dispositivid’azionamento degli attuatori.

La costruzione pratica di queste unità, che vengono generalmente indicate con il nome di sche-de I/O, è effettuata sulla base dei segnali da scambiare, che possono essere digitali o analogi-ci; i primi sono identificati dal PLC sulla base della loro appartenenza a un certo intervallo, o ran-ge, di valori caratteristico per ciascun controllore; ne forniamo un esempio in .tabella 1.6

Unità ingressi/uscite (I/O)1.5

tabella 1.6 Esempio di specifiche dei segnali d’ingresso.

Specifiche d’ingresso ON/OFF in corrente continuaRange di tensione Stato dell’ingresso

0/8 V16/27 V9/15 V

Off (0)On (1)

Non si modificaSpecifiche d’ingresso ON/OFF in corrente alternata

Range di tensione Stato dell’ingresso0/54 V

94/260 V55/93 V

Off (0)On (1)

Non si modifica

�OPTOISOLATORI

Componentielettronici chepermettono di tra-sferire un segnaletra due circuitimantenendol’isolamento gal-vanico tra di essi.

>>>

L’offerta da parte dei costruttori di soluzioni per la gestione degli I/O costituisce un importanteelemento di valutazione delle prestazioni di un PLC. All’aumentare del numero di I/O gestitiaumenta notevolmente il costo del PLC.

OptoisolatoriUn problema, comune sia ai circuiti d’ingresso che a quelli d’uscita, è costituito dai diversi livel-li energetici caratteristici dei due ambienti, CPU e impianto, messi in comunicazione da questidispositivi; l’unica soluzione possibile, allo scopo di evitare che sbalzi di tensione o cortocircuiti,accidentali dell’impianto o della macchina controllata, possano danneggiare il PLC, è quella ditenere le due parti separate elettricamente per mezzo di speciali dispositivi fotoaccoppiato-ri, detti anche � . Questi consentono la trasmissione di segnali elettrici tra due cir-cuiti separati: il segnale d’ingresso eccita un diodo emettitore di luce posto a fianco a un foto-transistor ricevitore; questo consente il passaggio di corrente nel circuito in cui è inserito soloquando viene colpito da un impulso luminoso. Il diodo emettitore può funzionare solo se ali-mentato con una determinata tensione continua, quindi i segnali d’ingresso vengono opportu-namente trasformati.

Moduli d’ingresso digitaliI segnali d’ingresso di tipo digitale possono essere distinti in base al tipo di alimentazione deisensori che può essere in corrente alternata o in corrente continua; inoltre per ciascuno dei duecasi si possono avere diverse tensioni nominali. La CPU del PLC opera invece con una logicabinaria i cui due stati sono individuati dalle tensioni 0 e �5 V in corrente continua. Questa dif-ferenza si supera adattando i segnali esterni alla CPU, trasformandoli e/o raddrizzandoli, median-te componenti assemblati allo scopo sulle schede d’ingresso.

optoisolatori



I principali dati di catalogo dei moduli d’ingresso sono:

◗ numero di ingressi: sono standard moduli a 4, 8, 16 e 32 ingressi; ◗ tensione d’ingresso: valore di tensione che può essere applicato a ciascun ingresso; se è

inferiore a un valore di soglia è interpretato come 0 logico; se è superiore il segnale è inter-pretato come 1 logico;

◗ tempo di ritardo: tempo che intercorre tra la variazione dell’ingresso e la sua lettura daparte della CPU.

I dispositivi che più spesso vengono collegati agli ingressi del controllore sono finecorsa, pulsanti,selettori, sensori vari e contatti di relè. Ogni unità d’ingresso può essere collegata a più sensori.

Moduli d’uscita digitaliIl circuito d’uscita varia a seconda delle esigenze delle apparecchiature di campo che si devo-no comandare; si possono avere: uscite a relè, uscite a triac e uscite a transistor.La scelta della scheda d’uscita da utilizzare va fatta considerando l’intensità di corrente assorbi-ta dagli organi di comando degli attuatori e quella massima che può circolare nei circuiti d’uscitadel PLC e che viene indicata dal costruttore nelle specifiche. Quando la prima è più elevata del-la seconda si può realizzare un servocomando del dispositivo da pilotare; ciò si ottiene facen-do commutare dall’uscita un contattore ausiliario che a sua volta agisce sull’elemento di coman-do dell’attuatore.L’adozione delle uscite a relè o a transistor per C.C. e a relè o a triac per C.A. dipende in pre-valenza dalla frequenza di commutazione del segnale. Essendo i transistor e i triac dispositivi sta-tici (cioè senza parti in movimento) essi sono preferibili nel caso di elevate frequenze.I dati di catalogo più significativi di questi moduli sono:

◗ numero delle uscite: lo standard è 4, 8, 16 e 32 uscite;◗ tensione di alimentazione: valore nominale della tensione fornita dall’uscita;◗ corrente d’uscita: valore nominale della corrente che può fornire l’uscita;◗ frequenza di commutazione: massima velocità di commutazione con cui è possibile

comandare un attuatore.

I dispositivi da collegare alle uscite sono prevalentemente: bobine di relè, contattori, elettroval-vole a solenoide, lampade di segnalazione. Nelle schede d’uscita sono sempre previsti dei fusi-bili per la protezione dai cortocircuiti.

Moduli I/O analogiciL’automazione dei processi industriali non si limita al trattamento di soli segnali digitali; spessoè necessario tener conto di grandezze fisiche come, per esempio, temperatura, pressione, velo-cità, ecc.; queste possono essere trasformate in grandezze elettriche per mezzo di trasduttoricome, per esempio, termocoppie, pressostati, encoder, flussostati e altri.

Viceversa, quando occorre comandare dispositivi dipotenza come variatori di velocità, valvole proporzio-nali ecc., si rende necessaria la trasformazione inversa.Le grandezze elettriche utilizzate sono tensione e cor-rente; esse variano in modo continuo entro due valorilimite (generalmente da 0 a 10 V e da 0 a 20 mA).Poiché un controllore programmabile opera solo sugrandezze digitali, qualora sia necessario acquisire gran-dezze variabili con continuità entro due limiti, bisognaricorrere alle schede d’ingresso analogiche che tradu-cono il segnale variabile in un segnale digitale com-prensibile alla CPU del PLC; il dispositivo elettronicoche consente la trasformazione è il convertitore ana-logico/digitale, il cui principio di funzionamento è illu-strato in . La precisione della conversionedipende dal numero di bit.

figura 1.14figura 1.14Principio di funzionamento di un con-vertitore analogico/digitale a otto bit.


esempio 1.5


Tradurre in digitale una temperaturache varia linearmente con il tempo tra0 e 10 °C.

SoluzioneA prescindere dalla trasformazione incorrente o in tensione, con un converti-tore A/D a quattro bit si hanno 24 � 16combinazioni (ovvero sedici possibilisegnali digitali) e quindi si può ottenerela temperatura con una precisione mas-sima di:

� 0, 625 °C

Questo significa che l’immagine che ilPLC può avere della variabile tempe-ratura è quella a gradini della

e non quella reale.Con un convertitore A/D a otto bit si hanno 24 � 256 modi per rappresentare la stessa variazione ditemperatura e si può raggiungere una precisione di:

� 0,039 °C

Con sedici bit si ottiene un gradino di:

� 0,00015 °C

e pertanto un’immagine della temperatura che si avvicina molto a quella reale.

Un altro dispositivo, spesso presente nelle schede d’ingresso analogiche, è il multiplexer,impiegato come selettore dati ( ), il cui funzionamento è stato analizzato nel primo volu-me del corso; esso commuta il convertitore A/D sui diversi ingressi in modo che questi possa-no essere letti uno per volta.

Il ricorso al multiplexer si giustifica con il fatto che per ogni scheda sono presenti diversi ingres-si e un solo convertitore analogico/digitale; ovviamente il lato negativo è costituito dal tempodi acquisizione dati che diviene relativamente lungo. Per quanto abbiamo detto all’inizio delparagrafo, la CPU riceve i segnali digitali mediante l’interposizione di optoisolatori.

fig. 1.16

10 � 065 536

10 � 0256

figura 1.15

10 � 016

figura 1.15Immagine digitale di una variabile analogica.

figura 1.16Impiego del multiplexernelle schede d’ingressoanalogiche.



Le schede d’uscita analogiche hanno un funzionamento che è l’esatto contrario delle scheded’ingresso; il PLC invia, sempre tramite optoisolatori, un segnale digitale a un convertitoredigitale/analogico ( ). La scheda è generalmente equipaggiata con un solo convertito-re ma ha un certo numero di uscite e pertanto è necessario un commutatore elettronico cheponga il convertitore D/A alternativamente in linea con le singole uscite; tale dispositivo è ildemultiplexer ( ), il cui funzionamento è stato esaminato nel primo volume del corso.

Moduli specialiCome ormai più volte sottolineato, gli attuali PLC consentono di effettuare, oltre al comandosequenziale e al controllo di grandezze analogiche, anche altre operazioni particolari tra le qua-li assumono notevole importanza, per le numerose applicazioni che consentono, il conteggioveloce, il posizionamento e il controllo di assi elettrici; tali prestazioni sono rese possibiligrazie all’uso di appositi moduli speciali le cui caratteristiche sono descritte in .

Moduli I/O remotiNella realizzazione classica di un impianto automatizzato medio-piccolo le apparecchiature dicampo (sensori, contattori, trasduttori, attuatori, ecc.) vengono generalmente collegate diretta-mente alle unità I/O del controllore programmabile che di solito è installato in un armadio situa-

fig. 1.18

fig. 1.17

tabella 1.7

figura 1.17Principio di funzionamento di un con-vertitore digitale/analogico a otto bit.

figura 1.18Impiego del demultiplexer nelle schede d’uscita analogiche.

Modulo Caratteristiche

Conteggioveloce

Permette di tenere sotto controllo variabili di processo, come ad esempio, posizione, velocità, velo-cità di flusso ecc., che la CPU non potrebbe gestire perché caratterizzate da impulsi ad elevata fre-quenza (decine di kHz) aventi periodi più brevi del tempo di scansione. Ciò è reso possibile dal fattoche il contatore veloce elabora direttamente i segnali ad impulso rapido, ovvero li rileva, li conta e abi-lita un certo numero d’uscite, dipendente dal particolare modello, senza comunicare con la CPU.

Controlloassi

è destinato a tutte quelle applicazioni, e sono veramente numerose, in cui occorre posizionare uncorpo mobile; le loro principali funzioni sono il controllo dell’accelerazione e l’arresto sul punto; laprima si ottiene attraverso la gestione di uscite a relè o a transistor per il governo del motore (avan-ti, indietro, veloce, lento, stop); l’arresto sul punto è realizzabile attraverso il collegamento in ingres-so con un encoder. L’utilità di tale modulo consiste nel fatto che è possibile programmare lasequenza di un gran numero di posizionamenti per asse; collegati a servomotori o ad inverter, essisono in grado di pilotare motori passo-passo, motori a C.C. o motori a C.A.

tabella 1.7 Moduli speciali.



to in posizione centralizzata; l’onere delcablaggio dipende dal numero di dispositividi campo e dalla loro distanza dal PLC. Negliimpianti più grandi questo tipo di cablaggiomanifesta notevoli svantaggi:

◗ il cablaggio della periferia diviene troppocomplesso;

◗ i percorsi tra il PLC e i dispositivi di cam-po si allungano notevolmente con conse-guente riduzione della velocità di trasmis-sione dei dati e aumento del tempo discansione;

◗ i disturbi dovuti ai campi elettromagneticiaumentano al crescere della dimensionedell’impianto.

Per impianti distribuiti su aree molto estese èpreferibile il ricorso al cosiddetto decentramento della periferia; invece di installare sul PLCunità I/O locali da collegare ai dispositivi periferici si utilizzano moduli I/O remoti situati diret-tamente nei pressi dei dispositivi di campo, i cui segnali vengono pertanto elaborati sul posto.Più moduli I/O remoti, insieme a un’interfaccia di comunicazione seriale e a un alimentatore,possono essere assemblati su rack o affiancati per costituire isole periferiche decentrate. Perla comunicazione tra queste isole e il PLC viene utilizzata una linea di collegamento comunedenominata bus periferico decentrato, o bus di campo che in pratica non è altro che unprolungamento del bus che collega l’unità centrale alle unità I/O locali realizzato con un solocavo. In è schematizzata la diversa struttura degli impianti centralizzati e decentrati. La comunicazione tramite bus di campo può avvenire per mezzo di diversi protocolli che si dif-ferenziano per:

◗ il numero di isole collegabili al bus;◗ la velocità di trasmissione dati;◗ la massima distanza dall’unità centrale.

Generalmente questi protocolli vengono proposti o dai produttori di PLC, e in tal caso si parladi reti proprietarie, o da consorzi appositamente costituiti, cui partecipano le principali casecostruttrici; in questo secondo caso si parla di protocolli standard. Alcuni tra i protocolli più uti-lizzati sono PROFIBUS, MODBUS e DEVICENET. Profibus (Process Field Bus) è un protocollo standard per la comunicazione di campo e di pro-cesso messo a punto nel 1989 e continuamente aggiornato da un consorzio di diverse aziendetra le quali la Siemens. Profibus gestisce una rete di comunicazione seriale monomaster-multi-slave; il mezzo trasmissivo è un cavo bipolare. I dati vengono veicolati nella rete attraverso unmodello � (vedi materiali digitali del volume 1).Con riferimento ai campi di impiego si distinguono le seguenti varianti di Profibus:

◗ Profibus DP: generalmente viene utilizzato per connettere un master come un PLC a modu-li I/O remoti; ha velocità di trasmissione che vanno da 9,6 kbps a 12 Mbps su distanze tra inodi che possono arrivare fino a 70 m;

◗ Profibus PA: è utilizzato per la comunicazione con le strumentazioni di processo; consen-te velocità fino a 31,25 kbps su distanze massime di 2000 m;

◗ Profibus FMS: è un bus di controllo utilizzato nella comunicazione a livello più alto.

Modbus (Modicon Bus) è stato il primo protocollo di comunicazione seriale per applicazioniindustriali; implementato dalla Modicon nel 1979 per mettere in comunicazione i propri PLC, èdiventato successivamente uno standard ed è oggi uno dei protocolli più diffusi, anche grazieal fatto di essere royalty-free.Esistono due versioni del protocollo, una seriale, l’altra di tipo � (vedi materiali digi-tali del volume 1).

Ethernet

token ring

figura 1.19

figura 1.19Differenza tra impianto centralizzato e decentrato.

�TOKEN RING

Tipo di rete loca-le per la trasmis-sione dei datibasata sulla tec-nica di accesso agestione in basealla quale unnodo può inviaresegnali ad altrinodi solo quandoè in possesso diun’abilitazione atrasmettere.

�ETHERNET

Tipo di rete loca-le per la trasmis-sione dei datibasata sullatecnica di acces-so a contesa inbase alla qualei nodi possonotrasmetteresenza alcunapianificazione.

>>>



DeviceNet è un protocollo originariamente sviluppato dalla società americana Allen-Bradley(oggi Rockwell Automation) e successivamente gestito dalla Open DeviceNet VendorsAssociation, un’organizzazione indipendente che cura la sua diffusione. Questo protocollo ope-ra con tre velocità definite, 125 kbps, 250 kbps e 500 kbps; la distanza di trasmissione è inver-samente proporzionale alla velocità, rispettivamente 500, 250 e 100 metri e opera sia in confi-gurazione master-slave sia peer-to-peer.

Moduli di reteMolte funzioni, un tempo svolte esclusivamente da apparecchiature dedicate, sono state via viaimplementate su moduli speciali per PLC nell’ottica dell’integrazione dei livelli d’automazionedella fabbrica; l’esperienza fatta sul campo, nonché il galoppante progresso delle tecnologieelettroniche e informatiche, hanno convinto gli operatori circa la necessità di gerarchizzarel’elaborazione delle informazioni ai seguenti livelli:

◗ macchina o processo (livello 1);◗ isola di produzione (livello 2);◗ linea di produzione (livello 3);◗ impianto (livello 4);◗ sistema informativo aziendale (livello 5).

Il comando diretto delle apparecchiature produttive è realizzabile economicamente con auto-matismi distribuiti quali PLC sequenziali, controlli numerici, ecc.; il controllo centralizzato, alivello di isola di produzione e di linea, è realizzato convenientemente per mezzo di apparec-chiature evolute come i PLC multifunzione. La pianificazione, la gestione della produzione e laprogrammazione a livello d’impianto devono necessariamente essere condotte con sistemi infor-matici; la illustra la struttura gerarchica della fabbrica moderna; i controllori pro-grammabili sono presenti nei primi tre piani (livelli 1, 2, 3) della piramide.

figura 1.20

figura 1.20Struttura piramidale della fabbrica moderna.



L’integrazione tra i vari livelli può avvenire solo attraverso un continuo scambio di informazio-ni tra tutte le apparecchiature di comando (PLC, CN, ecc.) e di gestione (calcolatori); perchéciò sia possibile è necessario il ricorso a un collegamento in rete di PLC e di PC. Per il collega-mento locale con i computer si utilizzano moduli di comunicazione seriale RS232C, RS422, RS485in aggiunta all’interfaccia seriale disponibile sull’unità centrale; la comunicazione remota conaltri PLC avviene invece grazie a moduli di interfaccia con standard Ethernet, Profibus, Modbus,DeviceNet, ecc.

Il PLC stabilisce i valori delle variabili d’uscita in seguito all’acquisizione degli ingressi e all’ela-borazione del programma utente, scritto per ottenere determinati movimenti degli attuatori; èquindi indispensabile un’interfaccia che consenta l’introduzione in memoria del suddetto pro-gramma; tale funzione è svolta dall’unità di programmazione, detta anche console, che nel-lo scambio di informazioni tra il campo, il PLC e l’uomo si pone come mostra lo schema della

.

L’unità di programmazione deve garantire almeno le seguenti operazioni fondamentali:

◗ la scrittura del programma nella memoria del PLC; ◗ la lettura del programma contenuto nel controllore;◗ il caricamento dei dati relativi ai blocchi funzionali come, per esempio, i ritardi dei tempo-

rizzatori;◗ la modifica (editing) e il controllo (test) del programma; ◗ la ricerca di istruzioni del programma;◗ la compilazione del programma.

Relativamente a quest’ultima funzione si può affermare che, poiché il programma viene scrittodall’utente in un linguaggio a esso comprensibile ma non direttamente alla CPU, la console èfornita di un compilatore ovvero di un software residente su ROM che traduce i codici utiliz-zati dall’operatore in codici macchina comprensibili al processore del PLC.

figura 1.21

Unità di programmazione1.6

figura 1.21I flussi d’informazione dell’automazione effettuatacon il PLC.



In aggiunta alle funzioni fondamentali sopra elencate, nei PLC più evoluti sono disponibili ulte-riori facility ( ) allo scopo di rendere più facile e efficace il colloquio uomo/macchina.

Classificazione delle unità di programmazioneQueste note hanno prevalentemente valore di memoria storica visto che lo stato dell’arte dellaprogrammazione prevede quasi esclusivamente personal computer dotati di specifico software.Le unità di programmazione venivano classificate con riferimento alla tipologia costruttiva inunità integrate nel PLC, unità portatili e personal computer.Le unità integrate costringevano l’utilizzatore all’acquisto di tante console quanti erano i con-trollori che si dovevano installare; venivano quindi impiegate solo in quelle applicazioni isola-te per le quali non era giustificato l’acquisto di un’unità portatile. Oggi sono presenti solo neinano PLC impiegati nella domotica.

tab. 1.8

Funzione Caratteristiche

FunzionamentoOn-Line eOff-Line

I modelli più semplici possono operare solo On-Line, ovvero connessi con il PLC; la capa-cità di funzionare Off-Line, ovvero indipendentemente dall’essere in collegamento con ilcontrollore, consente all’operatore di scrivere e testare i programmi sulla propria scrivania,in condizioni certamente migliori di quelle che si avrebbero sull’impianto; la programma-zione Off-Line ha inoltre il vantaggio di non sottrarre tempo alla produzione.

Simulazione

Le proprietà di simulazione possono sostituire fisicamente il simulatore; esse consentonodi agire sugli ingressi assegnando loro i valori desiderati per verificare il comportamentodelle uscite; tali prestazioni risultano utilissime nella messa a punto dei programmi sia On-Line che Off-Line.

Esecuzionepasso-passo

Per verificare sul campo la rispondenza del programma alle specifiche del comando auto-matico, risulta molto utile avere l’opzione per il funzionamento cosiddetto passo-passo;esso consiste nell’esecuzione di ogni singola istruzione per volta e pertanto è molto facili-tato il controllo di quanto avviene nell’impianto durante la scansione.

Archiviazionee trasportoprogrammi

Risulta sempre di grande utilità poter conservare i programmi per utilizzarli, quando ser-vono, senza doverli riscrivere; inoltre spesso capita di dover installare lo stesso program-ma su diversi PLC; allora è particolarmente comodo, dopo averlo testato su una macchi-na, trasportarlo sulle altre. Allo scopo sono utilizzabili le periferiche per l’archiviazione e ilrichiamo delle informazioni quali:

◗ lettore/scrittore di EPROM;◗ lettore/scrittore di memory card;◗ masterizzatore CD.

Delle EPROM abbiamo già parlato diffusamente; per quanto riguarda i floppy drive e ilmasterizzatore CD ricordiamo che essi sono i dispositivi di memorizzazione di massa piùdiffusi nell’area dei personal computer; le memory card hanno il vantaggio di essere mol-to robuste, e quindi sicure, e di contenere una grande quantità di dati con un ingombromolto ridotto. Per evitare il ricorso alle periferiche esterne i costruttori di PLC realizzanoprogrammatori con unità di memorizzazione incorporate.

Stampa deiprogrammi

Migliori condizioni di lavoro possono essere garantite all’operatore anche attraverso la pos-sibilità di avere la stampa del programma; allo scopo molte unità di programmazione pos-siedono quanto serve, connettore e protocollo di comunicazione, per essere collegate auna normale stampante per computer.

Funzioni dimanutenzione

Oltre alle normali funzioni di autodiagnosi, svolte dalla CPU, i costruttori implementano sul-le unità di programmazione più evolute funzioni specifiche per facilitare la manutenzione ela ricerca dei guasti.

tabella 1.8 Funzioni evolute dell’unità di programmazione.



Le unità di programmazione portatili erano più costose rispetto a quelle integrate ma piùperformanti e più flessibili. Tra le unità portatili le tastiere, dette teach pendant, sono statequelle di più frequente applicazione; nella ne viene dato un esempio; esse consen-tono sia la programmazione On-Line che quella Off-Line.

Nell’uso Off-Line la convenienza maggiore si ha quando il programmatore incorpora, o sup-porta, un dispositivo di scrittura di EEPROM (memory card), poiché in tal caso le memorie pos-sono essere scritte in ufficio e poi installate nei vari PLC che equipaggiano i sistemi di coman-do; il loro impiego sul campo è perfettamente analogo a quello delle unità tascabili.Oltre alla tastiera questi modelli hanno un visualizzatore multirighe (fino a otto) per la rappre-sentazione del programma, anche in forma grafica oltre che letterale, e per la scrittura dei mes-saggi all’utente, una memoria RAM di capacità compatibile con le prestazioni richieste al PLC daprogrammare, uno scrittore di EEPROM, una porta per stampante.Tra le unità di programmazione portatili ricordiamo anche le unità di videoprogrammazione(VPU); la loro caratteristica principale era la compatibilità con l’intera gamma dei controllori del-la casa costruttrice. Si trattava in pratica di veri e propri computer portatili aventi:

◗ una struttura particolarmente resistente per essere convenientemente impiegati in ambienteindustriale;

◗ un monitor grande per consentire la rappresentazione grafica del programma anche in for-me diverse, per esempio ladder o grafcet;

◗ una tastiera strutturata in sezioni (come quella del PC);◗ un sistema di archiviazione e gestione dei dati (generalmente un hard-disk, uno o più drive

per supporti di memoria esterni, uno scrittore di EPROM e una interfaccia per stampante).

Le prestazioni delle VPU erano particolarmente interessanti, oltre che nell’approntamento dei pro-grammi, soprattutto nella fase di messa a punto e nell’applicazione delle tecniche di simulazione(interrogazione sullo stato dei segnali, interrogazione sui risultati della forzatura degli ingressi,comando forzato delle uscite, ricerca e visualizzazione di tutti i passi di programma che conten-gono una determinata istruzione, confronto tra programmi, analisi guidata dei guasti).Le VPU, studiate per facilitare il dialogo uomo/macchina, sono state impiegate fino a chel’accresciuta affidabilità dei PC, nonché la maggiore disponibilità di software specifico, ne hasoppiantato l’uso.

Unità di servizioL’unità di servizio è un dispositivo che, collegato al controllore al posto della console di pro-grammazione, consente di visualizzare e impostare, per esempio, tempi di ritardo e valori di con-teggio. Il suo scopo principale è quello di essere in dotazione agli addetti alla manutenzione che

figura 1.22

figura 1.22Unità di programmazione teach pendant Pro 15 OMRON. (1) Viti di montaggio; (2) display; (3) regolatore illumi-nazione display; (4) tastiera; (5) selettore posizione di lavoro; (6) prese per registratori.


Modulo1PLC – Hardware24 Modulo1PLC – Hardware2424 L’hardware del PLC1Modulo

devono poter intervenire, solo su alcuni parametri, soprattutto nelle fasi di rimessa in serviziodopo un fermo macchina, quando cioè è indispensabile ripristinare tempi e conteggi; per questaloro funzione le unità di servizio di questo tipo vengono denominate cacciaviti elettronici.

Programmazione con PCNegli ultimi anni le case costruttrici di PLC, relativamente ai dispositivi di programmazione, sfrut-tando l’accresciuta disponibilità di personale con competenze informatiche, hanno sviluppatouna strategia commerciale tendente a far utilizzare all’utente il PC, cioè un hardware già dispo-nibile per altre applicazioni, proponendo l’acquisto del software necessario alla gestione deiprogrammi per i controllori distribuiti nel processo produttivo.Sono stati prodotti diversi pacchetti applicativi; si tratta di prodotti, potenti e flessibili, che com-prendono il sistema di scrittura, lettura e editazione del programma, l’assemblatore per la con-versione del programma sorgente in codice PLC, il programma di comunicazione con il PLC, ilsistema di archiviazione dei programmi.L’impiego della programmazione tramite PC comporta i seguenti vantaggi:

◗ consente l’elaborazione Off-Line dei programmi;◗ fornisce la possibilità di lavorare con un editore testi a scelta dell’utente; ◗ permette la costituzione di una biblioteca di sottoprogrammi; in tal modo la programmazio-

ne successiva è molto semplificata poiché il programma può essere ottenuto combinandoopportunamente vari sottoprogrammi;

◗ evita l’acquisto di apparecchiature dedicate diminuendo i costi.

Per contro si hanno degli svantaggi quali:

◗ un elevato costo del software; ◗ l’esigenza di affidare la programmazione a tecnici aventi competenze di tipo informatico;

occorre infatti personale che, oltre a conoscere il processo produttivo, conosca anchel’ambiente PC.

Collegamenti e approfondimenti

■ Collegamenti interdisciplinari

Logica binaria.Hardaware del Personal computer.

■ Fonti per approfondimento

– Savi, Tanzi, Varani – PLC – Calderini– www.plcforum.info


Rispondi alle seguenti domande

1. Definire il PLC secondo la norma IEC 1131.....................................................................................................................................

2. Quali sono le principali differenze tra un sistema dicomando a logica cablata e uno a logica program-mabile?

....................................................................................................................................

3. Quali sono i maggiori pregi del PLC?....................................................................................................................................

4. Come si classificano i PLC in base al criteriocostruttivo?

....................................................................................................................................

5. Quali sono le prestazioni dei PLC multifunzione?....................................................................................................................................

6. Quali sono i componenti fondamentali di un PLC?....................................................................................................................................

7. Quali sono i dispositivi che costituiscono l’unità cen-trale di un PLC?

....................................................................................................................................

8. Qual è il compito principale della CPU di un PLC?....................................................................................................................................

9. Spiegare il concetto di scansione.....................................................................................................................................

10. Quanti tipi di scansione sono possibili?....................................................................................................................................

11. Definire il tempo di risposta e quello di scansione.....................................................................................................................................

12. A che cosa serve l’autodiagnosi?....................................................................................................................................

13. Illustrare l’operazione detta di interrupt.....................................................................................................................................

14. Che cosa esprime il termine multiprogrammazione?....................................................................................................................................

15. Che tipi di dati sono registrati nella memoria disistema?

....................................................................................................................................

16. Come incide il tipo di segnale da memorizzare sul-la composizione della memoria?

....................................................................................................................................

17. A che cosa serve il led batteria che si trova sul pan-nello del PLC?

....................................................................................................................................

18. Quante e quali sono le modalità operative del PLC?....................................................................................................................................

19. A che cosa serve il selettore RAM/EPROM?....................................................................................................................................

20. Qual è la funzione del relè di RUN?....................................................................................................................................

21. Quale funzione svolge l’optoisolatore.....................................................................................................................................

22. Che tipi di uscite si possono avere in un modulod’uscita?

....................................................................................................................................

23. Qual è la funzione svolta dal multiplexer che equi-paggia le schede d’ingresso analogiche?

....................................................................................................................................

24. Illustrare le problematiche del conteggio veloce.....................................................................................................................................

25. Come si classificano le unità di programmazione delPLC?

....................................................................................................................................

26. Qual è la funzione specifica dell’unità di servizio?....................................................................................................................................

27. Quali sono i pro e i contro della programmazionetramite PC?

....................................................................................................................................

Disegna

1. lo schema di un’applicazione che impiega un PLCper mantenere il livello del liquido in un serbatoioentro un determinato campo di valori (devono esse-re messi in evidenza tutti i componenti fondamentalidel sistema e i relativi collegamenti).

Crea il tuo glossario

Logica programmabile....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

Verifica di fine unità



26

Da questo punto in poi ci occuperemo esclusivamente dell’applicazione del PLC nell’ambitodell’automazione sequenziale di primo livello.Come più volte osservato il PLC sequenziale è un sistema di controllo che ha raggiunto unostandard consolidato; ciò si traduce in un’offerta piuttosto omogenea da parte delle case costrut-trici, che, a parte qualche piccola differenza più di marketing che di sostanza, hanno a catalo-go famiglie di PLC del tutto equivalenti; in questo segmento dell’automazione si ha una situa-zione analoga a quella del settore dei personal computer dove le differenze tra una marca el’altra sono limitate a pochissimi e non sostanziali elementi.Didatticamente questo facilita le cose permettendo di analizzare il PLC dal punto di vista delsuo funzionamento e della sua programmazione senza dover necessariamente fare riferi-mento a specifici modelli. Naturalmente ciò non esclude, a titolo di esempio, la considera-zione di alcuni tra i PLC maggiormente diffusi sia in ambiente industriale che in ambito sco-lastico.

I controllori programmabili sequenziali simulano al loro interno un certo numero di fun-zioni e inviano alle uscite segnali che sono il risultato di tali simulazioni.

Per una maggiore comprensione di quanto affermato è utile la seguente metafora: come illu-strato in ogni PLC si comporta come se avesse un magazzino di funzioni dal qua-le, servendosi del programma utente, preleva in successione quelle necessarie a assicurare ilcontrollo degli attuatori.Il tipo e il numero delle funzioni disponibili dipende dalla taglia e dal particolare modello diPLC; in generale gli elementi funzionali dei controllori sequenziali si possono distinguere indispositivi logici, combinatori o sequenziali, e operatori matematici.

Elementi funzionali logiciI dispositivi logici combinatori e sequenziali sono quelli che consentono al PLC di operaresecondo la logica a relè; essi sono:

◗ ingressi esterni;◗ uscite esterne;◗ uscite di controllo interne (relè interni);◗ uscite di controllo interne a memoria temporanea;◗ uscite di controllo speciali (relè speciali);◗ temporizzatori;◗ contatori;◗ registri a scorrimento;◗ sequenziatori;◗ memorie dati (o registri).

figura 2.1

26

Funzionamentodel PLC

2u

nità

Elementi funzionali2.1


27Funzionamento del PLC2Unità

Gli ingressi esterni sono considerati dal PLC come contatti NA; le uscite sono invece con-siderate come bobine di relè, per questo motivo vengono anche chiamate direttamenterelè.

Occorre porre particolare attenzione al concetto appena espresso; il PLC considera i dispositivid’ingresso e d’uscita esterni, rispettivamente come contatti e bobine, indipendentemente dallaloro effettiva costituzione fisica. Un ingresso può essere costituito da un finecorsa, un pulsante,un contatto di relè, un sensore ottico, ecc., ma in tutti i casi per il PLC esso è un contatto NA;un’uscita potrebbe essere una bobina di relè, un’elettrovalvola, una lampada, ecc., in ogni casoil PLC la considera come una bobina.Gli ingressi e le uscite esterne sono gli unici dispositivi effettivamente presenti e pertanto sonoanche gli unici che devono essere cablati, ovvero collegati elettricamente alla morsettiera delPLC. Tutti gli altri dispositivi come i relè interni, i contatori ecc., non sono fisicamente presentima vengono simulati all’interno del controllore.

figura 2.1Il magazzino funzioni del PLC.


© R

CS L

ibri

S.p.

A. -

Div

isio

ne E

duca

tion,

Mila

no

Le uscite di controllo interne, dette anche ausi-liarie o merker, possono essere di due tipi:ritentive e non ritentive. I relè non ritentivinon mantengono lo stato in caso di mancanzad’alimentazione; questo significa che se un relèdi questo tipo si trova in posizione on almomento dell’interruzione dell’alimentazionedella CPU, esso si troverà in posizione off quan-do questa sarà riattivata; i relè ritentivi sonoanche detti di mantenimento, o relè latch, per-ché mantengono il loro stato anche duranteun’interruzione dell’alimentazione. I relè a memoria temporanea si utilizzanoquando occorre effettuare memorizzazioniintermedie.I relè di controllo speciali assolvono funzio-ni particolari come per esempio la disabilita-zione delle uscite in caso di particolari condi-zioni (relè di Run o inibitore delle uscite), lagenerazione di un impulso periodico di asse-gnata frequenza (clock), il riassetto iniziale delPLC (Reset), ecc.; nelle vengo-no descritti, a puro titolo d’esempio, i relè spe-ciali del PLC Sysmac C28K della Omron e delcontrollore Serie Uno della Ge-Fanuc, PLCsuperati, essendo stati a catalogo delle rispetti-ve case produttrici negli anni 90, ma che non èraro trovare ancora installati negli impiantid’automazione.Contatori, temporizzatori, sequenziatori eregistri a scorrimento sono detti blocchifunzionali, o funzioni di box; essi emulano irispettivi dispositivi fisici. Per comprenderecome ciò sia possibile basta rileggere quantoillustrato nel primo volume del corso; cosìcome esistono molte implementazioni di taliapparecchiature si hanno anche diverse simu-lazioni di essi da parte dei vari PLC.I registri di memoria svolgono la funzione diimmagazzinare dati a scopi diversi; spesso sonoa disposizione di elementi funzionali comesequenziatori o contatori. Le modalità di utiliz-zo degli elementi funzionali del PLC sarannoesaminate nella parte della trattazione cheriguarda la programmazione.

Elementi funzionali matematiciGli operatori matematici consentono al PLC di effettuare operazioni aritmetico-logiche quali:

◗ le comparazioni (�, �, �, �, �);◗ le operazioni aritmetiche (�, �, , /, ,̂ );◗ le conversioni di codice numerico (per esempio decimale-binario e viceversa).

In genere anche queste funzioni sono dette di box.

2

tabelle 2.1 e 2.2


Relè speciali OMRON C20/28/40K

N° relè Funzione

1808 Diventa ON quando si verifica un malfunzionamentodella batteria.

1809 Diventa ON quando il tempo di scansione è di 100 mso maggiore, ma minore di 130 ms.

1810 Diventa ON per un ciclo di scansione quando si appli-ca il riassetto hardware del contatore ad alta velocità.

1811 Normalmente OFF.


1813 Normalmente ON.


1815 Diventa ON per un tempo di scansione non appenainizia l’esecuzione del programma.

1900 Genera un clock di 0,1s.

1901 Genera un clock di 0,2s.

1902 Genera un clock di 1s.

1903 Diventa ON quando il risultato di un’operazione arit-metica non è in formato BCD.

1904

Serve come flag di riporto e diventa ON o OFF in baseal risultato di un’operazione aritmetica. Può essere for-zato nello stato ON mediante l’istruzione STC oppurenello stato OFF mediante l’istruzione CLC

1905 Diventa ON se il risultato dell’istruzione CMP è “mag-giore”.

1906Diventa ON se il risultato dell’istruzione CMP è “uguale”.Diventa ON anche se il risultato di un’operazione arit-metica è 0.

1907 Diventa ON se il risultato dell’istruzione CMP è “minore”.

tabella 2.1 Relè speciali del PLC Omron Sysmac C28K.

tabella 2.2 Relè speciali del PLC CGE Serie Uno.

Relè speciali CGE Serie uno

N° relè Funzione

373 Predisposizione relè ritentivi.

374 Riassetto iniziale del PLC.

375 Generatore di clock di 0,1s.

376 Inibitore delle uscite.

377 Indicatore dello stato della batteria.



Ogni PLC possiede un certo numero di elementi funzionali, ciascuno dei quali viene chia-mato dal programma a eseguire uno specifico compito nell’ambito del comando; è evi-dente pertanto che ognuno di essi deve poter essere individuato con precisione.

Allo scopo i costruttori assegnano un codice di indirizzo, o di identificazione, a ogni elemen-to; tale codice, che consente l’individuazione del bit di memoria che ne conserva lo stato, puòessere numerico o alfanumerico. Per comprendere quanto appena affermato è utile lanella quale viene riportata, in modo molto semplificato, la mappatura della memoria dati; si èsupposto, per semplicità, un canale di 4 bit; ogni quadratino rappresenta un bit e pertanto lamappa illustra lo stato del sistema in un dato istante. Per individuare ciascun elemento è evi-dente che possono essere utilizzati il numero di canale e il numero di bit nella forma generica:

(N ) x (.) ydove:

◗ N è una lettera che individua la zona di memoria (per esempio I per l’area ingressi e O perl’area uscite); con riferimento alla N assume i valori I, O, M, T, C; la parentesi staa indicare che questa parte di codice non è prevista da tutti i costruttori;

◗ x è un numero che individua il canale di memoria; con riferimento alla x assumei valori 0, 1, 2, 3;

◗ il punto è l’elemento separatore tra il codice del canale e quello del bit; anche il punto è inse-rito tra parentesi perché non è previsto da tutti i costruttori;

◗ y è un numero che individua il bit all’interno del canale; 0, 1, 2, 3 nella mappa della figura;per un canale a 8 bit la y assumerebbe i valori 0, ..., 7, mentre per un canale a 16 bit i valo-ri di y saranno 00, 01, ..., 15.

Tornando alla il codice I1.1 individua evidentemente il bit che definisce lo stato del-l’ingresso A; analogamente il codice del relè interno B è M0.3, quello dell’uscita C è O2.2, quel-lo del temporizzatore T è T1.3 e quello del contatore C è C1.1. Naturalmente i costruttori chenon utilizzano il codice letterale per individuare l’area di memoria dovranno assegnare ai cana-li numeri progressivi e non ciclici come in figura.Il modello di memoria della ci aiuta anche a comprendere il funzionamento del PLC;in è riportata la situazione relativa a un determinato istante; supponiamo che lo statofigura 2.3

figura 2.2

figura 2.2

figura 2.2

figura 2.2

figura 2.2

Individuazione degli elementi funzionali2.2

figura 2.2Mappatura delle aree della memoria dati. figura 2.3



dell’uscita C dipenda da quello dell’ingresso A e del relè interno B e, più precisamente dal loroprodotto logico. Quando la CPU esegue la scansione opera nel modo seguente:

◗ legge il valore del bit associato all’ingresso A, di indirizzo I0.2, che è per esempio il contatto diun finecorsa, e lo pone in un apposito registro accumulatore posto sul lato ingressi della A.L.U.;

◗ legge il valore del bit B, che simula il contatto di un relè ausiliario, e lo pone in un secon-do accumulatore;

◗ nello step successivo, quando legge l’istruzione A B, esegue l’operazione AND tra i bit con-tenuti nei due accumulatori e pone il risultato in un terzo accumulatore posto sul lato usci-te della A.L.U.;

◗ al segnale di clock il valore presente nell’accumulatore viene copiato nell’area di memoriariservata alle uscite all’indirizzo O 0,0, collegato, per esempio alla bobina di un’elettrovalvola;contemporaneamente viene aggiornato il contenuto dei bit I 0.2 e M 0.3.

Nella è fornito, a titolo di esempio, un breve estratto dei codici di identificazione didue PLC di tipo compatto molto diffusi, il CPM1A-20 della Omron ( ) e l’S7-200 CPU 222della Siemens ( ).Per l’indirizzamento dei PLC modulari si deve tener conto dei moduli installati e pertanto puòessere effettuato solo dopo una opportuna procedura di configurazione che fa corrispondere icanali delle zone di memoria ingressi e uscite alle posizioni dei moduli nel rack.Conviene chiarire con un semplice esempio; dopo la configurazione, il codice I 2,4 viene a esse-re l’indirizzo dell’ingresso 4 del modulo inserito nel secondo slot; O 3,1 è l’indirizzo della primauscita del modulo che occupa il terzo slot.

fig. 2.5fig. 2.4

tabella 2.3

figura 2.4PLC CPM1A-20 Omron.

figura 2.5S7-200 CPU 222 Siemens.

tabella 2.3 Codici di identificazione PLC compatti (CPM1A-20 Omron e S7-200 C-PU 222 Siemens).

CODICI IDENTIFICAZIONE PLC COMPATTI

Elementi funzionaliSiemens S7-200 CPU 222 Omron CPM1A-20

Riferimento Riferimento

Ingressi da I0.0 a I15.7 da IR00000 a IR00915

Uscite da Q0.0 a Q15.7 da IR01000 a IR01915

Relè interni da M0.0 a M31.7 da IR20000 a IR23115

Temporizzatori da T0 a T255 da T000 a T127

Contatori da C0 a C255 da C000 a C127

Registri a scorrimento da S0.0 a S31.7 da SR23200 a IR25515


Le lettere utilizzate per individuare gli elementi funzionali possono essere diverse da PLC a PLCe da costruttore a costruttore; per conoscere quelle del PLC in uso basta consultare il suo datasheet sempre reperibile nel sito Internet del costruttore.Naturalmente ciacun costruttore fornisce una propria tabella per identificare gli elementi fun-zionali; in è fornito un esempio relativo al PLC CPM2A della Omron; l’area di lavoroè quella dei relè ausiliari non ritentivi mentre l’area AR è riservata ai relè ritentivi.

I contatti e le bobine sono gli elementi fondamentali per l’elaborazione della logica arelè.

I contatti simulati dal controllore possono essere NA e NC; con i termini NA e NC occorre tut-tavia fare attenzione poiché essi non sono applicabili direttamente alle apparecchiature di cam-po collegate al PLC. Un ingresso NA si comporta esattamente come l’unità collegata; se questaè un circuito aperto il contatto NA del programma resta un circuito aperto; un ingresso NC sicomporta in modo opposto all’unità collegata; se questa è un circuito aperto il contatto è un cir-cuito chiuso e viceversa.Conviene sempre usare sul campo dispositivi cablati NA; ciò si giustifica con il fatto che il PLC,per convenzione, ha una logica che presuppone gli ingressi cablati in tal modo; d’altra parte ciòè inevitabile poiché le schede d’ingresso sentono la tensione sui loro morsetti collegati al cam-

figura 2.6


figura 2.6Ripartizione dell’area di memoria dati del CPM2A Omron.

Contatti e bobine2.3



po e non possono distinguere se questa proviene, per esempio, da un finecorsa NA che è sta-to azionato o da un pulsante NC che non è stato premuto. I contatti possono essere usati sin-golarmente, in serie, in parallelo, in serie-parallelo e in parallelo-serie.Una bobina si eccita solamente quando viene preceduta da un percorso di contatti chiusi(circuito chiuso); le bobine possono essere usate singolarmente o in parallelo (non per tutti iPLC).Il funzionamento dei contatti e delle bobine simulati nel PLC risulterà più chiaro dopo cheavremmo introdotto i concetti principali della programmazione.

Per valutare correttamente un PLC non bisogna dimenticare che esso si compone di due parti,l’hardware e il software; il giudizio deve essere complessivo, ossia riferito alle prestazioni con-sentite dall’insieme della macchina e delle tecniche di programmazione che essa utilizza. Detto ciòper la scelta del PLC da installare è indispensabile tenere in considerazione i seguenti elementi:

◗ numero e tipo di entrate e di uscite esterne (numero di I/O analogici e digitali) e previsio-ne di eventuali segnali aggiuntivi per future modifiche;

◗ quantità e tipo di memorie disponibili e espandibilità delle memorie;◗ tempo di scansione: la conoscenza di questo parametro è fondamentale in relazione all’au-

tomazione che si deve realizzare;◗ necessità di moduli speciali quali controllo assi, conteggio veloce, ecc.;◗ tipo di sensori (C.A. o C.C., NPN, PNP) e attuatori (a relè, a transistor (DC), a tiristore (AC)

che possono essere cablati;◗ possibilità di collegamento in rete;◗ verifica delle condizioni ambientali, in relazione per esempio alla temperatura ambiente, alla

presenza di vibrazioni, alla pressione atmosferica, all’umidità, al grado di protezione; ◗ reperibilità di pezzi di ricambio e assistenza tecnica specializzata;◗ affidabilità del prodotto e del costruttore;◗ tipo e numero degli elementi funzionali interni (contatori, temporizzatori, registri a scorri-

mento, registri di memoria);◗ tipo di istruzioni disponibili;◗ linguaggi di programmazione utilizzabili;◗ preparazione tecnica del personale adetto alla programmazione;◗ conoscenza specifica del prodotto da parte di chi lo deve programmare;◗ costo delle apparecchiature e rapporto qualità prezzo.

La scelta deve essere ponderata con particolare attenzione quando si utilizza un PLC mono-blocco che ha delle caratteristiche fisse; nel caso dei controllori modulari le prestazioni posso-no essere aumentate in funzione delle esigenze e quindi un eventuale sottodimensionamento infase di scelta è meno grave che nel caso precedente.Naturalmente quanto appena detto si riferisce alla valutazione delle prestazioni funzionali men-tre dal punto di vista della validità costruttiva, dell’affidabilità e dell’assistenza valgono gli stes-si criteri che si utilizzano per scegliere una qualsiasi altra apparecchiatura elettromeccanica oelettronica.Un contributo alla scelta può venire dalla stesura di diagrammi cartesiani a 8 assi, come quellidella ; ciascun asse è relativo a un criterio di valutazione; la superficie operativa siottiene unendo i punti degli assi che individuano la prestazione massima, in termini assoluti(numero di I/O) o di punteggio assegnato (organizzazione programma) relativamente a ciascunparametro; la grandezza di tale superficie è un’indicazione importante ma non è la sola a deter-minare la scelta; in funzione del tipo di applicazione può essere preferibile esaminare le diffe-renze tra le superfici delimitate da determinati assi.

figura 2.7

Criteri di scelta del PLC2.4



Esercitazione sull’impiegodei programmatori portatili

2.5

Esercitazione 1.1

Prendere confidenza con un programmatore teach pendant (letteralmente insegnante volante, pro-grammatore o tastiera portatile).

IntroduzioneL’esercitazione seguente può essere effet-tuata utilizzando qualunque programmato-re disponibile; occorre fare attenzione a indi-viduare eventuali differenze con quanto pro-posto e ciò sarà un ulteriore accrescimentodell’esperienza.Nel testo che segue utilizzeremo la conven-zione di indicare la premuta di un tasto met-tendolo sempre dentro parentesi quadre.L’unità di programmazione viene normal-mente montata sul pannello frontale delPLC ma è disponibile anche un cavo di pro-lunga per manovrarla più comodamente.Quando il programmatore viene collegato alcontrollore, e si sceglie la modalità pro-grammazione, viene richiesto l’inserimentodi una password; in questo modo si vuolelimitare l’uso non autorizzato del PLC.

TastieraIl nostro programmatore ideale ha la tastieraschematizzata in ; sono individua-bili diverse zone: tasti numerici, tasti di con-trollo, tasti di programma (tasti di istruzione).

figura 2.8figura 2.8Tastiera di programmazione.

figura 2.7Confronto tra PLC effettuato con diagrammi cartesiani a 8 assi.

▲


▲


Eventuali seconde funzioni sono sempre ottenibili premendo un tasto [SHIFT]. Ogni volta che si preme untasto il PLC avvisa di aver acquisito l’informazione con l’emissione di un piccolo segnale acustico (Beep).La funzione di ciascun tasto è fornita nelle rispettivamente per i tasti di istruzione e perquelli di controllo.

tabelle 2.4 e 2.5

Tasti istruzione programmatore ORMON PRO 15

Tasto Funzione

LD Apre una linea logica o collega due gruppi di contatti

NOT Simula un contatto NC

AND Mette in serie due contatti o due gruppi di contatti

OR Mette in parallelo due contatti o due gruppi di contatti

FUNSeguito da un numero a due cifre attiva tutte le funzioni che non hanno un apposito tasto (vede-re il manuale per l’elenco)

TR Simula un relè a memoria temporanea

OUT Termina una linea logica attivando una bobina d’uscita esterna o interna

TIM Simula un temporizzatore

CNT Simula un contatore

SFT Simula un registro a scorrimento

HR Simula un relè di mantenimento (bistabile)

DM Definisce un registro di memoria

CH Individua un canale

CONT Individua un contatto

LR Non è utilizzabile con i PLC C20/28/40K

tabella 2.4 Tasti di istruzione.

tabella 2.5 Tasti di controllo.

Tasti controllo programmatore OMRON PRO 15

Tasto Nome Funzione

CLR Azzeramento (Clear) Prepara il programmatore all’immissione di un nuovo comando

INS Inserimento Inserisce un passo nel programma

DEL Cancellazione Cancella un passo del programma

MONTR Lettura dello statoStato di temporizzatori, contatori, bobine o contatti durante il funziona-mento

SRCH Ricerca Ricerca del contatto o della bobina specificati

WRITE Immissione Scrive un’istruzione nella memoria

↓ Passo/AvantiIncrementa il contatore di passo per esaminare il contenuto della succes-siva locazione di memoria

↓

Passo/Indietro Decrementa il contatore di passo

SHIFT Shift Attiva la seconda funzione dei tasti

PLAY SET Forzatura Forza un relè a 1

REC RESET Rimozione forzatura Forza un relè a 0

CHG Scambio Cambia il valore di predisposizione di un timer o di un contatore

EXT Dialogo Salva o carica programmi su nastro

VER Verifica Verifica un programma caricato da nastro

▲



I comandi che modificano il programma, come per esempio [DEL] che cancella un’istruzione, richie-dono un’operazione di conferma in modo tale da poter essere annullati con il tasto [CLR] quando sonostati premuti accidentalmente.

DisplayIl display è generalmente del tipo a cristalli liquidi (LCD) a due o più righe; in esso è spesso incorpo-rato un dispositivo di illuminazione, regolabile dall’esterno, per facilitare la lettura nei casi di ambientiscarsamente illuminati. Nel display vengono visualizzati gli indirizzi, i messaggi d’errore o di guida perl’operatore, le istruzioni e i relativi dati.Durante la sua utilizzazione il programmatore esegue dei controlli, sia sui dati che sulle funzioni, e quan-do rileva degli errori li segnala sul visualizzatore dati con un messaggio di tipo intuitivo; per esempio lascrittura NO END INSTR significa “manca l’istruzione END”; l’elenco dei messaggi d’errore con il lorosignificato e le indicazioni sui possibili metodi per evitarli èsempre riportato nel manuale del controllore o del program-matore. In è dato un esempio di visualizzazionein fase di scrittura del programma; che si tratta di tale fase èmostrato dal messaggio WRITE accanto all’indirizzo 200.

Altri dispositiviL’unità di programmazione dispone, oltre che della tastiera, anche di altri dispositivi come, per esempio:

◗ regolatore d’illuminazione del display;◗ selettore della modalità di funzionamento; il PLC può lavorare in modalità esecuzione, monitorag-

gio e programmazione (RUN, MONITOR e PROGRAM sono le relative posizioni del selettore).

ScritturaLa scrittura è possibile solo con il selettore in posizione PROGRAM; prima di scrivere il programma ènecessario seguire una procedura di cancellazione che può essere completa o parziale; la prima siottiene premendo in sequenza alcuni tasti, come indicato sul manuale utente, e successivamente con-fermando.La cancellazione parziale consente di eliminare il programma contenuto tra due indirizzi che vannospecificati prima di confermare l’operazione.La scrittura del programma si effettua digitando le istruzioni, attraverso i tasti istruzione e quelli nume-rici, e quindi inviandole in CPU con il tasto di invio che nella nostra console virtuale ( ) è indivi-duato con il nome WRITE.Dovendo, per esempio, scrivere l’istruzione LD 1000 si dovrà digitare la sequenza di tasti:

[LD] [1] [0] [0] [0] [WRITE]

Dopo ogni invio il display visualizza un messaggio come,per esempio, in ; essa deve essere interpretatanel seguente modo: la lettura (READ) dell’indirizzo 201 dàcome risultato NOP(00) ovvero l’indirizzo è vuoto e in essopuò essere scritta la prossima istruzione digitata.Le funzioni che non hanno un tasto corrispondente sulla tastiera possono essere inviate in memoriacon un tasto funzione (FUN in ) seguito dal numero a due cifre che individua quella particolareoperazione. Tutte le funzioni attivabili in questo modo sono elencate sul manuale del programmatore.

LetturaPer leggere un programma, con il selettore in una qualsiasi posizione, è necessario specificarel’indirizzo o l’istruzione da cui si desidera effettuare la lettura; volendo, per esempio, leggere il pro-gramma dall’indirizzo 200 si deve digitare:

[2] [0] [0] [WRITE]

La ripetuta pressione del tasto con la freccia verso il basso permette di visualizzare l’indirizzo succes-sivo; al contrario, la pressione del tasto con la freccia verso l’alto visualizza l’indirizzo precedente; inentrambi i casi, tenendo premuto il tasto freccia è possibile procedere un passo per volta nella rispet-tiva direzione.

fig. 2.8

fig. 2.8

figura 2.10

figura 2.9

▲

▲

figura 2.9Esempio di visualizzazione.

figura 2.10



EditingLe funzioni di correzione di un programmatore sono generalmente:

◗ modifica di un’istruzione;◗ cancellazione di un’istruzione;◗ inserimento di un’istruzione.

La modifica di un’istruzione si ottiene semplicemente riscrivendo sopra la parte da modificare; la can-cellazione di un’istruzione si ottiene:

◗ impostando l’indirizzo che la contiene;◗ premendo il tasto [DEL].

Gli indirizzi seguenti a quello cancellato sono automaticamente decrementati di uno.Per l’inserimento di un’istruzione in un qualsiasi punto del programma occorre:

◗ specificare l’indirizzo nel quale si vuole inserire l’istruzione;◗ scrivere l’istruzione;◗ premere il tasto [INS];◗ rispondere al messaggio di conferma;

Gli indirizzi seguenti vengono automaticamente incrementati di uno.

Funzioni ausiliarieSi può cambiare il valore corrente di un temporizzatore o di un contatore, sia in modalità programma-zione che in monitoraggio; la procedura dipende dal PLC.

TestLe funzioni di test a disposizione consentono:

◗ il monitoraggio dei dati;◗ la forzatura On/Off

È possibile controllare, in modalità MONITOR, lo stato degli I/O esterni, dei relè interni ritentivi, nonritentivi e speciali, dei timer, dei contatori e il contenuto delle memorie dati. Lo stato dei punti I/O, deirelè interni, dei timer e dei contatori può essere forzato a On o a Off utilizzando appositi tasti;l’operazione è ammessa solo in modalità RUN.

RicercaLe funzioni di ricerca si rilevano molto utili se usate in combinazione con quelle di lettura, editing e test.Per accedere a un passo specifico del programma occorre semplicemente digitare il numero di indi-rizzo, facendolo preferibilmente precedere dal tasto [CLR] che chiude qualsiasi eventuale operazioneprecedente. Per ricercare un’istruzione specifica occorre digitare il tasto a essa corrispondente e quin-di [SRCH]; durante la ricerca viene visualizzato un messaggio di attesa; dopo aver trovato l’istruzioneè possibile premere di nuovo [SRCH] per visualizzare l’indirizzo successivo che contiene la stessaistruzione.

Memorizzazione esternaDopo aver messo a punto il programma è possibile memorizzarlo in modo permanente su unaEEPROM; l’operazione richiede l’uso di un supporto di memoria da inserire nell’apposito slot del pro-grammatore.

Svolgimento dell’esercitazioneL’esercitazione consiste nel verificare sul campo tutto quanto sopra descritto.

▲

Collegamenti e approfondimenti

■ Collegamenti interdisciplinari

Logica combinatoria e sequenziale.Funzionamento del Personal Computer.

■ Fonti per approfondimento

– Savi, Tanzi, Varani – PLC – Calderini– www.plcforum.info


Rispondi alle seguenti domande

1. Esprimere il concetto di elemento funzionale conl’aiuto della metafora del magazzino.

....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

2. Quali sono i principali elementi funzionali logici?....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

3. Come sono considerati dal PLC ingressi e usciteesterne?

....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

4. Esprimere la differenza tra uscita esterna e uscitainterna.

....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

5. Come si classificano le uscite di controllo internerispetto al comportamento in assenza di alimenta-zione elettrica?

....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

6. Elencare alcuni esempi di relè speciali.....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

7. Quali sono gli elementi funzionali detti di box?....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

8. Che funzione svolgono i registri di memoria?....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

9. Quali sono le categorie di operazioni aritmetico-logi-che svolte dagli operatori matematici del PLC?

....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

10. Che cos’è il codice di indirizzo di un elemento?....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

11. Esprimere la differenza tra l’indirizzamento degli I/Odi un PLC compatto e di un PLC modulare.

....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

12. Che cosa sono contatti e bobine per il PLC?....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

13. Quali sono i parametri fondamentali per la scelta diun PLC?

....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

Disegna

1. Un diagramma cartesiano a 8 assi per la valutazio-ne di un PLC.

....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

Crea il tuo glossario

Merker....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

Codice di indirizzo....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

Bobina....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

Verifica di fine unità




Pre

para

zio

ne a

ll’e

sam

e d

i S

tato

Rifletti e individua, tra le alternative proposte,l’unica corretta

1. Un sistema a logica programmabile:è più veloce di un sistema a logica cablataè più flessibile di un sistema a logica cablatanon accetta in ingresso grandezze di tipo ana-logicoha un costo di messa in servizio maggiore di unsistema a logica cablata

2. Un PLC che gestisce 1024 I/O è classificabile come:nano PLC med PLCmicro PLC large PLC

3. Nella gerarchia dei livelli d’automazione della fab-brica i PLC sono presenti:

nel livello 3-linea di produzionenel livello 4-impiantonel livello 5-sistema informativo aziendalein tutti i livelli

4. Quale, tra i seguenti, non è un componente fonda-mentale dell’unità centrale di un PLC?

CPU Memoria di programmaAlimentatore Memoria di massa

5. Se gli ingressi vengono letti contemporaneamentementre le uscite vengono aggiornate in tempi diver-si si parla di scansione:

sincrona d’ingresso e asincrona d’uscitasincrona d’ingresso e d’uscitaasincrona d’ingresso e d’uscitanessuna risposta fornita è esatta

6. Il miglior tempo di risposta si ottiene con la scan-sione:

sincrona d’ingresso e d’uscitasincrona d’ingresso e asincrona d’uscitaasincrona d’ingresso e d’uscita

7. Dovendo impiegare un PLC per controllare unasequenza avente un tempo ciclo molto breve si devescegliere un controllore che ha una scansione:

sincrona d’ingresso e asincrona d’uscitasincrona d’ingresso e sincrona d’uscitaasincrona d’ingresso e asincrona d’uscitaasincrona d’ingresso e sincrona d’uscita

8. Il convertitore A/D si trova installato nelle schede:d’ingresso on/off d’uscita on/offd’uscita analogiche d’ingresso analogiche

9. Se la RAM di un PLC è di 2 Kword di 16 bit è costi-tuita da:

4096 bit 4096 byte4096 word 2048 bit

10. Quale, tra le seguenti funzioni, non è svolta dallaCPU del PLC?

Autodiagnosi Memorizzazione datiProtezione dati Interrupt

11. La batteria tampone svolge la funzione di:alimentazione della CPUalimentazione delle schede I/Oalimentazione dei circuiti di autodiagnosiprotezione dati in memoria RAM

12. La funzione d’interrupt interviene sulla scansione:degli ingressi del programmadelle uscitenessuna risposta fornita è esatta

13. Il sistema operativo del PLC è scritto su memoria:RAM EPROMROM EEPROM

14. Gli optoisolatori sono elementi caratteristici:della CPU della schede I/Odell’alimentatore delle memorie di massa

15. Quale, tra i seguenti dispositivi, si può trovare colle-gato alle uscite del PLC?

Bobina SelettoreFinecorsa Contatto di relè

16. Il multiplexer è un dispositivo presente:nelle schede d’ingresso on/offnelle schede d’ingresso analogiche nelle schede d’uscita on/off nelle schede d’uscita analogiche

17. Il compilatore è un elemento:della CPUdell’unità di programmazione del simulatore della stampante

18. Quale, tra le funzioni seguenti, si dice di box?Relè non ritentivo Relè a memoria temporanea Relè di RUN Registro a scorrimento

19. Quale, tra i seguenti, non è un dispositivo logicocombinatorio?

IngressoUscita di controllo speciale Uscita di controllo internaRegistro a scorrimento

20. L’indirizzo O1,5 individua:un contatoreun merkerl’uscita 5 del modulo che occupa lo slot 1l’uscita 1 del modulo che occupa il quinto slotd

cb

a

c

d

c

d

d

d

c

d

d

b

a

d

c

d

d

d

d

a c

b d

a

bc

d

a

b d

a

bc

d

a

bc

a

bc

d

a c

b d

a c

b d

a

b

cb

c

a

c

a

bc

a b

a c

b

a c

b

a c

b

a

bc

a

b

b

a

Domande a risposta multipla


Rcs S.000.CLD.stc.0042V3T1 Preview

Documents

Transcript of Rcs S.000.CLD.stc.0042V3T1 Preview