Programmable Logic Controller P L C Programmable Logic Controller

CONTROLLO DI UN PROCESSO Schema a blocchi PROCESSO DA CONTROLLARE ORGANI DI COMANDO ORGANI DI RILEVAMENTO CONTROLLORE DISPOSITIVO DI DIALOGO CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE

CONTROLLO DI UN PROCESSO Il controllo di un processo avviene attraverso quattro fasi RILEVAMENTO ELABORAZIONE COMANDO COLLOQUIO CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE

CONTROLLO DI UN PROCESSO RILEVAMENTO PROCESSO DA CONTROLLARE Avviene attraverso gli Organi di Rilevamento. Essi rilevano lo stato del processo da controllare ed inviano i conseguenti segnali al controllore. ORGANI DI COMANDO ORGANI DI RILEVAMENTO CONTROLLORE DISPOSITIVO DI DIALOGO CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE

CONTROLLO DI UN PROCESSO ELABORAZIONE PROCESSO DA CONTROLLARE Avviene attraverso il Controllore. Esso è l’unità di governo (il “cervello”) del sistema di controllo: elabora i segnali provenienti dagli organi di rilevamento. ORGANI DI COMANDO ORGANI DI RILEVAMENTO CONTROLLORE DISPOSITIVO DI DIALOGO CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE

CONTROLLO DI UN PROCESSO COMANDO PROCESSO DA CONTROLLARE Avviene attraverso gli Organi di Comando. Essi ricevono dal controllore i risultati dell’elaborazione ed inviano al processo i segnali per eseguire le conseguenti azioni. ORGANI DI COMANDO ORGANI DI RILEVAMENTO CONTROLLORE DISPOSITIVO DI DIALOGO CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE

CONTROLLO DI UN PROCESSO COLLOQUIO PROCESSO DA CONTROLLARE Avviene attraverso il Dispositivo di Dialogo. Esso permette di dialogare con il processo: di ricevere informazioni sul suo svolgimento e di impartire ordini. ORGANI DI COMANDO ORGANI DI RILEVAMENTO CONTROLLORE DISPOSITIVO DI DIALOGO CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE

CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE CONTROLLORE Il controllo di un processo può essere effettuato con due tipi di controllori A LOGICA CABLATA A LOGICA PROGRAMMABILE CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE

CONTROLLORE A LOGICA CABLATA È costituito da un sistema in cui le funzioni decisionali si ottengono collegando fisicamente (cioè in hardware) più componenti, sia di tipo tradizionale (pulsanti, sensori, relè, contattori, ecc.), sia di tipo statico (transistor, circuiti integrati, ecc.). Il sistema è costituto da circuiti ben definiti e quindi difficilmente modificabili; qualunque modifica alla logica comporta il cambiamento di intere aree di cablaggio. CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE

ESEMPIO DI LOGICA CABLATA (marcia - arresto di un motore) CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE

CONTROLLORE A LOGICA PROGRAMMABILE È costituito da un sistema nel quale le funzioni decisionali si ottengono mediante un “programma logico” (cioè mediante software) scritto dall’operatore e memorizzato in appositi circuiti (memorie). I cambiamenti alla logica si possono effettuare rapidamente, modificando semplicemente il programma. Non è necessario intervenire sull’hardware. CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE

CONTROLLORE A LOGICA PROGRAMMABILE L’apparecchiatura che consente di eseguire il controllo di un processo mediante la logica programmabile è il P L C “Programmable Logic Controller” “Controllore a Logica Programmabile” CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE

P L C (“SERIE UNO” - CGE General Electric) CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE

ESEMPIO DI LOGICA PROGRAMMABILE (marcia - arresto di un motore) CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE

CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE DA LOGICA CABLATA A LOGICA PROGRAMMABILE (marcia - arresto di un motore) LOGICA CABLATA LOGICA PROGRAMMABILE CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE

CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE UN PO’ DI STORIA…. La nascita dei PLC risale ai primi anni settanta sotto l’impulso dell’industria automobilistica (specialmente General Motor) che avvertiva il bisogno di automatizzare i propri impianti in modo rapido e flessibile. Da allora i PLC hanno esteso il loro campo di applicazione in molti altri settori e sono diventati l’elemento base della fabbrica automatica. Il rapido e crescente sviluppo è stato determinato dalla loro caratteristica peculiare: la FLESSIBILITÀ CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE

VANTAGGI DEL PLC RISPETTO ALLA LOGICA CABLATA Apparecchiatura modulare Massima flessibilità Migliore affidabilità Competitività economica Facilità nella ricerca guasti Prova e messa a punto del processo Possibilità di riutilizzo CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE

APPARECCHIATURA MODULARE Il PLC è costituto, in genere, da elementi modulari componibili: si può partire con una configurazione base minima per poi ampliarla, aggiungendo nuovi moduli, se le future esigenze lo richiederanno. CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE

CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE MASSIMA FLESSIBILITÀ È possibile fare modifiche o rifacimenti al funzionamento del processo senza rimozione del cablaggio. Basta semplicemente modificare il programma. CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE

MIGLIORE AFFIDABILITÀ Il PLC è completamente statico e realizzato con componenti integrati. Ne deriva un’ottima affidabilità ed una elevata sicurezza di funzionamento. CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE

COMPETITIVITÀ ECONOMICA Con il PLC si riducono i tempi di progettazione, di messa a punto e di cablaggio, specialmente quando il processo da controllare è complesso. CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE

FACILITÀ NELLA RICERCA GUASTI Con il PLC sono rese più facili le operazioni di diagnostica e ricerca guasti, con possibilità di visualizzazione su terminale video e/o stampa su carta. CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE

PROVA E MESSA A PUNTO DEL PROCESSO Il funzionamento logico del processo può essere provato e messo a punto in fase di stesura del programma, senza che il PLC debba essere collegato all’impianto al quale è destinato: ciò può essere fatto mediante la “simulazione”. CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE

POSSIBILITÀ DI RIUTILIZZO In caso di eliminazione dei macchinari, il PLC è ancora riutilizzabile e disponibile per altre applicazioni. CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE

C P U ARCHITETTURA DI UN PLC CONTROLLORE A LOGICA PROGRAMMABILE MEMORIA CENTRALE (UTENTE) MEMORIA SISTEMA OPERATIVO C P U SEGNALI DAL PROCESSO SEGNALI VERSO IL PROCESSO MODULI DI INGRESSO MODULI DI USCITA UNITÀ DI PROGRAMMAZIONE SISTEMA DI VISUALIZZAZIONE STAMPANTE INTERFACCIA OPERATORE - CONTROLLORE CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE

CPU (Central Processing Unit) È il cervello del sistema. È costituita da un microprocessore con i relativi sistemi periferici. Determina il funzionamento logico del PLC attraverso le seguenti principali funzioni: Controlla la successione con cui le istruzioni del programma vengono lette. Interpreta le istruzioni. Risolve le relazioni logiche fra ingressi e uscite. Se confrontata con la logica cablata rappresenta l’elemento che realizza “virtualmente” i cablaggi fra ingressi e uscite. CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE

MEMORIA CENTRALE (Utente) È generalmente di tipo RAM (con batteria in tampone), ma può anche essere di tipo PROM, EPROM, EEPROM. Deve poter essere modificata e/o cancellata. Contiene il programma utente che definisce il funzionamento dello specifico processo da controllare; serve inoltre come deposito dei risultati parziali e/o temporanei dell’elaborazione. CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE

MEMORIA DEL SISTEMA OPERATIVO È normalmente di tipo ROM e contiene il programma di gestione (caricato dal costruttore del PLC) che sovrintende al funzionamento del controllore. A differenza della memoria centrale, il suo contenuto è fisso e non può essere modificato. CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE

CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE MODULI INPUT/OUTPUT MODULI DI INGRESSO Sono interfacce che hanno lo scopo di adattare i segnali provenienti dagli organi esterni di rilevamento in segnali compatibili con l’unità centrale. MODULI D’USCITA Sono interfacce che hanno lo scopo di adattare i segnali provenienti dall’unità centrale alle tensioni e alle potenze elettriche necessarie a pilotare gli organi di comando usati nel processo. CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE

MODULI INPUT/OUTPUT Caratteristiche Isolamento galvanico fra i segnali esterni e i segnali interni (allo scopo di proteggere la CPU dai disturbi elettrici esterni). Ampia gamma di tensioni di funzionamento (possibilità di utilizzare dispositivi di campo con tensioni differenti: p.e. 24, 48, 110, 220 V sia in c.c. sia in c.a.). Modularità e compattezza (possibilità di montaggi e smontaggi durante gli interventi di manutenzione senza dover rimuovere i cablaggi). CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE

UNITÀ DI PROGRAMMAZIONE È il mezzo per comunicare con il PLC attraverso precise regole sintattico-grammaticali che costituiscono il “linguaggio di programmazione”. Può essere una tastiera alfa-numerica classica (di quelle usate per i computer), oppure una tastiera dedicata con simboli appositi (funzioni AND, OR, NOT; contatti ON/OFF, bobine, temporizzatori, contatori, ecc.). CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE

SISTEMA DI VISUALIZZAZIONE Ha lo scopo di visualizzare le istruzioni scritte dal programmatore sulla tastiera, i messaggi di errore, di diagnostica e di controllo. Può essere un display alfanumerico, oppure un monitor. Nel caso di display è spesso un tutt’uno con l’unità di programmazione. Nel caso di monitor può presentare lo schema a contatti (“ladder diagram”), tabelle funzionali, ecc. CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE

CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE STAMPANTE È il mezzo per ottenere, su carta, sia il listato del programma nei vari linguaggi di programmazione disponibili (con commenti, tabelle dei riferimenti e dei registri), sia la successione degli eventi verificatesi durante il funzionamento del processo controllato, come segnalazioni, allarmi, ecc. CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE

CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE SCANSIONE Il termine “scansione” descrive il modo in cui la CPU esegue i compiti che le sono stati assegnati dal programma scritto dall’utente. CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE

CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE SCANSIONE LETTURA DEGLI INGRESSI ESECUZIONE DEL PROGRAMMA AGGIORNAMENTO DELLE USCITE DIALOGO CON IL PROGRAMMATORE AZZERAMENTO DEL WATCH DOG TIMER CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE

LETTURA DEGLI INGRESSI La CPU interroga tutti i dispositivi di ingresso e registra il loro stato nella “memoria immagine dello stato degli ingressi”. Lo stato degli ingressi si conserva inalterato per un intero ciclo di elaborazione. CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE

ESECUZIONE DEL PROGRAMMA La CPU, prelevando i dati dalla memoria immagine degli ingressi, risolve le equazioni logiche del programma. Comincia con la prima istruzione, procede quindi in sequenza attraverso tutte le istruzioni successive finché raggiunge la fine del programma. CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE

AGGIORNAMENTO DELLE USCITE I risultati prodotti dall’esecuzione del programma vengono registrati nella “memoria immagine dello stato delle uscite”. Solo alla fine del programma il contenuto della memoria viene trasferito ai rispettivi dispositivi d’uscita. CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE

DIALOGO CON IL PROGRAMMATORE A questo punto dell’esecuzione del programma viene abilitata, se collegata, l’unità di programmazione per operare eventuali cambiamenti nel programma (forzature di I/O) e per aggiornare il suo visualizzatore. CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE

CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE AZZERAMENTO DEL W.D.T. Prima di effettuare una nuova scansione la CPU effettua una diagnosi dell’hardware interno del PLC e resetta il timer di controllo del tempo massimo di esecuzione del programma (“WATCH DOG TIMER”). Se la scansione non viene completata nel tempo massimo prestabilito dal costruttore, significa che si è in presenza di condizioni anomale di funzionamento. In questo caso la CPU viene disabilitata e tutte le uscite vengono messe a zero. CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE

CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE PROGRAMMAZIONE Il PLC, per operare, ha bisogno di un programma scritto dall’operatore e introdotto nella sua memoria centrale (memoria utente). Il programma viene scritto con particolari linguaggi appositamente studiati per i PLC: i così detti “linguaggi dedicati”. CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE

LINGUAGGI DI PROGRAMMAZIONE A CONTATTI (Ladder, KOP) GRAFICI (Simbolici) A BLOCCHI FUNZIONALI (Porte logiche, FUP) A BLOCCHI SEQUENZIALI (Grafcet) LINGUAGGI DI PROGRAMMAZIONE A LISTA ISTRUZIONI (Boolean, AWL) LETTERALI (Alfanumerici) EVOLUTI (Basic, ...) CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE

LINGUAGGI DI PROGRAMMAZIONE Diagramma Ladder 1 2 10 10 1 = Pulsante marcia (S2) 2 = Pulsante arresto (S1) 10 = Contattore (K) CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE

LINGUAGGI DI PROGRAMMAZIONE Lista istruzioni Indirizzo Istruzione Operando 000 001 002 003 STR OR AND NOT OUT 1 10 2 1 = Pulsante marcia (S2) 2 = Pulsante arresto (S1) 10 = Contattore (K) CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE

LINGUAGGI DI PROGRAMMAZIONE Porte logiche (S2 + K) • S1 = K S2  1 K &  S1 K S2 = Pulsante marcia S1 = Pulsante arresto K = Contattore CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE

LINGUAGGI DI PROGRAMMAZIONE Grafcet 1 K Motore fermo S2 = Pulsante marcia S1 = Pulsante arresto K = Contattore S2 2 K Motore in marcia S1 CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE