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PLC2007

1. mando elettronico a logica programmabile da af fiancare alla parte di potenza delle macchine indi pendentemente dalla loro tipologia costruttiva elet tromeccanica pneumatica oleodinamica mista Per esaminare le caratteristiche principali del co mando elettronico a programma viene di seguito eseguito un confronto tra le peculiarit di un siste ma elettromeccanico e di un sistema programmabi le Nel primo caso figura 5 si ha che e le funzioni del comando sono determinate all interno di un quadro elettrico dai collegamen ti in serie o in parallelo tra gli elementi di com mutazione realizzati con contatti normalmente chiusi NC normalmente aperti NA e di scam bio NC NA di vari dispositivi elettromeccanici come rel temporizzatori contatori comparato ri eCC e il funzionamento del sistema si descrive median te gli schemi elettrici funzionali Fig 5 Tipico esempio di pannello di controllo convenzionale e i dispositivi elettromeccanici sono installati in un apposito armadio che prende il nome di quadro e cablati secon do lo schema funzionale e la composizione ed il cablaggio del sistema dipendono dal particolare comando da realizzare e dal quadro sono derivati i collegamenti tra il comando e le apparecchiature di campo attuatori e sensori 4 ELT 02 02 2008 risiedendo la logica funzionale nella scelta dei componenti e nel particolare cablaggio eseguito eventuali modifiche di funzi
2. Il segnale di comando generato per gli attuatori un treno di impulsi a frequenza variabile la frequenza crescente durante l accelerazione costante a regime decrescente durante la decelerazione del motore Questi moduli permettono inoltre di controllare in tempo reale la retroazione del motore asservito grazie a un segnale fornito da un trasduttore di posizione ad esempio un encoder calettato sullo stesso albero del motore in tal modo diventa possibile eseguire il controllo ad anello chiuso della velocit e della posizione Queste caratteristiche sono utilizzate per movimentare robot palettizzatori macchine utensili e macchine in genere I moduli possiedono una propria memoria interna nella quale sono inseriti i parametri della movimentazione quote rampe di accelerazione e di decelerazione derivanti di solito dalla procedura di apprendimento dispongono anche di contatori che consentono di effettuare sequenze ripetitive del programma Nella maggior parte delle configurazioni possono controllare con un elevata precisione al decimo di micrometro due assi meccanici Moduli PID Proportional Integrative Derivative I moduli PID Proporzionale Integrativo Derivativo vengono impiegati nelle applicazioni ad anello chiuso dove deter minate caratteristiche funzionali debbono rimanere invariate Nelle applicazioni di controllo di temperatura di flusso di livello velocit ecc vengono stabiliti dall operatore i valori prefissati
3. 02 02 2008 16 FREQUENZE 16 VELOCITA ste uscite sono quelle della regolazione della velocit di motori elettrici in AC e in DC del comando di valvole propor zionali del controllo di processi continui Nei PLC muniti d ingressi uscite analogici la CPU sempre isolata dai convertitori A D D A mediante l interposizione di optoisolatori Parametri tecnici Sui manuali tecnici dei PLC si trovano spesso in riferimento ai circuiti di ingresso e di uscita termini particolari che ser AND APERTURA T RA MALVOLA G GSnSznnn as sea es i PLC S SEGNALE DI CONTROLLO DELLA TEMPERATURA Fig 20 Esempio di controllo della temperatura di un forno mediante un PLC dotato di convertitori A D e D A vono per indicare le caratteristiche tecniche di ogni controllore Queste caratteristiche diventano importanti in particolare quando si deve scegliere il tipo di PLC per una determinata applicazione Input voltage rating Questo valore indica il tipo di corrente AC o DC e il valore della tensione che pu essere applicata ad un unit di in gresso sono generalmente possibili scostamenti pari al t10 Detto valore a volte espresso con i termini input voltage range dove vengono indicati il valore minimo e massimo dell intervallo per esempio 24V DC 10 ovvero la tensione di ingresso pu variare tra 21 6 V e 26 4 V Input current rating Questo valore indica la corrente che il dispositivo
4. CPU del PLC i moduli speciali consentono soprattutto di ampliare notevolmente l utilizzo del PLC in ambito industriale Moduli per l interfacciamento di termocoppie o di termoresistenze Questi moduli sono confezionati in modo da poter ricevere segnali direttamente da termocoppie di solito tipo K e J o da termoresistenze PT100 tali segnali presentano un livello bassissimo di tensione ad esempio per le termocoppie difficilmente supera i 40 mV Il modulo compie operazioni di filtraggio linearizzazione amplificazione del segnale e conversione in valore digitale nel condizionamento delle termocoppie uno speciale circuito compensa la temperatura del giunto freddo che altrimenti falserebbe la misura effettuata Moduli di conteggio veloce Quando la frequenza dei segnali di ingresso assume valori rilevanti ad esempio impulsi provenienti da un encoder le entrate normali del controllore non riescono a soddisfare le esigenze del caso poich la scansione del PLC troppo lenta al massimo qualche decina di msec rispetto all intervallo di tempo con cui commutano i segnali di ingresso In questo caso si utilizzano particolari moduli di ingresso veloce che sono equipaggiati con un proprio processore in 16 ELT 02 02 2008 grado di rilevare segnali che arrivano anche a diverse centinaia di KHz Le applicazioni tipiche sono quelle di conteggio pezzi misure di lunghezza o di posizione misure di velocit misure di durata Una particol
5. Memorizzazione risultato nel registro immagine uscite ATTIVAZIONE USCITA CORRISPONDENTE LABORAZIONE SEQUENZIALE CON EMISSIONE SECONDO RISULTATO Memorizzazione risultato nel registro immagine uscite ATTIVAZIONE USCITA CORRISPONDENTE LABORAZIONE SEQUENZIALE CON EMISSIONE ULTIMO RISULTATO Memorizzazione risultato nel registro immagine uscite ATTIVAZIONE USCITA CORRISPONDENTE Fig 24 Scansione sincrona di ingresso e asin crona di uscita ELT 02 02 2008 ad essa assegnata Con questo tipo di scansione si ha un aggiornamento delle uscite pi rapido di quello che consente il ciclo precedente Il terzo modo di operare quello asincrono di ingresso e di uscita ed schematizzato nella figura 25 Gli ingressi sono aggiornati ogni volta che durante lo svolgimento del programma la CPU incontra un istruzione che la obbliga a acquisirne lo stato Se un bit del registro immagine delle uscite viene modificato durante l elaborazione si ha un immediato invio dello stato logico risultante al modulo di output corrispondente Questo modo di funzionamento di un PLC molto simile a quello di un computer consente di ottenere un tempo di risposta notevolmente ridotto rispetto ai primi due casi In realt qualsiasi tipologia di scansione pi complessa rispetto a quanto precedentemente descritto La figura 26 illustra come esempio il ciclo di scansione di un PLC Siemens S7 200 che opera con scansione sincrona
6. dei circuiti elettronici e delle apparecchiature necessarie per fornire le varie funzioni hardware e l insieme immateriale delle istruzioni che formano il programma utente sulla base delle esigenze specifiche sof tware Il principio di funzionamento del sistema PLC pu essere sintetizzato nello schema della figura 3 Esso opera attraverso l elaborazione dei segnali di ingresso che gli giungono dai sensori di campo e l emissione verso 3 ELT 02 02 2008 gli attuatori dei segnali di uscita come stabilito dal programma lo gico In figura 4 illustrato uno schema di principio che illustra alcuni dispositivi di I O collegati al PLC fonte Siemens Il PLC un prodotto che introdotto sul mercato dalla Modicon per la General Motors Hydramatic Division nel 1969 ha rag giunto uno standard consolidato e pertanto offerto dalle princi pali case costruttrici in versioni che si differenziano tra loro per prestazioni tutto sommato marginali an Lampade Na Opto sensori Ingressi Uscite Consensi Comandi 200ZM w D0H4 gt CHH gt SOFTWARE PLC Fig 3 Principio di funzionamento di un PLC Motori Pulsanti Fig 4 Sensori e attuatori collegabili al PLC CONFRONTO TRA UN COMANDO ELETTROMECCANICO ED UN PLC Questa trattazione interamente dedicata allo stu dio dei controllori programmabili essi vengono sempre pi utilizzati per realizzare il blocco di co
7. di ingresso deve essere in grado di fornire affinch si possa pilotare l unit di ingresso normalmente dell ordine dei milliampere A volte questo valore indicato come la potenza minima necessaria per poter regolarmente pilotare gli ingressi Input threshold voltage Con questo termine viene indicato il valore per il quale il segnale di ingresso riconosciuto come stato logico 1 nella tabella 1 vale 15 V DC Input delay Con questa definizione si indica il valore del tempo di acquisizione necessario ad un determinato ingresso affinch questi possa essere riconosciuto Il ritardo utilizzato dai circuiti di ingresso per filtrare l effetto rimbalzo dei contatti e dei transitori di tensione Tipici valori sono da circa 1 5 a 25 ms per i moduli standard sia in AC sia in DC valori pi bassi si possono trovare in alcuni ingressi speciali come quelli di conteggio veloce Output voltage rating Questo valore indica il tipo di corrente AC o DC e il valore della tensione che l uscita pu controllare sono general mente possibili scostamenti pari al 10 Tale valore a volte espresso con i termini output voltage range dove vengono indicati il valore minimo e massimo dell intervallo relativo alla tensione di lavoro per esempio 115 V AC 10 ovvero la tensione pu variare tra 103 5 V e 126 5 V Output current rating Questo termine indica il massimo valore di corrente che una singola uscita in grado di fornire Il valore di cor
8. di ope Sequenziatori rare secondo la logica a rel essi sono logici ingressi esterni Fig 27 Il magazzino funzioni del Operatori uscite esterne PLC matematico logici uscite di controllo interne rel interni ritentivi Altre uscite di controllo interne a memoria temporanea rel non ritentivi uscite di controllo speciali rel specia li temporizzatori contatori normali e veloci registri a scorrimento sequenziatori memorie dati o registri Gli ingressi esterni sono considerati dal PLC come contatti NA le uscite sono invece considerate come bobine di rel e per questo motivo vengono anche chiamate direttamente rel Occorre porre particolare attenzione al concetto appena espresso il PLC considera i dispositivi d ingresso e di uscita esterni rispettivamente come contatti e bobine indipendentemente dalla loro effettiva costituzione fisica Un ingresso pu essere costituito da un finecorsa un pulsante un contatto di rel un sensore ottico ecc in tutti i casi per il PLC esso un contatto NA Un uscita potrebbe essere una bobina di rel un elettrovalvola una lampada ecc in tutti i casi per il PLC essa una bobina Gli ingressi e le uscite esterne sono gli unici dispositivi effettivamente presenti e pertanto devono essere cablati ovve ro collegati elettricamente alla morsetteria del PLC Tutti gli altri dispositivi come i rel interni i contatori ecc non sono fisicam
9. generazione ovvero quelli nati per sostituire i quadri elettromeccanici Ovviamente rispetto ai primi gli attuali PLC sequenziali sono molto migliorati e svolgono oltre a quelle logiche anche altre funzioni come ad esempio LA a ai a e Ks Ri si e calcoli matematici e elaborazione di segnali digitalizzati oltre che On Off e conteggio veloce I PLC multifunzione sono impiegati in tutti quei casi in cui oltre alle funzioni caratteristiche della logica sequenziale sono richieste alcune delle seguenti prestazioni misura regolazione PID controllo assi dialogo tra PLC e periferiche comunicazione tra PLC Queste funzioni una volta svolte esclusivamente da apposite apparecchiature sono state via via assegnate a moduli speciali per PLC nell ottica della cosiddetta integrazione dei livelli di automazione della fabbrica L UNIT CENTRALE DEL PLC In questo capitolo verranno analizzate le principali caratteristiche strutturali e di funzionamento di un unit centrale indipendentemente dalla tipologia costruttiva del PLC Come riportato nello schema a blocchi della figura 7 essa costituita dalle seguenti entit fondamentali e alimentatore e processore CPU e memorie dati e programma Alimentatore Un PLC per il suo funzionamento necessita di un alimentatore il quale trasforma la tensione di rete 380 400 220 230 110 115 V AC 50 Hz in tensione continua e stabilizzata indispensabile all unit cen
10. non sempre bene accetto anche se con il passare del tempo questo 5 ELT 02 02 2008 problema assume sempre minore incidenza L HARDWARE DEL PLC L hardware di un controllore programmabile costituito da tre parti fondamentali e unit centrale che organizza tut te le attivit del controllore e unit ingressi uscite schede nel PROGRAM I O che consente il collegamento SOFTWARE t tra l unit centrale ed il sistema da PROGRAMMA controllare gt e unit di programmazione che ra costituisce l interfaccia uo 7 Hi MEMOR mo macchina ovvero il dispositivo i che permette di inserire il pro FINECOF r T MICROPI g gramma nella memoria del PLC PLC 3 via bu 4 aE Nella figura 7 illustrato lo schema a renze blocchi dell hardware di un PLC essa HARDWARE oltre a dare un quadro riassuntivo di quanto detto circa gli elementi conte Fig 7 Schema a blocchi dell hardware di un PLC nuti nell apparecchio mette in eviden za il percorso delle informazioni CLASSIFICAZIONI DEI PLC I controllori programmabili possono essere classificati in base a diversi criteri Con riferimento alla quantit di ingressi ed uscite che gestisce un PLC si dice e micro quando pu controllare un numero massimo di 64 I O e di gamma o taglia bassa quando controlla un numero di I O di tipo digitale ed analogico compreso tra 64 e 512 e di gamma media quando controlla un numero di I O di tipo digitale ed analogico compre
11. set point del processo ovvero i valori che dovrebbero essere mantenuti dal sistema a fronte di qualsiasi va riazione ambientale I moduli PID consentono il confronto tra questi parametri di riferimento del processo e i dati effettivamente rilevati dal campo qualora manchi la convergenza il modulo in grado autonomamente di generare dei messaggi di errore e dei segnali in grado di attivare le soluzioni atte a riportare il processo al normale funzionamento in base del programma precedentemente memorizzato In alcuni modelli recenti di PLC il modulo PID integrato possibile accedere alle sue funzioni attraverso chiamate a sottoprogrammi o a blocchi funzionali da inserire nel programma applicativo Orodatario Nei PLC pi recenti pu essere inserito all interno dell unit centrale un orologio calendario Questo accessorio consente di elaborare programmi dove necessario attivare dei processi in determinate ore del giorno considerando anche le variabili giorno della settimana mese anno Generalmente le funzioni caratteristiche dell orodatario sono programmazione temporale giornale e misurazio ne di durata Programmazione temporale Questa funzione permette di programmare eventi a orari e date predefinite possibile stabilire ad esempio che l accensione del riscaldamento di un edificio avvenga dal 21 ottobre 2006 al 21 marzo 2007 dal luned al sabato dalle ore 6 00 alle 14 30 Giornale possibile attribuire una dat
12. 02 02 2008 o delle uscite e infine di verificare i valori correnti dei contatori e dei temporizzatori Diventa cos possibile attivare le funzioni di debugging del PLC per effettuare la messa a punto del programma In alcuni modelli previsto un indicatore led esterno che informa l utente del modo di funzionamento in atto Connettore per unit di programmazione Per inserire i programmi nella memoria del controllore occorre collegare ad esso una delle unit di programmazione previste dal costruttore necessario quindi un opportuno dispositivo di comunicazione tra la memoria di programma ed il programmatore Se questo un personal computer si rende necessario avere un interfaccia di comunicazione seriale asincrona per e sempio del tipo RS232 RS422 o RS485 Circuiti di autodiagnosi Nei controllori logici programmabili viene effettuato ad ogni ciclo di esecuzione del programma un test sul buon fun zionamento del sistema Qualora si verifichi un guasto alla CPU alla memoria programma o nel bus di collegamento tra unit centrale ed even tuali moduli di I O si interrompe la scansione del programma sono disabilitate tutte le uscite e in alcuni modelli si a pre il contatto di uno speciale rel detto di RUN presente all interno del PLC Questo rel fornito di almeno un contatto esterno utilizzabile per realizzare un allarme in caso di guasto Indicatori dello stato degli I 0 Sul pannello frontale dei control
13. CONTROLLORI LOGICI PROGRAMMABILI PLC peo oi n i t n At ae co E se Le see lei n gt ai ee Eps Ad uso interno del corso Elettronica e Telecomunicazioni 1 ELT 02 02 2008 Introduzione ai comandi elettronici ed ai controllori logici programmabili L automazione di una qualsiasi operazione di un processo produttivo si consegue attraverso un com l plesso di apparecchiature di vario tipo opportuna BLOCCO DI BLOCCO DI mente connesse tra loro in modo da realizzare un ELABORAZIONE ATTUAZIONE comando automatico questo pu essere conside rato un sistema la cui costituzione ed il cui funzio namento sono genericamente descrivibili con l aiuto dello schema a blocchi della figura 1 Un comando automatico si pu immaginare costituito da tre parti ciascuna delle quali assolve ad una preci sa funzione O DI COMANDO O DI POTENZA Fig 1 Schema funzionale di un comando automatico e blocco di elaborazione e blocco di attuazione e blocco di comunicazione Al blocco di elaborazione detto anche blocco di comando demandato il coordinamento di tutte le operazioni necessarie per effettuare l automazione richiesta naturalmente in condizioni di assoluta sicurezza sia delle persone sia delle apparecchiature e dei prodotti consente inoltre il dialogo tra l uomo e la macchina mediante pulsanti selettori tastiere visualizzatori ecc Il blocco di attuazione detto anche bloc
14. a che consente di trovare pi rapidamente i guasti Moduli file memory Il modulo file memory una memoria di massa in grado di memorizzare programmi utenti parametri e dati di lavorazione per esempio memory card con memoria flash PLC e macchina mediante un terminale remoto ET100 Siemens INTERFACCIA AS308 SIENA a e DOPPINO TELEFONICO f 7 MACCHINA Y FINO A 63 ET100U PER OGNI INTERFACCIA AS308 Fig 22 Esempio di configu razione e utilizzo dei termi nali remoti Queste informazioni possono essere trasferite nella memoria della CPU e viceversa oppure modificate on line il tutto mediante appositi comandi che si possono ritrovare nel firmware del PLC Grazie alla facile trasportabilit di questi dispositivi possono essere anche utilizzate come dispositivo ausiliario di back up utile per ogni evenienza nel caso in cui il programma debba essere reinstallato o installato su altri PLC Moduli di backup Sono moduli che inseriti in due PLC differenti e collegati tra loro permettono di avere una funzionalit di backup Attraverso tali moduli il processore del PLC principale informa costantemente il processore situato nel PLC di riserva sullo stato delle operazioni in esecuzione quest ultimo che esegue lo stesso programma pu in caso di malfunzio namento del PLC primario sostituirlo in tempi brevissimi nella gestione d
15. a e un ora a eventi che accadono servendosi di determinate system words parole siste 8 Metodo che prevede l utilizzo del modulo di posizione assi dapprima i manualmente attivando ciascun asse fino al raggiungimento della posizione prefissata e ottenendo dal modulo stesso i parametri della movimentazione da inserire nel programma finale 17 ELT 02 02 2008 ma che ne memorizzano i valori correnti successivamente dato un segnale esterno o tramite un bit sistema si ha la possibilit di far emettere al PLC un messaggio visualizzazione su display o stampa che indica l ora e la data in cui un certo evento si attivato Misurazione di durata Servendosi di parole sistema predefinite all interno del PLC si possono effettuare misurazioni dell intervallo di tempo intercorso tra due eventi AI verificarsi di ciascun evento vengono immagazzinati in apposite word i valori correnti relativi a data e ora successi vamente queste word verranno manipolate con operazioni aritmetiche al fine di fornire informazioni circa la durata di un determinato processo Moduli ASCII BASIC Questi moduli permettono lo scambio di informazioni in formato ASCII tra il PLC e periferiche quali visualizzatori stam panti personal computer lettori di codice a barre sistemi di pesatura utilizzando una semplice porta di comunicazione seriale tipo RS232 RS422 o RS485 Il codice ASCII un codice che consente tramite l utilizzo di 8 bit di codificare un quals
16. a transistor utilizzabili so sa Ddl E SI lamente per carichi in DC si possono ancora uti m i L x CIRCUITO f CARICO lizzare i gruppi RC e i varistori anche se preferi INTERNO Z i ai bile usare dei diodi collegati in modo che siano da polarizzati inversamente fo ni HI ul Fondamentalmente non c differenza se i disposi AccoPPIATORE DIGOMANDO PLC i tivi di protezione sono applicati sul carico oppure i nni sulle uscite ad eccezione della configurazione a Fig 16 Schema interno di un uscita a transistor transistor in cui il diodo deve essere messo in pa rallelo al carico qualora quest ultimo sia di tipo Fico E DI A induttivo di i 00 Nelle figure 15 16 e 17 sono riportati gli schemi Er i L interni delle uscite digitali a rel a transistor e a NTERNO CIRCUITO uber triac I L col Si noti la presenza in tutti i tipi delle uscite Id dell accoppiatore ottico che separa galvanicamen accoppiarore COMANDO PLC Ri te il circuito interno del PLC dai circuiti di uscita SENO ono UT 00 i dei dispositivi di protezione contro i disturbi elet Fig 17 Schema interno di un uscita a triac trici dei fusibili di protezione contro i cortocircuiti e infine nel caso dell uscita a rel figura 15 del LED che segnala quando l uscita attivata Il tempo di commutazione di un uscita cio l intervallo che intercorre tra la presenza di un determinato stato logico nella memoria del PLC riservata alle uscite
17. alit di lavoro che consente l accesso alla memoria dati anche all utente In questo modo diventa possibile simulando lo stato o come si dice in gergo forzando gli 1 0 verificare la rispon denza del programma alle specifiche Altri dispositivi dell unit centrale I tre componenti fondamentali dell unit centrale CPU memorie ed alimentatore sono affiancati da altri dispositivi che pur essendo secondari dal punto di vista teorico non lo sono da quello pratico Selettore della modalit operativa Tutti i PLC possono essere usati in almeno due diverse modalit operative selezionabili tramite un comando esterno il modo esecuzione run ed il modo apprendimento o programmazione stop prog In modalit programmazione le uscite sono disabilitate e pertanto possono essere introdotti o editati programmi in modo esecuzione le uscite vengono abilitate e quindi il programma contenuto in memoria operante Alcuni PLC hanno una terza modalit di lavoro detta di monitoraggio monitor term tale modalit consente di for zare o riassettare uscite rel interni temporizzatori o contatori di controllare rapidamente lo stato logico degli ingressi La definizione precisa di questo parametro sar discussa in un paragrafo successivo per ora lo si identifichi come il periodo necessario affinch sia no svolti un intero ciclo del programma scritto dall operatore e una serie di operazioni di sistema trasparenti all operatore 9 ELT
18. amento indicato dai costruttori serve per proteggere i circuiti logici interni del PLC dalle sovratensioni che si verificano all esterno in particolare nei circuiti di potenza per esempio 1500 V DC Input voltage current ranges Questi valori vengono indicati nei moduli analogici di ingresso ed esprimono l intervallo del valore di tensione e o di corrente che quell ingresso in grado di gestire per esempio 0 10 V 20 mA 4 20 mA Output voltage current ranges Questi valori vengono indicati nei moduli analogici di uscita ed esprimono l intervallo del valore di tensione e o di cor rente che quell uscita in grado di produrre per esempio 10 10 V 4 20 mA Digital resolution Questo valore indica come il convertitore AD o DA di ingresso o di uscita sia in corrente sia in tensione sia in grado di approssimare la grandezza in ingresso La risoluzione funzione del numero di bi utilizzati dal convertitore A D o D A maggiore il numero dei bit maggiore sar la risoluzione per esempio 8 10 12 16 e maggiore sar il costo del modulo Points per module Questa indicazione fornisce il numero di ingressi o di uscite punti che appartengono ad un determinato modulo in genere i moduli hanno 1 2 4 8 16 o 32 punti in relazione al tipo di PLC e a seconda del costruttore Un elevato numero di punti per modulo permette di ridurre lo spazio necessario per il PLC ma contemporaneamente pu essere pi costoso Infatti se per un applicazione
19. ano gli attuatori come per esempio motori elettrici e cilindri sono quindi questi dispositivi che eseguono le varie fasi che compongono il ciclo automatico BLOCCO DI ELABORAZIONE O DI COMANDO Il blocco di comando pu essere realizzato ricorrendo ad una delle seguenti tecnologie pneumatica oleodinamica elettromeccanica elettronica Le tecnologie pneumatica ed oleodinamica consistono nel realizzare l unit di elaborazione per mezzo di valvole pneu matiche o oleodinamiche di vario tipo op portunamente collegate tra di loro A logica cablata Schede dedicate I blocchi di comando elettromeccanici sono costituiti dai quadri elettrici a rel COMANDI ELETTRONICI PLG I comandi elettronici possono essere classi A logica programmabile ficati come indicato in figura 2 I sistemi a logica cablata sono costituiti Calcolatori di processo da schede elettroniche ideate e costruite Fig 2 Classificazione dei comandi elettronici 1 Un sensore un dispositivo che converte una grandezza fisica in un segnale elettrico ad esempio un interruttore di posizione elettromeccanico o di prossimit Un attuatore un dispositivo macchina in grado di convertire un segnale elettrico in una grandezza fisica ad esempio un motore elettrico 3 Un contattore o teleruttore definito come un dispositivo meccanico di manovra capace di stabilire sopportare ed interrompere correnti di nor ma piuttosto elevate in condizioni ordinari
20. are funzione svolta da questi moduli la camma elettronica grazie a questa opzione viene consentito di fissare un certo numero di soglie che confrontate con il valore corrente misurato determinano a precisi valore di con teggio l attivazione di un certo numero di uscite secondo una matrice predefinita Generalmente un modulo di conteggio veloce completamente autonomo rispetto al programma principale gestito dal la CPU del PLC e il tipo di funzione da effettuare conteggio semplice o bidirezionale misura di lunghezza di velocit camma elettronica ecc viene determinato con la configurazione software Una variante di questo oggetto in grado di gestire segnali in codice Gray inviati da un encoder assoluto Ormai anche i piccoli PLC monoblocco sono dotati di almeno un ingresso di conteggio veloce Moduli di posizionamento assi I moduli di posizionamento assi permettono di realizzare sistemi integrati per il controllo della posizione di pi assi sin cronizzati sono in grado di pilotare dei sistemi dotati di motori sia in AC sia in DC oppure passo passo L azionamento del motore determinato da un programma eseguito dal microprocessore interno al modulo Tale programma costituito da una serie di passi che descrivono i movimenti da effettuare al fine di realizzare traietto rie anche molto complesse di queste possibile definire la posizione finale guota l accelerazione la decelerazione e la velocit di regime del motore
21. ask fast per poi tornare al punto in cui si era interrotto nella task master e proseguire il ciclo normale Questa architettura dunque in grado di intervenire in modo opportuno rispetto a problematiche diverse anche se la gestione delle due task affidata a un unico processore Se la modalit bitask pu essere sufficientemente apprezzabile per risolvere determinate situazioni risulta insufficiente per livelli di gestione pi complessi non in grado infatti di risolvere i problemi che intervengono qualora dovessero essere gestiti contemporaneamente pi avvenimenti di carattere diverso A livelli di gestione di automazioni medio alte l architettura monotask o bitask non pi in grado di svolgere le ope razioni complesse necessarie ed ecco allora una evoluzione ulteriore dei PLC la struttura multitask progettata per una gestione dei sistemi automatici pi integrata e completa La sua configurazione vede da una parte la presenza di pi task ognuna dedicata a funzioni diverse che possono es sere eseguite simultaneamente grazie a un architettura hardware multiprocessore La struttura multitask prevede una serie di task indipendenti governate da una task principale tra queste si possono ricordare task master task di interrupt task rapida task ausiliaria task sistema In ciascuna task si potranno dichiarare dei moduli di I O non configurati in altre task in questo modo si potranno ave re scansioni m
22. ccoppiamento NPN PLC N ACCOPPIATORE OTTICO x Nella figura 12 infine rappresentato lo schema di ca mme n u u L uan tin una ul i j 1 DIODO DI SPIALED _ blaggio interno di un ingresso in AC RREAN D INGRESSO _ COM 1 5k Hi Ogni unit di ingresso pu essere collegata a pi sensori sono divenute ormai uno standard le schede a 8 o 16 in gressi nel caso di PLC di taglia piccola o media mentre per PLC di taglia media o grande si possono raggiungere le 64 entrate ia PLC E E possibile contare infine sull utilizzo di mgressi veloci i OTTICO STORE quali non essendo filtrati hanno un tempo di commuta INO1 15 zione molto pi breve degli altri tipicamente vengono im piegati per collegamenti a dispositivi quali gli encoders ot 4 n Es tici o in situazioni in cui sia richiesto lo svolgimento di task rapide cio quei sottoprogrammi che vanno attivati Fig 11 Schemi interni degli ingressi per segnali in DC con ac coppiamento PNP 11 ELT 02 02 2008 in condizioni di massima velocit disponibile Oltre agli encoders ottici i dispositivi pi spesso collegati agli ingressi del PLC sono finecorsa selettori pulsanti in terruttori magnetici interruttori fotoelettrici interruttori di prossimit e sensori di livello i Mentre non ci sono problemi per i collegamenti ad appa i recchiature con contatti elettromeccanici in quanto non I 330k po
23. co di potenza o di lavoro costituito dalle apparecchiature che permet tono di automatizzare il sistema Il blocco di comunicazione detto anche blocco di interfaccia formato da tutti gli elementi che consentono lo scambio delle informazioni tra le altre due parti costituenti il comando L interfaccia E A elaborazione attuazione quella che consente il flusso di informazioni dall unit di elaborazione agli attuatori viceversa l interfaccia A E attuazione elaborazione consente il flusso contrario che in gergo prende il nome di retroazione o feedback Il funzionamento di un comando automatico comprende le seguenti fasi in successione ciclica e mediante l impiego di opportuni sensori si rilevano gli stati del processo automatico tali sensori costituiscono l interfaccia A E mentre le informazioni che essi inviano sono i cosiddetti segnali di ritorno dal campo o consen si e nell unit di elaborazione ovvero nel cervello del sistema di comando avviene l elaborazione di tali informazioni calcoli matematici calcoli logici decisioni sulle azioni da compiere e i risultati dell elaborazione producono dei segnali detti segnali di comando che generalmente non agiscono diret tamente sugli attuatori ma passano attraverso un azionamento interfaccia E A che pu essere realizzato ad e sempio mediante un rel un contattore o un elettrovalvola sono quindi gli azionamenti che effettivamente co mand
24. di ingresso e di uscita Come si pu notare costituito da cinque operazioni e Lettura degli ingressi l 57 200 copia lo stato degli ingressi fisici nel registro di immagine di processo degli ingressi e Esecuzione della logica di controllo nel programma l S7 200 ese gue tutte le istruzioni del programma e Elaborazione delle richieste di comunicazione l S7 200 elabora i messaggi ricevuti dalla porta di comunicazione o dalle unit di I O intelligenti e Esecuzione dell autotest della CPU l S7 200 verifica il corretto fun zionamento del firmware della memoria del programma e delle eventuali unit di ampliamento imposta il watchdog timer ag giornamento orologio ecc e Scrittura nelle uscite i valori memorizzati nel registro di immagine di processo delle uscite sono scritti nelle uscite fisiche importante che il tempo di scansione sia il pi breve possibile principalmente per due motivi avere un tempo di risposta del PLC il pi ridotto possibile indipendentemente dal tipo di scansione implementata sulla macchina evitare malfunzionamenti per esempio alcuni timer rapidi non funzionano al meglio con tempi di scan sione superiori ai 10 msec Nel ciclo di scansione vi sono delle operazioni preco stituite sulle quali l operatore non pu intervenire e altre che invece hanno una durata variabile a secon da del numero di moduli di I O da scrutare e della lunghezza del programma AI fine di aiu
25. di ridurre la complessit che deriva dal dover collegare uno ad uno tutti gli ingressi e tutte le uscite al controllore Quest esigenza comporta delle difficolt il numero dei cavi da collegare aumenta all aumentare del numero dei segnali da controllare incrementando la probabilit di un malfunzionamento dovuto all interruzione dei collegamenti senza contare il fatto che l installazione diventa pi costosa lunga e soggetta ad errore Una soluzione tecnologicamente avanzata implica l utilizzo di una rete locale impiegata in genere per rendere comple tamente automatizzata una fabbrica sia dal punto di vista dell automazione dell impianto sia dal punto di vista della 18 ELT 02 02 2008 gestione di altri e n dati statistiche CORRI gra ra ene magazzino ecc i i Una rete locale per le caratteristi che che presenta e per le difficolt che nascono a volte per avere MORSETTIERA ET 100U un installazione j sicura ed affidabi le si presta scar samente ad un controllo distri buito a MACCHINA COLLEGAMENTO DIRETTO TRASMISSIONE SFRIALE A DUE FILI TERMINALE REMOTO ET100 U RESSIONE DELLA TRADIZIONAL DAGLI ALTI COSTI DAGLI ALTI COSTI DI 3 COSTI DI AGGIO E DI MONTAGGIO RIDOTTI AL MINIMO b dell impianto Fig 21 a Sistema tradizionale di collegamento tra il PLC e la macchina b Sistema di collegamento tra i
26. e del circuito ed in condizioni di sovraccarico 2 ELT 02 02 2008 per eseguire un determinato compito Essi possono anche raggiungere un buon grado di versatilit nel senso che mediante l utilizzazione di opportuni dispo sitivi ad esempio le memorie possibile intervenire su alcuni parametri per modificarli Inoltre l attivazione delle uscite viene eseguita in modo parallelo e quindi avviene con tempi legati alla sola risposta delle singole apparecchiature Nonostante tali possibilit restano sempre circuiterie dedicate e pertanto non solo sono inservibili per altre applicazioni ma spesso non possono essere adattate neanche alla stessa macchina per cui sono state progettate e costruite quan do questa richiede delle varianti di funzionamento La ricerca di prodotti aventi il requisito della flessibilit caratteristica sempre pi richiesta poich riduce notevolmente i costi dell automazione ha favorito lo sviluppo dei comandi elettronici a logica programmabile Questi presentano infatti il grande vantaggio di adattarsi ai mutamenti del ciclo produttivo semplicemente attraverso la modifica di un programma senza dover intervenire sull impianto Dopo aver utilizzato per un certo periodo apparecchiature gi presenti sul mercato ma orientate ad altre applicazioni come i calcolatori elettronici si passati all uso di un prodotto industriale specifico il controllore logico program mabile ideato e sviluppato in funzione dell e
27. e ed il controllo del funzionamento del la CPU e che pertanto costituiscono il sistema operativo firmware del PLC tra queste ad esempio si hanno le routine che determinando tutta una serie di autotest iniziali consentono alla macchina di avviarsi i dati del setup che configurano il PLC secondo le specifiche desiderate dall utente impostati via software consen tono ad esempio di istruire la CPU sulla tipologia dei moduli di espansione che dovr gestire di stabilire la durata massima del tempo di scansione e dei parametri inerenti la comunicazione seriale tra PC e PLC oppure tra diversi PLC ecc le routine che permettono l esecuzione del processo di scansione previsto per quel tipo di PLC le routine che sono richiamate in modo trasparente all operatore al fine di compiere operazioni di diagnostica in terna sia in fase di RUN sia durante la messa a punto monitoraggio del funzionamento del programma Data la primaria importanza di quanto presente nella memoria di sistema e considerato anche che ad eccezione dei dati del setup non necessaria alcuna modifica i costruttori utilizzano tecnologia ROM come supporto di immagazzi namento anche da sottolineare che la memoria di sistema non accessibile all utente Memoria di programma In questa memoria sono registrate le istruzioni del programma che il PLC deve eseguire la sua capacit normalmente varia da 1 a oltre 256 K parole word da 16 bit Come suppor
28. e i segnali elettrici provenienti dai dispositivi esterni alla logica programmabile in segna li interpretabili dalla CPU e viceversa Ingressi binari ON OFF I dispositivi di ingresso binario ON OFF trasducono una tensione tutto o niente in uno stato logico interpretabile dalla CPU del PLC I segnali che trattano i moduli di ingresso digitale possono essere in relazione al tipo di alimentazione dei sensori in corrente continua a loro volta suddivisi nei tipi NPN PNP NPN PNP secondo le polarit nei collegamenti con l esterno o in corrente alternata In entrambe le categorie si trovano interfacce che funzionano a valori di tensione differenti 5 5 24 12 24 24 24 60 48 115 DC e 24 48 115 230 V AC esistono anche tipologie dette universali che possono funzionare con segnali sia in DC sia in AC ma a un costo decisamente superiore rispetto agli altri 24V 48V 115V 7 Come si vedr pi dettagliatamente in un successivo paragrafo 10 ELT 02 02 2008 Il costruttore definisce un range di tensione per il quale l ingresso deve considerarsi allo stato logico 1 o 0 si avr per esempio che alla chiusura di un interruttore l ingresso corrispondente sul PLC sar allo stato 1 mentre quando lo stes so interruttore sar aperto lo stato logico dell ingresso sar 0 Nella tabella 1 si possono verificare le corrispondenze tra i valori di tensione ai capi dell ingresso e i relativi stati logici acquisiti dalla CPU nel caso in c
29. e la commutazione fisica del punto di uscita varia a seconda dei dispositivi per gli organi elettromeccanici compreso tra alcuni millisecondi e una decina di millisecondi e dipende essenzialmente dal tempo di eccitazione dei rel mentre per le uscite di tipo elettronico triac e transistor molto inferiore qualche 13 ELT 02 02 2008 decina di microsecondi I triac e i transistor non garantiscono per l isolamento galvanico quando l uscita non in conduzione in quanto per mettono il passaggio di una piccola corrente di fuga I dispositivi da collegare alle uscite di un PLC sono prevalentemente bobine di rel contattori di potenza sire ne suonerie elettrovalvole solenoidi e lampade di segnalazione e visualizzatori Il numero standard di uscite collegabili per ciascun PLC va da un minimo di 4 a un massimo di 64 Ingressi analogici Nei moduli ON OFF il segnale viene determinato da uno stato logico 0 o 1 Nel caso di una funzione che varia nel tempo e assume valori diversi che devono essere decodificati si parla di gran dezza analogica La gestione di questo tipo di segnale pu avvenire in due modi digitalizzazione del segnale oppure rilevazione di soglia Digitalizzazione del segnale Si utilizza un dispositivo denominato convertitore analogico digitale che opera una trasformazione della grandezza mi surata in una parola digitale di n bit La risoluzione cio il grado di precisione con cui la grandezza viene cont
30. egli ingressi e delle uscite Basti pensare ad esempio al metodo di accesso al mezzo fisico normalmente utilizzato in una rete locale il CSMA CD che rende assai difficoltoso il rispetto del requisito di determinismo richiesto dalla maggior parte delle applicazioni di automazione 19 ELT 02 02 2008 LA SCANSIONE DEL PLC Il PLC ha un funzionamento ciclico di tipo sequenziale in grado di e seguire le funzioni programmate con ripetivit da quando viene alimen tato e messo in stato di RUN fino a quando o lo si porta in stato di STOP e si toglie alimentazione oppure si presentino condizioni che ge nerino situazioni di guasto o di errore con conseguenti malfunziona menti e fermate del ciclo Il ciclo che compie denominato ciclo di scansione mentre il tempo che impiega a compierlo si chiama tempo di scansione Ciascun PLC costruito per operare secondo uno dei seguenti tipi di scansione e sincrona di ingresso e di uscita e sincrona di ingresso e asincrona di uscita e asincrona di ingresso e di uscita La scansione sincrona di ingresso e di uscita schematizzata nella figura 23 Questo ciclo si configura in una lettura dello stato di tutti gli ingressi presenti con successiva elaborazione sequenziale delle istruzioni del programma precedentemente stabilito solo alla conclusione di questa fase avviene l attivazione delle uscite La CPU acquisisce tutte le informazioni riguardanti lo stato dei moduli di ingress
31. ente presenti ma vengono simulati all in terno del controllore Le uscite di controllo interne possono essere di due tipi ritentive non ritentive I rel non ritentivi non mantengono lo stato in caso di caduta di alimentazione questo significa che se un rel di questo tipo si trova in posizione ON al momento dell interruzione dell alimentazione della CPU esso si trover in posi zione OFF quando questa sar riattivata Le uscite interne ritentive sono anche dette di mantenimento o rel latch in quanto mantengono il loro stato an che durante un interruzione dell alimentazione I rel a memoria temporanea si utilizzano quando occorre effettuare memorizzazioni intermedie I rel di controllo speciali assolvono a funzioni particolari quali 23 ELT 02 02 2008 disabilitazione delle uscite in caso di particolari condizioni ad esempio quando entra in funzione il rel di Run generazione di un impulso periodico di assegnata frequenza Clock reset iniziale del PLC Contatori temporizzatori sequenziatori e registri a scorrimento sono funzioni dette di box o di blocco funzionale o non a rel che emulano i rispettivi dispositivi fisici cos come esistono molti modelli di tali apparecchiature si hanno anche diverse simulazioni di essi da parte dei vari PLC 24 ELT 02 02 2008
32. essere connesso a due unit di ampliamento per gestire ulteriori 32 ingressi e 32 uscite I PLC compatti sono generalmente di gamma bassa Un PLC si dice modulare quando configurabile dall utente in base alle esigenze specifiche assemblando in un rack o su una base varie schede di concezione modulare aventi ciascuna una deter minata funzione ope0s060000e Intern ttore per STOP TERM RUN Connettore per modul di ampliamento non perla CPU 221 Potenziometro analogico Interfaccia di Morsetti Uscita per sensori programmazione ingressi DC 24 V M80 mA Fig 8 PLC monoblocco Siemens S7 CPU 222 6 ELT 02 02 2008 Nella figura 9 illustrato un esempio di PLC modulare di taglia alta Siemens Simatic S7 400 in cui installata la sola CPU con a fianco un unit di espansione di I O digi tali I PLC di taglia media e alta sono sempre di tipo modula re in taluni casi sono modulari anche i PLC di gamma bassa Dal punto di vista dell impiego i PLC si possono classifica re in e sequenziali e multifunzione I PLC sequenziali possono essere compatti o modulari di taglia piccola o media i controllori multifunzione sono necessariamente modulari e generalmente di taglia i grande Fig 9 PLC modulare Siemens S7 400 con espansione I primi sono impiegati nella realizzazione degli automati smi che funzionano secondo una logica sequenziale in pratica questi sono i controllori della prima
33. fossero necessari 17 punti e si utilizzassero solo moduli da 16 punti evidente il fatto che in un modulo ben 15 punti risulterebbero inutilizzati converrebbe in questo caso utilizzare moduli con un numero inferiore di punti per esempio 4 o 8 Wire size Rappresenta la sezione dei conduttori che possono essere collegati alla morsettiera del modulo per esempio 1 5 mm2 MODULI SPECIALI Oltre ai moduli di ingresso e di uscita di tipo digitale e analogico esistono in commercio anche dei moduli per applica zioni particolari che soddisfano le esigenze della fabbrica automatica La strada imboccata dai produttori di PLC quindi quella di asservire a funzioni speciali dei moduli speciali i benefici che se ne traggono sono e liberare la CPU dall onere di gestire tali funzioni speciali demandando a essa la sola gestione delle operazioni fon damentali di controllo e la possibilit di offrire all applicazione controllo assi posizionamento conteggio veloce ecc una velocit di rispo sta molto elevata Questi moduli si prefigurano come dei dispositivi di preelaborazione del segnale in quanto sono dotati di un proprio microprocessore per questo motivo sono anche noti come moduli intelligenti Costruiti per soddisfare le esigenze di funzioni particolari ad esempio sentire tensioni estremamente deboli come quel le delle termocoppie o applicazioni con frequenze di commutazione elevate e per ridurre il carico di lavoro della
34. i parassite ad alta frequenza da notare che tanto pi elevata l immunit ai disturbi dovuta a un filtraggio pi raffinato tanto pi alto risulta essere il tempo di commutazione tempo necessario affinch il segnale che ha raggiunto l ingresso sia memorizzato nel re gistro immagine della memoria dati del PLC un circuito comprendente un trigger di Schmitt che opera una quadratura dell onda in modo da ottenere due soli livelli alto e basso corrispondenti agli stati logici 1 e 0 Per gli ingressi in corrente continua si distingue tra due moduli di input detti a ogica negativa o input ad erogazione di corrente e a logica positiva 0 input ad assorbimento di corrente NPN logica negativa ad erogazione di corrente PRIES I Avr un collegamento interno per cui il dispositivo di in i Na ea gresso sensore trasduttore sar collegato tra il morsetto i i a x i i SPIA LED D INGRESSO di input del PLC e la fase negativa dell alimentazione INOC mentre la fase positiva sar collegata al morsetto comune y a del modulo figura 10 PNP logica positiva input ad assorbimento di cor rente Con i moduli a logica positiva il sensore sar cablato tra il morsetto di input del PLC e la fase positiva UL Pal wT x dell alimentatore il morsetto COMUNE del modulo sar col Fig 10 Schema interno degli ingressi per segnali in DC con legato alla fase negativa dell alimentatore figura 11 a
35. iasi carattere alfanumerico e determinati caratteri di controllo Per evitare quindi l occupazione di memoria RAM del PLC si utilizzano tali moduli che sono configurati con una propria memoria RAM e un proprio processore Se richiesto durante l esecuzione del programma Il PLC invier al modulo un codice corrispondente al messaggio da trasmettere precedentemente memorizzato e conseguentemente il modulo ASCII BASIC provveder a trasferirlo alla periferica un classico esempio di utilizzo l invio di messaggi di tipo diagnostico a visualizzatori Lo scambio di informazioni pu avvenire anche in senso inverso ovvero dalla periferica al PLC ne esempio la tra smissione di un dato effettuata da parte di un lettore di codice a barre Pannelli operatore Un pannello terminale operatore un oggetto costituito essenzialmente da un display e da una tastiera che collegati ad un PLC comunicano con esso per consentirne il co loquio con l operatore ovvero per visualizzare messaggi allarmi e per gestire e modificare le variabili del processo controllato Il collegamento fra il terminale ed il PLC avviene di solito per mezzo di una linea seriale RS232 RS422 o RS485 ne cessario che la modalit di comunicazione protocollo sia impostata in modo identico nel terminale e nel PLC affinch il colloquio avvenga correttamente Durante la comunicazione il terminale si comporta da master ed il PLC da slave in questa configurazione il terminale in
36. l La soluzione pro posta dai costrut tori quella di utilizzare un unico PLC collocato nel punto pi facilmente raggiungibile e controllabile dell impianto i cui punti di ingresso e di uscita siano localizzati non solo sul PLC ma su blocchi comunicanti attraverso linee di comunicazioni seriali con la CPU tramite un doppino telefonico talvolta schermato per avere una certa immunit dai disturbi figura 22 L impianto viene cos a possedere un sistema di controllo distribuito che in genere carat terizzato dalle seguenti parti e l unit base del controllore programmabile con l alimentatore e l unit centrale CPU e il modulo di interfaccia tra la CPU e i singoli moduli disseminati nell impianto inserito nell unit base e i moduli I O con un numero di punti variabile a seconda delle necessit in grado di ri cevere segnali sia digitali sia analogici tali moduli sono posti in apposite cassette di di stribuzione vicine ai singoli punti da controllare e distanti anche alcuni chilometri dal PLC I vantaggi che si possono avere utilizzando un sistema distribuito di questo tipo sono note voli riduzione dei tempi di progettazione dell impianto minore costo del materiale diminuzione dei tempi e dei costi di installazione soppressione delle tradizionali morsettiere che hanno alti costi di manodopera riduzione dei tempi di blocco impianto in quanto detti moduli consentono una diagno stica sofisticata e centralizzat
37. larizzati particolare attenzione richiedono invece gli in nai terruttori di prossimit induttivi capacitivi ultrasonici e le gt fotocellule aventi un uscita statica transistor SCR triac PLC che necessitano di collegamenti omologhi NR a Per esempio i sensori con uscita di tipo NPN potranno es sere collegati direttamente solo ad ingressi di PLC tipo NPN come si vede dagli esempi in figura 13 e 14 SENSORE INDUTTIV INGRESSI CAPAGITIVO I OLTRASONICO NPN__ FOTOCE LA A TRE FILI ip CONUSCIT A COLLETTORE A COM Cr 24V S CONTATTO LETTROMECCANICO INECORSA SELETTORE garamo N RELE EBC ALTRI CONTATTI O SENSORI CONDENSATORE DI i _DISACCOPPIAMENTO AC DC COMUNE INGRESSI POSITIVO SPIE LED DINGRESSO CIRCUITO INTFRNO PLC AR or PRIA ORE Fig 12 Schema interno degli ingressi per segnali in AC INGRESSI TIPO NPN COMUNE INGRESSI POSITIVO Fig 13 Esempio di collegamento tra un interruttore di prossimit con uscita NPN e un contatto elet tromeccanico con un PLC con ingressi in DC tipo NPN SAPRERIVA ULT Sonico FOTOCELLULA A TRE FON USCITA A SSR Re LIMENTAZIONE INGRESSI INGRESSI PNP anti Ji i S CO TTO ELETIROMEccANICO he EINECORSAS CONTATO DI UN RELE ECC t ALTRI CONTATTI O SENSORI _COMUNE INGRESSI NEGATIVO INGRESSI TIPO PNP COMUNE INGRESSI NEGATIVO Fig 14 Esempio di collega
38. le rimanenti unit fino alla sostituzione del modulo difettoso localizzabile di solito tramite lo stato di un LED La realizzazione di questo tipo di ridondanza accresce l affidabilit del sistema ed indispensabile negli impianti con un ciclo di produzione continuo dove un interruzione dell alimentazione elettrica pu bloccare un intero processo in tal ca so un unit di backup a batteria consente di garantire un alimentazione continua anche in presenza di un interruzione dell energia elettrica Da anni si utilizzano sempre pi spesso alimentatori detti switching compatti e adatti per il montaggio su guide DIN essi rappresentano la soluzione ottimale dove sia necessario alimentare PLC moduli I O di interfaccia e sensori Durante il funzionamento tali alimentatori hanno la caratteristica di generare dei disturbi a seguito delle rapide varia zioni di tensione e di corrente che si manifestano nei componenti elettronici presenti tali disturbi possono essere irra diati o condotti sui collegamenti e interferire con altre apparecchiature elettroniche Diverse sono le tecniche usate dai costruttori per ridurre a limiti accettabili questi disturbi normalmente gli alimentato ri switching in commercio sono realizzati in conformit alle normative che prescrivono limiti precisi alle interferenze e lettromagnetiche generate EMI Electro Magnetic Interference Esistono in tal senso indicazioni sia da parte delle normative internazionali IEC sia da
39. llato il sistema il PLC ancora utilizzabile per un applicazione anche diversa sufficiente riprogrammarlo per il suo nuovo compito poich il PLC interfacciabile con stampanti terminali video anche di tipo grafico personal computer possibile un controllo di tipo on line dell impianto questo tra l altro consente di visualizzare e stampare rapidamente e in qualsiasi momento dati messaggi e tutta la documentazione relativa all impianto uil PET ide Non si trascurino per alcuni limiti a cui il PLC soggetto esso non elimina completamente i rel in particolare nei circuiti di potenza la sua velocit operativa tempo di ciclo pu in alcuni casi anche se raramente essere insufficiente nonostante l ormai ottimo rapporto costo prestazioni richiede un investimento iniziale che lo rende vantaggioso so lo per applicazioni sufficientemente complesse la sostituzione per qualsiasi motivo di alcuni moduli per esempio unit centrale moduli speciali risulta a volte co stosa deve essere associato per questioni di sicurezza a particolari circuiti per esempio elettromeccanici per garantire in caso di emergenza l arresto in regime di sicurezza dell impianto pur essendo pensato per operare in ambienti difficili alte temperature forti vibrazioni e interferenze elettromagne tiche occorre proteggerlo con opportuni accorgimenti per esempio appositi quadri elettrici introduce un nuovo modo di lavorare che
40. lori monoblocco sono sempre previsti led luminosi in quantit pari al numero dei punti I O che si accendono quando gli ingressi o le uscite corrispondenti sono attive nel caso dei PLC modulari sono dispo sti su ciascuna scheda I O in modo da risultare sempre ben visibili Morsetterie I 0 Ogni controllore presenta una morsettiera su cui cablare gli ingressi e le uscite esterne Allo scopo di non dover ricablare tutti i punti I O ogni volta che si deve smontare il PLC spesso tali morsettiere sono separabili da esso per mezzo di un connettore speciale appositamente predisposto Connettore per moduli di ampliamento Nel caso dei PLC monoblocco previsto un connettore per collegare all unit centrale ad esempio un unit di espan sione allo scopo di aumentare il numero degli I O disponibili oppure un qualsiasi modulo speciale Sistema di raffreddamento I PLC possono operare senza problemi fino ad una temperatura di circa 50 C quando si prevede in prossimit del controllore il verificarsi di temperature superiori si inserisce nell unit centrale un ventilatore per favorire lo smaltimen to del calore Simulatore Dispositivo collegabile alla morsettiera di input che emulando ci che accade sul campo permette una rapida messa a punto del programma UNIT INGRESSI USCITE I O I moduli di I O collegano il PLC agli organi di rilevazione e agli attuatori del processo automatico da controllare La loro funzione di trasformar
41. mento tra un interruttore di prossimit con uscita PNP e un contatto elet tromeccanico con un PLC con ingressi in DC tipo PNP 12 ELT 02 02 2008 Uscite binarie ON OFF I moduli di uscita binari ON OFF trasducono gli stati logici assegnati al registro immagine delle uscite in segnali elet trici che commutano fisicamente il punto di uscita I dispositivi di commutazione delle uscite possono essere di tipo elettronico o elettromeccanico si avranno quindi usci te a triac transistore e rel a seconda del tipo di carico che si dovr comandare Questo potr funzionare in corrente continua o alternata ed essere alimentato ad una determinata tensione in funzio ne della potenza da esso assorbita Per questo motivo possono essere trovati in commercio PLC con uscite a rel da 230V 5A in AC oppure da 24V 1 5A in DC a triac da 110 240V 1A solo in AC a transistor da 24V 0 5A solo in DC Naturalmente la scelta della configurazione di uscita da utilizzare va fatta considerando anche l intensit di corrente as sorbita dagli organi di comando degli attuatori e quella massima che pu circolare nei circuiti di uscita del PLC indicata dal costruttore nelle specifiche Qualora la prima fosse pi elevata della seconda diventa necessario realizzare un servocomando del dispositivo da pilotare ci si configura ad esempio facendo commutare dall uscita del PLC un contattore ausiliario che a sua volta agisce sull elemento di c
42. n terruttori o via software gli ingressi non uti lizzati in modo da non essere pi investigati Fig 18 Esempio di applicazione di un ingresso analogico di un PLC e di un sensore di livello con uscita analogica I pi comuni dispositivi di ingresso collegabili a ingressi analogici sono termocoppie termoresistenze trasduttori di pressione trasduttori di livello trasduttori di peso celle di carico trasduttori di portata e trasduttori di velocit SENSORE ULTRASONICO DI LIVELLO INGRESSO ANALOGICO 0 10 V CONVERTITORE A O NO DIGITALI OV 07m LIVELLO MINIMO MIN 10V 1m LIVELLO MASSIMO IONE VELOCITA NT E 4 INGRESSI 16 COMBINAZIONI Uscite analogiche 16 COMBINAZIONI POSSIBI ILI ALIMENTAZIONE TRIFASE Parallelamente a quanto suc DIGITALI 16 COMBINAZIONI cede per gli ingressi di tipo a A nalogico un convertitore digi n PLC fesa MOTORE x Sl iui td C Ea trasformer un M n 0 PE Ym TA TRESE valore digitale contenuto in Va VI CONVERTITORE una stringa di bit che occupa S i unta gt AD una certa locazione di memoria s4 P FREQUENZA AAA S nel PLC in un valore di tensio pe ne tipicamente 10 10 V Al oppure in corrente tipicamen te da 4 20 MA an uscita Fig 19 Esempio di applicazione di un uscita analogica per l impostazione della velocit di un Le tipiche applicazioni di que motore asincrono trifase 14 ELT
43. nto o meno dell unit della presenza della tensione di rete in ingresso e della disponibilit di tensione in uscita corretta mente trasformata e stabilizzata La selezione della tensione di rete pu avvenire secondo i modelli in modo automatico mediante un selettore manua le oppure tramite un connettore jumper posizionato in prossimit dell alimentatore stesso In alcuni modelli monoblocco di taglia piccola stato scelto al fine di ridurre l ingombro dell apparecchiatura di non installare l alimentatore in tal caso prevista una morsettiera tramite la quale collegare una fonte in DC di solito a 24 V Per il collegamento dell alimentatore ai circuiti esterni di solito PLC e sensori invece disponibile una morsettiera multipla con le uscite a 5 12 e 24 V tuttavia nella maggior parte dei casi l utente non deve effettuare alcun cablaggio poich a se il PLC di tipo monoblocco i collegamenti sono gi predisposti dal costruttore b se di tipo modulare i morsetti vengono inseriti nell apposito connettore del bus quando la scheda alimentatore viene installata sul rack il bus infatti un circuito stampato montato in fondo al rack contenente solo piste di col legamento e connettori femmina cui si collegano i maschi dei vari moduli del PLC Nei pi delicati processi di automazione gli alimentatori PLC sono caratterizzati da un sistema modulare di collegamen to in caso di guasto la potenza richiesta viene divisa tra
44. o una dopo l altra con una certa gerarchia data dall indirizzamento dei punti di input lo stato logico di questi input viene memorizzato in un registro dedicato registro immagine degli ingressi che si trova nella memoria dati formando quindi una sorta di immagine dello stato logico di tutti gli ingressi Segue poi l elaborazione del programma da parte della CPU durante questa fase gli stati delle uscite che man mano si determinano sono assegnati al registro immagine delle uscite senza che siano inol trati ai moduli di output Solamente dopo l esecuzione dell ultima istruzione del programma tut te le uscite vengono effettivamente aggiornate in modo sequenziale con gerarchia data dall indirizzamento dei punti di output Terminato un ciclo la scansione riprende dal primo passo ripetendosi in continuazione questo vale ovviamente finch il PLC mantenuto in stato di RUN Se durante lo svolgimento del ciclo appena descritto si verifica una va riazione degli ingressi quasi certo che questa non potr essere rile vata che all inizio di una nuova scansione Bisogna infatti considerare che la maggior parte del tempo di scansio ne riservato all esecuzione delle istruzioni del programma ed quindi molto probabile che una modifica degli ingressi avvenga proprio durante questa fase di conseguenza la CPU non potr tenere conto di questo evento durante l elaborazione in corso Il tempo di risposta ovvero il tempo che passa
45. olto pi veloci in quanto ogni task scandir solo gli I O che gli interessano e non tutti quelli presenti ab breviando notevolmente i tempi di risposta ti Questa modalit di funzionamento quindi del tutto simile a ci che avviene in un microprocessore quando chiamato a gestire una richiesta di interrupt 22 ELT 02 02 2008 ELEMENTI FUNZIONALI 1 PLC simula al suo interno un certo nume ro di operatori ed invia alle uscite segnali che sono il risultato delle operazioni svolte su tali operatori Ingressi esterni Come illustrato in figura 27 il PLC si com Contatti porta come se avesse un magazzino di funzioni dal quale servendosi del pro gramma utente preleva in successione quelle necessarie ad assicurare il controllo degli attuatori MAGAZZINO FUNZIONI Uscite esterne Bobine INGRESSI Uscite interne ritentive Rel Il tipo ed il numero delle funzioni disponibili usdte interne noh dipende dalla taglia e dal particolare mo ritentive Rel dello del PLC In generale gli elementi funzionali dei con PROGRAMMA Uscite di controllo trollori sequenziali si possono distinguere UTENTE speciali Rel in SI su gt Contatori dispositivi logici combinatori dispositivi logici sequenziali operatori matematici Temporizzatori Elementi funzionali logici USCITE Registri a j aia va x j scorrimento I dispositivi logici combinatori e sequenziali sono quelli che consentono al PLC
46. omando dell attuatore Anche per i moduli di uscita sono previsti circuiti di protezione contro i disturbi e sono presenti optoisolatori per sepa rare galvanicamente i circuiti interni del PLC dai carichi collegati alle uscite inoltre affidato a fusibili il compito di ope rare una protezione contro i sovraccarichi e i cor Ii NE TOR BERN bre se Si rende spesso necessaria l installazione in paral re Uscite lelo alle uscite di gruppi RC varistori o diodi per sogna S pa E A ca RELE DI La UNI CARICO proteggerle dalle sovratensioni che possono na FASCIA STD SOROT scere se i carichi sono di natura induttiva rel Du E c pre CONTATTO contattori ed elettrovalvole ecc la scelta del ti CIRCUITO i OUT RELE iN Je spiaLED D USCITA po di protezione dipende dal tipo di uscita e di corrente impiegata Si utilizzano in genere gruppi RC e varistori in pa TRANSISTOR I I I AN i Q I I I I DI COMANDO S IL rallelo ai contatti quando le uscite sono a rel con DIUSSIT i PLC HH carichi alimentati in DC o in ACC 24v DC Queste due soluzioni possono essere adottate an Fig 15 Schema interno di un uscita a rel che nel caso che le uscite siano a triac e quindi ina funzionanti solo in AC pISPOSIVO Lig E Nel caso infine di uscite
47. onamento della macchina o dell impianto richiedono variazioni sia della composizione del quadro sia suo ca blaggio e pertanto un elevato costo ed un notevole spreco di tempo il costo di messa in servizio rilevante per gli stessi motivi indicati al punto precedente essendo in questa fase particolarmente frequenti le modifiche da apportare al sistema per giungere al suo corretto funzionamento la spesa richiesta per ottenere sistemi affidabili a lungo alta In un sistema di comando realizzato per mezzo di un PLC figura 6 si ha che l ingombro minimo e si ottengono un elevata sicurezza di funzionamento e un ottima affidabi lit grazie anche all uso di sofisticate procedure diagnostiche Ci perch il PLC realizzato con soluzioni che prevedono un sempre maggiore utilizzo di componenti integrati Si semplifica inoltre la manutenzione dell impianto essendo il PLC un apparecchiatura di caratteri stiche standardizzate e composta di una variet a minima di elementi diventa possibile secondo G SO le esigenze modificare o ampliare apparecchia ture gi esistenti mediante la sostituzione o l aggiunta di tali elementi Questo consente di approntare quadri elettrici di comando con fun zioni sofisticate ma ordinati e di semplice rea lizzazione il cablaggio si riduce al solo collegamento degli organi di ingresso pulsanti finecorsa sensori ecc e degli organi di azionamento degli attua tori contattori rel elettr
48. ovalvole lampade a Fig 6 Tipico esempio di pannello realizzato mediante PLC zionamenti elettronici ecc si dispone contrariamente ai sistemi di controllo di tipo elettromeccanico di un numero molto alto di rel tempo rizzatori contatori ecc e per ognuno di essi un elevata quantit di contatti centinaia tale numero limitato e sclusivamente dalla quantit di memoria presente sul controllore le funzioni che deve svolgere l unit di governo sono determinate mediante un programma che risulta indipendente dal tipo dagli organi di ingresso e di uscita usati poich ne considera solo lo stato dei segnali il software pu essere scritto scegliendo il linguaggio di programmazione pi congeniale fra i due tre solitamente disponibili in ogni PLC al fine di adattare al meglio le conoscenze specifiche del personale addetto alla realizzazione dell automazione visti i progressi fatti dalla tecnologia elettronica possibile a costi sempre pi contenuti realizzare sistemi di con trollo in grado di operare con numeri di effettuare regolazioni per esempio PID e di prendere decisioni essendo la logica funzionale contenuta nel programma memorizzato sul controllore essa pu modificarsi altrettanto facilmente di come pu scriversi variazioni funzionali e messa in servizio possono essere effettuate a costi non elevati non richiedendo modifiche costruttive e di cablaggio in caso di eliminazione della macchina su cui insta
49. quelle europee CISPR automa zione d ufficio tedesche VDE e statunitensi FCC per l automazione industriale e d ufficio In caso d interruzione momentanea di alimentazione di durata superiore a un tempo compreso tra 10 e 200 msec a seconda dei modelli alcuni tipi di PLC hanno una protezione che interviene mettendo a zero le uscite e quindi in linea di massima disattivando gli attuatori tramite un bit di sistema Quando ci accade il sistema riprender ad operare solo quando l alimentazione ritorner ad un valore almeno pari nella maggior parte dei casi all 85 del valore nominale Se l interruzione di tensione ha durata inferiore a 10 msec il circuito di protezione non interviene e la funzionalit del PLC viene garantita dalla presenza di condensatori interni all alimentatore durante questo intervallo di tempo infatti questi componenti continuano ad erogare la potenza elettrica necessaria al funzionamento dell apparecchio senza che si scarichino a tal punto da rendere inaffidabile il funzionamento dei circuiti Oltre all alimentatore alcuni PLC datati sono provvisti di una batteria tampone in genere al litio da 2 3 4 V che ne salvaguarda alcune aree di memoria RAM programma o dati come si vedr nel successivo paragrafo in caso di black out la sua durata varia dai due ai cinque anni a seconda delle funzioni che vengono ad essa asservite CPU Central Processing Unit La CPU del PLC costituita da uno o pi m crocon
50. rente in funzione delle caratteristiche dei componenti elettrici e o elettronici e della dissipazione ter mica dei circuiti di uscita Valori superiori possono portare a permanenti cortocircuiti nei dispositivi di uscita rel transistor triac e ad altri danni permanenti come la bruciatura delle piste di rame dei circuiti stampati Nel caso delle uscite a transistor funzionanti a 24 V DC la corrente massima normalmente di 0 5 A Output power rating Esprime il massimo valore della potenza che un unit di uscita pu dissipare con tutte le uscite attivate Il valore espresso in Watt per una singola uscita calcolato moltiplicando il valore della tensione per la corrente Questo numero per in genere inferiore se tutte le uscite del modulo sono attivate Ad esempio 16 uscite funzionanti a 24 V DC 0 5 A sono in grado di comandare 12 W singolarmente ma il modulo in 15 ELT 02 02 2008 grado di gestire complessivamente solo 150 W rispetto a 192 W 12 16 192 Output ON delay oppure output OFF delay Con questi termini viene indicato il ritardo di un circuito di uscita per passare rispettivamente dallo stato logico 0 allo stato logico 1 o viceversa dopo che i circuiti logici interni hanno comandato di cambiare stato per esempio 15 ms Electrical isolation Con questo termine si indica il valore massimo in volt della tensione di isolamento tra i circuiti di ingresso uscita e i circuiti interni del PLC Il grado di isol
51. rogramma Tutto il tempo necessario all esecuzione delle istruzioni dipende dai contenuti del programma utente si conside ri ad esempio che il tempo di elaborazione di un istruzione di lettura dagli ingressi scrittura sulle uscite di 0 22 usec Gestione porta periferiche 0 35 ms Controllo 0 5 ms Rinfresco degli output 0 15 ms Tab 2 Fasi e temporizzazioni di un ciclo di scansione in un PLC Siemens S7 200 Cicli monotask bitask multitask In genere un PLC equipaggiato con un microprocessore che gestisce il ciclo di scansione della macchina in gergo questo tipo di logica programmabile viene denominata monotask poich risulta essere uno solo il lavoro programma da eseguire Si sono sviluppate anche macchine bitask che possono lavorare su due programmi che vengono immagazzinati in due ipotetici contenitori chiamati task mastere task fast La task master contiene il lavoro che il PLC deve eseguire correntemente la task fast rapida invece destinata alle elaborazioni solitamente di breve durata con tempi di risposta rapidi lt 2 msec ed attivata su eventi esterni oppu re interni al PLC o ancora in modo periodico La comparsa di una situazione particolare per esempio input su ingressi rapidi raggiungimento valore di preselezione di contatore rapido o del temporizzatore rapido interrompe la normale scansione in task master e attiva la task rapi da il PLC esegue il programma custodito nella t
52. rollata dipende dal numero di bit disponibili nel dispositivo tipicamente 8 12 16 Per esempio se il dispositivo a 8 bit e si vuole controllare una variazione di temperatura da 0 a 10 C si avranno 28 256 combinazioni possibili di temperatura misurata con una precisione data dalla relazione 10 0 256 0 039 C cio il dispositivo sar in grado di sentire una variazione di 0 039 C al di sotto della quale non si genera alcun cam biamento del codice di uscita digitalizzato Rilevazione di soglia Con questa tecnica viene confrontato un livello di riferimento quasi sempre fisso con il valore della grandezza in e same se quest ultimo ha entit inferiore al livello di riferimento si avr livello logico 0 mentre quando sar maggiore si avr livello logico 1 In commercio esistono moduli di ingresso analogici in grado di ricevere un segnale in tensione tipicamente 0 10 V o in corrente tipicamente 4 20 mA Nei PLC pi recenti e di migliori caratteristiche possono essere presenti alcuni ingressi Ae alla conversione analogico digitale per ridurre i costi piuttosto eleva ti si ricorre alla tecnica del multiplexing che ANALOGICA OIOM consente di commutare in sequenza i diversi sERBATOIO_ ingressi su di un unico convertitore deter minando per un leggero aumento del tem MAX po di acquisizione dei dati Per ovviare a questo problema possibile iMiss disabilitare via hardware mediante microi
53. sigenza di flessibilit dei gruppi di comando dei sistemi automatici Quando le applicazioni sono particolarmente complesse o riguardano i livelli gerarchici superiori dell automazione co me ad esempio il controllo di un intero reparto produttivo si usano i cosiddetti computer industriali Essi sono dei computer realizzati in modo da poter operare anche in ambienti particolarmente difficili ad esempio le linee produttive dove possono trovarsi a contatto di polvere umidit agenti di contaminazione chimica vibrazioni ecc Tuttavia nonostante la grande offerta di tecnologia presente sul mercato la scelta della tecnica da utilizzare per la co struzione del gruppo di comando non sempre semplice dipendendo da numerosi parametri tra i quali tipologia del gruppo di potenza costi di acquisto di messa in servizio e di manutenzione distanza tra il comando e gli attuatori durata del ciclo di lavorazione tipologia dei sensori da utilizzare quantit delle informazioni da trattare DESCRIZIONE DEL SISTEMA PLC La breve introduzione relativa all architettura dei comandi automatici dovrebbe aver evidenziato il contesto generale in cui si inserisce l apparecchiatura oggetto della discussione il controllore logico programmabile o PLC Program mable Logic Controller Come si pu dedurre da quanto gi detto confrontando i sistemi cablati e programmabili essi sono stati ideati e pro gettati per eliminare gli inconvenienti caratteri
54. so tra 512 e 2048 e di gamma alta quando controlla oltre 2048 punti di I O di tipo digitale ed analogico Se occorre gestire un numero di I O superiore a 2048 oppure intermedio tra due gamme si ricorre al collegamento di pi PLC Il modello Sysmac C2000H della Omron ad esempio offre la possibilit di collegare 32 PLC ciascuno dei quali gestisce 2048 I O in configurazione massima il numero di I O indirizzabili pertanto di 65536 Quando si parla di gestione di un numero di ingressi uscite sf intende sempre complessivamente dire 64 I O significa che il PLC gestisce un massimo di 64 punti che possono essere o ingressi o uscite secondo una determinata combina zione come ad esempio 32 I 32 O oppure 48 I 16 O ecc Da questo punto di vista tutte le case costruttrici producono modelli caratterizzati da un estrema versatilit che con sente un dimensionamento corretto in qualsiasi situazione In base al criterio costruttivo adottato i PLC possono essere e monoblocco o compatti e modulari Si dicono monoblocco o compatti quando vengono offerti in una configurazione rigida che non pu essere modificata In taluni casi il numero degli I O pu essere aumentato con il col legamento ad un unit di espansione anch essa di tipo rigido ge neralmente uguale sia nella forma che nelle prestazioni all unit base Nella figura 8 illustrato un PLC di questo tipo con 14 I O ripartiti in 8 ingressi e 6 uscite esso pu
55. stici della logica a rel a tal scopo si sostituiscono fisicamente oltre che per le funzioni svolte all insieme dei componenti elettromeccanici che sono necessari a realizzare un quadro di coman do con logica elettrica cablata Sfruttando le grandi potenzialit offerte dalla tecnologia elettronica ed in particolare dall uso dei microcontrollori i PLC sono in grado di garantire oltre ai requisiti di flessibilit prestazioni impensabili per qualsiasi apparecchiatura elettro meccanica quali elaborazione di segnali analogici effettuazione di operazioni matematiche memorizzazione dati visualizzazione dati trasferimento dati collegamenti operativi con altri PLC con calcolatori e con controlli numerici Un PLC pu quindi essere definito come un sistema elettronico che consente di realizzare in modo flessibile l unit di elaborazione di un comando automatico e pi in generale di qualsiasi controllo industriale Per chiarire il funzionamento del PLC nonch il concetto di flessibilit si pu immaginare il controllore programmabile come un magazzino di funzioni dal quale l utente preleva istante per istante quella che gli serve Ci reso possibile perch specificato dal programma ovvero la lista delle istruzioni ideata dal programmatore allo scopo di comandare l automatismo Da quanto appena affermato si deduce che PLC un sistema composto di due parti profondamente diverse tra loro e l insieme materiale
56. tare l operatore nella scrittura di pro grammi compatti e veloci i costruttori forniscono delle tabelle che riportano i tempi richiesti da ogni opera zione che costituisce il ciclo di scansione Tabella 2 Scrive nelle uscite SOOOLOVO Esegui ill test della CPU Elabora le richieste di comunicazione Legge gli ingressi LETTURA DELLO STATO DI INPUT DELLA PRIMA SEQUENZA Me morizzazione nel registro immagine ingressi ELABORAZIONE DELLA PRIMA SEQUENZA Me morizzazione risultato ne registro immagine uscite ATTIVAZIONE USCITA CORRISPONDENTE LETTURA DELLO STATO DI INPUT DELLA SECONDA SEQUENZA Me morizzazione nel registro immagine ingressi ELABORAZIONE DELLA SECONDA SEQUENZA Memorizzazione risultato ne registro immagine uscite ATTIVAZIONE USCITA CORRISPONDENTE Si prosegue fino all ultima sequenza Fig 25 Scansione asincrona di ingresso e di u scita gt Ciclo di scansione Fig 26 Ciclo di scansione di un PLC Siemens S7 200 10 Generalmente i PLC hanno un timer programmabile denominato watchdog cane da guardia regolato ad un valore massimo di solito compreso tra 200 300 msec questo dispositivo software ha la funzione di fermare il ciclo se la scansione supera tale tempo massimo onde evitare che si generino dei cicli di programmi ripetitivi loop dovuti a malfunzionamenti 21 ELT 02 02 2008 Lettura degli input 0 15 ms Esecuzione p
57. terroga ciclicamente il PLC rispettando una temporizzazione fissa impostata dall operatore tempo di aggiornamento andando a leggere e scrivere alcune locazioni di memoria che hanno un significato particolare Attraverso questo scambio di informazioni il PLC pu selezionare i messaggi da visualizzare e sentire i tasti premuti mentre il terminale visualizza e consente la modifica di variabili Moduli vocali Il modulo vocale in grado di riprodurre messaggi audio di allarme o istruzioni per l uso di una macchina o di un im pianto questi messaggi devono essere precedentemente registrati nel modulo stesso tramite un microfono o un regi stratore a cassetta Moduli di comunicazione Lo scambio di dati messaggi informazioni tra un insieme di PLC possibile tramite i moduli di comunicazione questi gestiscono i protocolli di comunicazione per le diverse tipologie di reti informatiche che possono essere coinvolte nel sistema bus di campo reti proprietarie ETHERNET etc Generalmente ogni casa produttrice di PLC sfrutta un suo protocollo di comunicazione attualmente esiste una regola mentazione che normalizza tali protocolli al fine di evitare che la comunicazione sia possibile esclusivamente tra appa recchiature provenienti dalla stessa fabbrica Moduli per terminali remoti di input output Quando un elevato numero di punti di I O localizzato o ad una considerevole distanza dal PLC o in diversi punti dell impianto sorge il bisogno
58. to fisico da alcuni anni si sfrutta la tecnologia FLASH disponibile anche in formato memory card caratte rizzata da grande affidabilit ridotti consumi facile trasportabilit e che offre i notevoli vantaggi di non aver bisogno di batteria tampone in caso di mancanza di alimentazione elettrica e di poter essere duplicata La memoria FLASH utilizzata per sviluppare e mettere a punto il programma questa pu infatti essere scritta e cor retta un numero praticamente infinito di volte restando installata nel PLC mediante l unit di programmazione del controllore Memoria dati Qui sono memorizzati i risultati temporanei delle elaborazioni i contenuti dei contatori dei temporizzatori dei rel in terni e i singoli bit che rappresentano lo stato logico degli ingressi e delle uscite memoria immagine degli 1 0 che hanno valori che cambiano in continuazione anche in questo caso la memoria disponibile pu essere compresa tra 1 a oltre 256 K parole word da 16 bit Una parte di questa memoria pu essere tamponata o trasferita in FLASH si riesce cos a tenere memorizzato un conteggio o lo stato logico di un determinato rel interno in modo ad esempio da far ripartire correttamente l impianto al ritorno della normale alimentazione La memoria dati necessariamente realizzata con memorie RAM o FLASH nel funzionamento normale accessibile solo al processore ma per favorire la fase di messa a punto possibile attivare una mod
59. tra la variazione de gli ingressi e la corrispondente variazione delle uscite quindi di so lito sempre superiore al tempo di scansione L inconveniente non si dimostra particolarmente grave per molte ap plicazioni dato l ordine di grandezza molto piccolo di questo tempo infatti di solito compreso tra 5 e 45 msec a seconda della quantit di istruzioni contenute nel programma e del tipo di CPU La scansione sincrona di ingresso ed asincrona di uscita sche matizzata in figura 24 Questo tipo di ciclo sincrono di ingresso in quanto tutti gli input ven gono letti contemporaneamente ed asincrono di uscita poich l invio dei risultati alle uscite viene fatto in tempi diversi Gli ingressi vengono letti tutti ed una sola volta all inizio della scansio ne le uscite vengono invece trasmesse all esterno via via che matura no i risultati durante lo svolgimento del programma ogni uscita viene perci attivata nel momento in cui stata elaborata la funzione logica 20 LETTURA DELLO STATO DI TUTTI GLI INGRESSI Memorizzazione nel registro immagine ingressi LABORAZIONE SEQUENZIALE ISTRUZIONI Memorizzazione risultati nel registro immagine uscite ATTIVAZIONE SEQUENZIALE DI TUTTE LE USCITE Fig 23 Scansione sincrona di ingresso e di usci ta LETTURA DELLO STATO DI TUTTI GLI INGRESSI Memorizzazione nel registro immagine ingressi LABORAZIONE SEQUENZIALE CON EMISSIONE PRIMO RISULTATO
60. trale e ad altri circuiti come per esempio le unit di ingresso o di uscita i circuiti adibiti al test autodiagnostico ed i sensori Al microprocessore in genere occorrono per funzionare solo 5 V DC mentre le altre unit possono richiedere tensioni pi alte come per esempio 24 V DC Per ogni applicazione si devono dimensionare gli alimentatori in relazione all assorbimento energetico delle unit effet tuando la somma delle correnti che esse richiedono per poter funzionare Le pi comuni caratteristiche di un alimentatore per PLC sono gt tensione di rete applicabile in ingresso in genere 110 115V 220 230V monofase o 380 400V trifase gt corrente di uscita che varia a seconda dei modelli in base alla quantit di moduli che deve supportare valori tipici sono compresi tra 1 e 15 A separazione galvanica tra entrata e uscita dell apparecchio che evita disturbi provenienti dalla rete di alimentazio ne 4 La funzione di conteggio veloce quella che consente ai PLC di ricevere segnali che hanno un elevata frequenza come ad esempio quelli pro venienti dai rilevatori di posizione angolare denominati encoder tipicamente 10 KHz 7 ELT 02 02 2008 protezione per i cortocircuiti costituita generalmente da un fusibile di tipo rapido protezione contro sovraccarichi sovratensioni surriscaldamento segnalazione attraverso un led individuabile dalle sigle Power oppure AC oppure ON del funzioname
61. trollori dedicati il centro di attivit di tutto il PLC e coordina tutte le operazioni da svolgere Per mezzo di periferiche la CPU recepisce tutte le informazioni che arrivano dal mondo esterno tramite i sensori quindi svolgendo il programma invia per mezzo di altre periferiche i risultati delle sue operazioni all esterno attraver so gli attuatori Durante l esecuzione del programma la CPU cerca nella memoria le istruzioni che gli vengono richieste e le esegue ad una ad una per gestire il funzionamento completo di ogni processo In pratica la CPU sostituisce i cablaggi e alcune funzioni come quelle svolte dai temporizzatori e dai contatori con la differenza che mentre in una logica cablata tutto funziona in parallelo cio contemporaneamente nel PLC la CPU e segue le proprie funzioni in modo sequenziale ne consegue la grande importanza della velocit con la quale vengono Si rimanda ad altra documentazione per gli approfondimenti relativi a questi dispositivi 8 ELT 02 02 2008 svolte le operazioni che dipende dalla tecnologia costruttiva della CPU stessa La memoria del PLC La memoria di un PLC costituita tipicamente da dispositivi a semiconduttore di tipo RAM ROM PROM EPROM EE PROM e FLASH pu essere suddivisa in base alla sua funzione in e memoria di sistema e memoria di programma e memoria dati Memoria di sistema La memoria di sistema conserva tutte le informazioni che servono per la gestion
62. ui i sensori siano alimentati alla tensione di 24 V INGRESSO ON OFF 24 V DC DC e abbiano un funzionamento di tipo ON OFF TENSIONE IN VOLT STATO LOGICO se la tensione sar compresa tra 0 e 5 V lo stato logico dell in 0 LOW gresso sar 0 cio si considera che il circuito a esso collegato 1 HIGH sia aperto ZONA DI INCER se la tensione sar compresa tra 15 e 24 V lo stato logico TEZZA dell ingresso sar 1 cio si considera che il contatto a esso Tab 1 Stati logici di un ingresso ON OFF 24 V DC connesso sia chiuso per evitare errori nell interpretazione si prevede un range di tensione ibrido che non dia luogo a cambiamenti di stato logico nel caso in esame la tensione compresa tra 5 e 15 V non cambia lo stato logico assunto dall ingresso La CPU quindi interrogher periodicamente i vari ingressi traducendo il loro stato logico nella memoria dei dati Per evitare danneggiamenti irreparabili dovuti a sovratensioni o ad altre interferenze il modulo d ingresso viene co struito con disaccoppiatori ottici realizzati con un led e un fototransistor che interrompono la continuit galvanica con il campo Il led emette una luminosit che modulata dal segnale d ingresso a sua volta il fototransistor trasforma le variazioni di luce che riceve in variazioni del segnale elettrico sui terminali di uscita Fanno parte integrante del modulo un secondo circuito costituito da un filtro passa basso che elimina le component

PLC2007

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