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Gianmaria De Tommasi » 15.In controllori a logica programmabile (PLC)


Indice della lezione

Controllori a Logica Programmabile (PLC)

  • Introduzione
  • Cenni storici
  • Configurazione minima
  • Descrizione delle varie tipologie di moduli

Il controllore a logica programmabile

Il Controllore a Logica Programmabile (PLC):

  • è il più diffuso dispositivo di controllo per l’automazione industriale
  • è un dispositivo modulare con architettura a bus
  • è specializzato particolarmente per il controllo logico/sequenziale
  • è un dispositivo di costruzione robusta adatto ad operare in ambienti ostili

Tecnologie per il controllo logico/sequenziale

Nel corso degli anni, diverse tecnologie si sono suseguite per l’implementazione di controllori logico/sequenziali.
In particolare, la tipologia di tecnologie adottate è la stessa di altri ambiti dell’information technology:

  • Logica cablata con tecnologia elettrica (relè,temporizzatori,ecc.)
  • Logica cablata con tecnologia elettronica (transistor)
  • Logica programmabile basata su calcolatori elettronici (PLC)

Cenni storici

  • 1968: documento di specifica della General Motors nel quale si elencano le caratteristiche che avrebbero dovuto avere i controllori di nuova generazione.
  • Facilità di programmazione e riprogrammazione, possibilmente anche sull’impianto
  • Facilità di manutenzione (modularità)
  • Dimensioni ridotte Costi competitivi

Metà degli anni 70: primo PLC basato su microprocessore prodotto dalla Allen-Bradley

 

PLC e Sistema PLC

Definizioni del IEC 

  • PLC: un Controllore a Logica Programmabile (PLC) è un sistema elettronico digitale destinato all’uso in ambito industriale che utilizza una memoria programmabile per l’archiviazione del programma utente orientato al controllo di macchine e processi
  • Sistema PLC: un Sistema PLC è una configurazione realizzata dall’utilizzatore formata da un PLC e dalle periferiche associate, necessarie al sistema automatizzato previsto

In questo corso il termine PLC verrà utilizzato per indicare sia un PLC che un Sistema PLC.

Configurazione minima di un PLC

La configurazione minima per un PLC è una achitettura a bus nella quale siano presenti:

  • Telaio o armadio (rack)
  • Modulo alimentatore
  • Modulo processore
  • Moduli di ingresso e uscita
  • Terminale di programmazione

Esistono PLC dalle funzionalità ridotte con architettura monolitica.

Modulo processore

Il modulo processore:

  • rappresenta il cuore di un sistema PLC
  • può racchiudere uno o più processori al suo interno
  • spesso è specializzato per eseguire operazioni su bit tipiche del controllo logico/sequenziale

La modalità di funzionamento più diffusa per il modulo processore è quella ciclica (ciclo a copia massiva degli ingressi e delle uscite).

I controllori dalle prestazioni più recenti hanno la possibilità di eseguire compiti secondo tutte le modalità previste per un dispositivo di controllo (ciclica, periodica e ad eventi).

 

Ciclo a copia massivadegli ingressi e delle uscite

La modalità di funzionamento ciclica di un PLC esegue ciclicamente le seguenti azioni:

  1. Aggiornamento della memoria di ingresso
  2. Esecuzione del programma utente
  3. Esecuzione delle routine del sistema operativo per la gestione del dispositivo
  4. Aggiornamento delle uscite fisiche in base ai valori conservati nella memoria di uscita

Moduli di ingresso e uscita

I moduli di ingresso e uscita:

  • possono essere sia analogici che digitali
  • consentono di interfacciare il PLC direttamente con sensori ed attuatori senza l’utilizzo di ulteriori sistemi di condizionamento del segnale

I livelli di tensione comunemente utilizzati per i moduli digitali sono: (0,24) V, (0,220) V (continua o alternata), (0,5) V  e (0,50) V (continua).

I valori tipici dei segnali trattati dai moduli analogici sono (-5,5) V, (-10,10) V, (0,5) V oppure (4,20) mA . La trasmissione in corrente viene spesso utilizzata in ambito industriale perchè meno sensibile ai disturbi elettromagnetici e perchè permette di risparmiare un cavo per ogni collegamento.

Data la diffusione di sensori quali termocoppie e RTD esistono moduli di ingresso per il loro utilizzo diretto

Modulo alimentatore

Il modulo alimentatore deve garantire l’alimentazione anche in presenza di microinterruzioni della rete.

Modulo alimentatore = trasformatore + circuito rettificatore + stabilizzatore + circuito di protezione da sovraccorrenti e cortocircuiti

I moduli alimentatori di ultima generazione prevedono una segnalazione al modulo processore in caso di mancanza di alimentazione dalla rete. Questa segnalazione può essere utilizzata per attivare una procedura speciali prima dello spegnimento

Il rack contiene i vari moduli che compongono il sistema, assicurando la connessione elettrica e meccanica attraverso il bus.

Il bus di un PLC è proprietario, il che implica che è praticamente impossibile utilizzare insieme moduli di case costruttrici diverse

Esempio di un PLC.

Esempio di un PLC.


Terminale di programmazione

Un PLC non prevede né tastiera né schermo, quindi la sua programmazione deve essere effettuata tramite un dispositivo esterno.

Per i vecchi modelli di PLC (e ancora oggi per alcuni PLC piccoli) venivano utilizzati dei terminali a tastiera

 

Esempio di terminale di programmazione.

Esempio di terminale di programmazione.


Programmazione da PC

Oggi tutti i PLC vengono programmati attraverso un Personal Computer sul quale viene eseguito il sistema di sviluppo proprietario.

Schermata del sistema di sviluppo per PLC SIemens.

Schermata del sistema di sviluppo per PLC SIemens.


Esempi di moduli speciali

  • Moduli di ingresso e uscita remoti
  • Moduli per la comunicazione di rete (Ethernet, Profibus,…)
  • Moduli PID
  • Moduli per l’acquisizione da termocoppie
  • Moduli Servo (per il controllo di motori passo passo)
  • Moduli Encoder (dotati di contatori ad alta velocità)
  • Moduli Interfaccia Utente (Pannelli Operatore)
Esempio di pannellino operatore.

Esempio di pannellino operatore.


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