L’ AUTOMAZIONE INDUSTRIALE E LA PROGRAMMAZIONE DI PLC

INTRODUZIONE

La parola PLC deriva dall’inglese Programmable Logic Controller ovvero dispositivo a logica programmabile. La sua diffusione ha avuto una rapida ed esponenziale diffusione in ambito industriale parallelamente all’elettronica e all’informatica. Il PLC è divenuto rapidamente uno dei dispositivi fondamentali dell’automazione industriale (e in qualche caso anche di quella domestica) ponendosi come il mezzo di interfaccia e comunicazione tra dispositivi elettronici, informatici ed elettrotecnici.

Per semplificare ogni concetto tecnico complesso partiamo dal cuore dell’apparecchio ovvero la sua CPU. Possiamo paragonare la CPU ad un processore come ad esempio quello di un PC. Ogni dispositivo programmabile deve avere essenzialmente una CPU o comunque, in alternativa essere collegato ed interfacciato con essa.

Immaginiamo il PLC come un semplice processore che elabora dati esattamente come fa il nostro personal computer. Così come un PC anche un controllore programmabile elabora dei comandi esterni. La nozione fondamentale è quella di periferica di input e periferica di output, classificazione del tutto simile a quella valida per un comune dispositivo informatico.

IL PLC DAL PUNTO DI VISTA HARDWARE

Il dispositivo programmabile è dotato di una memoria dove risiede il programma che negli ultimi modelli è divenuta una scheda SD pressochè identica a quella che inseriamo in una fotocamera.

Solitamente è dotato di una batteria tampone che mantiene salvato il software in caso di mancanza corrente.

Il PLC esegue il programma che viene scritto dal programmatore  con il programma dedicato con delle scansioni che vanno dall’alto verso il basso e da sinistra verso destra in maniera continua dando però la precedenza a Routine ritenute più importanti ed eventualmente saltando alcune parti ritenute superflue al verificarsi di determinate condizioni.

Le varie parti di un PLC vengono generalmente allocate in uno spazio detto comunemente rack e sono suddivise in unità dette schede.

La configurazione di un dispositivo viene fatta tramite una funzione del software detta configurazione dell’hardware in cui vengono dichiarate le schede utilizzate nel rack dopo averle scelte con scrupolo in base alle funzioni necessarie per l’automatismo.

Dal punto di vista del posizionamento Hardware, generalmente la CPU è una sola ed occupa lo spazio più a sinistra del rack. Negli ultimi modelli questa norma è stata superata poichè in molti PLC il processore è divenuto una scheda per rack al pari di tutte le altre e lo sviluppo delle reti di comunicazione permettono che possa essere posizionato in qualsiasi slot del rack e che in molti casi un unico rack ne contenga più di una.

LE SCHEDE DEL PLC

Tra le varie schede che possono comporre un rack di un PLC possiamo menzionare schede digitali e analogiche oltre a schede con funzioni dedicate.

SCHEDE DIGITALI

• schede di INPUT (con un numero variabile di ingressi)
• schede di OUTPUT (con un numero variabile di uscite)

SCHEDE ANALOGICHE

• schede ANALOGICHE di INPUT (con un numero variabile di ingressi)
• schede ANALOGICHE di OUTPUT (con un numero variabile di uscite)

SCHEDE DI COMUNICAZIONE

• Sono tutte quelle schede che hanno il compito di mettere in comunicazione il plc con altri componenti.

SCHEDE CON FUNZIONI DEDICATE

• Sono schede con una funzione specifica per una determinata operazione

Di recente sviluppo e diffusione sono i PLC adibiti a funzioni di sicurezza che sono caratterizzati da tempi di scansione più rapidi e doppio contatto che impedisce azioni di bypass e forzatura. Questi sistemi nelle nuove installazioni stanno rimpiazzando i vecchi sistemi di sicurezza standard come ad esempio i relè di sicurezza a doppio contatto.

Tra queste schede che esteticamente si riconoscono per via del colore rosso oppure giallo e da scritte quali Safe o safety (sicurezza) possiamo avere:

SCHEDE DIGITALI DI SICUREZZA

• schede di sicurezza di INPUT (con un numero variabile di ingressi)
• schede di sicurezza di OUTPUT (con un numero variabile di uscite)

IL CONCETTO DI INPUT E OUTPUT ED ESEMPI PRATICI

Classifichiamo periferica di input tutto ciò che fornisce al cuore del PLC un comando. Generalmente in ambito industriale un comando al dispositivo programmabile viene dato tramite selettori, pulsanti, contatti,segnali di Fotocellule, radar, ecc… allo stesso modo in cui in informatica diamo comandi al nostro processore con mouse, tastiera, joystick, ecc.

In questi casi stiamo dando al processore dei segnali digitali, ovvero possono avere due valori (zero e 1) che lui elaborerà. L’interfacciamento tra questi segnali di INPUT che derivano da elementi elettrotecnici, quali ad esempio una fotocellula, avviene tramite schede digitali di INPUT. Le schede digitali di INPUT hanno un numero variabile di ingressi ciascuno dei quali identificati con un indirizzo che, tramite la programmazione, verrà elaborato dal processore.

La funzione del PLC è principalmente quella di fornire, a determinate condizioni di ingresso, dei valori di uscita ovvero di OUTPUT.

In ambito industriale una periferica di output può essere rappresentata da un motore elettrico o da un elettrovalvola mentre il paragone con il mondo dei computer puo’ essere fatto con una stampante o un monitor.

Un semplice esempio di vita quotidiana può chiarirci le idee:

possiamo immaginare il lampadario della nostra stanza come una periferica di OUTPUT, mentre i due interruttori che ci permettono di accenderlo, come una periferica di input.

Quando lo stato di uno dei due interruttori passa da zero a 1 anche lo stato del nostro lampadario (OUTPUT) passa da zero (luce spenta) a 1 (luce accesa).

A questa banale operazione logica (che non richiederebbe l’uso di un PLC) si potrebbero richiedere infinite combinazioni logiche che permettano l’accensione della lampadina quali ad esempio un temporizzatore che potrebbero essere inserite nella programmazione del PLC.

I VALORI ANALOGICI IN UN PLC

Finora abbiamo parlato di periferiche digitali, è importante sapere che oltre a queste ne esistono altre dette analogiche, anch’esse suddivise in ingressi ed uscite che si interfacciano con la CPU. Un ingresso digitale potrebbe essere, in una industria, un termometro che fornisce alla relativa scheda analogica un valore su una scala (in tensione o corrente) un impulso elettrico che potrà essere elaborato dal PLC  per generare le condizioni di output.

Un esempio di un INPUT ANALOGICO in ambito industriale potrebbe essere il seguente:

immaginiamo una grossa cella frigorifera piena di gelati al cioccolato. Ogni volta che un operatore aprirà la porta della cella frigo la temperatura si alzerà rendendo necessario il funzionamento di un motore (con funzione di raffreddamento) per mantenere i gelati alla temperatura corretta. La nostra cella frigo sarà quindi controllata da un termometro digitale che misurerà la temperatura comunicandola costantemente al PLC.

Con il software di programmazione possiamo impostare che, al superamento del valore di 2 gradi venga attivato l’output per il raffreddamento del  frigo fino a raggiungimento della temperatura di zero gradi. In questo caso è chiaro che i gelati resteranno sempre ad una temperatura compresa tra zero e 2 gradi.

Per quanto concerne un OUTPUT ANALOGICO possiamo pensare ad un valore (anche in questo caso su una scala in corrente o tensione) che viene fornito ad un’apparecchiatura esterna come potrebbe essere un variatore di velocità inverter.

Per esempio alla velocità minima di mescolamento di un agitatore alimentare potrebbe essere collegato un valore in Volt su una scala  da zero a 10 il valore di 2V. Il variatore di velocità collegato a questa scheda di output riceverà questo valore e lo assocerà alla velocità ipotetica di 20Hz.

Quando l’addetto al mescolatore lo reputerà opportuno incrementerà, tramite un selettore, la velocità di mescolamento e il controllore logico trasformerà questa azione in un aumento del valore di output analogico da fornire all’azionamento che passerà per esempio a 4V comportando una frequenza maggiore in uscita dal regolatore di velocità.

A queste schede basi di ingresso e output digitale\analogico se ne aggiungono molte altre volte ad una gestione specifica come ad esempio un controllo posizionamento assi, una comunicazione tra due PLC o un interfacciamento ethernet con un PC

Esistono diverse marche di PLC diffuse in tutto il mondo ognuna delle quali con un suo software di programmazione e caratteristiche proprie ma principi di funzionamento pressochè uguali.