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Storia dei PLC
I controllori logici programmabili (PLC) sono dei dispositivi elettronici che comandano macchine e processi. Sono dotati di memoria programmabile per la memorizzazione delle istruzioni e l'esecuzione di funzioni specifiche, quali il comando di attivazione e disattivazione, la temporizzazione, i conteggi, le funzioni sequenziali e matematiche, e la gestione dei dati.
Lo sviluppo dei PLC iniziò nel 1968 in risposta alle necessità della divisione Hydramatic della General Motors.. Per ridurre gli alti costi di ricablaggio, le specifiche dei controlli GM richiedevano sistemi a stato solido con la flessibilità di un computer, ma che potessero essere programmati e mantenuti dagli ingegneri e dai tecnici dello stabilimento. Tali apparecchiature dovevano, inoltre, resistere alla sporcizia presente nell'aria, alle vibrazioni, alle interferenze elettriche, umidità ed a temperature estreme, condizioni tipiche dell'ambiente industriale.
I primi PLC vennero installati nel 1969 ed ebbero subito un grande successo. Benché ai primordi, i PLO si rivelarono più affidabili dei sistemi a relè a cui subentravano, soprattutto grazie alla resistenza dei loro componenti a stato solido in confronto alle parti mobili dei relè elettromeccanici. 1 PLC consentirono risparmi nei materiali e nei costi di installazione, di manutenzione e di manodopera, riducendo le operazioni di cablaggio ed i relativi errori. Inoltre, occupavano meno spazio dei contatori, dei temporizzatori e degli altri componenti di controllo che sostituivano. E la possibilità di riprogrammarli ne aumentò considerevolmente la flessibilità al momento della modifica degli schemi di controllo.
Forse la caratteristica che più di tutte favorì l'introduzione dei PLC nell'industria fu il fatto che il linguaggio di programmazione iniziale era basato sugli schemi ladder e sui simboli elettrici comunemente usati dagli elettricisti . La maggior parte del personale negli stabilimenti era già addestrato ad usare la logica ladder, che fu quindi adottata con facilità per i PLC. In realtà, la logica ladder riveste a tutt'oggi un ruolo essenziale nella programmazione e nell'individuazione dei problemi, anche se nel frattempo sono stati sviluppati linguaggi di programmazione più "avanzati". Sostanzialmente un PLC può, nel caso più semplice, essere assimilato ad un dispositivo che, leggendo un idoneo programma dalla memoria di cui è dotato ed eseguendo le istruzioni in esso contenute, controlla lo stato dei suoi ingressi e rende attive o meno le uscite di cui è fornito. Gli ingressi e le uscite operano, in genere, in modo digitale a due livelli, anche se spesso i moderni PLC sono dotati di alcuni ingressi ed uscite di tipo analogico. Normalmente agli ingressi sono con- nessi apparati di comando come interruttori, deviatori, sensori, finecorsa, dispositivo fotoelettrici, interruttori induttivi ecc., e alle uscite vari tipi di attuatori come motori (connessi al PLC per mezzo di teleruttori amplificatori di potenza allo stato solido), relè, lampade.
All'interno di un PLC (fig.12.1) sono presenti sostanzialmente gli stessi dispositivo contenuti in un computer: CPU, memoria RAM ed EPROM, interfacce di //O. Il Controllore Programmabile ha, invece, caratteristiche sia strutturali che funzionali completamente diverse. Esso presenta sempre una struttura compatta, robusta, facilmente maneggevole.
Sostanziali sono anche le differenze dal punto di vista funzionale: un PLC svolge ciclicamente sempre lo stesso programma (almeno fin quando non viene variata l'applicazione per cui è utilizzato); non necessita poi, se non in alcuni particolari casi, di un dispositivo di visualizzazione. E dotato di una semplice tastiera alfanumerica che permette l'introduzione dei programma e dei dati, che poi, nella fase operativa, viene quasi sempre staccata dal PLC. La programmazione dei dispositivo può comunque essere operata anche per mezzo di un computer. Un PLC non deve eseguire complesse elaborazioni su grosse quantità di dati ma svolgere controlli sullo stato dei segnali presenti ai suoi ingressi, effettuare elaborazioni di tipo logico o matematico di tipo elementare, ed infine attivare o meno alcune uscite portandole a livello alto o basso in base al programma in esecuzione.
La programmazione dei PLC può essere fatta in genere per mezzo di simbologia grafica con la rappresentazione di contatti normalmente chiusi o aperti, o con schemi a blocchi di tipo logico o, infine, per mezzo di liste di istruzioni elementari.
Normalmente il set d’istruzioni disponibile non è molto vasto. E’ da precisare poi che Controllori Logici Programmabili realizzati da case costruttrici diverse hanno metodi di programmazione diversi anche se sostanzialmente simili.
Poiché i PLC vengono utilizzati essenzialmente in ambienti industriali, i livelli logici dei segnali d’ingresso e d’uscita non sono del tipo TTL o CMOS , ma ben diversi (in genere 0 / 24V) per avere alta immunità ai disturbi.
Gli ingressi e le uscite sono poi spesso separati galvanicamente, e a volte anche filtrati, dalla circuiteria interna del PLC per mezzo di accoppiatori ottici o altri sistemi.
In commercio è presente una vastissima gamma di PLC, che copre tutte le esigenze dell’utenza, sia per quanto riguarda le applicazioni di piccola o media complessità sia quelle di maggiori dimensioni. Tuttavia in quest’ultimo caso è preferibile orientarsi su sistemi distribuiti utilizzando reti di PLC controllati da un
computer o da un altro PLC.
Perché usare un PLC?
"Sarebbe meglio usare un controllore logico programmabile?" Durante gli anni '70 e l'inizio degli anni '80, molti ingegneri, dirigenti di produzione e progettisti di sistemi di controllo tennero lunghe discussioni su questo argomento, cercando di valutare la convenienza in termini di costi.
Oggi, una regola comunemente accettata è che i PLC sono economicamente vantaggiosi in sistemi di controllo che necessitino di più di tre o quattro relè. Considerato il costo limitato dei micro PLC e l'importanza che i produttori danno alla produttività e alla qualità, la questione del costo diventa quasi irrilevante.
Oltre ai risparmi di denaro, i PLC forniscono molti altri benefici:
Affidabilità: Una volta scritto e messo a punto, un programma può essere facilmente trasferito e caricato in altri PLC. In questo modo si riducono i tempi di programmazione e di messa a punto, e si aumenta l'affidabilità. Con la logica interamente ospitata nella memoria dei PLC, non si corre il rischio di fare errori logici di cablaggio. Gli unici collegamenti necessari sono quelli dell'alimentazione, degli ingressi e delle uscite.
Flessibilità: Le modifiche ai programmi possono essere effettuate semplicemente battendo un paio di tasti sulla tastiera. I costruttori delle macchine (OEM) possono implementare facilmente gli aggiornamenti del sistema inviando al cliente un nuovo programma anziché un tecnico in
persona. Gli utenti finali possono modificare il programma nello stabilimento oppure, con la stessa semplicità, il produttore può impedire che gli utenti manomettano i programmi (una funzione di sicurezza molto importante).
Funzioni avanzate PLC possono effettuare una grande varietà di comandi, da un'azione semplice e ripetitiva a complesse manipolazioni di dati. La standardizzazione dei PLC apre molte porte ai progettisti e semplifica la vita al personale di manutenzione .
Comunicazioni: La comunicazione con interfacce dell'operatore, altri PLC o altri computer facilita la raccolta dei dati e lo scambio di informazioni.
Rapidità: Poiché alcuni macchinari automatizzati lavorano migliaia di articoli al minuto, e gli oggetti sostano solo per una frazione di secondo davanti ad un sensore, molte applicazioni di automazione richiedono l'installazione dei PLC per la loro rapidità di risposta.
Diagnostica: Le funzioni di individuazione dei problemi dei dispositivo di programmazione e la diagnostica incorporata nei PLC consentono agli utenti di identificare e di risolvere facilmente i problemi software e hardware.
I PRINCIPI BASE DI FUNZIONAMENTO DEI PLC
Come già accennato nell’introduzione, il PLC è un dispositivo che, scandendo le singole istruzioni una dopo l’altra, esegue un determinato programma ciclicamente, ovvero arrivato all’ultima istruzione torna a svolgere la prima.
Un PLC è sempre dotato onboard (ovvero sul dispositivo stesso) almeno di un certo numero di ingressi e uscite digitali. Ogni ingresso o uscita rappresenta, per il dispositivo, delle linee in cui possono essere presenti solamente due livelli logici: alto o basso. E’ possibile poi espandere il numero di tali punti d’ingresso e uscita usando un’apposita periferia esterna.
Durante lo svolgimento del programma vengono controllati (interrogati) i vari ingressi e, in base alle particolari istruzioni incontrate, poste a livello alto o basso determinate uscite.
Per comprendere qual è il modo base di operare di un PLC si supponga ad esempio di voler realizzare un circuito elettrico con una lampada L connessa con due interruttori (T1 e T2) del tipo normalmente aperto, posti in serie. La lampada deve accendersi se entrambi gli interruttori sono chiusi. Lo schema elettrico del circuito è riportato in figura 12.2. Si voglia ora utilizzare un Controllore Programmabile che, opportunamente programmato, svolga le stesse funzioni implementate nel circuito elettrico.
I due interruttori dovranno essere connessi a due degli ingressi e la lampada ad una delle uscite (vedere fig. 12.2). Deve essere subito notato che ora gli interruttori non sono più posati in serie come nel circuito elettrico, ma occupano separatamente due ingressi del PLC.
Si suppone poi che l’apparecchiatura sia in grado di fornire corrente sufficiente per pilotare la lampada.
Un generico programma che svolga le funzioni proprie dei circuito elettrico, può essere articolato, utilizzando una semplice forma descrittiva, nel modo seguente:
l. controlla lo stato dell'ingresso I1;
2. controlla lo stato dell'ingresso I2;
solo se gli ingressi Il e I2 sono entrambi a livello alto (interruttore T1 e interruttore T2 chiusi), accendi la lampada posta sull'uscita 0;
torna al punto 1.
Quindi il PLC esegue il programma partendo dal punto 1, controlla lo stato degli interruttori e se è verificata la condizione dei punto 3 accende la lampada. Dopo il punto 4 il programma viene nuovamente svolto dall'inizio. Quindi, se in una delle successive elaborazioni del programma lo stato di uno degli interruttori viene variato, cambia la condizione imposta alla lampada. Poiché lo svolgimento di un ciclo di programma in genere è molto breve (dell'ordine di qualche ms o anche meno), le variazioni degli ingressi possono considerarsi riflesse istantaneamente sull'uscita.
Sviluppo del micro PLC
Fino all'introduzione dei micro PLC nella metà degli anni '80, il potenziale aumento dell'automazione di macchine semplici o di processi non particolarmente complessi era stato sfruttato solo in minima parte. Ciò era dovuto al fatto che le alternative ai controlli con relè cablati non erano molto valide.
Benché gli OEM avessero tratto vantaggio dall'uso dei PLC per il comando di apparecchiature, di linee di lavorazione o perfino di interi stabilimenti, non potevano sempre giustificare l'utilizzo di un PLC per piccole applicazioni o macchine a basso costo. E se il problema non era il costo, spesso lo erano le dimensioni. Alcune volte, anche i più piccoli PLC erano semplicemente troppo grossi per lo spazio messo a disposizione dei comandi elettrici.
Fu così, quindi, che lo sviluppo dei micro PLC venne spinto proprio dalla necessità da parte dei costruttori di macchine di avere a disposizione dei PLC che fossero abbastanza piccoli ed economici da sostituire i relè, i temporizzatori e i contatori dedicati, e i controllori a scheda singola. I PLC hanno seguito una curva di sviluppo simile a quella dei personal computer; i primi PLC erano molto ingombranti, costavano molto e possedevano relativamente poche funzioni . Ma con l’evoluzione dei microprocessori e degli altri componenti delle schede elettroniche, i PLC divennero più sofisticati mentre le loro dimensioni e il loro costo diminuirono.
Infatti , delle funzioni avanzate che fino a cinque anni fa erano considerate di stretto dominio dei PLC di medie dimensioni ora sono comuni nei micro PLC.
Funzioni tipiche dei micro PLC
Definizione dei micro PLC
I micro PLC sono unità autonome che comprendono processore , alimentatore, I/O. Per questa loro integrazione, vengono anche chiamati controllori compatti . I PLC modulari, invece, hanno componenti separati che vengono collegati tra di loro . Il vantaggio dei controllori compatti è quello di meno costosi e più facili da installare .
Tuttavia , pochi tra i controllori compatti hanno la possibilità di espandere gli I/O mentre tutti i controllori modulari possono essere potenziati facilmente con la semplice aggiunta di ulteriori schede di I/O nel rack.
Trattazione generale delle funzioni
Le funzioni dei PLC vengono determinate dal tipo di comandi che i sistemi sono in grado di eseguire quando vengono loro impartiti dall'utente. Come già detto, i PLC erano stati progettati inizialmente per fungere da sostituti elettronici dei dispositivi di comando cablati, principalmente bobine e contatti di relè, contatori e temporizzatori. Ed a tutt'oggi, queste funzioni costituiscono ancora la maggioranza delle istruzioni nelle applicazioni con micro PLC. Inoltre, i micro PLC aprono nuove possibilità di controllo con funzioni avanzate quali le quattro funzioni matematiche, il confronto di dati (ossia uguale a, maggiore di, ecc.), la manipolazione di dati (ad es. ordinamento di pezzi o controllo di posizione di pezzi difettosi), le subroutine sofisticate, la sequenzializzazione (in luogo dei sequenziatori a tarnburo) e le altre caratteristiche apprezzate dal progettisti esperti di sistemi di controllo.
Forse la proprietà più entusiasmante dei micro PLC è la loro capacità di contare molto rapidamente. La velocità, la chiave del successo di molte applicazioni automatizzate, può anche causare dei problemi nel caso il PLC non riesca a mantenere lo stesso ritmo delle operazioni di produzione. Ad esempio, se dei pezzi o dei materiali passano molto rapidamente davanti ad un sensore di prossimità, il contatore di un normale PLC potrebbe "perderne" alcuni in quanto essi procedono ad una velocità maggiore di quella alla quale il PLC può rilevare i segnali del sensore. Tuttavia, i contatori ad alta velocità operano indipendentemente dalla scansione del programma, il che consente loro di contare ad una velocità molto maggiore, tipicamente dalle 2000 alle 6000 volte al secondo. Inoltre, alcuni contatori ad alta velocità possono eccitare un'uscita immediatamente (ossia senza dover aspettare il normale periodo di scansione del programma), aumentando così in modo notevole la rapidità e le prestazioni dell'impianto. Ciò consente al contatore di influenzare le operazioni di comando quando la precisione nelle frazioni di secondo è un fattore cruciale.
TRATTAZIONE GENERALI DEI COMPONENTI:
Al fine di imparare il funzionamento dei PLC, è necessaria una breve trattazione dei loro componenti.
Tutti i PLC , dai micro ai grandissimi, sono dotati degli stessi componenti di base e hanno strutture simili .I sistemi PLC consistono di :
GLI INGRESSI
Gli ingressi includono componenti quali i pulsanti , i selettori rotativi , gli interruttori di fine corsa, i selettori manuali , i sensori di prossimità e i sensori fotoelettrici.
Questi sono tutti dispositivi discreti che forniscono al PLC lo stato di chiusura o di apertura dei circuiti .
Mentre i PLC più grandi sono in grado di accettare valori analogici (segnali di tensione o di corrente variabili) come ad esempio da sensori di temperatura o di pressione , tipicamente i micro PLC non sono dotati di questa capacità.
I segnali elettrici che i dispositivi di campo inviano al PLC normalmente sono segnali a 120V c.a.(corrente alternata) o a 24V c.c. (corrente continua) non filtrati. I circuiti di ingresso del PLC "manipolano" queste tensioni di campo in modo che il PLC le possa utilizzare.
Tale conversione è necessaria in quanto i componenti interni del PLC funzionano a 5V c.c , il che li protegge dagli sbalzi di tensione riducendo i rischi di danni. Per isolare elettricamente i componenti interni dai morsetti di ingresso, i PLC sono dotati di isolatori ottici che utilizzano la luce per accoppiare i segnali da un dispositivo elettrico all’altro.
I circuiti di ingresso del PLC "filtrano" inoltre i segnali di campo per determinare se sono validi, come ad esempio i segnali provenienti da un sensore, o se non lo sono, come i disturbi elettrici ad alta frequenza o dovuti alla statica. I filtri degli ingressi determinano la validità del segnale in base alla sua durata; in altre parole, "aspettano" prima di confermare la provenienza del segnale da un dispositivo di ingresso piuttosto che da un disturbo elettrico.
L’intervallo tipico di filtraggio è di 8 ms, ma in alcuni PLC tale intervallo può essere regolato.
Se il tempo di risposta è maggiore le interferenze elettriche vengano filtrate meglio. D’altra parte, se il tempo è inferiore è un vantaggio nelle applicazioni che richiedono elaborazioni veloci (ad esempio l’interrupt o i conteggi).
USCITE
Ai morsetti di uscita del PLC sono collegati dei dispositivi quali solenoidi, relè, contatori, avviatori, spie luminose, valvole e allarmi.
I circuiti d’uscita funzionano in modo analogo a quelli d’ingresso:
i segnali dalla CPU passano attraverso una barriera isolante prima di eccitare i circuiti di uscita.
I PLC utilizzano diversi tipi di circuiti per dare energia ai propri morsetti d’uscita: relè, transistor e triac.
I relè vengono usati per corrente alternata o continua. La portata dei relè elettromagnetici per PLC tradizionali è normalmente di pochi ampere. Tuttavia sono relativamente lenti e soggetti ad un’usura nel tempo.
I transistor commutano la corrente continua, sono silenziosi e non contengono parti mobili soggetti ad usura. Inoltre sono veloci e possono ridurre i tempi di risposta, ma sono in grado di sopportare solo carichi di 0.5 A o meno. Tipi speciali di transistor, quali FET possono sopportare potenze superiori, normalmente fino ad 1A.
I triac hanno prettamente lo scopo di commutare corrente alternata. Analogamente ai transistor le uscite triac sono silenziose, non contengono parti mobili soggette ad usura, sono veloci e sono in grado di sopportare carichi di 0.5 A o meno.
CPU: unità centrale di elaborazione
La CPU, che consta di un microprocessore e di un sistema di memoria, rappresenta il componente principale dei PLC. La CPU legge i segnali in ingesso, esegue la logica indicata dal programma applicativo, esegue i calcoli e controlla le uscite di conseguenza. Gli utenti dei PLC lavorano con due aree della CPU: i file dei programmi e i file dei dati. 1 file dei programmi contengono i programmi applicativi dell'utente, i file delle subroutine e il file di errore. I file di dati contengono i i dati relativi al programma, quali lo stato degli I/O, i valori preimpostati ed accumulati dei contatori e dei temporizzari nonché altre costanti e variabili memorizzate. Collettivamente, queste due aree prendono il nome di memoria applicativa o memoria dell'utente. Nella CPU si trova anche un programma esecutivo, o memoria del sistema, che impartisce comandi ed esegue "operazioni" quali l'esecuzione del programma dell'utente e la coordinazione delle scansioni degli ingressi e degli aggiornamenti delle uscite. L’utente non può accedere alla memoria del sistema, che è programmata dal produttore. Come dice il nome, i controllori logici programmatili sono dotati di memoria programmatile che consente agli utenti di sviluppare e modificare i propri programmi di controllo. La memoria è uno spazio fisico all'interno della CPU dove i file dei programmi e dei dati vengono memorizzati e manipolati. I tipi di memoria si dividono in due categorie: volatile e non volatile. La memoria volatile può essere alterata o cancellata facilmente e si può scrivervi o leggere dati da essa. Tuttavia, senza un'adeguata riserva, l'interruzione di energia elettrica può causare la perdita di quanto programmato.
TIPI DI MEMORIA DI APPLICAZIONE:
Come dice il nome, i controllori logici programmabili sono dotati di memoria programmabile che consente agli utenti di sviluppare e modificare i propri programmi di controllo.
La memoria è uno spazio fisico all’interno della CPU dove i file dei programmi e dei dati vengono memorizzati e manipolati.
I tipi di memoria si dividono in due categorie: volatile e non volatile.
La prima può essere alterata o cancellata facilmente e si può scrivervi o leggere dati da essa.
Tuttavia, senza un’adeguata riserva, l’interruzione di energia elettrica può causare la perdita di quanto programmato.
Il tipo più conosciuto di memoria volatile è la memoria RAM (Memoria ad accesso casuale).
E’ relativamente veloce e rappresenta un mezzo semplice di creazione e memorizzazione dei programmi applicativi dell’utente. Nel caso vi siano problemi di alimentazioni, i micro PLC con memoria RAM usano una batteria o condensatori di riserva, anche nell’eventualità di un’interruzione di energia elettrica. Tuttavia, anche i condensatori e la batteria possono guastarsi.
La memoria non volatile invece, ritiene quanto in essa programmato, senza dover usare batterie o condensatori di riserva, anche nell’eventualità di un’interruzione di energia elettrica.
La memoria EEPROM (Memoria di sola lettura cancellabile elettricamente) è un tipo di memoria non volatile con la stessa flessibilità della RAM e programmabile mediante software applicativo eseguito su PC, o mediante il dispositivo di programmazione portatile PLC.
Possiamo anche dire che questi due tipi di memoria RAM e EEPROM, non riescono a salvare i dati
di processo, qualora ci sia una interruzione di energia elettrica, accumulati da un temporizzatore o un contatore. Per ovviare a questo inconveniente si consiglia l’utilizzo di un PLC che abbia la capacità di mantenere i dati al 100%. Questi tipi particolari di PLC quando ce ne sia la necessità salvano automaticamente i dati di processo nella memoria EEPROM non volatile.
Temporizzatori:
I timer interni svolgono funzioni fondamentali, permettendo al programmatore di temporizzare il verificarsi di determinati eventi. I temporizzatori, tutti del tipo non retentivo, hanno indirizzi nel campo 0 – 127.
E’ importante notare che una volta attivato il temporizzatore, il conteggio procede in modo asincrono rispetto all’esecuzione del programma. Ovvero le istruzioni vengono svolte una dopo l’altra fino alla fine per poi ripartire dalla prima mentre il tempo scorre.
Quindi, il temporizzatore si comporta come un elemento indipendente che una volta avviato fa scorrere il tempo fino al valore impostato, se non intervengono elementi che lo azzerano.
Timers e Counters
Le Temporizzazioni ed i Conteggi sono gestite mediante delle strutture che contengono sostanzialmente 3 tipi di informazione:
uno Stato (valore ad 1 bit) che indica se il tempo od il conteggio sono scaduti (1) oppure no (0) un Valore corrente (word) che contiene il tempo trascorso dall'abilitazione o i conteggi effettuati il Setpoint (word), cioè il valore impostato. Quando esso viene raggiunto dal valore corrente lo stato va a 1.
Anche queste strutture sono gestite, nel programma, mediante bobine e contatti. Nel caso dei contatti l'interpretazione è simile agli altri casi.
L'attuazione avviene invece mediante bobine speciali per permettere
DATI, MEMORIA E INDIRIZZAMENTO:
Mentre la memoria è uno spazio fisico i dati sono le informazioni conservate in tale spazio. La CPU funziona esattamente come un calcolatore, in quanto manipola i dati per mezzo di cifre binarie, ossia i bit. Un bit è una posizione discreta entro un chip di silicone nella quale o la tensione è presente, nel qual caso il valore rilevato è 1 (eccitato), o non è presente, per cui il valore è 0 (diseccitato).
Il bit è l’unità di memoria più piccola a discposizione. Generalmente, le CPU elaborano e memorizzano i dati in gruppi di 16 bit, comunemente chiamati "parole" o "word".
Ciascuna parola di dati ha una posizione fisica specifica nella CPU, chiamata "indirizzo" o "registro". Ad ogni elemento nel programma dell’utente viene fatto riferimento mediante un indirizzo, che indica dove vengono memorizzati i dati di quell’elemento.
Quando si assegnano gli indirizzi agli I/O in un programma, bisogna tenere a mente che tali indirizzi sono relativi ai morsetti ai quali i dispositivi di ingresso o di uscita sono collegati.
CICLO OPERATIVO:
Tutti i componenti del sistema PLC entrano in azione durante il ciclo operativo, che consiste in una serie di operazioni eseguite in sequenza e ripetitivamente.
Gli elementi principali del ciclo operativo sono i seguenti:
1.Scansione degli ingressi. Durante la scansione degli ingressi, il PLC esamina i dispositivi di ingresso esterni per controllare se vi è tensione o meno, ossia controllare se i circuiti sono aperti o chiusi. Lo stato degli ingressi viene memorizzato temporaneamente in un file di memoria di "immagine degli ingressi".
2.Scansione del Programma. Durante la scansione del programma, il PLC legge le istruzioni nel programma in logica ladder, usa lo stato degli ingressi contenuto nel relativo file immagine e determina quali uscite verranno eccitate e quali no.
Il conseguente stato delle uscite viene scritto nel file di memoria di "immagine delle uscite".
3.Scansione delle Uscite. Il PLC eccita o diseccita i suoi circuiti d’uscita, in base ai dati contenuti nei file delle uscite, controllando così i dispositivi esterni.
ALIMENTATORI:
L’alimentatore fornisce l’energia ai componenti elettronici all’interno del controllore, converte la tensione in entrata in modo che possa essere utilizzata e protegge i componenti del PLC dagli sbalzi di tensione. Si deve considerare il fatto che la maggior parte degli stabilimenti sono soggetti a sbalzi di tensione. Gli alimentatori del PLC sono progettati in modo da non far alterare il funzionamento del dispositivo anche quando la tensione vari dal 10 al 15%.
Inoltre l’alimentatore del PLC è progettato in modo da sopportare le brevi interruzioni di energia elettrica senza compromettere il funzionamento del sistema.
Un fattore che può compromettere il funzionamento del PLC sono le interferenze elettromagnetiche, o disturbi elettrici. Benché i PLC siano più resistenti della maggior parte delle apparecchiature elettroniche, le interferenze elettromagnetiche possono ancora creare dei problemi. In tal caso, il PLC deve essere isolato elettricamente tramite un trasformatore di isolamento.
Fino a poco tempo fa, tutti i micro PLC operavano a 24V CC. Tuttavia diversi produttori di micro PCL offrono ora prodotti che operano a 120V CA, 220V CA o 24V CC.
Gli utenti hanno così la possibilità di scegliere la tensione che più si adatta alle loro esigenze.
INTERFACCE OPERATORE:
Per poter inviare i dati relativi allo stato del macchinario, il pannello anteriore del PLC è dotato di una serie di spie luminose che indicano l’alimentazione, il funzionamento, eventuali guasti o lo stato degli I/O. Per comunicare con il PLC, ossia per immettere dei dati oppure per seguire e controllare lo stato della macchina, le interfacce operatore tradizionali includono dei pulsanti, dei selettori rotativi, delle spie e dei visualizzatori numerici a LED.
Per migliorare l’interfaccia fra l’operatore e il micro PLC, è stata creata una nuova generazione di dispositivi elettronici di interfaccia operatore (o periferiche).
Non si tratta di dispositivi di programmazione ma bensì di visualizzatori grafici o alfanumerici e di pannelli di comando.
Queste interfacce forniscono informazioni migliori e riducono i costi di impianto, dei componenti e di installazione.
Assegnazione degli I/O esterni
Il modo in cui gli I/O esterni sono assortiti e debbono essere pilotati può essere molto diverso. Ad esempio si possono avere degli I/O, raggruppati in un rack, pilotati ognuno da una propria scheda oppure degli I/O, distribuiti lungo un
Fieldbus, e pilotati da un'unica scheda di interfaccia, oppure, ancora, si puo' avere un mix di queste due situazioni..
E' compito dell' "I/O Driver" gestire l'immagine Virtuale ed assegnarla ai dispositivi fisici.
Sebbene le combinazioni possano essere molteplici l'indirizzo Virtuale puo' essere univocamente assegnato ad un Indirizzo fisico utilizzando 2 sole informazioni aggiuntive e ponendo la limitazione di trattare gli I/O digitali a gruppi minimi di 16 Bit (1 word). Per ogni Word di I/O Virtuale e' quindi possibile abbinare :
un'indicazione di Tipo e un Indirizzo
I Tipi e gli Indirizzi leciti per ognuno di essi sono definiti, di volta in volta, dall'I/O Driver utilizzato.
OPERAZIONI DI CARICAMENTO E DI TRASFERIMENTO:
Per eseguire molte delle operazioni previste dal PLC è spesso necessario caricare dei dati nell’accumulatore ACC1 o in ACC2, o anche trasferire i valori presenti in essi verso altri tipi di operandi. Sono previste quindi istruzioni di caricamento (L) e di trasferimento (T) dei dati.
Operazioni di Memorizzazione:
Si possono eseguire tre operazioni di memorizzazione denominate di SET (S), RESET (R), e ASSEGNAZIONE (=). Con l’operazione di SET si assegna all’operando il valore 1 e con RESET il valore 0 quando nelle precedenti elaborazioni diviene RLC=1. Se RLC cambia nei successivi cicli del programma, i valori assegnati agli operandi non vengono modificati.
Con l’ASSEGNAZIONE (=) viene invece attribuito all’operando, dinamicamente il valore che ha in quel momento RLC.
E’ possibile agire con le operazioni di memorizzazione sugli ingressi, sulle uscite e sui merker.
PROGRAMMAZIONE DI UN PLC:
Ogni modello di PLC ha un modo diverso di programmazione. Tuttavia rimane abbastanza simile il modo di impostare i programmi. Si ha in genere la possibilità di effettuare la programmazione del controllore programmabile servendosi di liste descrittive, di sequenze di istruzioni o anche per mezzo di rappresentazioni grafiche. L’esecuzione di un programma da parte di un PLC consiste nell’eseguire il controllo degli stati degli ingressi, eseguire su tali stati delle operazioni, logiche per poi abilitare o meno particolari uscite.
METODI DI PROGRAMMAZIONE DI UN PLC:
Si prenda per esempio lo schema di figura 12.2 con gli interruttori T1 e T2 in serie tra loro e la lampada. E’ evidente che sul PLC, essendo ognuno degli interruttori connessi con uno degli ingressi, il programma dovrà eseguire l’operazione logica AND (con i livelli degli ingressi) e assegnare il risultato dell’operazione logica all’uscita su cui è collegata la lampada.
Infatti I1 AND I2=1 se l’ingresso I1 è a livello alto (interruttore T1) e se l’interruttore 2 è a livello alto (T2 chiuso). Per l’esempio di figura 12.3 invece sarà necessario l’operazione logica di OR per accendere la lampada. Infatti I1 OR I2=1 se l’ingresso I1 è a livello alto (interruttore T1 chiuso) o se l’ingresso I2 è a livello alto (T2 chiuso). Quando poi con il PLC è possibile eseguire una programmazione con simboli grafici si ha in genere la possibilità di scrivere il programma con una lista di simboli rappresentanti le porte di uscita del PLC, bobine di relè, contatti elettrici (Normalmente chiuso e Normalmente aperto ecc…) e altri dispositivi incrementabili nel sistema.
La programmazione per molti tipi di PLC (fatta con schemi di contatti ladder) ha una forma abbastanza standard. Per esempio si ha:
Volendo quindi scrivere un programma che implementi le funzioni dello schema elettrico in fig.12.2 usando un diagramma a contatti dovrà essere utilizzata la rappresentazione di fig.12.7.
Le linee verticali post
e a sinistra e a destra nello schema possono rappresentare simbolicamente i lati a potenziale positivo (linea di sinistra ) e quello di massa (linea di destra) del circuito elettrico. Su ogni simbolo dei contatti e dell’uscita vanno indicati i nomi degli ingressi e delle uscite del PLC.
DISPOSITIVI DI PROGRAMMAZIONE:
I due dispositivi più comunemente usati per caricare un programma in un micro PLC sono i personal computer (PC) e i dispositivi di programmazione portatili (HHP).
I PC vengono usati per eseguire il sftware di programmazione dei PLC, che consente agli utenti di creare, modificare, documentare, memorizzare e mettere a punto gli schemi ladder, nonché di generare rapporti stampati.
Le istruzioni software sono basate su simboli grafici per le varie funzioni e non occorre avere la conoscenza di linguaggi di programmazione particolari, ma solo una conoscenza generale degli schemi elettrici standard.
I dispositivi HHP sono utilizzati per lo più per l’individuazione dei problemi.
Il motivo è che tali dispositivi sono compatti ed hanno memoria propria per conservare i programmi.
Il linguaggio usato dagli HHP è una forma grafica di programmazione ad elenco di istruzioni basata sulle istruzioni in logica ladder del PLC.
LINGUAGGI DI PROGRAMMAZIONE:
Un programma è una serie di istruzioni o comandi, sviluppata dall’utente, che guida il PLC
all’esecuzione di determinate azioni. Il linguaggio di programmazione fornisce le regole per la sistemazione di queste istruzioni in modo che diano i risultati voluti.
Il linguaggio usato più comunemente per la programmazione dei PLC è la logica ladder. Infatti , vi è un numero maggiore di programmi per PLC scritti in logica ladder che in qualsiasi altro linguaggio. Questo linguaggio di programmazione è un adattamento degli schemi elettrici per il cablaggio dei relè chiamati anche schemi ladder. Poiché si tratta di un sistema grafico di simboli e di termini, anche coloro che non sono esperti di schemi di cablaggio di relè possono impararlo facilmente.
Gli altri linguaggi di controllo talvolta usati per programmare i PLC sono BASIC, C e Boolean.
Questi linguaggi per computer agevolano la programmazione nel caso siano necessarie istruzioni complesse e calcoli troppo difficili da poter essere implementati con un programma in logica ladder. Tuttavia, i micro PLC che possono essere programmati in BASIC e C non sono molti.
Le istruzioni usate per programmare la maggior parte dei micro PLC sono basate su una combinazione di logica booleana e ladder e di espressioni mnemoniche. Le espressioni mnemoniche sono semplici termini, facili da ricordare, che rappresentano istruzioni lunghe o complesse. Ad esempio, "TON" significa "temporizzatore ON". I vari tipi di PLC usano istruzioni leggermente diverse, che normalmente vengono spiegate nei relativi manuali d’uso.
Schemi elettrici ladder
I programmi in logica ladder sono un’evoluzione degli schemi elettrici ladder che rappresentano il flusso della corrente elettrica attraverso i dispositivi per il completamento di un circuito elettrico.
Gli schemi elettrici consistono di due linee verticali di bus, o linee di alimentazione , e la direzione della corrente va dalla linea sinistra alla destra. Ogni circuito elettrico nello schema viene considerato un ramo ,ciascuno dei quali ha due componenti : almeno un dispositivo controllato e le condizioni che controllano tale dispositivo, ossia alimentazione della linea elettrica o un contatto da un dispositivo di campo.
Si dice che un ramo ha continuità elettrica quando c’è un passaggio ininterrotto di corrente da sinistra a destra attraverso il ramo (ossia tutti i contatti sono chiusi). Se c’è continuità il circuito è completo e il dispositivo controllato dal ramo viene attivato. Se non c’è continuità, il dispositivo rimane spento.
Programmi in logica ladder
I programmi in logica ladder per PLC assomigliano molto agli schemi elettrici ladder. In uno schema elettrico, i simboli rappresentano dispositivi reali e il modo in cui sono cablati. I programmi PLC usano simboli simili, ma rappresentano istruzioni in logica ladder per l’applicazione.
Essi esistono solo nel software del PLC , non sono linee elettriche reali o passaggio di corrente attraverso i circuiti. Un’altra differenza è che negli schemi elettrici, lo stato dei dispositivi è aperto o chiuso ( ON o OFF ) mentre nei programmi in logica ladder, le istruzioni sono VERE o FALSE.
Ogni ramo in un programma in logica ladder deve contenere almeno un istruzione di comando (uscita) e normalmente contiene un istruzione di condizione o più (ingressi).
Le istruzioni di condizione vengono programmate alla sinistra delle istruzioni di comando.
Esempi di queste ultime sono i segnali dai dispositivi di ingresso collegati, i contatti relativi alle uscite e i segnali da temporizzatori e contatori. Programmate alla destra del ramo, le istruzioni di comando sono operazioni o funzioni attivate e disattivate dalla logica del ramo. Ne sono esempi l’eccitazione delle uscite (chiusura del circuito d uscita del PLC per l’attivazione di un dispositivo di campo) e le istruzioni interne al PLC quali comandi a livello di bit, di temporizzatori di contatori e i comandi matematici.
Le istruzioni di comando vengono eccitate o diseccitate in base allo stato delle istruzioni di condizione del ramo.
A tal fine il PLC esamina la continuità logica del ramo, ossia verifica che le condizioni siano vere. Se c’è continuità logica, il PLC eccita le istruzioni di comando (vedi fig. 4.4).
Se non c’è continuità logica, il PLC mantiene l’istruzione di comando allo stato diseccitato o spento.
ISTRUZIONI DI LOGICA LADDER
Le istruzioni usate più di frequente in un programma in logica ladder per PLC sono le istruzioni normalmente aperte (N.O.), normalmente chiuse (N.C.) e di eccitazione uscita. Queste istruzioni vengono rappresentate mediante dei simboli posti nei rami del programma.
ISTRUZIONE NORMALMENTE APERTA
L’istruzione normalmente aperta esamina la relativa posizione di memoria del PLC per vere se la condizione è eccitata (ossia se il bit dell’indirizzo dell’istruzione è uguale a 1). Se il PLC rileva una condizione eccitata, l’istruzione è vera e ha continuità logica. Ad esempio un pulsante N.O. (PB1) viene collegato al morsetto di ingresso I/3 del PLC. Il programma in logica ladder contiene il seguente ramo (vedi fig. 4-6.1), nel quali I/3 è programmato come istruzione N.O.
Quando PB1 viene premuto (contatto eccitato), il relativo stato viene scritto nella posizione I/3 della memoria degli ingressi durante la scansione degli ingressi del PLC.
Quando viene effettuata la scansione del ramo contenente l’istruzione N.O. con l’indirizzo I/3, l’istruzione viene valutata vera e il PLC eccita l’uscita O/4 durante la scansione delle uscite.
Quando PBI viene rilasciato, lo stato diseccitato viene scritto nell’indirizzo I/3. L’istruzione N.O. ora è falsa e il ramo non ha continuità logica (vedi fig. 4-6.2). Durante la scansione delle uscite del PLC, l’uscita O/4 viene diseccitata.
ISTRUZIONE NORMALMENTE CHIUSA
L’istruzione normalmente chiusa esamina la memoria del PLC per vedere se c’è una condizione diseccitata (ossia, se il bit dell’indirizzo dell’istruzione è uguale a 0). Se il PLC rileva una condizione diseccitata, l’istruzione è vera e ha continuità logica.
Ad esempio un pulsante N.O. (PB1) viene collegato al morsetto d’ingresso I/4 del PLC. Il programma in logica ladder contiene il seguente ramo (vedi fig. 4-7.1), nel quale I/4 è programmato come istruzione N.C.
Quando PB1 non è premuto (contatto diseccitato), il relativo stato viene scritto nella posizione I/O della memoria degli ingressi durante la scansione degli ingressi del PLC. Quando viene effettuata la scansione del ramo contenente l’istruzione N.C. con indirizzo I/O, l’istruzione viene valutata vera (NON eccitata) e il PLC eccita l’uscita O/5 durante la scansione delle uscite.
Quando PB1 viene premuto, lo stato di eccitazione viene scritto nell’indirizzo I/4. L’istruzione N.C. ora è falsa e il ramo non ha continuità logica (vedi fig.4-7.2). Durante la scansione delle uscite del PLC, l’uscita o/5 viene diseccitata.
ISTRUZIONE DI ECCITAZIONE USCITE
Controllata dalle istruzioni di condizione che la precedono nel ramo, l’istruzione di eccitazione uscite (OTE) attiva il bit del file immagine delle uscite quando le condizioni del ramo sono vere. L’eccitazione uscite in logica ladder equivale al simbolo della bobina del relè degli schemi elettrici.
Quando c’è continuità logica nel ramo, la condizione di eccitazione (valore binario 1) viene scritta nella posizione di memoria della relativa istruzione di eccitazione dell’uscita. Se l’indirizzo appartiene ad un dispositivo d’uscita esterno, il PLC eccita l’uscita durante la scansione delle uscite. Quando il ramo è falso, il PLC diseccita l’uscita. L’istruzione "eccitazione uscite" comanda dispositivi reali (quali valvole solenoide, motori, luci ecc…) o bit interni.
ISTRUZIONI A LIVELLO PIU’ ALTO
Mentre i relè logici sono adatti al rilevamento e al comando di semplici condizioni di attivazione e disattivazione, molte applicazioni richiedono istruzioni più complesse. A tal fine, sono stati sviluppati comandi in linguaggio ladder avanzato. Queste istruzioni gestiscono i dati numerici al di là dei semplici 1 e 0, consentendo la manipolazione di byte e parole. Esempi di istruzioni a livello più alto sono i contatori, i temporizzatori, i sequenziatori nonché le operazioni che le istruzioni N.O, N.C, e OTE non possono effettuare.
Per mantenere semplice l’implementazione di queste operazioni, le istruzioni ad alto livello vengono rappresentate nella programmazione in logica ladder come blocchi funzionali. Come illustrato nella figura 4-9, i blocchi funzionali sono programmati letteralmente come blocchi nei rami di un programma ladder. A seconda dell’operazione, le istruzioni ad alto livello possono essere istruzioni di condizione (ad es. di confronto) o istruzioni di comando (ad es. temporizzatori o contatori).
ASSEMBLAGGIO DELLE ISTRUZIONI
Due operazioni logiche fondamentali, AND e OR, forniscono le regole che determinano il modo in cui le istruzioni possono essere composte.
Logiche AND
Le istruzioni di condizione programmate in serie sono equivalenti alla logica AND degli schemi ladder (vedi fig. 4-10). Ad esempio, immaginiamo un’operazione di stampaggio di un metallo nella quale il macchinario si attiva solo se l’operatore preme il pulsante di avviamento sinistro (X) ASSIEME (AND) al pulsante di avviamento destro (Y).
L’uscita di un’equazione AND è vera solo se tutte le condizioni in serie sono vere. Se una qualsiasi di esse è falsa, il ramo non ha continuità logica e l’uscita non è attivata.
Logica OR
Le istruzioni di condizione programmate in parallelo sono equivalenti alla logica OR degli schemi ladder (vedi fig. 4-11). Prendiamo, ad esempio, un nastro trasportatore con due interruttori di avviamento, situati alle due estremità. Il trasportatore potrebbe essere configurato in modo da avviarsi quando un operatore preme il pulsante di avviamento ad una delle due estremità (X) OPPURE (OR) all’altra (Y)
L’uscita di un’equazione OR è vera se una qualsiasi delle condizioni in parallelo è vera. Se tutte le condizioni sono false, il ramo non ha continuità logica e l’uscita è falsa.
OPERAZIONI DI DIRAMAZIONE
La funzione delle diramazioni è quella di consentire la programmazione in parallelo delle istruzioni sia di condizione che di comando in uno stesso ramo (vedi fig. 4-13).
Le operazioni di diramazione forniscono, inoltre, l’equivalente del cablaggio con relè di contatto ausiliario di ritenuta o di una funzione di memoria (vedi fig. 4-13). I contatti ausiliari mantengono l’eccitazione dell’uscita dopo che il segnale temporaneo di avviamento non è più presente.
Come mostrato nella figura 4-14, i contatti ausiliari di ritenuta vengono sempre programmati con lo stesso indirizzo dell’uscita ad essi corrispondente (ricordate che uno dei vantaggi dei PLC è quello di poter usare lo stesso indirizzo più di una volta). Premendo temporaneamente il pulsante di avviamento I/2, si eccita anche l’istruzione di condizione O/3.
L’eccitazione di O/3 nell’operazione di diramazione mantiene attiva l’uscita finche non viene premuto il pulsante di arresto I/1.
ESECUZIONE DEL PROGRAMMA
I PLC valutano i rami in sequenza, dall’inizio alla fine del programma.
Anche se l’uscita del ramo attuale (ad es. ramo 5) influenza un ramo precedente (ad es. ramo 2), il PLC non torna indietro a valutare il ramo precedente fino alla successiva scansione del programma. Affinché l’uscita di un ramo abbia effetto su un’istruzione in un altro ramo della stessa scansione, il suo numero deve essere inferiore a quello del ramo che deve influenzare. In altre parole, il ramo di comando deve essere programmato prima del ramo comandato.
E’ vero che i rami spesso vengono disposti in modo da evidenziare una sequenza di eventi, ossia il ramo superiore corrisponde alla prima azione e così via, ma si tratta puramente di comodità organizzativa. Sia negli schemi elettrici che nei programmi in logica ladder, l’ordine di rami non stabilisce necessariamente la sequenza delle operazioni. Ricordata che è lo stato delle istruzioni di condizione di ciascun ramo a determinare la sequenza in cui le uscite sono controllate.
Analisi del sistema di automazione S7-200
Il PLC da noi utilizzato per la realizzazione di una serra a controllo automatico è il SIEMENS serie S7-200.
INTRODUZIONE AL MICRO PLC S7-200
La serie s7-200 rappresenta una linea di controlli programmabili di dimensioni ridotte (Micro PLC) in grado di controllare una varietà di compiti di automazione. La figura 1-1 riporta uno schizzo di un micro PLC S7-200. La compattezza del disegno, l’ampliabilità i bassi costi ed il vasto set di operazioni fanno dei controllori S7-200 una soluzione ottimale per la gestione di compiti di automazione ridotti. Inoltre l’ampia gamma di modelli di CPU con diverse tensioni di alimentazione permettono di raggiungere la flessibilità richiesta dagli operatori per affrontare e risolvere i problemi di automazione.
CONTROLLO DELLE FUNZIONI DEI MICRO PLC S7-200
Strumentazione necessaria
La figura 1-2 mostra il sistema di base del micro PLC S7-200, comprendente una unità CPU S7-200, un personal computer, il software di programmazione SET 7-MICRO/WIN ed il cavo di comunicazione. Per poter utilizzare un personal computer (PC) occorre disporre di un cavo PC/PPI o di una scheda MPI. Il cavo di comunicazione viene fornito insieme alla scheda MPI
COMPONENTI PRINCIPALI DEL MICRO PLC S7-200
Unità CPU S7-200
La CPU S7-200 riunisce l’unità centrale (CPU), l’alimentazione e gli ingressi e uscite digitali in un unico dispositivo autonomo e compatto.
Le spie di stato danno le informazioni visuali sullo stato di funzionamento della CPU (RUN o STOP), lo stato corrente degli I/O locali e sugli errori di sistema che vengono rilevati.
Unità di ampliamento
L’unità CPU S7-200 fornisce un certo numero di I/O locali. L’aggiunta di un unità di ampliamento fornisce punti di ingresso e uscite addizionali. Come riportato alla figura 1-3, l’unità di ampliamento si serve di connettore di espansione del bus per collegarsi all’unità centrale.
ELEMENTI DI BASE PER COSTRUIRE UN PROGRAMMA
La CPU S7-200 esegue continuamente il programma utente per il controllo di un compito o processo, il programma viene creato con STEP-Micro/WIN e caricato nella CPU. Apartire dal programma principale, si possono richiamare diversi sottoprogrammi o routine di interrupt.
ORGANIZZAZIONE DEL PROGRAMMA
I programmi di CPU S7-200 sono costituiti di tre elementi di base: programma principale, sottoprogrammi (opzionali) e routine di interrupt (opzionali). Come riportato alla figura 5-7, un programma di S7-200 è articolato strutturalmente negli elementi seguenti.
· I sottoprogrammi e la routine interrupt vengono dopo l’operazione Fine assoluta in KOP e MEND in AWL del programma principale; non vi sono altri requisiti per il posizionamento dei sottoprogrammi delle routine di interrupt. L’utente può intercalare sottoprogrammi e routine di interrupt dopo il programma principale; tuttavia, per ottenere
Un programma dalla struttura chiara, e facile da leggere, è consigliabile raggruppare tutti i sottoprogrammi dopo il programma principale, per poi raccogliere tutte le routine di interrupt dopo i sottoprogrammi.
Ciclo di scansione della CPU
La CPU S7-200 esegue il programma utente continuamente, in una serie ciclica di task denominata scansione. Come riportato alla figura 5-9, il ciclo di scansione della CPU consiste dei seguenti task.
Lettura degli ingressi digitali
Ogni ciclo di scansione inizia leggendo il valore corrente degli ingressi digitali, e scrivendo poi questi valori nel registro delle immagini di processo degli ingressi.
Nella CPU sono previsti incrementi di otto bit (un byte) per il registro delle immagini di processo degli ingressi. Se la CPU o l'unità di ampliamento non forniscono un ingresso fisico per ogni bit dei byte riservato, non sarà possibile riallocare questi bit in unità successive della catena 110 o utilizzarli nel programma utente. La CPU azzera tali ingressi inutilizzati dei registro delle immagini di processo all'inizio di ogni ciclo. Tuttavia, se l'unità CPU può accogliere diverse unità di ampliamento 110, che non vengono attualmente utilizzate (in quanto l'utente non le ha installate), si potrà disporre di merker addizionali utilizzando appunto i bit di ingresso di ampliamento inutilizzati.
La CPU non aggiorna automaticamente gli ingressi analogici come parte dei ciclo di scansione e non memorizza un registro per le immagini di ingresso analogiche. Occorre quindi accedere agli ingressi analogici direttamente dal programma utente.
Esecuzione dei programma utente
Durante questa fase dei ciclo di scansione, la CPU esegue il programma utente iniziando dalla prima operazione, e procedendo verso l'operazione finale. Le operazioni dirette 110 forniscono all'utente un accesso immediato a ingressi e uscite nel corso dell'esecuzione dei programma o di una routine di interrupt.
Se si utilizzano interrupt nel programma utente, le routine associate agli eventi di interrupt vengono memorizzate come parte dei programma (consultare il paragrafo 5.4). Le routine di interrupt non vengono eseguite come parte normale dei cielo di scansione, bensì realizzate quando interviene un evento di interrupt (ciò può verificarsi ad ogni punto dei cielo di scansione).
Elaborazione delle richieste di comunicazione
Durante questa fase, la CPU elabora i messaggi che ha ricevuto dall'interfaccia di comunicazione.
Effettuazione dell'autodiagnostica interna della CPU
Durante questa fase dei cielo di scansione, la CPU esegue un controllo dei suo firrnware e della memoria di programma. Viene controllato anche lo stato delle unità I/0.
Scrittura dei valori nelle uscite digitali
Al termine di ogni ciclo di scansione la CPU scrive nelle uscite digitali i valori memorizzati nel registro delle immagini di processo delle uscite.
Nella OPU sono previsti incrementi di otto bit (un byte) per il registro delle immagini di processo delle uscite.
Se la CPU o l'unità di ampliamento non forniscono una uscita fisica per ogni bit dei byte riservato, non sarà possibile riallocare questi bit in unità successive della catena I/0. Si potrà tuttavia utilizzare i bit inutilizzati dei registro delle immagini di processo delle uscite come merker interni (M).
La CPU non aggiorna automaticamente le uscite analogiche come parte dei ciclo di scansione, e non memorizza un registro delle immagini delle uscita analogiche. Occorre quindi accedere alle uscite analogiche direttamente dal programma utente.
Interruzione dei ciclo di scansione
Se si utilizzano interrupt, le routine associate ad ogni evento di interrupt vengono memorizzate come parte dei programma. Le routine di interrupt non vengono eseguite come parte dei normale ciclo di scansione, bensì realizzate quando interviene un evento di interrupt (il che può verificarsi ad ogni punto dei cielo di scansione). La CPU elabora gli interrupt utente abilitati asincronicamente rispetto al ciclo di scansione, ed esegue gli interrupt quando avvengono gli eventi di interruzione, secondo la loro priorità e nell'ordine in cui si verificano.
Registri delle immagine di processo degli ingressi e delle uscite
Durante l'esecuzione dei programma, ogni accesso a un ingresso o uscita viene effettuato normalmente mediante il registro delle immagini di processo, piuttosto che all'ingresso/uscita effettivi. L'esistenza di tali registri si giustifica con almeno tre ragioni.
Un beneficio ulteriore è rappresentato dal fatto che i registri delle immagini di processo sono sufficientemente grandi per gestire il numero massimo di ingressi e uscite. Poiché un sistema reale consiste sia di ingressi che di uscite; rimane sempre un certo numero di indirizzi dei registro delle immagini di processo non utilizzati. Tali indirizzi possono essere utilizzati come merker interni supplementari.
Controllo diretto I/0
Le operazioni dirette con ingressi e uscite permettono un accesso immediato a ingressi e uscite effettive, malgrado i registri delle immagini di processo vengano normalmente adoperati come sorgente o destinazione per gli accessi I/0. Se si utilizza una operazione diretta per accedere ad un ingresso, l'indirizzo corrispondente dei registro delle immagini di processo degli ingressi non viene modificato. Un indirizzo corrispondente dei registro delle immagini di processo delle uscite viene invece aggiornato.
Caricamento dei programma utente nella e dalla CPU
Il programma utente consiste di tre elementi. programma utente, blocco dati (opzionale) e configurazione CPU (opzionale). Come evidenziato alla figura 6-1 1, il caricamento dei programma nella CPU memorizza questi elementi nell'area RAM della memoria CPU. La OPU copia quindi automaticamente il programma utente, il blocco dati (DB1) e la configurazione CPU in EEPROM per la memorizzazione permanente.
Quando si carica un programma della CPU nel PC o PG (vedere la figura 6-12), vengono caricati il programma utente e la configurazione della CPU dalla memoria RAM nel computer. Quando sì carica il blocco dati dalla OPU, vengono combinati assieme l'area permanente dei blocco dati (memorizzata in EEPROM) e la parte eventualmente rimanente dei blocco dati memorizzata nella RAM. In seguito, viene trasferito l'intero blocco dati al computer.
Capacità di comunicazione della CPU S7-200
La CPU S7-200 supporta tutta una serie di capacità di comunicazione, come specificato alla tabella 8-1.
Il protocollo di sistema S7-200 viene definito interfaccia punto a punto (PPI), ed è basato sull'architettura di comunicazione di sistemi aperti a sette livelli OSI (Open System lnterconnection). Il protocollo PPI è un protocollo master/slave implementato su un token bus con livelli di segnale RS-485. La definizione dei token bus è conforme al Process Field Bus Standard (PROFIBUS), definito al documento EN 50170. La velocità di comunicazione è selezionabile tra 9600 e 19200 baud.
Le connessioni supportate dal protocollo PPI sono sia quelle tra un dispositivo master e diversi dispositivo slave, sia quelle tra master multipli e slave multipli. ]i protocollo PPI è un protocollo basato su caratteri, utilizzante un carattere a undici bit composto dai seguenti bit: un bít di avvio, otto bit di dati, un bit di parità pari, un bit di stop. I telegrammi di comunicazione (ad eccezione della conferma dei singolo carattere) dipendono da speciali caratteri di avvio e di stop, dagli indirizzi di stazione di sorgente e di destinazione; dalla lunghezza dei telegramma e da un carattere di somma di controllo per l'integrità dei dati.
Le CFIU S7-200 sono dispositivo slave che rispondono a un dispositivo di programmazione, ad una superficie operativa o a un'altra CPU. Le CPU non possono iniziare messaggi mentre vengono gestite come dispositivo slave PPI. Se le CPU si trovano nello stato di funzionamento RUN, possono diventare detentori di token abilitando lo stato di master PPI (vedere la descrizione di SMB30 all'appendice D). Non tutte le CPU possono essere gestite nello stato di master PPI. Una volta che la comunicazione PPI è stata abilitata, è possibile inviare messaggi ad altre CPU usando le operazioni Leggi dalla rete (NETR) e Scrivi nella rete (NETW).
Interfaccia di comunicazione
Le interfacce di comunicazione delle CPU S7-200 utilizzano i livelli di segnale RS-485 e dispongono di un connettore D a nove pin, in conformità al Process Field Bus Standard (PROFIBUS), definito al documento EN 50170. La figura 8-1 mostra il connettore che fornisce la connessione fisica per la rete di comunicazione; i relativi segnali vengono descritti alla tabella 8-2.
SICUREZZA ELETTRICA NELL’USO DEL MICRO PLC
- CENNI DI INFORTUNISTICA
Come sappiamo molte volte capita di incorrere in alcuni incidenti dovuti a shock elettrici causati dal contatto che avviene incidentalmente con parti del circuito che normalmente non sono in tensione.
Questo rischio è tanto più grande quanto più bassa è la protezione del dispositivo. Infatti in molti sistemi alimentati a tensioni abbastanza elevate è necessario che ci siano dei circuiti di protezione che oltre a evitare che i componenti del circuito si danneggino per qualche variazione di tensione, proteggano anche l’incolumità dell’operatore che lavora direttamente sul sistema.
Lo shock elettrico può essere molto pericoloso perché si ha passaggio di corrente attraverso il corpo. Ciò è particolarmente grave se viene interessato il cuore (fibrillazione ventricolare) perché c’è il rischio di morte. In particolare, se la corrente è alternata, con frequenza di 50 Hz, essa costringe il cuore a spostare la propria frequenza di funzionamento da 72 a 3000 pulsazioni al minuto provocando appunto il fenomeno definito fibrillazione, che in breve tempo ha esito letale.
Se invece la corrente è continua, produce fenomeni di elettrolisi nel sangue che, o danno la morte immediata, o lasciano invalidità permanenti. Il valore della corrente che produce effetti nocivi va da 20 mA in poi. I valori di corrente pericolosa per il corpo umano, di per sé non hanno senso se non si stabilisce il valore di resistenza del corpo stesso: solo così infatti si possono conoscere i livelli di tensione pericolosa. La resistenza degli organi interni del corpo umano vale mediamente 500 ohm. Poi si deve considerare la resistenza della pelle che varia in base allo stato di quest’ultima. Globalmente si è fissato di assumere la resistenza del corpo umano pari a 3000 ohm
- PROTEZIONI DEL MICRO PLC
Entrando nel dettaglio possiamo dire che anche il nostro PLC è alimentato con una tensione variabile da 50 a 300V alternati. Il rischio dunque di avere qualche problema di questo tipo c’è e si devono quindi fare alcune considerazioni in merito per riuscire a dare all’operatore sicurezza e affidabilità.
Chiaramente il PLC non è uno dei dispositivi più pericolosi nel campo elettrico però, una minima ed efficace protezione è predisposta per evitare rischi di qualsiasi tipo.
Fonte: http://noisiamola5i.altervista.org/blog/wp-content/uploads/2011/10/Storia-dei-PLC.doc
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