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PLCPROGRAMMABLE LOGIC

CONTROLLER1a parte

CON RIFERIMENTO ALLE CPU SIEMENS

ST – 200

ED AL SW STEP 7 MICRO/WIN 32

www.webalice.it/s.pollini 2

CENNI STORICIAll'inizio c'era l'Elettrotecnica, e l'automazione si realizzava con relé e relativi contatti collegati in serie o in parallelo.

In questo modo per far funzionare un qualunque macchinario, semplice o complesso, si cablavano i vari componenti elettrici nella sequenza esatta di come veniva richiesto, realizzando quindi la Logica di Funzionamento.

Ne conseguì che il disegno che rappresenta questi componenti nel gergo venne appunto chiamato "schema funzionale".

La logica di ogni componente era ovviamente a due stati, che si identificava con il relé eccitato o meno.


CENNI STORICIIl transistor, componente inventato nel 1945 nei laboratori Bell della compagnia telefonica americana AT&T, è la vera rivoluzione nel ramo della tecnologia elettrica.

In pratica il relé viene virtualmente sostituito da una cella di memoria del circuito elettronico, denominata bit, dove gli stati possono essere 1 e 0.

Elettrotecnica elettronica

Collegamento in serie di contatti

Logica AND

Collegamento in parallelo Logica OR

Relé Eccitato Bit = 1

Relé Diseccitato Bit = 0


Affidabilità - Sicurezza - DisponibilitàIl sistema che controlla una macchina deve essere attentamente progettato in quanto si devono perseguire i seguenti obbiettivi primari :

* la sicurezza delle persone,

* la sicurezza contro danni alle cose,

* il buon funzionamento della macchina al fine di dare il risultato richiesto,

* l'affidabilità e l'immunità agli errori,

* la comprensibilita del programma.

Al fine di raggiungere tali obbiettivi il programmatore del PLC non può essere all'oscuro dalla parte elettrica della macchina, anzi deve conoscerla al 110% e possibilmente deve partecipare alla progettazione per suggerire parti che potrebbero poi tornargli utili in fase di programmazione.


Affidabilità - Sicurezza - Disponibilità1)Capacità di realizzare una funzione richiesta in determinate condizioni di impiego e per un periodo di tempo definito

2)Capacità di evitare la comparsa di anomalie e di ridurne gli effetti qualora si presentassero. Un sistema viene definito a sicurezza totale se la comparsa di anomalie non produce mai una situazione pericolosa

3)Capacità a svolgere una funzione richiesta in un momento determinato e per un preciso intervallo di tempo (combinazione di affidabilità e logistica di manutenzione)


Anomalie di funzionamento Relè – 90 casi su 100 - circuito aperto (circuito di

comando fuori tensione) Transistor – 50 casi su 100 – circuito aperto o

circuito chiuso


Affidabilità - Sicurezza - DisponibilitàIl tema Sicurezza deve essere al primo posto quando si progetta il sistema di controllo di una macchina.

Anche se la sicurezza, ai sensi della norma EN 60204-1, deve essere gestita obbligatoriamente da logiche cablate, e quindi non dal PLC, in ogni caso il programma non può essere concepito senza rispettare le regole dettate dal buon senso.

In particolare sara necessario fare le dovute riflessioni sui rischi che la macchina può provocare nel caso di manomissione dei dispositivi di sicurezza, o comunque nel caso vengano usati in modo "distorto".


DEFINIZONE DI PLCProgrammable Logic Controller

SISTEMA ELETTRONICO A FUNZIONAMENTO DIGITALE DESTINATO ALL’ USO IN AMBITO INDUSTRIALE, CHE UTILIZZA UNA MEMORIA PROGRAMMABILE PER L’ ARCHIVIAZIONE INTERNA DI ISTRUZIONI PER L’ IMPLEMENTAZIONE DI FUNZIONI SPECIFICHE (LOGICHE, DI SEQUENZIAMENTO, DI TEMPORIZZAZIONE, DI CONTEGGIO E DI CALCOLO ARITMETICO) PER CONTROLLARE, MEDIANTE INGRESSI ED USCITE, SIA DIGITALI CHE ANALOGICI, VARI TIPI DI MACCHINE E PROCESSI


MICROSISTEMI DI NUOVA GENERAZIONE

•POSSIBILITA’ DI COMUNICARE LIBERAMENTE VIA RETE (12 Mbit/s) E DI COLLEGARSI ALLA RETE GSM DEI TELEFONI CELLULARI•LA TECNOLOGIA GSM CONSENTE DI RICEVERE INFORMAZIONI DI STATO E ALLARMI DA TERMINALI MONITORATI ANCHE SFRUTTANDO MESSAGGI DI TESTO SMS. IL PLC E’ IN GRADO DI INTERPRETARE I COMANDI TESTUALI E PUO’ INVIARE INFORMAZIONI•MODULARITA’ APERTA E MASSIMA FLESSIBILITA’ DELL’APPARECCHIATURA•SPOSTAMENTO DELL’INTERESSE DEI PRINCIPALI COSTRUTTORI VERSO I PLC DI PICCOLA TAGLIA•POSSIBILITA’ DI DISPORRE DEL TELESERVICE CON DRASTICA RIDUZIONE DEI COSTI PER INTERVENTI DI MANUTENZIONE E DI MODIFICA NEI PROGRAMMI DI MACCHINE DISLOCATE IN OGNI PARTE DEL MONDO


MICROSISTEMI DI NUOVA GENERAZIONEIl microprocessore è il dispositivo massima espressione dell'elettronica digitale : è molto piccolo, fa moltissime cose e consuma pochissima energia.Questo gadget compie operazioni logiche (e matematiche) molto velocemente, e soprattutto le esegue secondo una "scaletta" predefinita a nostro piacimento, chiamata semplicemente programma. L'elenco di tutte le operazioni che un microprocessore può eseguire è detto Set di Istruzioni, in inglese Instruction Set.

Il programma quindi non è altro che un elenco di operazioni che deve compiere il microprocessore.

Tra le tante istruzioni che un microprocessore può elaborare vi sono anche quelle della logica binaria (vedi ad esempio AND e OR citati in precedenza), ecco quindi che può essere utilizzato per elaborare dei segnali elettrici e comandare delle macchine, proprio come si fa in elettrotecnica con i circuiti di comando.La trasposizione del microprocessore dal mondo dell'elettronica digitale al mondo elettrotecnico è stata quindi abbastanza semplice, viste le affinità dal punto di vista della logica.



ogni schema funzionale puo essere tradotto in una sequenza di istruzioni per un microprocessore.

E' quindi possibile trasformare uno schema elettrico funzionale che comanda una macchina in un programma che praticamente svolge la stessa funzione all'interno del microprocessore.Un PLC è appunto un apparecchio dotato di microprocessore è destinato al comando di dispositivi elettrici, ma con il vantaggio che una modifica del programma è molto semplice e veloce, rispetto alla modifica del circuito elettrico che deve essere ricablato.


MICROSISTEMI DI NUOVA GENERAZIONECaratteristica PC PLC

Spostamento di dati > 500.000 kByte/sec < 10 kByte/s

Dimensione dei programmi > 10.000 kByte < 10 kByte

Operazioni binarie tipiche spostamento di 32 bit operazioni su 1 bit singolo

Frequenza Microprocessore

> 1 GHz < 100 MHz

Funzionamento tipico 8 ore al giorno 24 ore su 24

Immunita a disturbi elettrici

scarsa elevata

Condizioni ambientali interno climatizzato da -20° a 55°C

Programmazione Compilata con linguaggi ad alto livello

diretta, praticamente in "linguaggio macchina"


PLC


PLC

Come già accennato, un PLC è un piccolo computer, ma a differenza del PC non deve interfacciarsi con l'uomo, ma con circuiti elettrici.Il suo microprocessore non si aspetta quindi di ricevere un segnale da un mouse o da una tastiera, ma da dispositivi elettrici quali un singolo pulsante, un contatto di allarme, un segnale di livello, ecc.

A sua volta il PLC, una volta elaborati i segnali di ingresso tramite il programma, produrrà in uscita un risultato atto, non a essere visualizzato su un monitor, ma a comandare un motore, elettrovalvole, spie luminose, ecc.


PLC

Vi sono quindi : * Dei circuiti di ingresso che "adattano" i segnali elettrici, provenienti dal macchinario o dall'impianto, alle tensioni e correnti interne al PLC; * Dei circuiti di uscita che compiono la sequenza contraria. Tipicamente i circuiti di ingresso sono costitiuti da fotoaccoppiatori che dal lato "campo" gestiscono segnali a 24 Vcc, mentre dal lato interno a 5Vcc.Per le uscite generalmente il microprocessore pilota delle bobine di relé o dei transistor "open collector".Tra gli accessori più usati da non dimenticare i dispositivi di interfaccia uomo-macchina, indispensabili per segnalare errori, anomalie, e dare la possibilità all'operatore di inserire set-point e scegliere modalità diverse di funzionamento.


PLC


PLC

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PLC


AREA DI MEMORIA DELLE CPU ST - 200

RAM EEPROM

MEMORIA DI PARAMETRI

PROGRAMMA

MEMORIA DI DATI NON VOLATILE

MEMORIA DI PARAMETRI

PROGRAMMA

MEMORIA DI DATI NON VOLATILE

MEMORIA DI DATI

(Temporizzatori, contatori etc.)


MEMORIA DI DATI ST - 200

REGISTRO DI IMMAGINE DEGLI INGRESSI (I)

MEMORIA DI VARIABILI V

REGISTRO DI IMMAGINE DELLE USCITE (Q)

MERKER INTERNI (M)

MERKER SPECIALI (SM)

TEMPORIZZATORI (T)

CONTATORI (C)

INGRESSI ANALOGICI (AI)

USCITE ANALOGICHE (AQ)

ACCUMULATORI (AC)

CONTATORI VELOCI (HC)

AREA DI DATI OGGETTI DI DATI


REGISTRI ED INDIRIZZI

• REGISTRI SPECIALI DI SISTEMA: sono interni alla CPU e mantengono traccia dei lavori dei processi interni alla CPU. Non sono direttamente accessibili dai moduli di I/O

• REGISTRI DI INPUT: stesse caratteristiche ma sono accessibili dai moduli di I/O. Es.: un registro di input a 16 bit riceve i dati da 16 terminali consecutivi

• REGISTRI DI OUTPUT: è accessibile dal modulo di output. Es.: un registro di output a 16 bit invia i dati a 16 terminali di output consecutivi. In questo caso il registro può controllare 16 uscite. Se nel bit vi è “uno” il corrispondente terminale verrà messo ad “on”


REGISTRI DI IMMAGINE DI PROCESSO I/O

• MERKER INTERNI (flag)• MERKER SPECIALI (di stato)• TEMPORIZZATORI (contano gli incrementi di tempo)• CONTATORI (contano ogni transizione da positiva a negativa)• INGRESSI ED USCITE ANALOGICHE (convertono valori reali in

valori digitali• ACCUMULATORI (elementi di lettura/scrittura con funzioni di

memoria• CONTATORI VELOCI contano più velocemente di quanto il PLC

possa leggere gli eventi• ACCESSO ALLA MEMORIA DATI: per riferirsi ad un elemento

nella memoria, occorre “indirizzarlo”. L’accesso è possibile con indirizzo in formato bit, byte, parole e doppia parole


Tipi di Segnali elettrici Gestiti

Tipicamente un PLC, nell'interfacciarsi con il mondo esterno, gestisce :

DI - Digital Inputs

Ingressi Digitali

Sono segnali proveneinti da contatti, pulsanti, termostati,

ecc. e che tipicamente hanno tensione 0 quanto OFF e

tensione +24 Vcc quando ON.DO - Digital Outputs

Uscite Digitali

ono i segnali con i quali il PLC comanda (tramite relé ausiliari

e/o contattori) gli attuatori, quali motori, elettrovalvole,

segnalazioni, ed altri circuiti.AI - Analog Inputs

Ingressi Analogici

Sono segnali provenienti da trasduttori di pressione, portata,

o termometri, igrometri, analizzatori chimici, analizzatori di

Energia Elettrica e altri strumenti che trasducono la

grandezza fisica analizzata in un segnale elettrico

proporzionale (tipicamente 4-20 mA o anche 0-10 V);

AO - Analog Outputs

Uscite Analogiche

Sono segnali atti a pilotare valvole proporzionali, strumenti

indicatori, registratori, Regolatori di Velocità per motori

(Drives o Inverter), e altre apparecchiature regolatrici.


REGISTR0 DI INPUT

ONONONOFONONOFOFOFONONON

123456781234

1

TERM.

INPUT

11011000

REGISTRO DI INPUT 1

0111

REGISTRO DI INPUT 2


REGISTRO DI OUTPUT

…891011121314151617…

OFOFOFOFONONONONOFON

REGISTRI IN MEMORIA

169COMANDO

TRASFERIMENTO DATI REG.2 REG. DI OUTPUT

0001110OG 2 0

101101

001110

100000

REG 2

REG 3 1

REG 1

1

0 0

0 1


Identificatori per l’accesso alle varie aree della memoria della CPU ST - 222


COSTRUZIONE DI UN INDIRIZZO NELLA FORMA BYTE.BIT

I 5 . 2L’area di memoria precede l’indirizzo del byte contenente il bit a cui si vuole accedere

01234567MSB LSB

I0

I1

I2

I3

I4I5

I6

I7


Accesso ad un bit di dati nella memoria della CPU

I 5 . 2Bit del byte, o bit 2 di 8 (da 0 a 7)Punto decimale, separa l’indirizzo byte dal numero di bitIndirizzo byte: byte 5 (quinto byte)Identificazione di area (I = ingresso)


CAMPO DEGLI INDIRIZZI DELLE AREE DI MEMORIADELLE CPU ST - 200

AREA DI MEMORIA CPU212 CPU214

INPUT

OUTPUT

MERKER INTERNI

MERKER SPECIALI

MEMORIA DI VARIABILI

da I0.0 a I7.7

da Q0.0 a Q7.7

da M0.0 a M15.7

da V0.0 a V1023.7

da SM0.0 a SM45.7

da I0.0 a I7.7

da Q0.0 a Q7.7

da M0.0 a M31.7

da SM0.0 a SM85.7

da V0.0 a V4095.7


REGISTRO DI STATO SMB0

Descrizione

Questo bit è sempre attivo

Bit di stato

SM0.0

SM0.1

SM0.2

SM0.3

SM0.4

Questo bit viene attivato per la durata di un ciclo se i dati a ritenzione sono andati persi. Può essere usato come M di erroreQuesto bit viene attivato per la durata di un ciclo se il modo operativo Run viene impostato da una condizione di accensione

Questo bit viene è attivo solo nel primo ciclo di scansione. Viene usato per richiamare un sottoprogramma di inizializzazione

Questo bit provoca un impulso che rimane attivo 30 secondi e, per altri 30 secondi, disattivo (impulso di un minuto)


Ciclo di scansione: modo di esecuzione del programma

AGGIORNA LE USCITE

LEGGE GLI INGRESSI

ESEGUE IL PROGRAMMA

ELABORA I MESSAGGI

EFFETTUA AUTODIAGN.


FINE della I^ parte

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