PLC - Programmable logic controller

PLC - Programmable logic controller

STORIA DEL PLC

Negli anni '70 la "Bedford Associates" propose una macchina chiamata "modular digital controller" (MODICON) ai maggiori produttori di auto. Altre compagnie proposero schemi basati su computer. Il MODICON fu il primo PLC ad essere commercializzato e prodotto in larga scala. Il motivo principale per il quale nacque l'esigenza del PLC fu la necessità di eliminare i costi elevati per rimpiazzare i sistemi di controllo complicatissimi basati su relè. Le esigenze d'innovazione erano tali da richiedere continue variazioni dello schema relè con grossi rischi d'errore ad ogni variazione.

Programmable logic controller - Controllore a logica programmabile

Il PLC è un'apparecchiatura elettronica programmabile per il controllo di macchine e di processi industriali con memoria non volatile EPROM. Questo è in grado di pilotare delle uscite in base allo stato degli ingressi e al software installato. Viene creato come elemento sostitutivo della logica cablata e dei quadri di controllo a relè.

Teoria sul PLC

L'hardware di un controllore programmabile è costituito da tre componenti fondamentali:

UNITÀ CENTRALE

UNITÀ INGRESSI/USCITA (SCHEDE I/O)

UNITÀ DI PROGRAMMAZIONE

- L'unità centrale è la parte che organizza tutte le attività del controllore.

- Le schede I/O, che prendono il nome dalle iniziali dei termini inglesi INPUT (Ingresso) e OUTPUT (Uscita), consentono il collegamento tra l'unità centrale ed il sistema da controllare con le modalità adeguate.

- L'unità di programmazione è l'interfaccia uomo/macchina, ovvero il dispositivo che consente di descrivere il programma nell'apposita memoria del PLC.

A volte a queste tre unità fondamentali si affiancano altre apparecchiature, dette PERIFERICHE,che consentono un ampliamento delle prestazioni del controllore ed una facilitazione del dialogo con l'operatore. Tali periferiche sono:

SIMULATORI

STAMPANTI

DISPOSITIIVI DI SIMULAZIONE DI MASSA

- Il simulatore è un dispositivo che, emulando ciò che accade sul campo, facilita la rapida messa a punto del programma.

- I dispositivi di memorizzazione di massa permettono di conservare i programmi sviluppati, anche quando non sono installati sul PLC, evitando così di doverli scrivere quando servono.

Nella figura è illustrato lo schema a blocchi dell'hardware di un PLC. Essa, oltre a dare un quadro riassuntivo di quanto detto circa gli elementi componenti, mette in evidenza il percorso delle informazioni

Linguaggi dei PLC

I linguaggi di programmazione dei PLC sono svariati e soddisfano in genere le necessità dell'operatore che si avvicina a tale ambiente.

Anche in questo settore, si è sentita l'esigenza di uniformare i linguaggi utilizzati; è infatti nata la norma IEC 1131 la quale, partendo da un'analisi dei linguaggi impiegati dalle varie ditte produttrici, indica quali sono gli standard.

Vediamo ora, i principali linguaggi utilizzati dai PLC:

• Ladder diagram
• Linguaggio booleano (mnemonico o lista istruzioni)
• Linguaggio letterale
• Linguaggio grafcet

Ladder diagram

Il ladder diagram è il primogenito tra i linguaggi utilizzati per la programmazione dei PLC.

Questo si deve al fatto che inizialmente il PLC andava a sostituire la logica cablata che utilizzava i relè.

Il ladder (chiamato anche schema a contatti o diagramma a relè) è tuttora il linguaggio più diffuso, poiché permette l'avvicinamento al PLC in modo immediato.

E' un linguaggio molto assomigliante ad una elaborazione di tipo elettromeccanico, dove il programma è scritto all'interno di due barre verticali che indicano le alimentazioni (la barra di destra alcuni software la omettono). 

Ogni riga circuitale è divisa in due parti: zona di test (con le variabili d'ingresso o interne) e zona delle azioni (comprende le bobine d'uscita ed interne oltre a determinati blocchi funzione).

Nella lettura del programma la CPU esegue una scansione ciclica, che compie il suo percorso segmento per segmento, da sinistra verso destra e dall'alto verso il basso. Questa differenza tra logica cablata è molto importante da comprendere prima di iniziare a programmare un PLC.  (Per approfondimenti postate nella sezione PLC didattica del PLCforum).

 Linguaggio booleano

Esso è il metodo di programmazione che più si avvicina alla logica con cui lavora il microprocessore.

Tale linguaggio è usato anche dalle console di programmazione. La programmazione assume la sembianza di una lista istruzioni, dove compare il passo di programma associato al codice della funzione logica e l'indirizzo a cui si riferisce l'operazione.

Le istruzioni variano da marca a marca. In particolare Siemens utilizza un linguaggio un po' diverso chiamato AWL.

Linguaggio letterale

Sono quei linguaggi di base informatica, evoluzioni del Basic, C, Fortran o Pascal.

Esso è costituito da una successione di stringhe che contengono:

- un'etichetta identificatrice di linea

- una frase letterale, che è il programma vero e proprio

- un commento alla riga di programma

Questo è senza dubbio il linguaggio più potente per la programmazione dei PLC che però non è supportata da tutti i PLC.

Linguaggio grafcet

Il linguaggio grafcet (Graphe de Commande Etape/Transition) nasce in Francia con l'obbiettivo di creare una rappresentazione grafica delle funzioni che un ciclo automatico compie.

E' un'insieme di simboli grafici che descrivono delle fasi e delle transizioni che rispettano determinate regole di sintassi.

Il grafcet è stato normalizzato con la normativa NF C03-190 dell'UTE.

Metodi di programmazione con il programma Step 5:

Il linguaggi dello Step 5 è utilizzato dei controllori a logica programmabile della serie Siemens S5. Con lo Step 5 si può tradurre una serie di comandi in tre diversi modi di rappresentazione:

Rappresentazione tramite schema a contatti (KOP)

Rappresentazione tramite schema a simboli logici (FUP)

Rappresentazione tramite lista istruzioni (AWL)

Andiamo a vedere nello specifico  tra linguaggi di programmazione:

a.     Rappresentazione lista istruzioni (AWL)

La lista istruzioni AWL rappresenta i compiti del PLC sotto forma di codici mnemonici. Tutte le funzioni possono venir programmate ed anche trasferite al dispositivo di programmazione. I singoli modi di rappresentazione possono essere commutati tra di loro tramite il PG. Il dispositivo di programmazione è in grado di tradurre qualsiasi schema a simbolo logici o a schema contatti nel corrispondente schema in lista istruzioni. Ciò non significa che tutti i programmi in AWL possono essere tradotti in FUP o KOP. Il programma elaborato viene registrato nella memoria del PLC come codice macchina MC5.