Perché il P.L.C.?
Introduzione di base al P.L.C.
(Programmable Logic Controller)
SAVE Veronafiere 23-25 Ottobre 2007
SAVE 2007 - Veronafiere 23-25 ottobre 2007
Argomenti trattati
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Cosa è un P.L.C.?
Logica cablata (Relé)
Logica con il P.L.C.
Vantaggi del P.L.C. rispetto ai relé
Ingressi e Uscite
Sensori ed Attuatori
Logica PNP e NPN
Linguaggi: AWL, KOP, FUP
Altri linguaggi: Grafcet, Testo Strutturato
Avviamento Stella Triangolo, esempio a relé e con P.L.C.
Esempio pratico e simulazione con il software TRILOGI
Domande e Risposte
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Cosa è un P.L.C.?
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Programmable Logic Controller
– Controllore a Logica Programmabile
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Un P.L.C. non è altro che un piccolo computer studiato per un utilizzo nei
macchinari industriali e controlli di processo.
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I componenti fondamentali del PLC sono:
– Un processore (C.P.U., Central Processing Unit) che effettua i calcoli ed esegue il
programma
– Una memoria per immagazzinare dati ed il programma
– Una serie di ingressi che possono essere digitali (0,1) oppure analogici (in
tensione 0-10V oppure in corrente 4-20mA)
– Una serie di uscite che possono essere digitali (0,1) oppure analogiche (in
tensione 0-10V oppure in corrente 4-20mA)
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Esempio di PLC industriale
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Logica cablata
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La logica cablata è stata la logica utilizzata nei macchinari fino agli
anni 60 e 70.
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I quadri elettrici delle macchine erano molto ingombranti, con una
infinità di relé e temporizzatori.
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C’era bisogno di elettricisti molto in gamba per realizzare tutto il
cablaggio ma soprattutto per trovare il problema in caso di guasto.
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Una modifica (anche semplice) nel funzionamento della macchina
implicava un nuovo cablaggio e tempi di riavvio molto lunghi.
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Logica con il P.L.C.
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Il cablaggio di un quadro elettrico con PLC è molto semplice:
– Interruttori, Pulsanti, Sensori, Encoder, ecc.vanno collegati agli ingressi del PLC.
– Contattori, Elettrovalvole, Attuatori, ecc. vanno collegati alle uscite del PLC.
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Il funzionamento della macchina viene gestito all’interno del PLC e di
conseguenza vengono eliminati una infinità di relé, temporizzatori, schede
elettroniche ed il cablaggio che prima avevano il compito di fare funzionare
la macchina come desiderato.
La diagnostica in caso di guasto è molto più semplice e veloce.
Il consumo è molto più ridotto (i relé consumano molto di più di un PLC)
Una modifica nel funzionamento della macchina è facilmente eseguibile,
basta modificare il programma.
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Vantaggi del P.L.C.
rispetto ai relé
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Riassumendo si può dire che i vantaggi di un sistema con P.L.C. sono
i seguenti:
– Semplificazione del cablaggio (meno componenti nel quadro elettrico,
meno cablaggio e più semplice).
– Diagnostica guasti molto più facile.
– Modifiche al funzionamento molto più facili.
– Consumo molto più ridotto.
– Affidabilità nel tempo molto più alta.
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Ingressi e Uscite Digitali
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Gli ingressi e le uscite di un P.L.C. sono di due tipi fondamentali:
– Digitali: Sono indicati con i valori 0 e 1:
• Livello logico 0 = Indica che non c’è passaggio di corrente elettrica.
• Livello logico 1 = Indica che c’è passaggio di corrente elettrica.
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Ingressi e Uscite Analogici
– Analogici: Possono essere di due tipi:
• In tensione:
– Ingressi: All’ingresso viene applicata una tensione variabile da 0 a 10VDC
secondo il valore letto da un determinato sensore (pressione, temperatura,
velocità, ecc.). La tensione può essere anche in milivolts ed allora l’ingresso del
PLC è un ingresso speciale.
– Uscite: All’uscita viene applicata una tensione variabile da 0 a 10VDC per
comandare un attuatore regolabile in tensione (esempio inverter+motore).
• In corrente:
– Ingressi: All’ingresso viene applicata una corrente variabile da 4 a 20mA
secondo il valore letto da un determinato sensore (pressione, temperatura,
velocità, ecc.).
– Uscite: All’uscita viene applicata una corrente variabile da 4 a 20mA per
comandare un attuatore regolabile in corrente (esempio inverter+motore)
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Sensori ed Attuatori
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Per Sensore possiamo intendere ogni elemento applicato ad un
ingresso del PLC. Si può dire che si tratta di LEGGERE un valore sia
esso digitale o analogico. Dunque sensori possono essere: interruttori,
finecorsa, proximity, sensori di pressione, temperatura, ecc.
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Per Attuatore possiamo intendere ogni elemento applicato ad una
uscita del PLC. Si può dire che si tratta di COMANDARE una azione
e possono avere bisogno di un comando digitale o analogico. Dunque
attuatori possono essere: relé, contattori, elettrovalvole, gruppi
inverter+motore, ecc.
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Logica PNP e NPN
• I nomi di logica PNP e NPN provengono dai due tipi
principali di transistor usati in elettronica:
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PNP: Logica Positiva
• Logica PNP negli ingressi:
– Ingresso attivo (livello logico 1) applicando la tensione di
alimentazione (24VDC).
– Ingresso non attivo (livello logico 0) se non si collega l’ingresso
oppure viene collegato allo 0VDC.
• Logica PNP nelle uscite:
– Uscita attiva (livello logico 1) quando fornisce la tensione di
alimentazione (24VDC).
– Uscita non attiva (livello logico 0) quando fornisce lo zero volts
della tensione di alimentazione (0VDC).
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NPN: Logica Negativa
• Logica NPN negli ingressi:
– Ingresso attivo (livello logico 1) applicando lo zero volts della
tensione di alimentazione (0VDC).
– Ingresso non attivo (livello logico 0) se non si collega l’ingresso
oppure viene collegato al positivo dell’alimentazione (24VDC).
• Logica NPN nelle uscite:
– Uscita attiva (livello logico 1) quando fornisce lo zero volts della
tensione di alimentazione (0VDC).
– Uscita non attiva (livello logico 0) quando fornisce la tensione di
alimentazione (24VDC).
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Ingressi con Logica Positiva
• La logica Positiva è la più usata negli ingressi per un
semplice motivo: Una deviazione involontaria di un
ingresso a massa (0VDC) può provocare un cortocircuito
e di conseguenza la fermata della macchina ma la
macchina non eseguirà nessun movimento involontario.
• Invece una deviazione involontaria di un ingresso a massa
(0VDC) in una logica Negativa potrebbe provocare un
movimento involontario della macchina.
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Esempi di cablaggio 1
• Ingressi con logica Positiva e Negativa:
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Esempi di cablaggio 2
• Uscite a Transistor con logica Positiva:
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Esempi di cablaggio 3
• Uscite a Relé con cablaggio in logica Positiva:
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Da notare
• In un cablaggio con logica Positiva agli ingressi
il comune dei Sensori va collegato al Positivo.
• In un cablaggio con logica Positiva alle uscite il
comune degli Attuatori va collegato al Negativo.
• Il contrario succede in un cablaggio con logica
Negativa.
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Linguaggi di programmazione
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I tre tipi di linguaggi più usati per programmare il PLC sono:
– AWL o Lista di Istruzioni: E’ un linguaggio scritto simile all’Assembler
(linguaggio di programmazione dei microprocessori)
– KOP o Ladder o LD o a Contatti: E’ un linguaggio grafico di facile
utilizzo pensato per quelli che provengono dal mondo elettrotecnico.
– FUP o FB o Blocchi Funzionali: E’ un linguaggio grafico pensato per
quelli che provengono dal mondo elettronico.
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AWL, KOP, FUP
• Le sigle AWL, KOP e FUP vengono dal tedesco:
– AWL AnWeisungsListe: Lista di Istruzioni
– KOP KOntaktPlan: Squema a contatti
– FUP FUnktionsPlan: Squema a Funzioni (Blocchi funzionali)
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Lista di Istruzioni
• Scrivere un programma in lista di istruzioni permette la
massima flessibilità per ottenere il massimo dal PLC, ma
non è il più intuitivo. Esempio di programma in lista di
istruzioni:
LD E0.0
AND E0.1
OUT A0.0
(Carica lo stato dell’ingresso E0.0)
(Fa la somma logica con l’ingresso E0.1)
(Il risultato attiva l’uscita A0.0)
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A Contatti
• Scrivere un programma in linguaggio a contatti è molto
semplice ed intuitivo. E’ stato pensato per quelli che
provengono dal mondo dell’elettrotecnica. Lo stesso
esempio precendente diventerà:
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A Blocchi Funzionali
• Il linguaggio a Blocchi Funzionali è anche semplice ed
intuitivo ma pensato per quelli che provengono dal
mondo dell’elettronica. Lo stesso esempio precedente
sarà:
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Altri linguaggi
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Un altro tipo di linguaggio più evoluto e pensato per quelli che
provengono dal mondo della programmazione pura è il Testo
Strutturato. In pratica è molto simile al linguaggio C o altri linguaggi
di alto livello.
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Anche se fondamentalmente questi linguaggi sono uguali per tutte le
marche di PLC, nella pratica ogni marca usa uno proprio. Nel
tentativo di stabilire uno standard unico si sono stabilite delle
normative al riguardo per facilitare la comprensione dei programmi
tra programmatori di diverse marche di PLC. Così sono nati i
linguaggi Grafcet, SFC, ecc.
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Esempio pratico
• Andiamo a vedere adesso un esempio pratico:
L’avviamento Stella-Triangolo di un normale motore
trifase.
• Innanzitutto vediamo come sarebbe lo schema elettrico.
Le tre pagine successive sono lo schema elettrico con la
parte di potenza, ausiliari con relé e ausiliari con PLC.
• Lo schema elettrico di potenza rimane invariato sia che
realizziamo lo schema a relé sia con il PLC.
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Sviluppo del programma
• Una volta disegnato lo schema elettrico passiamo
all’elenco degli ingressi, delle uscite e degli elementi che
ci servono:
Ingressi
Uscite
E1.0 = Termico motore
E1.1 = Pulsante STOP
E1.2 = Pulante START
A1.0 = Contattore Principale
A1.1 = Contattore Stella
A1.2 = Contattore Triangolo
T1 = Temporizzatore 1
M1 = Avvio motore
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Programma a Contatti
• Questo potrebbe essere il programma per
l’avviamento Stella-Triangolo:
Attenzione !!! Questo programma ha soltanto uno scopo didattico e non può essere
considerato adatto alla realizzazione pratica di un avviamento stella-triangolo.
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Domande e Risposte
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by Manuel Castillo
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