Programmable Logic Controller
Ing. Stefano MAGGI
CONTROLLO DI UN PROCESSO
Schema a blocchi
PROCESSO
DA
CONTROLLARE
ORGANI DI
COMANDO
ORGANI DI
RILEVAMENTO
CONTROLLORE
DISPOSITIVO
DI DIALOGO
CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE
CONTROLLO DI UN PROCESSO
Il controllo di un processo avviene
attraverso quattro fasi




RILEVAMENTO
ELABORAZIONE
COMANDO
COLLOQUIO
CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE
CONTROLLO DI UN PROCESSO
RILEVAMENTO
PROCESSO
DA
CONTROLLARE
ORGANI DI
COMANDO
ORGANI DI
RILEVAMENTO
CONTROLLORE
DISPOSITIVO
DI DIALOGO
Avviene attraverso gli
Organi di Rilevamento.
Essi rilevano lo stato del
processo da controllare
ed inviano i conseguenti
segnali al controllore.
CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE
CONTROLLO DI UN PROCESSO
ELABORAZIONE
PROCESSO
DA
CONTROLLARE
ORGANI DI
COMANDO
ORGANI DI
RILEVAMENTO
CONTROLLORE
DISPOSITIVO
DI DIALOGO
Avviene attraverso il
Controllore.
Esso è l’unità di governo
(il “cervello”) del sistema di
controllo: elabora i segnali
provenienti dagli organi di
rilevamento.
CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE
CONTROLLO DI UN PROCESSO
COMANDO
PROCESSO
DA
CONTROLLARE
ORGANI DI
COMANDO
ORGANI DI
RILEVAMENTO
CONTROLLORE
DISPOSITIVO
DI DIALOGO
Avviene attraverso gli
Organi di Comando.
Essi ricevono dal
controllore i risultati
dell’elaborazione
ed inviano al processo
i segnali per eseguire
le conseguenti azioni.
CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE
CONTROLLO DI UN PROCESSO
COLLOQUIO
PROCESSO
DA
CONTROLLARE
ORGANI DI
COMANDO
ORGANI DI
RILEVAMENTO
CONTROLLORE
DISPOSITIVO
DI DIALOGO
Avviene attraverso il
Dispositivo di Dialogo.
Esso permette di
dialogare con il processo:
di ricevere informazioni
sul suo svolgimento e di
impartire ordini.
CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE
CONTROLLORE
Il controllo di un processo può essere
effettuato con due tipi di controllori
 A LOGICA CABLATA
 A LOGICA PROGRAMMABILE
CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE
CONTROLLORE
A LOGICA CABLATA
È costituito da un sistema in cui le funzioni
decisionali si ottengono collegando fisicamente
(cioè in hardware) più componenti, sia di tipo
tradizionale (pulsanti, sensori, relè, contattori,
ecc.), sia di tipo statico (transistor, circuiti
integrati, ecc.).
Il sistema è costituto da circuiti ben definiti e
quindi difficilmente modificabili; qualunque
modifica alla logica comporta il cambiamento di
intere aree di cablaggio.
CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE
ESEMPIO DI LOGICA CABLATA
(marcia - arresto di un motore)
CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE
CONTROLLORE
A LOGICA PROGRAMMABILE
È costituito da un sistema nel quale le
funzioni decisionali si ottengono mediante un
“programma logico” (cioè mediante software)
scritto dall’operatore e memorizzato in
appositi circuiti (memorie).
I cambiamenti alla logica si possono
effettuare rapidamente, modificando
semplicemente il programma.
Non è necessario intervenire sull’hardware.
CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE
CONTROLLORE
A LOGICA PROGRAMMABILE
L’apparecchiatura che consente di
eseguire il controllo di un processo
mediante la logica programmabile è il
PLC
“Programmable Logic Controller”
“Controllore a Logica Programmabile”
CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE
PLC
(“SERIE UNO” - CGE General Electric)
CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE
ESEMPIO DI LOGICA
PROGRAMMABILE
(marcia - arresto di un motore)
CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE
DA LOGICA CABLATA
A LOGICA PROGRAMMABILE
(marcia - arresto di un motore)
LOGICA CABLATA
LOGICA PROGRAMMABILE
CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE
UN PO’ DI STORIA….
La nascita dei PLC risale ai primi anni settanta
sotto l’impulso dell’industria automobilistica
(specialmente General Motor) che avvertiva il
bisogno di automatizzare i propri impianti in
modo rapido e flessibile.
Da allora i PLC hanno esteso il loro campo di
applicazione in molti altri settori e sono
diventati l’elemento base della fabbrica
automatica.
Il rapido e crescente sviluppo è stato
determinato dalla loro caratteristica peculiare:
la FLESSIBILITÀ
CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE
VANTAGGI DEL PLC RISPETTO
ALLA LOGICA CABLATA

Apparecchiatura modulare
 Massima flessibilità
 Migliore affidabilità
 Competitività economica
 Facilità nella ricerca guasti
 Prova e messa a punto del processo
 Possibilità di riutilizzo
CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE
APPARECCHIATURA MODULARE
Il PLC è costituto, in genere, da elementi
modulari componibili: si può partire con
una configurazione base minima per poi
ampliarla, aggiungendo nuovi moduli, se
le future esigenze lo richiederanno.
CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE
MASSIMA FLESSIBILITÀ
È possibile fare modifiche o rifacimenti al
funzionamento del processo senza
rimozione del cablaggio.
Basta semplicemente modificare il
programma.
CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE
MIGLIORE AFFIDABILITÀ
Il PLC è completamente statico e
realizzato con componenti integrati.
Ne deriva un’ottima affidabilità ed una
elevata sicurezza di funzionamento.
CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE
COMPETITIVITÀ ECONOMICA
Con il PLC si riducono i tempi di
progettazione, di messa a punto e di
cablaggio, specialmente quando il
processo da controllare è complesso.
CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE
FACILITÀ NELLA RICERCA
GUASTI
Con il PLC sono rese più facili le
operazioni di diagnostica e ricerca guasti,
con possibilità di visualizzazione su
terminale video e/o stampa su carta.
CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE
PROVA E MESSA A PUNTO
DEL PROCESSO
Il funzionamento logico del processo può
essere provato e messo a punto in fase di
stesura del programma, senza che il PLC
debba essere collegato all’impianto al
quale è destinato: ciò può essere fatto
mediante la “simulazione”.
CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE
POSSIBILITÀ DI RIUTILIZZO
In caso di eliminazione dei macchinari, il
PLC è ancora riutilizzabile e disponibile
per altre applicazioni.
CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE
ARCHITETTURA DI UN PLC
CONTROLLORE A LOGICA PROGRAMMABILE
MEMORIA
CENTRALE
(UTENTE)
SEGNALI
DAL
PROCESSO
MODULI DI
INGRESSO
UNITÀ DI
PROGRAMMAZIONE
MEMORIA
SISTEMA
OPERATIVO
CPU
SISTEMA DI
VISUALIZZAZIONE
MODULI DI
USCITA
STAMPANTE
INTERFACCIA OPERATORE - CONTROLLORE
CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE
SEGNALI
VERSO IL
PROCESSO
CPU (Central Processing Unit)
È il cervello del sistema. È costituita da un
microprocessore con i relativi sistemi periferici.
Determina il funzionamento logico del PLC
attraverso le seguenti principali funzioni:
 Controlla la successione con cui le istruzioni
del programma vengono lette.
 Interpreta le istruzioni.
 Risolve le relazioni logiche fra ingressi e uscite.
Se confrontata con la logica cablata
rappresenta l’elemento che realizza
“virtualmente” i cablaggi fra ingressi e uscite.
CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE
MEMORIA CENTRALE
(Utente)
È generalmente di tipo RAM (con batteria in
tampone), ma può anche essere di tipo
PROM, EPROM, EEPROM.
Deve poter essere modificata e/o cancellata.
Contiene il programma utente che definisce il
funzionamento dello specifico processo da
controllare; serve inoltre come deposito dei
risultati parziali e/o temporanei
dell’elaborazione.
CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE
MEMORIA DEL SISTEMA
OPERATIVO
È normalmente di tipo ROM e contiene il
programma di gestione (caricato dal
costruttore del PLC) che sovrintende al
funzionamento del controllore.
A differenza della memoria centrale, il suo
contenuto è fisso e non può essere
modificato.
CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE
MODULI INPUT/OUTPUT
 MODULI DI INGRESSO
Sono interfacce che hanno lo scopo di
adattare i segnali provenienti dagli organi
esterni di rilevamento in segnali compatibili
con l’unità centrale.
 MODULI D’USCITA
Sono interfacce che hanno lo scopo di
adattare i segnali provenienti dall’unità
centrale alle tensioni e alle potenze
elettriche necessarie a pilotare gli organi di
comando usati nel processo.
CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE
MODULI INPUT/OUTPUT
Caratteristiche

Isolamento galvanico fra i segnali esterni e i
segnali interni (allo scopo di proteggere la
CPU dai disturbi elettrici esterni).
 Ampia gamma di tensioni di funzionamento
(possibilità di utilizzare dispositivi di campo
con tensioni differenti: p.e. 24, 48, 110,
220 V sia in c.c. sia in c.a.).
 Modularità e compattezza (possibilità di
montaggi e smontaggi durante gli interventi
di manutenzione senza dover rimuovere i
cablaggi).
CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE
UNITÀ DI PROGRAMMAZIONE
È il mezzo per comunicare con il PLC
attraverso precise regole sintatticogrammaticali che costituiscono il
“linguaggio di programmazione”.
Può essere una tastiera alfa-numerica
classica (di quelle usate per i computer),
oppure una tastiera dedicata con simboli
appositi (funzioni AND, OR, NOT;
contatti ON/OFF, bobine, temporizzatori,
contatori, ecc.).
CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE
SISTEMA DI VISUALIZZAZIONE
Ha lo scopo di visualizzare le istruzioni
scritte dal programmatore sulla tastiera, i
messaggi di errore, di diagnostica e di
controllo.
Può essere un display alfanumerico, oppure
un monitor. Nel caso di display è spesso un
tutt’uno con l’unità di programmazione.
Nel caso di monitor può presentare lo
schema a contatti (“ladder diagram”), tabelle
funzionali, ecc.
CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE
STAMPANTE
È il mezzo per ottenere, su carta, sia il listato
del programma nei vari linguaggi di
programmazione disponibili (con commenti,
tabelle dei riferimenti e dei registri), sia la
successione degli eventi verificatesi durante
il funzionamento del processo controllato,
come segnalazioni, allarmi, ecc.
CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE
SCANSIONE
Il termine “scansione” descrive il modo in
cui la CPU esegue i compiti che le sono
stati assegnati dal programma scritto
dall’utente.
CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE
SCANSIONE
LETTURA DEGLI INGRESSI
ESECUZIONE DEL PROGRAMMA
AGGIORNAMENTO DELLE USCITE
DIALOGO CON IL PROGRAMMATORE
AZZERAMENTO DEL WATCH DOG TIMER
CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE
LETTURA DEGLI INGRESSI
La CPU interroga tutti i dispositivi di
ingresso e registra il loro stato nella
“memoria immagine dello stato degli
ingressi”.
Lo stato degli ingressi si conserva
inalterato per un intero ciclo di
elaborazione.
CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE
ESECUZIONE DEL PROGRAMMA
La CPU, prelevando i dati dalla memoria
immagine degli ingressi, risolve le
equazioni logiche del programma.
Comincia con la prima istruzione, procede
quindi in sequenza attraverso tutte le
istruzioni successive finché raggiunge la
fine del programma.
CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE
AGGIORNAMENTO DELLE USCITE
I risultati prodotti dall’esecuzione del
programma vengono registrati nella
“memoria immagine dello stato delle
uscite”.
Solo alla fine del programma il contenuto
della memoria viene trasferito ai rispettivi
dispositivi d’uscita.
CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE
DIALOGO CON IL
PROGRAMMATORE
A questo punto dell’esecuzione del
programma viene abilitata, se collegata,
l’unità di programmazione per operare
eventuali cambiamenti nel programma
(forzature di I/O) e per aggiornare il suo
visualizzatore.
CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE
AZZERAMENTO DEL W.D.T.
Prima di effettuare una nuova scansione la
CPU effettua una diagnosi dell’hardware
interno del PLC e resetta il timer di controllo
del tempo massimo di esecuzione del
programma (“WATCH DOG TIMER”).
Se la scansione non viene completata nel
tempo massimo prestabilito dal costruttore,
significa che si è in presenza di condizioni
anomale di funzionamento.
In questo caso la CPU viene disabilitata e
tutte le uscite vengono messe a zero.
CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE
PROGRAMMAZIONE
Il PLC, per operare, ha bisogno di un
programma scritto dall’operatore e
introdotto nella sua memoria centrale
(memoria utente).
Il programma viene scritto con particolari
linguaggi appositamente studiati per i
PLC: i così detti “linguaggi dedicati”.
CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE
LINGUAGGI DI PROGRAMMAZIONE
A CONTATTI
(Ladder, KOP)
GRAFICI
A BLOCCHI FUNZIONALI
(Simbolici)
(Porte logiche, FUP)
A BLOCCHI SEQUENZIALI
LINGUAGGI
DI
PROGRAMMAZIONE
(Grafcet)
A LISTA ISTRUZIONI
(Boolean, AWL)
LETTERALI
(Alfanumerici)
EVOLUTI
(Basic, ...)
CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE
LINGUAGGI DI PROGRAMMAZIONE
Diagramma Ladder
1
2
10
10
1 = Pulsante marcia (S2)
2 = Pulsante arresto (S1)
10 = Contattore (K)
CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE
LINGUAGGI DI PROGRAMMAZIONE
Lista istruzioni
Indirizzo
Istruzione
Operando
000
STR
1
001
OR
10
002
AND NOT
003
OUT
2
10
1 = Pulsante marcia (S2)
2 = Pulsante arresto (S1)
10 = Contattore (K)
CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE
LINGUAGGI DI PROGRAMMAZIONE
Porte logiche
(S2 + K) • S1 = K
S2
1
K

S1
&
S2 = Pulsante marcia
S1 = Pulsante arresto
K = Contattore
CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE
K
LINGUAGGI DI PROGRAMMAZIONE
Grafcet
1
K
Motore
fermo
S2 = Pulsante marcia
S2
2
S1 = Pulsante arresto
K
Motore
in marcia
K = Contattore
S1
CONTROLLORI A LOGICA PROGRAMMABILE