L'industria moderna utilizza numerosi processi tecnologici estremamente complessi, che a loro volta richiedono l'impiego di sistemi di controllo estremamente avanzati e affidabili. L'aumento dell'efficienza e della competitività non può prescindere dall'automazione di molte attività. Negli ultimi anni, i controllori PLC sono diventati uno dei sistemi di controllo di base.
Il PLC (Programmable Logic Controller) è il risultato del rapido sviluppo della tecnologia dei microprocessori nel XX secolo e oggi è uno degli elementi di controllo fondamentali dei moderni processi tecnologici. Il primo PLC al mondo fu creato nel 1969 negli Stati Uniti, il Modicon 084. Questo dispositivo pesava 46 kg e aveva una memoria di programma di 4 KB. Oggi è un numero ridicolo, ma all'epoca era impressionante. I controllori logici programmabili trovarono inizialmente applicazione nell'industria automobilistica, ma ottennero rapidamente riconoscimento anche in altri settori industriali, sostituendo i sistemi di controllo a relè e i dispositivi di controllo sequenziale. Negli anni '90, non esisteva praticamente nessuna fabbrica moderna che non li utilizzasse. controllori logici programmabili PLC.
Controllori logici programmabili – Divisione
Ci sono molte cose che puoi trovare sul mercato controllori PLC di diversi produttori (ad esempio Eaton ES4P-221-DRXD1 easySafety), che offrono funzionalità diverse. Tali dispositivi possono essere suddivisi in base a diversi criteri. Uno di questi è il numero di ingressi/uscite supportati (I/O – Input/Output): grandi con supporto fino a 4096 I/O (ad esempio Eaton XC-CPU101-C256K-8DI-6DO), medi con supporto fino a 512 I/O e piccoli con supporto fino a 128 I/O. Un'altra suddivisione si basa sulle caratteristiche di progettazione. Qui si distinguono i controllori senza alloggiamento, che vengono installati all'interno di macchine e dispositivi, i controllori compatti dalle dimensioni ridotte e dall'alloggiamento semplice (ad es. Eaton EC4P-222-MTAD1), i controllori modulari sotto forma di dispositivi di medie e grandi dimensioni, in cui l'utente seleziona i moduli necessari e li installa in pannelli speciali (ad es. Schneider TSX3705028DR1) e i controllori integrati nel pannello operatore.
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Costruzione del controllore logico programmabile
Abbiamo già accennato che i controller possono differire in termini di funzionalità, parametri e alloggiamento, ma il loro design di base è costituito dagli stessi elementi:
- Caricabatterie – il più delle volte è pulsato ed è caratterizzato da un'elevata efficienza del convertitore CA/CC e da un'elevata potenza in dimensioni ridotte, può funzionare in condizioni industriali difficili ed è dotato di protezione da sovratensioni e sovraccarichi. I controllori PLC funzionano solitamente con un'alimentazione a 24 V, sebbene alcuni modelli possano anche essere collegati direttamente alla rete elettrica. Nei controllori compatti, l'alimentatore è montato all'interno dell'alloggiamento (ad esempio Eaton EC4P-221-MTAX1) o può essere un elemento separato nei controllori modulari.
- Unità di elaborazione centrale (CPU) – questo è il componente principale del controllore. Il suo compito è gestire il PLC, eseguire il programma di controllo, supportare i singoli moduli e comunicare con gli altri elementi del sistema. Il cuore della CPU è il microprocessore. I suoi parametri determinano la velocità del controllore, le capacità di comunicazione, la dimensione della memoria, il numero di variabili I/O supportate, ecc. Anche il tipo di memoria che memorizza il programma di controllo dipende dal microprocessore: RAM ad accesso casuale (ad esempio Schneider TSX3721101), EEPROM (memoria permanente di sola lettura, programmabile e cancellabile elettricamente) e FLASH EPROM (nei controllori più recenti, memoria permanente programmabile e cancellabile elettricamente).
- Moduli di ingresso digitali – circuiti di ingresso di base del controller, convertono i segnali di corrente provenienti da dispositivi esterni in segnali digitali. Possono essere alimentati in corrente alternata o continua.
- Moduli di uscita digitali – inviano segnali dal controller ai circuiti dell'oggetto controllato. Solitamente, qui sono collegate bobine di contattori e relè, che controllano il funzionamento delle macchine.
- Moduli di ingresso analogici – convertono i segnali di ingresso analogici in formato digitale, che viene letto dal processore. L'elemento più importante di questi moduli è il convertitore analogico-digitale.
- Moduli di uscita analogici – converte i valori numerici dalla memoria del controllore in segnali continui che collegano il programma in esecuzione con la macchina controllata.
- Moduli di comunicazione – interfaccia di scambio dati tra il controllore e altri dispositivi (ad esempio altri controllori, dispositivi esecutivi, dispositivi HMI, ecc.), che insieme costituiscono il sistema di controllo. I moduli di comunicazione di nuova generazione sono spesso dotati di un proprio processore, che garantisce la corretta trasmissione dei dati.
- Moduli speciali – possono essere utilizzati per estendere le funzioni dei controllori PLC, ad esempio moduli di misurazione della temperatura, contatori veloci, generatori di impulsi PWM, ecc.
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Come funziona un PLC?
Il controllore programmabile funziona, ovviamente, secondo le modalità definite dal programma utente salvato nella memoria del controllore. Si tratta di una sequenza di comandi sotto forma di algoritmo che controlla il funzionamento della macchina. Il programma di controllo viene preparato utilizzando un computer o un programmatore e quindi salvato nella memoria del controllore. Sulla base di questo programma, il microprocessore esegue le azioni appropriate.
Ogni controllore PLC funziona secondo il seguente ciclo ripetuto in un loop: inizializzazione del controllore (verifica della correttezza dei circuiti e della configurazione dei componenti), lettura dei segnali di ingresso (lettura degli ingressi fisici del controllore e loro scrittura nella memoria), esecuzione del programma (elaborazione delle istruzioni del programma di controllo, generazione dello stato di uscita e sua scrittura nella memoria), scrittura dei segnali di uscita (acquisizione dei valori dello stato di uscita e loro scrittura sulle porte di uscita fisiche del controllore), gestione della comunicazione (quando viene utilizzata la comunicazione di rete) e autodiagnosi (il controllore controlla il funzionamento dei componenti).
Come scegliere i controllori logici programmabili?
Poiché ci sono così tante diverse opzioni disponibili sul mercato controllori logici programmabili È necessario scegliere il modello più adatto alle esigenze di un determinato sistema di controllo. In questo caso, è necessario considerare diversi aspetti. Innanzitutto, è necessario considerare le specifiche di una determinata applicazione e valutare se un sistema di controllo locale o distribuito sia più vantaggioso. Nella scelta di un PLC, è necessario definire il numero e il tipo di punti di ingresso/uscita e determinare se il PLC svolgerà anche altre funzioni oltre al controllo. Vale anche la pena prestare attenzione alle interfacce di comunicazione integrate nel PLC e alle relative tipologie (ad esempio, USB, Ethernet, ecc.). Anche la facilità d'uso dell'ambiente di programmazione del PLC è importante (è preferibile scegliere un PLC che supporti i linguaggi utilizzati dagli ingegneri impiegati in azienda) e la compatibilità del PLC con i modelli di PLC già in uso. Anche il supporto tecnico del produttore è importante.
O forse un relè programmabile?
In alcuni casi potrebbe essere una scelta migliore relè programmabile invece di un controller. Va sottolineato subito che il relè ha meno funzioni disponibili rispetto a un PLC, ha un'espansione I/O e capacità di comunicazione limitate. Ciononostante, il relè programmabile ha i suoi vantaggi. Innanzitutto, è più facile da integrare in un sistema già in uso. Un relè di questo tipo può essere solitamente programmato rapidamente utilizzando la tastiera e il display integrati e il suo prezzo è inferiore a quello di un controller. Ad esempio, il relè è ideale per la formazione e l'addestramento di nuovi dipendenti. Il relè programmabile può essere utilizzato con successo in sistemi semplici con solo poche decine di ingressi/uscite, quando si desidera programmare un programma di controllo non troppo complesso. In questo modo, il costo di tale controllo sarà inferiore rispetto al caso dell'utilizzo di un controller PLC.
Controllore logico programmabile È attualmente un elemento insostituibile nei sistemi di controllo complessi che operano in impianti industriali di piccole e grandi dimensioni in tutto il mondo. Grazie ai PLC, i processi tecnologici possono essere programmati e automatizzati in modo flessibile, ottimizzando i costi di produzione.
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