PLC Vantaggi dei PLC

Wind Telecomunicazioni S.p.A.

IntroduzioneTipologie di Processi da Controllare in Ambito IndustrialeControllo a Ciclo Chiuso.RiferimentoStrategia dicontrolloAttuatoriProcessoSensori

IntroduzioneSistema AutomatizzatodisturbiPROCESSO FISICOmaterialimaterialienergiasensoriattuatorienergiainformazioniinformazioniinformazioniSISTEMA DI CONTROLLOinformazioni

IntroduzioneSistema AutomatizzatodisturbiPROCESSO FISICOmaterialimaterialienergiasensoriattuatorienergiainformazioniinformazioniinformazioniSistema di controlloinformazioni

IntroduzioneSistema AutomatizzatodisturbiPROCESSO FISICOmaterialimaterialienergiasensoriattuatorienergiaricezioneinformazioniinformazioniproduzioneIl processo fisico è un insieme dioperazioni che agiscono su entitàappartenenti al mondo fisicocambiandone alcune caratteristiche

IntroduzioneSistema AutomatizzatodisturbiPROCESSO FISICOmaterialimaterialienergiasensoriattuatorienergiainformazioniinformazioniinformazioniSISTEMA DI CONTROLLOinformazioni

IntroduzioneSistema AutomatizzatoricezioneIl sistema di controllo riceve informazionisullo stato del processo tramite i sensori,le elabora secondo algoritmi specificati,invia agli attuatori informazioni circa leazioni da mettere in attoproduzioneinformazioniinformazioniinformazioniSISTEMA DI CONTROLLOinformazioni

IntroduzioneTipologie di Processi da Controllare in Ambito IndustrialeDispositivi di Controllo ClassiciMonitoraggio: utilizzo di display, di segnalatori di allarme e logica digitaleSequenziamento: utilizzo di sistemi basati su relay, insieme a logica digitale, timers,contatoriC t ll Ci l Chi i i di ll i (PID) b i lifi i DCControllo a Ciclo Chiuso: sistemi di controllori (PID) basati su amplificatori DC osu sistemi pneumatici (ambiente esplosivi)

IntroduzioneTipologie di Processi da Controllare in Ambito IndustrialeDispositivi di Controllo Basati su Elaboratori1. Vantaggio dell'uso di Elaboratori1.a Flessibilità, Riusabilità, Costo2. Limiti dell'uso di computer tradizionali (PC)2.a Schedulazione real-time (esigenze temporali dell'ordine del ms)2.b Ambiente industriale ostile all’uomo: range di temperatura molto ampio,sporcizia, polvere ( 1)2.c Presenza di forti campi elettromagnetici, disturbi elettrici ( 1)2.d Alimentazione soggetta a forti variazioni di tensione ocorrente ( 1 )…….Nota(1): Limiti superati dai PC industriali, più avanti si introdurranno i P.LC.

IntroduzioneTipologie di Processi da Controllare in Ambito IndustrialeDispositivi di Controllo Basati su Elaboratori2. Limitiiti dell'uso di computer tradizionali i (PC)2.e Flusso informativo I/O: Tipologia (A/D), Quantità, Livelli ditensione particolari (24 DC-digitale, 0-10 V, 4-20 mA analogico)Schedulazione real-time (esigenze temporali dell'ordine del ms)2.f Necessità di ripristinare lo stato corrente immediatamente allariaccensione dopo la mancanza di alimentazione (problemi relativi aSistema operativo, stato dei registri e variabili)2.g Linguaggi di programmazione molto lontani dai sistemibasati su relay2.h Monitoring on-line2.i Calcolo non orientato al bitNota(1): Limiti superati dai PC industriali, più avanti si introdurranno i P.LC.

IntroduzioneTipologie di Processi da Controllare in Ambito IndustrialeDispositivi di Controllo Basati su Elaboratori3. Vantaggio dell'uso di PLC3.1 Possiede tutte le caratteristiche precedenti !!!Di seguito entreremo nel dettaglio di una famiglia diP.L.C.: Siemens S7 xxx

P.L.C.Definizione non rigorosa di P.L.C.Un controllore a logica programmabile, più familiarmente P.L.C., è un computer moltosemplice che realizza funzioni di controllo di vari livelli di complessità.

P.L.C.Definizione Standard IEC6113-1 di P.L.C.La norma CEI 65-23, corrispondente alla norma EN 61131-1 ed alla pubblicazione IEC1131-1, all’art. 2.50 definisce PLC nel seguente modo:“ Sistema elettronico a funzionamento digitale, destinato all’uso in ambito industriale, cheutilizza una memoria programmabile per l’archiviazione interna di istruzioni orientateall’utilizzatore per l’implementazione di funzioni specifiche, come quelle logiche, disequenziamento, di temporizzazione, di conteggio e di calcolo aritmetico per controllare,mediante ingressi ed uscite sia anologiche che digitali, vari tipi di macchine e processi.Sia il controllore programmabile che le periferiche associate sono stati progettati inmodo da poter essere facilmente integrati in un sistema di controllo industriale edutilizzati in tutte le funzioni previste ”

P.L.C.Evoluzione dei P.L.C.I P.L.C. fecero la loro comparsa verso la fine degli anni ’60 nelle industrieautomobilistiche. Una loro pecca iniziale fu quella della cablatura e delle revisionidei quadri elettrici, molto onerosi in termini di tempo e costi. Negli anni ’70, laprocedura di programmazione mediante tastiera sostituì l’operazione di cablaggio,così i nuovi PLC riducevano i tempi di fermo ad una manciata di settimane !P.L.C. dellaALLEN BRADLEY

P.L.C.Evoluzione dei P.L.C.Negli anni ’70-’80, venne ulteriormente semplificata laprogrammazione, anche grazie all’introduzione dei chip daparte di Motorola (4040)-(8088), su architettura Intel ladiffussione dei sistemi PLC incrementò esponenzialmente.Questo grazie a industrie elettriche come SIEMENS,OMRON, ALLEN BRADLEY, ed elettroniche come laMOTOROLA.1985 PLC OMRONper controllo di una pressaMontedisonCosto 135.000.000 Lire

P.L.C.Oggi i P.L.C.Oggi i sistemi PLC, godono di “ottima salute”, il mercato è incontinua crescita si stima un giro d’affari di oltre 1500miliardi di Euro. Il settore industriale è in affannosaricerca di personale altamente qualificato!2007 PLC SIMENSper controllo intera filieraproduttivaMontedisonCosto 42.000 Euro

P.L.C.Oggi i P.L.C.La modularità

P.L.C.Oggi i P.L.C.La cablatura

P.L.C.Vantaggi dei P.L.C.FlessibilitàIn passato, ciascuna macchina produttiva automatica richiedeva il suosistema di controllo fatto di componenti elettromeccanici progettati perquel tipo di macchina. Avere 10 macchine significava avere 10 differentitipi di quadri di controllo!Oggi è possibile trovare lo stesso modelli PLC per l’automazione diciascuna delle 10 macchine e, sostanzialmente, lo stesso tipo diquadro elettrico. Cosa importante, ognuna delle 10 macchinecontrollate dal PLC, avrà il suo programma di automazione distintodalle altre.

P.L.C.Vantaggi dei P.L.C.Facile gestione dei cambiamenti e correzione degli erroriCon un quadro elettrico a relè, ciscun tipo di variazione o modifica delciclo di lavoro comporta un nuovo cablaggio di tutto il circuitoQuando viene effettuata una modifica ad un PLC, il programmaviene modificato attraverso una tastiera in pochi minuti, in quantonessun nuovo cablaggio, in genere, è necessario. In presenza dierrori nel programma, la correzione viene effettuata in tempi brevi.

P.L.C.Vantaggi dei P.L.C.Grande numero di contattiUn PLC ha un grande numero di contatti per ciscun “relè”, disponibilenel suo programma. Se un relè in un quadro elettrico ha quattro contattitutti utilizzati, i quando è necessaria una modifica che comporta l’utilizzodi altri tre contatti dello stesso relè è necessario installare un nuovo relèin parallelo o un nuovo blocco di contatti…..perdita di tempo e costiaggiuntivi!Usando un PLC è sufficiente digitare semplicemente sulla tastiera larichiesta di tre nuovi contatti e, in questo modo, i nuovi contattisaranno immediatamente disponibili

P.L.C.Vantaggi dei P.L.C.Bassi costiLa tecnologia rende disponibili un maggior numero di funzioni insistemi più piccoli e meno costosiOggi è possibile acquistare un PLC con numerosi relè, timer,contatori ed altre funzioni anche a meno di 150 Euro

P.L.C.Vantaggi dei P.L.C.Prova di esecuzioneI sistemi cablati a relè possono essere provati solo sul posto, ovvero inmodalità (stand-by)Un circuito di controllo con PLC può essere provato e testato inufficio o in officina mediante un simulatoreEsempio di simulatore Siemens

P.L.C.Vantaggi dei P.L.C.Osservazione del funzionamentoLe operazioni eseguite da un PLC possono essere osservate su unmonitor durante l’esecuzione. Molti problemi possono essere risoltisemplicemente osservando cosa avviene durante l’esecuzione.Inoltre è possibile abbinare dei messaggi sullo schermo in relazioneai malfunzionamenti riscontrati nel sistema controllato (ad esempio:il motore N°23 si è fermato per sovraccarico, la torre di condensaN°3 ha superato la temperatura max. di esercizio).Pannello di controllo sinottico Siemens

P.L.C.Vantaggi dei P.L.C.Esempio di Monitor Controll su temperature di esercizio motori su filiera di pressofusione

P.L.C.Vantaggi dei P.L.C.Velocità nelle operazioniI relè possono richiedere un tempo inaccettabile per attuare una certaoperazioneLa velocità di operazione di un PLC è elevata. Tale velocità nel PLCpè determinata dal tempo di scansione (in genere misurato inmillisecondi)

P.L.C.Vantaggi dei P.L.C.Programmazione graficaIl PLC può essere programmato nel linguaggio LADDER (acontatti) da un elettricista o da un tecnico.Semplicità nell’ approvvigionamentoNello sviluppare un quadro elettrico potreste avere 30 tipi differenti direlè e di timer acquistati , ad esempio, da 15 differenti fornitori.Ottenere le parti in tempo significa avere diverse date di consegna edisponibilità!Con un PLC voi avete un solo prodotto ed una sola data di consegnaprecisa!!ConunPLC, uno o più relè sono sempre disponibili e nonvi sono i vincoli dovuti al limitato numero di contatti disponibili.

P.L.C.Vantaggi dei P.L.C.DocumentazioneÈ sempre disponibile ottenere in pochi minuti una stampa delprogramma di automazione memorizzato nel PLC.Facilità di riprogrammazioneIl PLC può essere riprogrammato velocemente adeguandolo alleIl PLC può essere riprogrammato velocemente, adeguandolo allenecessità della produzione.

P.L.C.Svantaggi dei P.L.C.In alcuni casi le automazioni realizzate con la logica cablata tradizionale, concaratteristiche ben definite difficilmente modificabili, evidenziano alcunisvantaggi nella loro sostituzione. Gli svantaggi nell’impiego di uncontrolllore programmabile possono essere riassunti nei seguenti punti.Nuove tecnologieInizialmente, come tutte le tecnologie informatiche, è difficile convertirealcuni modi di pensare personali basati e consolidati sul cablaggio e sui relèConsiderazioni ambientaliAlcune condizioni ambientali di processo, come l’alta temperatura, lep , p ,vibrazioni, interferiscono con i dispositivi elettronici nei PLC e ne lmitanol’uso. Un PLC è più sensibilie ai disturbi elettromagnetici

P.L.C.Svantaggi dei P.L.C.Applicazioni fisseAlcune applicazioni hanno un’unica funzione. Non è conveniente usare lemolteplici capacità di programmazione dei PLC se queste non sononecessarieUn PLC è molto più efficientequando vengono effettuati periodicicambiamenti!!!

P.L.C.Confronto tra logica elettromeccanica e PLCCaratteristicheTipoELETTROMECCANICOP. L.C.Entità del cablaggio Elevata RidottaPossibilità di modifichePossibilità di operazionimatematicheDisponibilità di contatorie temporizzatorit iAffidabilitàCompatibilitàelettromagneticaResistenza alle corrosioniambientaliUsuraSolo con modifiche delcablaggioNessunaPossibile mediante aggiunteBuonaBuonaBuona tranne che in ambientipolverosi o corrosiviSi manifesta solo dopo alcunedecine di milioni di manovreAgevole,modificando ilprogrammaSiSiBuona con esclusionedegli arresti di emergenzaAbbastanza BuonaBuona, tranne che inambienti corrosiviNulla (tranne le uscite a relè)

P.L.C.Affidabilità e sicurezza nei sistemi a logica programmataLa Norma EN 60204-1 all’art. 9.2.5.4, prescrivono che i comandi di arresto di emergenzasiano realizzati esclusivamente con i dispositivi elettromeccanici cablati e mediante contatti diinterruzione: lo stesso dicasi nel caso di finecorsa il cui funzionamento sia particolarmenteimportante ai finii dll della sicurezza.I comandi di marcia e di arresto normali possono essere effettuati tramite PLC; ècomunque preferibile che i comandi di arresto siano effettuati in logica positiva, e cioèl’arresto avvenga interrompendo il collegamento o togliendo tensione, in modo cheun’eventuale interruzione del collegamento stesso, od un contatto verso massa, abbiamocome effetto l’arresto del funzionamento.

P.L.C.Hardware, componenti di un P.L.C.Un sistema PLC essenzialmente si compone di:Unità Centrale di Processo CPUModuli di Input/Output (I/O)Personal ComputerProgrammatoreUnità di Storage

P.L.C.Hardware, componenti di un P.L.C.Fibra ottica - Cavo Twisted - Cavo coassialeinputoutputCPUinputOutputtEspansioni remoteProgrammatoreVerso gli input Verso gli outputP.C.StampanteVerso i sensori Verso i relè, motoriModuli di I/OMemoriadi massa

P.L.C.Central Processing UnitPLC ABB Mod. 581La CPU è il cuore del PLC. Nella memoria della CPU viene memorizzato ilprogramma per realizzare tutte le funzioni richieste per l’automazione di unprocessoAd alcune CPU possono essere aggiunte, successivamente alla messa inservizio, delle memorie addizionali. Le CPU contengono delle batterie al litioPer operare nell’ambito dell’automazione di fabbrica, bisogna saper valutarele necessità presenti e future in modo tale da scegliere la più opportuna tagliadi memoria del sistemaTttele Tutte CPU hanno degli switch, alcuni delle quali richiedono una chiave perimpedire alla persone non autorizzate l’interruzione o l’avvio di un processo

P.L.C.Central Processing UnitPLC ABB Mod. 581Puòessereimpeditalamodificadegliswitchancheattraversolamodificadelprogramma operativo. Tipici switch sono i seguenti:OffRunIl sistema non può essere avviato o programmatoAl sistema è permesso di lavorare, ma non si possono eseguiremodifiche al programmaProgramIl sistema non può lavorare, ma può essere programmato omodificatoRun/ProgramIl programma può lavorare e si possono fare modifiche alprogramma in esecuzione …. Attenzione!!!

P.L.C.ProgrammatoreGeneralmente i dispositivi di programmazione si dividono in due famiglie:quelli con lo schermo grande e quelli con un piccolo visualizzatoreSiemens Simantic Panel Mod. 93ewSiemens SKPC Mod. D600Dopo aver programmato la CPU, il programmatore puòessere scollegato dalla CPU

P.L.C.Moduli di Input e OutputI moduli dlididi INPUT ricevono iI moduli dlididi OUTPUTsegnali dei dispositivi in campoprovvedono ad abilitare i motori,quali i finecorsa, gli interruttorile valvole e gli altri attuatori didi posizione i sensoricampoC.P.U.Terminali dei moduliInput/OutputBUS su guidaTrasformatori di correnteSistema P.L.C. Rack

P.L.C.Moduli di Input e OutputModuli discreti (digitali) e analogiciGli input e gli output nei moduli digitali possono essere di tipo discreto,ossia on oppure off. Sono disponibili anche moduli analogici chelavorano con segnali variabili come, per esempio la temperatura, lapressione.Modulo per il controllo dei sensoriModulo per il controllo dei sensoridi temperatura ambientale, presentinelle sale POP di trasmissione

P.L.C.Il μprocessoreCPUE’ quella parte della CPU che riceve, analizza,elabora ed invia le informazioni necessarie pereseguire il programma di controlloMEMORIA FISSAFIRMWAREMEMORIA VOLATILE CONTROLLORE CLOCKFlusso delleinformazioni in unP.L.C.CONTROLLO ERRORISTATO INPUTELABORAZIONEPROGRAMMASTATO OUTPUTSCAMBIO DATIMODULI INPUT MODULI OUTPUT ALTRI P.L.C.

P.L.C.Cicli di scansioneUn programma memorizzato nella memoria del PLC viene eseguita in modo ciclico, denominatociclo il di scansione. Durante un ciclo il di scansione il PLC esegue queste azioni:iLegge gli ingressiEsegue il programma utenteElabora le richieste di comunicazioneEffettua l’autodiagnosiScrive i valori nelle usciteUn ciclo di scansioneTempo di esecuzione (ms)

P.L.C.Modularità

P.L.C.Modularità

P.L.C.Sistema di controllo cdz sala pop wind

P.L.C.Cablaggio

P.L.C.Programmazione dei P.L.C.Lo Standard IEC 61131• La International Electrotechnical Commission IEC istituisce nel 1988diverse Task Force per elaborare uno standard per i controlloriprogrammabili• Nel 1992 viene emesso il documento IEC 1131, diviso in cinque parti:– Parte 1: Definizioni generali– Parte 2: Hardware– Parte 3: Linguaggi di programmazione– Parte 4: Linee guida per l’utente– Parte 5: Comunicazioni• Nel 1993 le prime tre parti diventano Standard InternazionaliNel 1993 le prime tre parti diventano Standard Internazionali(aggiungendo un 6 a 1131)

P.L.C.Programmazione dei P.L.C.Lo Standard IEC 61131• La parte terza dello Standard, IEC 61131-3, definisce:– Elementi comuni per la configurazione delle applicazioni, la dichiarazione divariabili, la strutturazione dei programmi.– Quattro linguaggii di programmazione, due di tipo grafico e due di tipotestuali.– Funzioni e blocchi funzionali standard, per definire un set minimo dioperazioni di conteggio, temporizzazione, elaborazioni matematiche,conversioni di tipo ecc...

P.L.C.Programmazione dei P.L.C.Lo Standard IEC 61131Linguaggi di programmazioneSintassi TestualeSintassi GraficaInstruction List LSStructured Text, STFunction Block Diagram, FBDLadder Diagram, LD

P.L.C.Ladder Diagram• Linguaggio grafico definito secondo lo stile del metodo di programmazione diPLC maggiormente diffuso nel mondo: la logica ladder o linguaggio a contatti• Formalismo di successo per motivi storici: significato istruzione ladder ,funzionamento quadri elettromeccanici a bobine e relè.• Rappresentazione grafica di flusso virtuale it di corrente tra due barre dipotenziale:– Passa corrente ) valore logico TRUE– Non passa corrente ) valore logico FALSE

P.L.C.Linguaggio Ladder: contatti-| |- Contatto normalmente apertoLa corrente scorre solamente se il valore della variabile booleana indicata da -| |-è vero.-|/|- Contatto normalmente chiusoLa corrente scorre solamente se il valore della variabile booleana indicata da -|/|èfalso.-|P|- Contatto rilevatore di fronti di salitaLa corrente scorre solamente se il valore della variabile booleana indicata da -|P|-è passato daunvalore fl falso nella scansione precedente dl del programma ad un valorevero in quella attuale.-|N|- Contatto rilevatore di fronte di discesaLa corrente scorre solamente se il valore della variabile booleana indicata da -|N|èpassato da un valore vero nella scansione precedente del programma ad un valorefalso in quella attuale.

P.L.C.Linguaggio Ladder: bobine I-( )- BobinaLa variabile booleana -( )- assume valore vero (per la sola durata della scansionecorrente del programma), se l’espressione booleana a sinistra della bobina havalore vero-(/)- Bobina negataLa variabile booleana -(/)- assume valore falso (per la sola durata della scansionecorrente del programma), se l’espressione booleana a sinistra della bobina havalore vero.-(S)- Bobina con ritenutaLa variabile booleana -(S)- assume valore vero (e lo mantiene fino ad un esplicitoreset), se l’espressione booleana a sinistra della bobina ha valore vero.-(R)- Bobina con ritenuta t negataLa variabile booleana -(R)- assume valore falso, se l’espressione booleana asinistra della bobina ha valore vero

P.L.C.Linguaggio Ladder: bobine II-(P)- Bobina per fronti di salitaSe l’espressione booleana a sinistra della bobina passa da un valore falso nellaprecedente scansione del programma ad un valore vero in quella attuale la variabilebooleana -(P)- assume valore vero (solo per la durata della scansione corrente).-(N)- Bobina per fronti di discesaSe l’espressione booleana a sinistra della bobina passa da un valore vero nellaprecedente scansione del programma ad un valore falso in quella attuale lavariabile booleana -(N)- assume valore vero (solo per la durata della scansionecorrente).

P.L.C.Linguaggio Ladder: diagrammaUn diagramma a relè consiste di una barra verticale posta sul lato sinistro (chiamata “bus”) e di uninsieme di diramazioni orizzontali (chiamate ”righe circuitali”) che partono dalla linea verticale.Sulle righe circuitali vengono posti i vari contatti che si collegano alla parte destra. Lacombinazione logica di questi contatti determina quando e come le istruzioni poste a destradevono essere eseguite.

P.L.C.Ladder Diagram: esempio

P.L.C.Linguaggio Ladder: diagrammaE' necessario ricordare che:• ogni riga deve terminare con la bobina di un relè, di un temporizzatore/contatoreo con un blocco funzionale (istruzione speciale);• a differenza degli schemi elettrici, nei diagrammi a relè non è semprenecessario disegnare la barra destra;• il numero dei contatti in serie o in parallelo utilizzabili su una riga circuitale èspesso limitato. it t

P.L.C.Linguaggio Ladder: diagrammaTrasformare funzioni di controllo espresse sotto forma di diagramma a relè nel linguaggio utilizzabiledal PLC• Gli indirizzi sono delle posizioni di memoria nelle quali si possonoregistrare istruzioni o dati.• Le istruzioni servono per spiegare al PLC che cosa deve fare,utilizzando i dati da cui sono seguite

P.L.C.Linguaggio Ladder: operazioni logiche binarie

P.L.C.Linguaggio Ladder: Esempio

P.L.C.Linguaggio Ladder: Esempio

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P.L.C.Siemens LogoIl SIMATIC® S7-300® è il controllore più venduto nell'ambito di Totally Integrated Automation,il cui successo è attestato da molte applicazioni di referenza in tutto il mondo nei più svariatisettori industriali. Gli utenti dell'S7-300 traggono quindi vantaggio dall'esperienza e dal servicemondiale del leader di mercato nonché dalla qualità del SIMATIC.Campi d’impiego del Simatic S7-300Il SIMATIC S7-300 offre soluzioni per i più svariati compiti di automazione nei seguentisettori:· Tecnica manifatturiera· Industria automobilistica· Costruzione di macchine in genere· Costruzione di macchine speciali· Costruzione di macchine standard· Lavorazione della plastica· Industria del confezionamento· Industria alimentare e dei generi voluttuari· Tecnica di processoLa programmazione dell’S7-300 si effettua con il software di base STEP 7. È così possibile sfruttareappieno, in modo facile e comodo, la potenza di questo PLC. Gli strumenti software comprendono lefunzioni necessarie per tutte le fasi di sviluppo di un progetto di automazione, dalla progettazione finoalla messa in servizio, al test ed al service.

P.L.C.Siemens LogoSIMATIC ManagerIl SIMATIC Manager è il software che gestisce i dati appartenenti a un progetto di automazione,indipendentemente dal sistema di destinazione per cui sono realizzati (S7/M7/C7). Le applicazioninecessarie per la modifica dei dati prescelti vengono avviate automaticamente dal SIMATICManager.

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P.L.C.Grazie per la cortese attenzione!