programmable logic controller - prima...
TRANSCRIPT
lunedì 10 novembre 2008
Stefano MaggiMarco BassettiDipartimento di Elettrotecnica
Sistemi per l’automazione industriale
Programmable Logic
Controller
Prima Parte
Stefano Maggi – Marco Bassetti lunedì 10 novembre 2008 1
Sistemi per l’automazione industriale Programmable Logic Controller – Prima parte
Contenuti
Processi da controllare
Macchine automatiche: definizione, considerazioni,
controllo del moto
Dispositivi di controllo classici e basati su elaboratore
Definizione di PLC e sistema basato su PLC
Elementi costituenti e moduli fondamentali dei PLC
Categorie di PLC e note conclusive
Stefano Maggi – Marco Bassetti lunedì 10 novembre 2008 2
Sistemi per l’automazione industriale Programmable Logic Controller – Prima parte
Processi Continui da Controllare in Ambito Industriale
Controllo a Ciclo Chiuso.
Strategia di
controllo
Attuatori Processo
Sensori
Riferimento
Stefano Maggi – Marco Bassetti lunedì 10 novembre 2008 3
Sistemi per l’automazione industriale Programmable Logic Controller – Prima parte
La macchina automatica
Definizione: insieme di componenti meccanici,
elettrici ed elettronici assemblate secondo un ben
preciso progetto con lo scopo di raggiungere una
determinata produzione di beni o merci.
E’ un insieme complesso in cui sono presenti
numerosi sistemi di controllo che lavorano
singolarmente su sottosistemi:
•Controlli logici sequenziali per la sincronizzazione
globale delle operazioni.
•Controlli continui per il raggiungimento di
lavorazioni locali (es. controllo di livello, di moto,
ecc.)
Stefano Maggi – Marco Bassetti lunedì 10 novembre 2008 4
Sistemi per l’automazione industriale Programmable Logic Controller – Prima parte
Considerazioni
Un macchina automatica è un sistema complesso in
cui vengono eseguite operazioni discrete in
sequenza (Sistema ad Eventi Discreti).
La macchina ha un funzionamento ciclico. La
normale produzione della macchina consiste nel
continuo ripetersi di questo ciclo.
Questi sistemi ad eventi discreti vengono
controllati attraverso sequenze di controllo logico
Il controllo logico viene generalmente
implementato su controllori a logica
programmabile particolarmente semplici (PLC).
Stefano Maggi – Marco Bassetti lunedì 10 novembre 2008 5
Sistemi per l’automazione industriale Programmable Logic Controller – Prima parte
Schema del controllo di una cella di lavoro robotizzata
Stefano Maggi – Marco Bassetti lunedì 10 novembre 2008 6
Sistemi per l’automazione industriale Programmable Logic Controller – Prima parte
Il controllo del moto in una macchina automatica
Il controllo coordinato del moto dei mezzi meccanici operativi è di fondamentale importanza nel funzionamento di macchine automatiche per la produzione industriale.
Il prodotto viene lavorato in diversi modi dalla macchina manifatturiera: ad esempio può venir trasportato, lavorato, tagliato, impacchettato, ordinato, etc.
Tutte queste operazioni richiedono la manipolazione del prodotto attraverso organi meccanici in movimento.
La pianificazione ed il controllo del moto risultano componenti molto importanti nel processo di progettazione e costruzione della macchina automatica.
Stefano Maggi – Marco Bassetti lunedì 10 novembre 2008 7
Sistemi per l’automazione industriale Programmable Logic Controller – Prima parte
Suddivisione del controllo nella macchina automatica
Controllo logicodelle operazioni
per la produzione
Controllo del moto
Controllo del moto
Controllo del moto
Stefano Maggi – Marco Bassetti lunedì 10 novembre 2008 8
Sistemi per l’automazione industriale Programmable Logic Controller – Prima parte
Architettura del sistema di controllo di una macchina automatica
Stefano Maggi – Marco Bassetti lunedì 10 novembre 2008 9
Sistemi per l’automazione industriale Programmable Logic Controller – Prima parte
Schema logico dell’architettura
Stefano Maggi – Marco Bassetti lunedì 10 novembre 2008 10
Sistemi per l’automazione industriale Programmable Logic Controller – Prima parte
L’attuazione del controllo in una macchina automatica
Una funzione di generazione delle traiettorie o profili di moto, avente il compito di generare un profilo di riferimento per il movimento necessario alla produzione.
Un regolatore in retroazione R(z) che controlla il servomotore di posizione in modo da garantire l’inseguimento del profilo impostato.
Un driver che fornisce potenza al motore in modo controllato dal regolatore.
Un motore elettrico che trasforma la potenza elettrica in una potenza meccanica.
Stefano Maggi – Marco Bassetti lunedì 10 novembre 2008 11
Sistemi per l’automazione industriale Programmable Logic Controller – Prima parte
Schema di un controllo per assi elettrici
Stefano Maggi – Marco Bassetti lunedì 10 novembre 2008 12
Sistemi per l’automazione industriale Programmable Logic Controller – Prima parte
Dispositivi di controllo classici
Monitoraggio: utilizzo di display, di
segnalatori di allarme e logica digitale
Sequenziamento: utilizzo di sistemi
basati su relay, insieme a logica digitale e
a timers, contatori
Controllo a Ciclo Chiuso: sistemi dicontrollori (PID) basati su amplificatori DCo AC o su sistemi pneumatici (ambienteesplosivi)
Stefano Maggi – Marco Bassetti lunedì 10 novembre 2008 13
Sistemi per l’automazione industriale Programmable Logic Controller – Prima parte
Dispositivi di Controllo basati su Elaboratori (1/2)
Vantaggio dell'uso di Elaboratori
Flessibilità, Riusabilità, Costo
Limiti dell'uso di computer tradizionali (PC)
Schedulazione real-time (esigenze temporalidell'ordine ms)
Ambiente industriale ostile all’uomo: range ditemperatura molto ampio, sporcizia, polvere (1)
Presenza di forti campi elettromagnetici,disturbi elettrici(1)
Alimentazione soggetta a forti variazioni ditensione (1)
Nota (1): Limiti superati dai PC industriali
Stefano Maggi – Marco Bassetti lunedì 10 novembre 2008 14
Sistemi per l’automazione industriale Programmable Logic Controller – Prima parte
Dispositivi di Controllo basati su Elaboratori (2/2)
Limiti dell'uso di computer tradizionali (PC)
Flusso informativo I/O: Tipologia (A/D),Quantità, Livelli di Tensione particolari (24 DC-digitale, 0-10 V, 4-20 mA-analogico)
Calcolo non orientato al bit
Necessità di ripristinare lo stato correnteimmediatamente alla riaccensione dopo lamancanza di alimentazione (problemi relativi aSistema operativo, stato dei registri e variabili)
Linguaggi di programmazione molto lontani daisistemi basati su relay
Monitoring on-line
Vantaggio dell'uso di PLC
possiede tutte le caratteristiche precedenti
Stefano Maggi – Marco Bassetti lunedì 10 novembre 2008 15
Sistemi per l’automazione industriale Programmable Logic Controller – Prima parte
Definizione di PLC (norma IEC 1131)
• International Electro-technical Committee (IEC)
• Commissione Tecnica: TC65 "Industrial Process Measurement and Control“
Sottocommissione: SC65B "Devices“
Working Group: WG7 "Programmable Control Systems".
Sistema elettronico a funzionamento digitale, destinato all’uso in ambito industriale, che utilizza una memoria programmabile per l’archiviazione interna di istruzioni orientate all’utilizzatore per l’implementazione di funzioni specifiche, come quelle logiche, di sequenziamento, di temporizzazione, di conteggio e di calcolo aritmetico, e per controllare, mediante ingressi ed uscite sia digitali che analogici, vari tipi di macchine e processi.
Stefano Maggi – Marco Bassetti lunedì 10 novembre 2008 16
Sistemi per l’automazione industriale Programmable Logic Controller – Prima parte
Definizione di sistema basato su PLC (norma IEC 1131)
Configurazione realizzata dall’utilizzatore, formata da un controllore a logica programmabile e dalle periferiche associate, necessaria al sistema automatizzato previsto
Stefano Maggi – Marco Bassetti lunedì 10 novembre 2008 17
Sistemi per l’automazione industriale Programmable Logic Controller – Prima parte
Elementi costituenti
M icroprocessore
M em oria
Coprocessore
Bus
Fau lt tolerant
P rocessore
Dig ita li
Analog ici
Rem oti
P .I.D .
SERVO
EN CO DER
M oduli d i I/O
A lim entatore
Rack
Rete
Term inale
Ausiliari
HW
Controllo A ttiv ità
Interp retaz ione P rogram m i
W atchdog Tim er
Com unicazion i
O .S.
SFC
Ladder D iagram
Function B lock D iagram
Lista Istruz ion i
Testo S trutturato
Linguagg i
SW
P .L.C .
Stefano Maggi – Marco Bassetti lunedì 10 novembre 2008 18
Sistemi per l’automazione industriale Programmable Logic Controller – Prima parte
Moduli fondamentali (1/2)
Armadio. Assicura connessione meccanica,collegamento elettrico, messa a terra.
Modulo Processore
Processore: è possibile utilizzare microprocessori comuni o appositamente orientati alla gestione dei singoli bits.
Memoria distinta in:
•Area S.O. (ROM)
•Area Lavoro per il S.O. (RAM)
•Area I/O (RAM)
•Area Programmi Utente (RAM tamponata, EPROM o Flash)
•Area Dati Utente (RAM)
•Area per Timers e Contatori
•RAM limitata a centinaia di Kbytes
Stefano Maggi – Marco Bassetti lunedì 10 novembre 2008 19
Sistemi per l’automazione industriale Programmable Logic Controller – Prima parte
Moduli fondamentali (2/2)
Moduli I/O
Analogici/Digitali
Valori di ON/OFF Digitali: 0-24V
Valori dei segnali Analogici trattati: 5V, 10V, 0-5V,4-20mA in continua
Isolamento galvanico tramite fotoaccoppiatori otrasformatori per proteggere il PLC da impulsi ditensione
Indirizzamento dei moduli I/O basato sulla loroposizione nell'armadio
Terminale di programmazione
Tramite terminali a tastiera (per piccoli programmi)
Tramite PC. Programmazione off-line e supervisioneon-line.
Stefano Maggi – Marco Bassetti lunedì 10 novembre 2008 20
Sistemi per l’automazione industriale Programmable Logic Controller – Prima parte
Categorie di PLC
Micro P.L.C.: fino a 64 punti di I/O di tipo digitale, memoria di 1 o 2KB.
Piccoli P.L.C.: da 64 a 512 punti di I/O di tipo digitale ed analogico, memoria fino a 4KB, connessione in rete.
Medi P.L.C.: da 512 a 2048 punti di I/O di tipo digitale ed analogico, memoria di decine di KB, connessione in rete e moduli speciali.
Grandi P.L.C.: Massime caratteristiche di capacità e completezza sia per l’HW che per il SW.
Stefano Maggi – Marco Bassetti lunedì 10 novembre 2008 21
Sistemi per l’automazione industriale Programmable Logic Controller – Prima parte
Esempio di PLC: Siemens S7
Stefano Maggi – Marco Bassetti lunedì 10 novembre 2008 22
Sistemi per l’automazione industriale Programmable Logic Controller – Prima parte
Produttori di PLC
SiemensAllen-Bradley
OmronTelemecanique
GE FanucToshiba
Klockner – MoellerMitsubishiMatsushita
BoschHitachi
ModiconABB…
Stefano Maggi – Marco Bassetti lunedì 10 novembre 2008 23
Sistemi per l’automazione industriale Programmable Logic Controller – Prima parte
Bibliografia
PLC e automazione industriale
Pasquale Chiacchio. - Milano : McGraw-Hill libri
Italia, 1996.
Manuale di programmazione dei PLC : con particolare riferimento alle CPU Siemens S7-200 e al linguaggio Micro Step 7
Luca Bergamaschi. - Milano : U. Hoepli, [2000]
The PLC workbook : Programmable logic controllers made easy
K. Clements-Jewery, W. Jeffcoat. - London [etc.] : Prentice-Hall, 1996
PLC : i controllori programmabili
Aldo Cavalcoli. - Milano : CLUP, 1987