Caratteristiche e funzionamento del PLC (Programmable Logic Controller)

Caratteristiche PLC

Il PLC (Programmable Logic Controller) è un dispositivo digitale industriale programmabile, specializzato nella gestione dei processi industriali. Esso esegue un programma ed elabora i segnali digitali ed analogici provenienti da sensori e diretti agli attuatori presenti in un impianto industriale.
Una delle principali caratteristiche è la sua robustezza, infatti normalmente è posto entro quadri elettrici in ambienti rumorosi, con molte interferenze elettriche, con temperature elevate o con grande umidità. In alcuni casi il PLC è in funzione 24 ore su 24, per 365 giorni all’anno, su impianti che non possono fermarsi mai.

Un altro dei vantaggi dei sistemi a logica programmabile rispetto a quelli a logica cablata è la flessibilità: nel caso in cui si voglia destinare il PLC ad un altro scopo è sufficiente modificare le istruzioni del programma, senza dover rifare nessun cablaggio di fili tra elementi logici e con il completo riutilizzo dell’hardware.

Funzionamento del PLC

Indipendentemente dal produttore il principio di funzionamento di un PLC è generalmente lo stesso per tutti i modelli. Fondamentalmente il PLC e un calcolatore basato su microprocessore con architettura RISC, possiede capacità di calcolo ridotte , in compenso ha una grande affidabilità. In linea generale tra le CPU utilizzate nei PLC si possono individuare due grandi famiglie:

1. PLC dotati di microprocessori generalpurpose,e quindi liberamente reperibili sul mercato, non espressamente progettati per una specifica funzionalità.
2. PLC dotati di microprocessori specialpurpose, ossia progettati espressamente per essere integrati in un PLC, e quindi per la gestione di un sistema elettrico di automazione.

La differenza tra i due mondi, in realtà ,è molto sottile e tipicamente agli effetti pratici nel funzionamento non sortisce alcun effetto. La prima soluzione comporta tipicamente un costo minore. Nel secondo caso a fronte di un costo maggiore si hanno vantaggi notevoli in fase di programmazione,con istruzioni ottimizzate che fanno risparmiare tempo al programmatore e risorse di memoria nel PLC. Questa seconda opzione è tipicamente seguita solo dalle grandi case produttrici,le quali possono permettersi di impiegare risorse per progettare un microprocessore adatto alle esigenze della loro clientela. Il PLC non possiede un sistema operativo come quello dei PC, in quanto non deve interfacciarsi direttamente con l’uomo. Il suo sistema operativo è integrato con il bios (basic input output system) e insieme formano un sistema che viene indicato anche come sistema embedded.

Questo software viene chiamato solitamente firmware e risiede nella ROM (read only memory). In pratica è un sistema real time, la maggiorparte di essi sono a singolo processo anche se ultimamente soso stati messi in commercio dei modelli che adottano il multi processo. Al momento del passaggio dallo stato di stop a quello di run ,il PLC inizia l’esecuzione di un ciclo (loop) che viene ripetuto a intervalli di tempo regolari. All’avvio del processo come prima passo vengono controllati i dati di sistema poi viene caricato il programma utente, dopo di che vengono acquisiti i segnali degli ingressi ed elaborati in base al programma utente,infine si inviano i segnali in uscita.

Come giaà accennato , quando il PLC è in funzione (run) , il programma utente viene eseguito a intervalli di tempo regolari ,questo fa si che il programma utente sia sempre in esecuzione, deve essere vero sempre in quanto il PLC controlla di fatto la macchina o l’impianto al quale è collegato. Naturalmente quando è in funzione il PLC non si occupa solo dell’esecuzione del programma utente , ma si occupa anche di altre funzioni di seguito elencate:

• Controllo di errori generati nell’esecuzione del programma.
• Controllo nella durata dell’esecuzione del programma.
• Controllo dello stato del hardware, ossia di tutte le periferiche che lo compongono.
• Aggiornamento dello stato di memoria riferito agli ingressi e alle uscite.
• Comunicazione con altri PLC o altri dispositivi connessi alle sue porte di comunicazione

Quando il PLC passa dallo stato di run a quello di stop e dovuto principalmente ad errori irreversibili nel programma o nei componenti elettronici interni di conseguenza il PLC deve interrompere l’secuzione normale del programma. In questi casi e richiesto l’intervento del utente per rimettere in funzione la macchina ed accertare le cause del errore.

Una causa classica di errore (fault) di un PLC è l’esecuzione di una operazione aritmetica che tenti una divisione per zero. Il funzionamento dei PLC e basato so interrrupt, al verificare di una determinato evento sospende l’esecuzione normale del ciclo e avvia la routine associata la tipo di interrupt. L’organizzazione del codice/programma utente varia da produttore a produttore , alcuni organizzano il codice e i dati in blocchi , altri riservano questa sistema solo per il codice lasciando i dati in un unica area di memoria.Negli ultimi anni e stata introdotta la tecnica di programmazione object orientedin alcuni modelli di PLC con notevoli vantaggi sia nella programmazione che nella qualità del programma.