Definizione, classificazione, struttura e funzionamento di un PLC

Definizione e classificazione

Per definire in modo completo il controllore a logica programmabile (PLC, programmable logic controller), la norma CEI 65-23, corrispondente alla norma EN 61131-1 ed alla pubblicazione IEC 1131-1, lo definisce come un “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, per controllare, mediante ingressi ed uscite sia digitali che analogici, vari tipi di macchine e processi”. Sfruttando le grandi potenzialità offerte dalla tecnologia elettronica i PLC sono in grado di garantire, oltre ai già menzionati requisiti di flessibilità, prestazioni decisamente superiori a qualsiasi dispositivo elettromeccanico, offrendo la possibilità di elaborare i segnali analogici, effettuare operazioni matematiche, memorizzare, visualizzare e trasferire dati e collegarsi in rete con altri PLC, calcolatori o controlli numerici.

I PLC possono essere classificati seguendo diversi criteri, il primo che si analizza è relativo alla quantità di ingressi e uscite che il controllore è in grado di controllare, suddividendoli per gamma (o taglia):

1. Gamma bassa quando il numero massimo di I/O controllati è inferiore a 64;
2. Gamma media quando il numero di I/O controllati è compreso tra 64 e 512;
3. Gamma alta quando il numero di I/O controllati è compreso tra 512 e 2048.

Nel caso in cui ci sia necessità di controllare un numero maggiore di I/O, le case costruttrici hanno previsto la possibilità di collegare più PLC, ampliando di conseguenza gli I/O controllabil.

Un altro metodo di classificazione è basato sul criterio costruttivo adottato, suddividendo i PLC in compatti e modulari: i primi presentano una configurazione rigida contenente alimentatore, CPU e moduli I/O in un unico blocco, non modificabile se non attraverso apposite espansioni a loro volta rigide; i secondi invece sono configurabili dall’utente in base alle esigenze specifiche, assemblando su una base varie schede modulari aventi ciascuna una specifica funzione e collegati tramite un bus interno. I PLC di gamma medio-alta sono sempre modulari, questo raramente accade per i PLC di gamma bassa che sono quasi sempre di tipo compatto.

L’ultimo criterio di classificazione che si analizza riguarda la tipologia di impiego del PLC: sequenziale o multifunzione. I PLC sequenziali sono i controllori della prima generazione e vengono impiegati nella realizzazione degli automatismi che funzionano secondo una logica sequenziale. I PLC multifunzione invece vengono impiegati in tutti quei casi in cui, oltre alle funzioni caratteristiche della logica sequenziale, sono richieste funzioni di misura, regolazione (PID), posizionamento, dialogo con le periferiche e con altri PLC in rete.

Struttura e funzionamento

La struttura del PLC è costituita da due parti completamente diverse tra loro, ma allo stesso tempo complementari:

1. Una parte hardware, che riguarda l’insieme dei circuiti elettronici e delle apparecchiature necessarie per fornire le varie funzioni;
2. Una parte software, che riguarda l’insieme delle istruzioni che formano il programma utente sulla base delle esigenze specifiche.

Secondo la corrente terminologia informatica, la parte hardware può essere definita come la parte fisica o “materiale” del PLC, mentre la parte software esprime il concetto di parte leggera o “immateriale”.

Il principio di funzionamento del PLC può essere sintetizzato nello schema della figura seguente il controllore programmabile acquisisce i segnali di ingresso derivanti dai sensori sul campo, li elabora in base al loro valore e a quanto stabilito dal programma implementato dall’utente, ed emette i necessari segnali d’uscita all’indirizzo degli attuatori.

I PLC possono essere immaginati come dei “magazzini di funzioni” dal quale l’utente preleva, istante per istante, quelle di cui ha bisogno e le utilizza attraverso il programma che l’utente stesso implementa nel controllore. I PLC vengono principalmente utilizzati per realizzare il blocco di comando, affiancato al vero e proprio blocco di potenza delle macchine, indipendentemente dalla tipologia costruttiva (pneumatica, oleodinamica, elettromeccanica).

Nella figura seguente si rappresenta schematicamente la componentistica hardware di un controllore programmabile, costituita principalmente da tre unità fondamentali:

1. L’unità centrale, ovvero la parte che si occupa di organizzare e gestire tutte le attività del controllore;
2. L’unita I/O o unità ingressi/uscite, che permette il collegamento tra l’unità centrale e il sistema da controllare;
3. L’unità di programmazione, che permette di realizzare l’interfaccia uomo-macchina e consente quindi all’utente di scrivere il programma nell’apposita sezione di memoria del PLC.