Vuoi imparare a programmare i plc? Bene, prima di tutto dovrai imparare cos’è un controllore logico programmabile, a cosa serve e quale ruolo svolge all’interno dei sistemi d’automazione industriale. In questa lezione affrontiamo l’argomento in maniera generale e con degli esempi pratici, inoltre vediamo quali sono i requisiti necessari per cominciare a programmare questi controllori.
Il plc è uno dei componenti fondamentali dell’architettura dell’automazione industriale. Nella prossima immagine possiamo vedere questa architettura, e notiamo che il PLC si trova sul livello appena superiore alla base della stessa; il livello di controllo. Su questo livello si trova la logica di funzionamento degli impianti e dei macchinari, possiamo dire che questo è il cuore del sistema d’automazione: l’hardware che "prende i nostri ordini” e li fa eseguire alle apparecchiature nel campo.
Che ruolo svolge il plc nel sistema d’automazione?
Questo apparecchio esegue un programma che contiene delle procedure per ottenere le lavorazioni e i processi che ci occorrono. Il plc comunica con le apparecchiature da campo per mezzo di segnali digitali e analogici, esegue le istruzioni e aziona gli attuatori sul campo.
Il controllore logico programmabile è nato per sostituire una logica elettrica cablata con tanti relè, il vantaggio che questo ci offre è la possibilità di cambiare questo “cablaggio” semplicemente cambiando il programma di funzionamento.
Nella prossima figura vediamo il principio di funzionamento del plc in un sistema d’automazione.
Nella figura precedente troviamo gli ingressi dal campo, questi possono essere digitali come ingressi di livello, ingressi di presenza, oppure comandi da pulsante e altro ancora; ci sono poi ingressi analogici che servono a misurare le variabili del processo come la temperatura, la pressione, la portata. Naturalmente a seconda del processo che stiamo automatizzando le misurazioni possono essere le più disparate e le apparecchiature che effettuano queste misurazioni sono tantissime; quello che è importante sapere è che comunque dal punto di vista del plc ogni misurazione, così come ogni segnale digitale diventerà un numero.
Le uscite verso il campo invece possono essere rivolte a motori, attuatori pneumatici come quelli delle valvole e dei pistoni, o ancora organi di regolazione continua (in questo caso l’uscita è di tipo analogico). Tra gli organi di uscita più semplici troviamo quelli di segnalazione luminosa (lampade) oppure acustica (sirene e buzzer).
Per comprendere meglio come viene utilizzato il plc osserviamo il semplice scenario che troviamo nella prossima immagine.
Abbiamo un controllore che gestisce il funzionamento di una pompa collegata a un serbatoio d’acqua, e il carico del serbatoio da una linea esterna.
Il computer serve a creare il programma per il plc e trasferirlo verso di esso, eventualmente potrebbe essere utilizzato anche come sistema di supervisione (interfaccia di controllo e comando), ma per il momento consideriamo che sia impiegato solo per programmare e che successivamente possa essere scollegato dal plc; quest’ultimo infatti funziona anche in maniera autonoma.
Sul serbatoio è installato un sensore digitale di livello che ci segnala quando il livello nel serbatoio raggiunge la soglia massima.
Per questo esempio assumiamo che il serbatoio venga ricaricato dalla linea di carico per mezzo di una pompa esterna(non visibile sullo schema) e un segnale di richiesta dal nostro PLC.
Quando durante il carico il livello raggiunge il sensore si ferma il carico.
Nello scenario d’automazione presentato possiamo programmare una procedura che attiva la pompa per estrarre l’acqua dal serbatoio quando questo è richiesto dal processo, per esempio per dosarla in un impastatore.
In questo scenario abbiamo:
1 ingresso digitale (segnale del livello), supponiamo vada a 1 quando l’acqua raggiunge e copre le bacchette del livello stesso.
1 uscita digitale (comando pompa), aziona la pompa quando il segnale è a 1.
Dato che la programmazione del plc ci mette a disposizione diverse funzioni, potremmo per esempio aggiungere un temporizzatore per azionare la pompa non di continuo ma a intervalli prefissati; poi potremmo anche contare nel plc e memorizzare quante volte la pompa viene azionata, magari per sapere quando è necessario fare la manutenzione o quanti dosaggi sono stati effettuati.
Ci sono tante funzioni che possiamo ottenere velocemente e semplicemente programmando un plc, diversamente, con una logica cablata tradizionale ogni modifica sarebbe molto più onerosa.
Quali tipi di PLC troviamo in commercio.
Oggi possiamo contare su una varietà di modelli di plc molto ampia, e in commercio troviamo dei micro plc che stanno nel palmo di una mano, che possiedono ingressi e uscite a bordo e un discreto set di istruzioni; questi plc costano poche centinaia di euro e sono adatti a piccole applicazioni d’automazione. Nella prossima figura vediamo un micro plc della Schneider Electric, questo modello si monta su guida din.
I plc di dimensioni più comuni sono modulari, ovvero permettono di architettare l’apparecchiatura per adattarsi alle diverse esigenze. Solitamente abbiamo una CPU (possono essere anche più di una), dei moduli di ingresso e uscita sia digitali che analogici, e delle schede di rete per interfacciarsi con il campo e con le periferiche di acquisizione dati.
Nella prossima immagine vediamo tre famiglie di plc modulari della Rockwell Automation (Allen Bradley).
All’occorrenza i plc possono essere anche parte di un’architettura distribuita, dove diversi controllori svolgono funzioni diverse e comunicano tra loro per mezzo di reti di vario tipo; quest’architettura viene impiegata per processi di grandi dimensioni, oppure per l’automazione di intere linee di produzione. Ecco un esempio di architettura distribuita nella prossima figura.
Requisiti necessari a imparare a programmare un plc.
Di solito i plc vengono programmati da personale che conosce l’elettrotecnica, l’elettronica oppure l’informatica, più in generale tecnici. La programmazione del plc in se stessa non è difficile, in effetti quello che bisogna imparare è come analizzare i processi che dobbiamo automatizzare, scomporli in procedure e creare gli algoritmi di funzionamento; la programmazione del plc diventa poi quasi una traduzione delle procedure nel linguaggio scelto.
Se si possiedono un minimo di conoscenze tecniche imparare a programmare un plc richiede poco tempo, e una volta che si è appreso come utilizzarne uno, imparare a programmarne modelli diversi richiede meno tempo, dato che i principi di funzionamento su cui tutti questi controllori si basano sono sempre gli stessi.
I linguaggi per programmare i plc.
Per programmare un controllore logico ci sono diversi linguaggi, tra i più utilizzati troviamo quello chiamato ladder e molto amato dagli elettrotecnici poiché somiglia a uno schema elettrico, poi ci sono il linguaggio a blocchi di funzione, e quello di testo strutturato; quest’ultimo molto comodo per chi conosce altri linguaggi di programmazione utilizzati per programmazione di software scientifico, gestionale, oppure per il web.
Questo linguaggio è ottimo per creare programmi comprensibili anche da chi non conosce linguaggi di programmazione più classici.
Con questo linguaggio si mettono insieme le funzioni in modo veloce.
Il linguaggio di testo strutturato è più simile agli altri linguaggi di programmazione utilizzati per software di diverso tipo come per i gestionali, quelli del settore scientifico e per il web.