Caratteristiche di un PLC

Il PLC (Programmable Logic Controller) è un dispositivo utilizzato nell’ambito dell’automazione industriale. Presenta molte caratteristiche in comune con i Personal Computer, ma al contrario di questi è progettato per un funzionamento continuo (H24) ed in condizioni di temperatura, umidità o polvere più proibitive. Il PLC ha progressivamente sostituito la logica cablata nell’ambito dell’automazione industriale per i seguenti motivi:

• Possibilità di riprogrammare il sistema automatico senza modifiche hardware.

• Minor presenza di parti in movimento (relè elettromeccanici).

• Minore consumo di elettricità.

• Minore costo di realizzazione.

Linguaggi di programmazione

Lo standard IEC 61131 è uno standard internazionale per la programmazione dei controllori logici programmabili (PLC). La sezione 3 dello standard IEC 61131 definisce cinque linguaggi di programmazione utilizzati nell’automazione industriale. La scelta del linguaggio IEC 61131 dipende dalle esigenze specifiche dell’applicazione in quanto ogni linguaggio ha propri vantaggi e limitazioni. È possibile utilizzare più linguaggi all’interno di uno stesso progetto per sfruttare al meglio le loro caratteristiche.

I linguaggi di tipo testuale sono:

• Instruction List (IL). È un linguaggio testuale di basso livello che ricorda l’assembler. Viene utilizzato per programmi semplici e ottimizzati.

• Structured Text (ST). È un linguaggio testuale di alto livello che ricorda il C. Contiene tutti gli elementi fondamentali di un linguaggi di programmazione, come le istruzioni IF, CASE, WHILE, FOR e permette di quindi di realizzare programmi particolarmente complessi come le macchine a stati finiti. Può essere inoltre usato per realizzare Function Block (FB) complessi utilizzabili all’interno di programmi scritti in altri linguaggi di programmazione.

I linguaggio di tipo grafico sono:

• Ladder Diagram o Diagrammi a contatti (LD): basato su diagrammi a contatti e bobine, simula il funzionamento di un circuito elettrico. Utilizzato principalmente per controlli sequenziali.

• Function Block Diagram (FBD): basato sulla rappresentazione grafica di blocchi funzionali interconnessi.

• Sequential Functional Chart (SFC): linguaggio basato su grafici di stato e diagrammi di flusso.

Le variabili

Blocchi funzione

Un Blocco Funzione FB (Function Block) è una POU (Program Organization Unit) che, a fronte di uno più ingressi, restituisce uno o più uscite. Non può essere richiamato direttamente, ma dev’essere dichiarato sotto forma di istanza. Ogni istanza ha uno stato di memoria (tramite l’utilizzo di variabili interne) che persiste tra una chiamata e l’altra dell’istanza del blocco funzione.

Timer on-delay (TON)

Il Function Block TON (Timer on-delay) è utilizzato per creare un ritardo temporizzato.

Blocco funzione TON Di seguito viene descritto il principio di funzionamento.

• L’ingresso di abilitazione (IN) determina se il blocco è abilitato o disabilitato. Finché l’ingresso rimane a livello logico FALSE, il blocco è disabilitato e l’uscita Q è a livello logico FALSE. Quando invece viene portato a TRUE, il blocco inizia a contare il tempo trascorso. Il tempo trascorso è disponibile nell’uscita Elapsed TIme (ET).

• L’ingresso Preset Time (PT) definisce la durata del ritardo temporizzato. Quando il tempo trascorso supera il tempo impostato nell’ingresso PT, l’uscita Q viene posta a livello logico TRUE e vi permane finché il segnale IN rimane a livello logico TRUE.

• Se l’ingresso IN viene posto a FALSE prima che il tempo PT sia trascorso, l’uscita Q non assumerà il valore logico TRUE.

• Per effettuare un altro conteggio, l’ingresso IN deve essere portato a livello logico FALSE e successivamente a livello logico TRUE.

Timer off-delay (TOF)

Il Function Block TOF (Timer off-delay) è utilizzato per creare un ritardo temporizzato ed il suo funzionamento è duale rispetto al blocco TON.

Blocco funzione TOF

• L’ingresso di abilitazione (IN) determina se il blocco è abilitato o disabilitato. Finché l’ingresso rimane a livello logico TRUE, il blocco è disabilitato e l’uscita Q è a livello logico TRUE. Quando invece viene portato a FALSE, il blocco inizia a contare il tempo trascorso. Il tempo trascorso è disponibile nell’uscita Elapsed TIme (ET).

• L’ingresso Preset Time (PT) definisce la durata del ritardo temporizzato. Quando il tempo trascorso supera il tempo impostato nell’ingresso PT, l’uscita Q viene posta a livello logico FALSE e vi permane finché il segnale IN rimane a livello logico FALSE.

• Se l’ingresso IN viene posto a TRUE prima che il tempo PT sia trascorso, l’uscita Q non assumerà il valore logico FALSE.

• Per effettuare un altro conteggio, l’ingresso IN deve essere portato a livello logico TRUE e successivamente a livello logico FALSE.

Pulse Timer (TP)

Il Function Block TP (Pulse timer) è utilizzato per generare un impulso di durata predefinita.

Blocco funzione TP Di seguito viene descritto il principio di funzionamento.

• L’ingresso di abilitazione (IN) determina se il blocco è abilitato o disabilitato. Finché l’ingresso rimane a livello logico FALSE, il blocco è disabilitato e l’uscita Q è a livello logico FALSE. Quando invece viene portato a TRUE, l’uscita Q viene portata a livello logico TRUE.

• L’ingresso Preset Time (PT) definisce la durata dell’impulso temporizzato. Quando il tempo trascorso supera il tempo impostato nell’ingresso PT, l’uscita Q viene posta a livello logico FALSE.

• Se l’ingresso IN viene posto a FALSE prima che il tempo PT sia trascorso, l’uscita Q rimane comunque a livello logico TRUE finché non è trascorso il tempo impostato in PT.

• Per generare un altro impulso, l’ingresso IN deve essere portato a livello logico FALSE e successivamente a livello logico TRUE.

Rising Edge Trigger (R_TRIG)

Il Function Block R_TRIG (Rising Edge Trigger) è utilizzato per rilevare un fronte di salita (passaggio da livello logico FALSE a livello logico TRUE) sull’ingresso CLK.

Blocco funzione R_TRIG Di seguito viene descritto il principio di funzionamento.

• Quando il segnale di ingresso CLK passa da livello logico FALSE a livello logico TRUE, l’uscita Q viene portata a livello logico TRUE solamente per un ciclo del PLC.

Falling Edge Trigger (F_TRIG)

Il Function Block F_TRIG (Falling Edge Trigger) è utilizzato per rilevare un fronte di discesa (passaggio da livello logico TRUE a livello logico FALSE) sull’ingresso CLK.

Blocco funzione F_TRIG Di seguito viene descritto il principio di funzionamento.

• Quando il segnale di ingresso CLK passa da livello logico TRUE a livello logico FALSE, l’uscita Q viene portata a livello logico TRUE solamente per un ciclo del PLC.

Down Counter (CTD)

Il Function Block CTD (Down Counter) permette di contare all’indietro.

Blocco funzione CTD Di seguito viene descritto il principio di funzionamento.

• Quando l’ingresso LOAD ha valore logico TRUE, la variabile di conteggio CV viene inizializzata con il valore contenuto nella variabile d’ingresso PV (preset value). Se la variabile di ingresso CD ha un fronte di salita da FALSE a TRUE, CV viene decrementato di 1, finché CV è maggiore di zero. Il valore di Q vale TRUE quando CV è minore o uguale a zero.

Up Counter (CTU)

Il Function Block CTU (Up Counter) permette di contare in avanti.

Blocco funzione CTU Di seguito viene descritto il principio di funzionamento.

• Quando l’ingresso RESET ha valore logico TRUE, la variabile di conteggio CV viene portata a valore 0. Se la variabile di ingresso CU ha un fronte di salita da FALSE a TRUE, CV viene incrementato di 1, finché CV è minore di PV. Il valore di Q vale TRUE quando CV è maggiore o uguale a PV.

Bistabile reset dominante (RS)

Il Function Block RS è un bistabile con ingresso di reset dominante.

Blocco funzione RS Di seguito viene descritto il principio di funzionamento.

• Quando vi è un fronte di salita sull’ingresso SET, l’uscita Q va a livello logico TRUE e vi permane finché l’ingresso RESET1 non va a livello logico TRUE. Il reset ha la precedenza sul set.

Bistabile set dominante (SR)

Il Function Block SR è un bistabile con ingresso di set dominante.

Blocco funzione SR Di seguito viene descritto il principio di funzionamento.

• Quando vi è un fronte di salita sull’ingresso SET1, l’uscita Q va a livello logico TRUE e vi permane finché l’ingresso RESET non va a livello logico TRUE. Il set ha la precedenza sul reset.

Funzioni

Una funzione è una porzione di codice che può essere chiamata da un programma o un’altra POU. Le funzioni non vanno dichiarate e sono prive di memoria. Di seguito sono riportate le funzioni di uso più comune:

Funzione	Descrizione
ADD	Somma due variabili
SUB	Sottrae una variabile da un’altra
MUL	Moltiplica due variabili
DIV	Esegue la divisione fra due variabili.
MOD	Calcola il resto della divisione fra due variabili
SQRT	Esegue la radice quadrata di una variabile
EXP	Calcola la funzione esponenziale \(e^{x}\)
EXPT.	Date in ingresso due variabili b e x, calcola la funzione \(b^{x}\)
EQ	Compara due variabili e restituisce TRUE se sono uguali
NE	Compara due variabili e restituisce TRUE se sono diverse
GE	Compara due variabili e restituisce TRUE se la prima è maggiore o uguale alla seconda
GT	Compara due variabili e restituisce TRUE se la prima è maggiore alla seconda
LE	Compara due variabili e restituisce TRUE se la prima è minore o uguale alla seconda
LT	Compara due variabili e restituisce TRUE se la prima è minore alla seconda

Linguaggio Ladder

Il linguaggio Ladder si basa su simboli di provenienza elettrica ed è nato per agevolare i tecnici abituati a sistemi di controllo logico con i relè elettromeccanici.

• È costituito in linee orizzontali dette rung. Ciascun rung può contenere contatti, bobine, blocchi funzione e funzioni

• Ciascun rung deve essere connesso al binario di potenza sinistro (left power rail), mentre il collegamento con quello destro è opzionale.

• L’ordine di esecuzione del programma è da sinistra e destra e poi dall’alto verso il basso.

Binario di potenza, alimentazione o power rail

Nome	Simbolo	Descrizione
Power rail	GET	Detto anche binario di potenza o di alimentazione, sono i montanti della scala e rappresentano l’alimentazione del circuito (a sinistra) e la massa del circuito (a destra). Il collegamento a sinistra è obbligatorio.
Rung	PUT	Sono i pioli della scala e rappresentano i collegamenti elettrici. A destra troviamo i Contatti, mentre a sinistra le Bobine
GET	DELETE	:material-close: Delete resource

Sono i montanti della scala e rappresentano l’alimentazione del circuito (a sinistra) e la massa del circuito (a destra). Il collegamento a sinistra è obbligatorio.

Linguaggio ST

IF

IF è usato per testare una condizione, ed eseguire le istruzioni successive solo al verificarsi della condizione. La condizione è rappresentata da un’espressione che ritorna un valore booleano, TRUE o FALSE. Se la condizione è verificata, le istruzioni successive sono eseguite. Altrimenti, viene testata la condizione successiva nel ramo chiamato ELSIF. Infine, se nessuna condizione è verificata, viene eseguito il codice contenuto nel ramo ELSE. I rami ELSIF ed ELSE sono opzionali.

VAR
    nTemp       : INT;
    bHeatingOn  : BOOL;
    bOpenWindow : BOOL;
END_VAR

IF nTemp < 17 THEN
    bHeatingOn  := TRUE;
ELSIF nTemp > 25 THEN
    bOpenWindow := TRUE;
ELSE
    bHeatingOn  := FALSE;
    bOpenWindow := FALSE;
END_IF;

CASE

CASE è usato per verificare più condizioni sulla stessa variabile. Le condizioni vengono verificate in sequenza e l’istruzione termina quando viene raggiunta la prima condizione verificata. Se nessuna condizione viene verificata, vengono eseguite le istruzioni contenute nel ramo ELSE.

VAR
    int1       : INT;
    bool1      : BOOL;
    bool2      : BOOL;
    bool3      : BOOL;
END_VAR

CASE int1 OF
1, 5:  
    bool1 := TRUE;
    bool2 := FALSE;
2:     
    bool2 := FALSE;
    bool3 := TRUE;
ELSE
    bool1 := NOT BOOL1;
    bool2 := BOOL1 OR BOOL2;
END_CASE;

Macchina a Stati