L'evoluzione dei PLC: dalla nascita dei semiconduttori all'automazione

Evoluzione dei semiconduttori

Con la nascita dei diodi e dei primi transistor le nuove apparecchiature risultavano ridotte in dimensioni e migliorate dal punto di vista dell’ affidabilità; con i suddetti dispositivi è stato possibile realizzare Radio, Tv, Amplificatori e tantissime altre apparecchiature.Nei decenni successivi la tecnologia dei semiconduttori si sviluppa rapidamente; vengono realizzati monoliti di silicio che integrano un numero sempre maggiore di componenti elettronici (circuiti integrati), sia di tipo analogico, sia di tipo digitale.Oggi, grazie a questa tecnologia, possiamo utilizzare PC, smartphone, Tv a led e una vastissima infinità di altre apparecchiature, fino ad arrivare ai moderni PLC, i quali hanno permesso l’ automazione di processi sempre più complessi.Infatti, anche il PLC, ha un cuore di Silicio, cioè la Cpu che, insieme ad altri componenti hardware, formano la struttura.In poche parole il PLC è una apparecchiatura simile a un computer con la differenza che può comunicare direttamente con l’ambiente esterno (sensori, trasduttori, attuatori).Il microprocessore del PLC controlla i segnali (ingressi) provenienti da sensori e trasduttori del sistema da controllare; quando avviene una variazione dei segnali, il microprocessore, seguendo le istruzioni contenute in un programma( programma utente), da comandi agli attuatori del sistema (uscite).

Prima dell’ avvento dei PLC, un sistema risultava scarsamente flessibile, in quanto, qualsiasi modifica all’ impianto, richiedeva necessariamente la modifica anche del cablaggio fisico. Con la nascita dei PLC, invece, la struttura intera ha acquistato maggiore flessibilità, poiché e possibile modificare il sistema apportando cambiamenti opportuni al programma caricato nel PLC.

Tipologie di PLC

I PLC sono disponibili in due versioni:

-MONOBLOCCO: hanno una configurazione rigida e senza la possibilità di modificazioni.

-MODULARI: sono i PLC che presentano un rack configurabile con vari moduli aventi funzioni diverse ed espandibili.
Gli elementi hardware costituenti il PLC sono gli stessi sia per quelli di tipo Monoblocco, si per quelli di tipo Modulare; i principali sono:

-Alimentatore

-CPU

-BUS

-Memorie

-Moduli di Input e Output

-Moduli speciali

-Unità di programmazione

-Dispositivi e accessori

L’ alimentatore è usato per convertire la tensione di rete 230V AC, in un'altra DC per il funzionamento della CPU e per alimentare gli ingressi del sistema.L’ alimentatore può essere integrato nel PLC stesso o esterno: nel primo caso il PLC è collegato direttamente alla tensione di rete, alimentante quindi anche le altre apparecchiature facenti parte del sistema; nel secondo caso, invece, il Controllore di Logica Programmabile sarà ugualmente collegato alla tensione di rete e sarà dimensionato in modo da distribuire le tensioni per i vari circuiti.

Funzioni della CPU nel PLC

La CPU (Central processing Unit) rappresenta il cervello della macchina e dirige in pratica tutte le attività del PLC. Alcune delle funzioni fondamentali svolte sono:

-Lettura codici in successione corretta

-Operazioni logiche

-Operazioni aritmetiche

-Autodiagnosi

-Esecuzione conteggi e temporizzazioni

I BUS sono circuiti costruiti in forma integrata, che sono alloggiati nelle CPU e che consentono il trasferimento delle informazioni tra gli elementi costituenti il PLC.

Tipologie di memorie nel PLC

Le memorie si dividono in 5 tipi:

-RAM: denominata anche volatile, dove all’ interno d’ essa viene scritto e letto il programma; l’ aggettivo volatile sta a significare che la memoria perde le informazioni una volta che la tensione viene a mancare.

-ROM: denominata non volatile, dove all’ interno d’ essa viene scritto il programma di sistema, che determina le caratteristiche immodificabili e indispensabili al funzionamento del PLC; l’ aggettivo non volatile sta a significare che la memoria non perde le informazioni in caso di mancanza di tensione.

-EPROM: è una memoria usata per l’ archiviazione finale dei programmi e per il trasporto dei programmi stessi.

-EEPROM: simile alla precedente, offre il vantaggio di essere cancellata elettricamente e poi essere riprogrammata successivamente.

-FLASH: può essere considerata come la fusione tra la memoria EPROM e la EEPROM; della prima mantiene le ridotte dimensioni della cella elementare, della seconda la possibilità di cancellazione e riprogrammazione per mezzo di segnali elettrici. Un tipico esempio di memoria FLASH è rappresentato dalla MEMORY CARD.

Moduli di input e output

I moduli di Input o schede d’ ingresso servono per l’ acquisizione dei segnali provenienti dall’ mondo esterno (sensori, trasduttori, ecc.) per renderli poi compatibili con la CPU.

I moduli o schede d’ uscita hanno il compito di attivare direttamente o indirettamente gli attuatori del sistema.

Oltre ai moduli Input/output, nel mondo dei PLC ci sono altri moduli denominati speciali, per varie esigenza applicative come ad esempio:

-Moduli a conteggio veloce

-moduli intelligenti, provvisti cioè di un proprio microprocessore

-moduli per acquisizione di temperatura

-moduli di termoregolazione

-moduli per input/output remoti

Unità di programmazione del PLC

L’ unità di programmazione rappresenta l’ interfaccia operatore - PLC ed ha la funzione di compilare e di inviare il programma nella memoria del PLC. Le modalità di funzionamento possono essere di due tipi:

-ONLINE: in questa modalità l’ unità di programmazione è collegata al PLC e quindi la scrittura del programma avviene direttamente nella sua memoria.

-OFF LINE: in questa modalità l’ unita di programmazione non è collegata al PLC ma contiene una memoria Flash (trasportabile in seguito sul PLC), sulla quale quindi viene scritto il programma.

Le unità di programmazione sono classificabili in due tipi:

-Unita di programmazione portatile: tali unità si presentano con dimensioni ridotte (talvolta tascabili) collegate con un cavo al PLC; possono essere trasportate dove è installato il PLC, sono costituite da un display e una tastiera per inserire i dati.

-Unità di programmazione da tavolo: tali unità sono praticamente PC da tavolo; sono concepite per l’ impiego stazionario in ufficio tecnico o collegate direttamente al PLC.

Dispositivi accessori del PLC

I più importanti dispositivi accessori contenuti nel PLC sono:

-Circuiti di autodiagnostica: permettono l’ esecuzione di test per controllare che esistano le condizioni per l’ esecuzione del programma.

-Watch-dog: letteralmente “cane da guardia”, il circuito fornisce un sicuro controllo della corretta elaborazione del programma.

-LED: i PLC sono provvisti di varie segnalazioni, indicate tramite LED che rappresentano le principali funzioni (presenza tensione, modalità Run, ecc.).

-Connettori: tramite cavi, sono usati per collegare le unità di espansione con le unità di programmazione sia del tipo fisso che portatili oppure per connettersi ad una rete di comunicazione.