PLC: definizione, programmazione, utilizzo nei processi industriali
La programmazione di PLC gioca un ruolo centrale nell’automazione industriale, ma come funziona? Un PLC è un Programmable Logic Controller, ovvero un computer capace di interfacciarsi con un impianto elettrico seguendo delle istruzioni.
I PLC stanno alla base dei sistemi SCADA e HMI e rappresentano il cuore operativo dell’automazione dei processi industriali. Il loro obiettivo, infatti, è accogliere segnali analogici e digitali, rielaborarli secondo il programma caricato e restituirli come output.
In questo articolo, scritto insieme agli esperti di CSW Automazione, presentiamo il funzionamento di questo controller, partendo dalle sue componenti e arrivando a comprendere il lavoro di programmazione che gli permette di essere operativo.
Come è fatto un PLC
Un Programmable Logic Controller è composto da una CPU, un sistema I/O di ingressi e uscite e un rack. La CPU è il cervello del PLC. Esattamente come in qualsiasi computer, contiene tutte le istruzioni affinché il PLC possa funzionare. A sua volta, la CPU è composta da un microprocessore, un chip di memoria e da altri circuiti per la comunicazione e il monitoraggio.
La CPU di un PLC ha due modalità:
- programmazione, o stop: è possibile configurare la memoria scaricando un nuovo programma;
- esecuzione, o run: il PLC è in funzione.
La seconda componente di un PLC è il sistema I/O. Il sistema di ingressi e uscite registra i segnali che provengono dall’esterno e ne invia di nuovi una volta che li ha elaborati. I segnali che entrano e escono da un PLC possono essere analogici o digitali: i primi sono tipicamente una tensione o una corrente di diversa intensità, mentre i secondi possono essere pulsanti, luci, LED o relè.
La terza e ultima componente di un PLC è il suo rack. Si tratta del telaio, il “corpo” che permette al PLC di resistere alle sollecitazioni esterne.
PLC: come funziona un ciclo di scansione
Il ciclo di scansione rappresenta la normale operatività di un Programmable Logic Controller. Esso è scandito da 5 fasi:
- Ingressi di lettura: vengono accolti gli input analogici e digitali dall’esterno;
- Esecuzione del programma installato precedentemente;
- Elaborazione delle richieste di comunicazione;
- Fase di diagnostica della CPU: fondamentale per verificare che l’operazione si svolga in situazioni di calcolo regolari;
- Uscite di scrittura: ovvero l’emissione di un segnale analogico o digitale corrispondente al risultato dei calcoli del programma.
Un PLC esegue costantemente queste 5 operazioni generando informazioni utili al monitoraggio delle macchine e automatizzando parecchi processi industriali.
Il lavoro di programmazione di un PLC
Essere un programmatore PLC significa creare quel programma che permette al dispositivo di funzionare. Un buon programmatore inizia il suo lavoro innanzitutto analizzando i requisiti del software che deve sviluppare: così facendo progetta a grandi linee la sua strategia. Successivamente, passa alla parte operativa. Qui vengono disegnati i quadri elettrici di automazione e gli schemi di interazione tra le varie componenti. Una volta ottenuto il diagramma di flusso logico, arriva il momento di scrivere il programma vero e proprio.
Ad oggi, i PLC usano uno tra questi 5 linguaggi di programmazione: Ladder Diagram, Function Block Diagram, Instruction List, Structured Text o Sequential Function Charts. Una volta terminata la fase di scrittura, si procede a quella di testing e debugging: in questa fase il programma viene scansionato più volte in cerca di possibili errori e bug. Se vengono trovati, vengono anche corretti per avere un codice il più pulito ed efficiente possibile.
L’ultimo step è caricare il programma sulla memoria del PLC e cambiare la modalità della CPU da “stop” a “run”.
PLC connessi: l’Industrial Internet of Things
I PLC comunicano tra loro usando il polling, che è una soluzione ideale per contesti ristretti. Da qualche anno, però, si sta imponendo un nuovo modo di fare industria che include l’Industrial Internet of Things, ovvero il desiderio di mettere in rete tutti i macchinari per poterli controllare in maniera sempre più efficiente. Per fare questo, molti degli attuali PLC hanno bisogno di un’integrazione hardware, dei gateway che trasmettano i segnali tramite il protocollo publish-subscribe. Questo protocollo è il nuovo standard di comunicazione nell’IIoT e permette ai dati di circolare più velocemente.
L’evoluzione dell’industria porta a sistemi sempre più automatizzati e connessi tra loro, che permettono a noi di fare cose che non è mai stato possibile fare arrivando a livelli di controllo molto alti sull’intera catena di produzione.
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