L'automazione consiste nell'impiego di tecnologie in grado di ridurre o sostituire l'intervento dell'uomo nella produzione di beni e servizi e nel controllo dei processi, utilizzando macchine in grado di svolgere autonomamente determinati compiti. Questo è possibile usando:
Il ricorso all'automazione è particolarmente vantaggioso quando le operazioni da svolgere sono ripetitive ed è richiesta precisione, velocità di esecuzione e uniformità nel risultato. Il risultato è:
Un sistema di automazione può essere anche molto complesso e il suo controllo, un tempo affidato a circuiti progettati per svolgere una specifica funzione, è sempre più spesso affidato a dispositivi digitali a microprocessore. Esistono dunque due soluzioni alternative:
La logica cablata ha ancora senso per applicazioni molto semplici, come un azionamento marcia-arresto di un motore. In questo caso il comando è affidato a dispositivi come relè e temporizzatori installati in un quadro e collegati in modo da realizzare una certa logica. La stessa funzione però può essere svolta sostituendo tutti i componenti con un dispositivo digitale - un PLC o un microcontrollore - programmato opportunamente. Questa seconda soluzione presenta molti vantaggi:
Di contro un sistema a logica programmabile è più complicato da utilizzare e richiede una formazione specifica, mentre la logica cablata è facilmente comprensibile da tutti gli operatori del settore, anche non specializzati.
Un PLC (programmable logic controller o controllore a logica programmabile) è un tipo di computer utilizzato nel campo dell'automazione industriale specializzato nel controllo dei processi produttivi.
I compiti svolti da un PLC vanno dal realizzare semplici sequenze di operazioni al controllo delle movimentazioni alla realizzazione di sofisticati sistemi di controllo distribuiti, dove più PLC collaborano nella gestione di sistemi complessi scambiandosi informazioni.
I primi PLC sono stati sviluppati dalla General Motors alla fine degli anni '60; il loro compito era sostituire i circuiti in logica cablata, con relè e timer, nelle linee di produzione dell'industria automobilistica. In quel settore l'avvento del PLC è stata una vera rivoluzione perché nelle linee di assemblaggio, caratterizzate da impianti che richiedono frequenti aggiornamenti, la soluzione in logica cablata richiedeva un nuovo cablaggio e l'installazione di nuovi componenti per ogni modifica con tempi, costi, ed errori conseguenti. Il passaggio ad una soluzione a microprocessore ha semplificato la progettazione e la manutenzione, migliorato l'efficienza e abbassato i costi. Questa soluzione però richiedeva l'uso di computer specializzati, con caratteristiche di affidabilità, robustezza e prestazioni che un computer tradizionale non poteva garantire.
Il PLC non è l'unica soluzione a microprocessore per l'automazione ma risulta la più conveniente se il sistema è progettato su misura in un unico esemplare ed è soggetto a frequenti modifiche. In questo caso i costi di sviluppo e manutenzione sono minori perché il PLC offre:
Le soluzioni alternative - microcontrollore o PC - risultano invece convenienti quando:
I PLC sono computer a tutti gli effetti: eseguono programmi e hanno un'architettura hardware con: microprocessore, memoria di massa, memoria RAM, ingressi e uscite, bus di comunicazione. Tuttavia, rispetto ad un normale PC, si differenziano sia per l'hardware che per il software.
L'hardware di un PLC:
Il software di un PLC si distingue per:
I PLC sono disponibili in forma:
Un PLC compatto contiene:
Le caratteristiche dei componenti non sono nemmeno paragonabili a quelle di un PC - valori tipici potrebbero essere 1 MB di memoria di programma, 100 KB di memoria di lavoro e una CPU da 100 MHz - ma le prestazioni risultano adeguate perché i compiti da svolgere sono semplici e non richiedono grandi potenze di calcolo.
Le possibilità di interfacciamento in ingresso e uscita sono il vero punto di forza dei PLC. Di solito sono disponibili:
Grazie a questi è possibile collegare:
La porta di comunicazione, che usa un bus e dei protocolli specifici per automazione industriale (ad esempio il Fieldbus) su un mezzo fisico (in genere Ethernet), consente lo scambio di informazioni:
L'interazione con i PLC avviene attraverso le HMI (human machine interface), cioè le interfacce uomo-macchina. Le HMI servono per:
I compiti più semplici possono essere affidati a lampade, spie e pulsantiere altrimenti si impiegano display LCD, pannelli touchscreen o sofisticati sistemi SCADA dove il controllo e la supervisione sono demandati a computer collegati in rete con software dedicati. I PLC più recenti offrono anche la funzionalità webserver per svolgere queste funzioni.
Per programmare un PLC è necessario collegarlo a un computer con un cavo Ethernet e usare il software proprietario del produttore del PLC (ambiente di sviluppo) installato su PC. Purtroppo non c'è compatibilità tra i vari produttori perché sia il software per la programmazione che i linguaggi si diversificano leggermente tra loro.
L'ambiente di programmazione per PLC offre molte funzionalità:
Un programma per PLC può essere scritto usando cinque diversi linguaggi di programmazione. Questi linguaggi - standardizzati anche se restano le incompatibilità tra produttori - permettono di usare approcci diversi per affrontare il medesimo problema. Il linguaggio più utilizzato è il ladder, un linguaggio grafico che si è affermato perché è il più semplice da imparare e interpretare. I programmi infatti somigliano agli schemi funzionali con relè e timer che i progettisti con un background elettrico (e non informatico) ben conoscono. Gli altri linguaggi sono:
I programmi per PLC prevedono sempre una esecuzione ciclica di una serie di istruzioni (un po' come avviene per i microcontrollori). Il cosiddetto ciclo di scansione, ripetuto all'infinito, prevede questa sequenza di operazioni:
Il tempo impiegato per completare la sequenza viene detto scan time e la sua durata, pur non essendo costante4) è sempre inferiore a un tempo massimo, come previsto in tutte le applicazioni real-time5).
Dal libro di testo di TPA:
Documentazione prodotta a scuola:
Dal testo di quarta di sistemi, modulo H sul PLC:
Dal sito di Siemens:
Dal web:
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