LABORATORIO DI SISTEMI ED AUTOMAZIONE INDUSTRIALE

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Schema dell' esercitazione:

FUNZIONALITA' DEL CIRCUITO

Questa sequenza descrive l'operazione di una catena di montaggio la quale ha il compito di tappare delle bottiglie. Esse arrivano attraverso un tappeto rotante, vengono portate sul piano di lavoro, tappate e raggruppate tre a tre grazie alla presenza di un contatore. Quando si arriva ad un gruppo di 9/12 bottiglie un altro macchinario avrà solo il compito di inscatolarle. 545c27f L'operazione si ripete e così via.

FASI OPERATIVE DELLA SEQUENZA

Una bottiglia, arrivando con un tappeto rotante, viene portata grazie al pistone A sul piano di lavoro. Qui, il pistone B ha il compito di bloccare la bottiglia mentre avviene la fase di tappatura. Il pistone C porta all'imboccatura della bottiglia il tappo e il pistone D con adeguata pressione inserisce questo. I pistoni C ed D rientrano, B rilascia la bottiglia.

Il pistone A porta sul piano di lavoro un'altra bottiglia spingendo automaticamente in avanti quella precedente e così via. Queste si posizionano tra due pareti mobili e alla terza bottiglia il pistone E rientra facendo in modo che il pistone G possa spingere le tre bottiglie in avanti. Successivamente questi rientra e E fuoriesce permettendo l'entrata di altre bottiglie. Quando si arriva ad un numero di 9/12 bottiglie un altro macchinario ha il solo compito di inscatolarle. 545c27f

DIAGRAMMA DELLE FASI

Analizzando graficamente la sequenza sopra citata possiamo tracciare un diagramma delle fasi;questo diagramma riporta delle bande orizzontali associate a ogni cilindro;orizzontalmente viene riportato il tempo in intervalli che rappresentano ognuno una fase;la corsa si rappresenta con delle righe diagonali ed orizzontali che indicano il cambio in posizione del tempo.Ecco qui sotto rappresentata la sequenza:

A+/A-/B+ /C+/D+/C-D-/B-/E-/F+/F-/E+

x3 │

EQUAZIONI LOGICHE

A+/A-/B+ /C+/D+/C-D-/B-/E-/F+/F-/E+

K1│ K2 │ K3 │ K4 │ K5 │

│ x3 │

K1= (e0 Start+K1) K2 K4

A+= K1 KS

K2= (a1 K1+K2) K3 KS

A-= K2

B+= a0 K2

C+= b1 K2

D+= c1 K2

K3= (d1 K2+K3) K4 K5

D-C-= K3

B-= d0 c0 K3

K4= (b0 K3+K4+(b0 K1 K5)) K5

E+= K4

F+= e1 K4

K5= (f1 K4+K5) K1

F-= K5

E-= f0 K5

KS= Cambio

EQUAZIONI LOGICHE CON EMERGENZA

A+/A-/B+ /C+/D+/C-D-/B-/E-/F+/F-/E+

K1│ K2 │ K3 │ K4 │ K5 │

│ x3 │

KE= EM

K1= (e0 Start+K1) K2 K4 EM

A+= K1 KS EM

K2= (a1 K1+K2) K3 KS EM

A-= K2+EM

B+= a0 K2 EM

C+= b1 K2 EM

D+= c1 K2 EM

K3= (d1 K2+K3) K4 K5 EM

D-C-= K3+EM

B-= d0 c0 K3+EM

K4= (b0 K3+K4+(b0 K1 K5)) K5 EM

E+= K4 EM

F+= e1 K4 EM

K5= (f1 K4+K5) K1 EM

F-= K5+EM

E-= f0 K5+EM

KS= Cambio

UTILIZZO DELL'EMERGENZA

Lo scopo per il quale viene inserito il pulsante di emergenza è quello di interrompere il ciclo facendo rientrare tutti i pistoni e successivamente far ripartire dalla fase iniziale il circuito.

STORIA E FUNZIONAMENTO DEL PLC

Nel finire degli anni '70 le aziende produttrici di sistemi elettronici industriali hanno iniziato a intravedere, nel mondo dei microprocessori, un nuovo modo di realizzare i sistemi di controllo dei processi e delle macchine.

Il motivo era molto semplice : si poteva sviluppare un unico prodotto per tutte le applicazioni, ma personalizzabile per ogni cliente mediante la semplice modifica del software al suo interno.

Nella maggior parte dei casi l'apparecchiatura sarebbe stata fornita senza alcun software, e sarebbe stato il cliente a svilupparlo su misura per la propria applicazione.

In quel periodo i "mondi tecnologici" che attendevano questa nuova rivoluzione erano essenzialmente due :

Il mondo dei segnali analogici, per il controllo e la regolazione dei processi chimici e termici,

Il mondo dei segnali elettrici on/off, per il controllo di macchinari e dispositivi elettrici convenzionali

Dato che le due tecnologie erano molto diverse tra loro, così come lo erano i clienti che le richiedevano, la strada si è naturalmente divisa :

Da un lato sono nati i dispositivi programmabili per il trattamento di segnali analogici per effettuare regolazione di processi, successivamente sfociati nell'acronimo DCS (Distribuited Control System);

Dall'altro lato sono nati i dispositivi per l'elaborazione dei segnali digitali, con lo scopo di sostituire i vecchi quadri composti da relè, temporizzatori, contaimpulsi, ecc. - conosciuti poi con l'acronimo PLC(Programmable Logic Controller).

Anche i produttori di questi sistemi si sono divisi in due, ognuno con il suo bagaglio di esperienze e di specialisti, ma il secondo gruppo, quello dei PLC, ha ottenuto una fetta di mercato notevolmente più ampia.

Con lo sviluppo delle nuove reti e dei nuovi standard nei linguaggi di programmazione, i PLC di oggi hanno raggiunto una maturità ed una struttura tale che stanno insidiando le basi dei vecchi sistemi DCS.

L'avvento dei sistemi di supervisione su Personal Computer ha inoltre completato il sistema di controllo di macchina e di fabbrica basato su PLC, che alla sua nascita mancava di uno strumento per registrare l'andamento della produzione e delle anomalie agli impianti.

Nonostante i fautori dei sistemi DCS siano ancora convinti che non esistano alternative ad esso, l'evoluzione dei PLC li smentisce nei fatti.

Con l'installazione di PLC connessi in reti altamente veloci, oggi si possono costituire dei sistemi di controllo distribuiti in modo molto economico ed altamente efficiente, facendo diventare ormai completamente superato il concetto di DCS

LA SUA STRUTTURA

In questo capitolo si vuole spiegare il funzionamento interno del PLC e la sua struttura, come le schede di ingresso/uscita, il processore e le relazioni che intercorrono tra di essi. Il funzionamento è una parte abbastanza complessa ma cercherò di esemplificarlo al meglio in modo che ogni persona sia in grado di capire.

Utilizzare un PLC per realizzare un impianto di automazione comporta una serie di vantaggi sia per chi lo installa che per chi lo utilizza.

In particolare si evidenzia che :

il cablaggio di un quadro di automazione diventa elementare in quanto basta portare ciascun segnale individualmente sulla morsettiera del PLC;

è semplice controllare eventuali anomalie o scoprire guasti;

è possibile programmare centinaia di relè ausiliari, temporizzatori e contatori senza aumentare lo spazio occupato nel quadro;

è possibile, tramite il software di programmazione, modificare il funzionamento dell'automatismo anche mentre questo è in funzione o con pause di pochi istanti;

è possibile adattare il funzionamento alle esigenze di produzione (ad es. per un cambio formato), sostituendo il programma;

alta affidabilità del prodotto : i casi di guasto sono rarissimi se non sconosciuti.

Il funzionamento di un PLC è abbastanza semplice :

In primo luogo le interfacce di "ingresso" acquisiscono lo stato dei segnali provenienti da pulsanti, sensori e contatti;

In una seconda fase il microprocessore, elaborando il programma sulla base degli ingressi e dei dati interni, produce dei segnali che vengono inviati alle interfacce di uscita;

Nella terza fase i segnali di uscita sono trasmessi agli attuatori (motori, elettrovalvole, consensi, ecc.) che mettono in moto la macchina

Questa elaborazione, o meglio ciclo, dura tipicamente 10 ms (millisecondi) ed è continuamente ripetuta (circa 100 volte al secondo) cosicché da dare l'impressione che tutte le operazioni vengono eseguite istantaneamente senza alcuna interruzione. Il programma caricato nel PLC deve essere realizzato dall'utente a seconda del funzionamento che deve ottenere nella propria macchina o nel proprio impianto.

Oggi tipicamente per programmare un PLC si utilizzano software su Personal Computer (nel nostro casa Step7) con sistema operativo che varia a seconda della marca del PLC, per il cui utilizzo non sono necessarie particolari conoscenze di informatica.

LA CPU

L'unità centrale di un PLC è costituita da un microprocessore dedicato specificatamente allo scopo e nel quale l'utilizzatore è libero di inserire qualsiasi tipo di programma.

Il programma normalmente opera in modo da attivare le uscite a seconda dei segnali acquisiti dagli ingressi, e si possono creare infinite tipologie di programmi.

All'atto dell'acquisto sarà necessario scegliere il tipo di CPU (più o meno veloce, potente, ecc..) e la quantità di memoria di cui dotarla : tutto ciò dipende dalla complessità del programma che si dovrà realizzare e dai modelli disponibili sul mercato.

La CPU normalmente è dotata di una porta seriale con la quale :

In fase di installazione si collega il PC con il software di programmazione

In fase di funzionamento si può collegare un display o una tastiera per i setpoint che deve inserire l'operatore.

Una seconda porta seriale può essere utilizzata per costituire una rete di PLC (come si usa fare con i personal computer) utile in impianti dove un PLC principale debba controllare altri PLC di macchine o impianti secondari.

Negli impianti particolarmente estesi o complessi i PLC sono collegati in rete assieme ad uno o più Personal Computer, nei quali viene installato un apposito software di supervisione.

L'affidabilità dei PLC è oggi universalmente riconosciuta, soprattutto perché si hanno ben poche notizie di guasti durante il funzionamento, anche se vengono usati costantemente 24 ore al giorno e spesso anche 365 giorni all'anno.