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Sistemi di supervisione e controllo - I controllori a logica programmabile (PLC) 1/95

Sistemi di Supervisione e ControlloSistemi di Supervisione e Controllo

Argomento - I controllori a logica programmabile (PLC)lezioni

Docente - Prof. Elio [email protected] di Ingegneria Elettrica ed ElettronicaUniversità di Cagliari


Riferimenti bibliografici

A. Di A. Di FebbraroFebbraro, A. , A. Giua Giua Sistemi ad eventi discretiMcGraw-Hill Libri Italia, 2002

P. P. ChiacchioChiacchioPLC ed automazione industrialeMcGraw-Hill Libri Italia, 1996

P. P. ChiacchioChiacchio, F. Basile, F. BasileTecnologie informatiche per l’automazioneMcGraw-Hill,Milano, 2004


Sommario

• PLC – Definizione• PLC – Caratteristiche• PLC – Struttura• PLC – Moduli• PLC – Linguaggi• Sequential Functional Chart• Esempio di programmazione• Esempio: Impianto di pompaggio• Ladder Diagram• Traduzione da SFC a LD


PLC - Definizione

Norma IEC 1131Norma IEC 1131

Sistema elettronico a funzionamento digitale, destinato all’uso in ambito industriale, che utilizza una memoria programmabile per l’archiviazione interna di istruzioni orientate all’utilizzatore per l’implementazione di funzioni specifiche, come quelle logiche, di sequenziamento, di temporizzazione, di conteggio e di calcolo aritmetico, e per controllare mediante ingressi ed uscite sia digitali che analogici, vari tipi di macchine e processi


PLC - Definizione

• Sistema elettronico• Utilizzato in ambito industriale• Memoria interna programmabile• Implementabili logiche di sequenziamento, temporizzazione e calcolo

•Dotato di uscite digitali (ed analogiche)

Sostituisce il vecchio armadio a relé


PLC - Caratteristiche

• Riconfigurabilità / Programmabilità

• Compattezza

• Modularità

• Low-cost


PLC - Struttura

• Rack 19”

• Alimentatore

• Microprocessore

Configurazione minimaConfigurazione minima

Esecuzione compatta ⇒ Modulo unico

• Input/Output

• Terminale di programmazione


PLC - Struttura

• Comunicazione

• Memoria di massa

• PID

• Coprocessore

Espansioni modulariEspansioni modulari

• Servo-drive

• Encoder

• Interfaccia operatore


PLC - Moduli

Ciclo a copia massiva

ProcessoreProcessore

Ottimizza la comunicazione

Operazioni sequenziali• Lettura Input• Elaborazione• Gestione• Scrittura Output


PLC - Moduli

Tempo di scansione


Tempo necessario per completare un ciclo di operazioni, compresi I/O e gestione degli INTERRUPT

Tempo di risposta Intervallo tra evento ed azione


PLC - Moduli

Sistema operativo


Gestione del dispositivo, comprese procedure di “watch-dog” ed operative: programmazione, validazione (con uscite non attive), esecuzione

Memoria ROM: risiede il SORAM: dati corentiEPROM: risiede il programma


PLC - Moduli

Realizzano l’interfaccia tra processo e PLC garantendo

il disaccoppiamento galvanico e/o funzionale

I / OI / O

Disaccoppiamento galvanico Trasformatori d’isolamentoContatti a relèOptoisolatori

Disaccoppiamento funzionale Voltage follower


PLC - Moduli

I / OI / O

A relé 0÷24 V d.c.0÷230 V a.c. 50 Hz

Analogici ± 5 V, ± 10 V, 0÷10 V, 4÷20 mAPer termocoppie e termistoriConvertitore A/D (min. 1)Convertitore D/A (più di 1)

Digitali 0÷24 V d.c.0÷230 V a.c. 50 Hz


PLC - ModuliTeminale Teminale di programmazionedi programmazione

Tastiera &

displayFunzionalità da microcalcolatore integrato con interfaccia utente user-friendly

Tastierina Consente di scrivere semplici programmi. Connessione mediante porta o cordless


PLC - ModuliAlimentatoreAlimentatore

• Potenza massima e nominale

• Dimensionare considerando possibilità di espansione

• Allarme spegnimento

• Ridondanza


PLC - ModuliComunicazioneComunicazione

I/O remoto Acquisizione dati su impianti estesi

Protocolli

Fieldbus RS 232C, RS 485EthernetOttico

Profibus, Fieldbus FundationDevice Net - CANModBusCSMA/CD (TCP-IP)


PLC - ModuliCoprocessoreCoprocessore

Linguaggi BasicC

Connessioni dirette con l’esterno

Memorie dedicate

Utilizzato per elaborazioni dedicate di particolare complessità numerica


PLC - ModuliComandoComando

PID

Servo Specifici per il comando motore

Consentono l’implementazione di loopdi controllo elementari con coordinamento delle azioni (set-point)


PLC - ModuliInterfacciaInterfaccia

Encoder

Operatore Display e connessione tastiera, sempre più sostituiti con connessione a PC

Contatori dedicati ad alta velocità per la lettura di encoder incrementali e/o assoluti


PLC - ModuliBack upBack up

Riserva calda Il PLC di riserva ha lo stato corrente del PLC principale sia I/O che elaborazione

Consentono il collegamento tra due PLC differenti operanti sullo stesso processo

Riserva fredda Il PLC di riserva si attiva solo in caso di guasto del PLC principale

Sicurezza intrinseca Azione valida se concordanza o 2 su 3


PLC - Linguaggi

Portabilità Il software deve essere facilmente riutilizzabile su macchine differenti

Manutenzionabilità

Linguaggi Standard

Il software deve essere facilmente modificabile da terzi


PLC - Linguaggi

Testuali Lista di istruzioni - simile all’assemblerTesto strutturato

A contatti Ladder - simile agli schemi di armadi a relé

Grafici Sequential Functional Chart - stato/transizione, parallelizzabilità, gerarchicamente superioreFunctional Block Diagram - AND, OR, NAND, XOR, ….


Sequential Functional Chart

Deriva dal GRAPHe de Coordination Etapes-Transitions(GRAPHCET) sviluppato in Francia negli anni’70-’80

Diventa standard IEC 848 nel 1988

Incluso nello standard IEC 61131-3 come S.F.C.

Linguaggio di alto livello per la realizzazione di blocchi funzionali o di programmi, e non di funzioni

Programmazione di algoritmi di controllo logico/sequenziale

Semplificazione delle Reti di Petri



Fase Condizione invariante del sistema, modificabile solo all’occorrenza di un evento che genera una transizione. Sono indicate con dei quadrati.

Transizione Definisce il passaggio da una condizione invariante del sistema ad un’altra sulla base dello stato corrente del sistema e dell’occorrenza di un evento. Sono indicate con una barretta trasversale.

Arco orientato Collegano tra loro le fasi e sono interrotti dalle transizioni. La freccia indicante l’orientamento può essere omessa se implicitamente dall’alto verso il basso.



nome Alla fase si associa un nome/numero che la identifica univocamente

La fase iniziale si identifica con un doppio quadrato, o con un quadrato con due linee verticali

nome

La fase attiva si indica con un pallino nel quadrato

nome



Alla fase è associata una variabile booleana Xnome attivanon 0

attiva1faseXfaseX

nome

nome

⇒=⇒=

L’insieme di tutte le variabili di fase definisce lo stato del grafo. Con la nomenclatura delle Reti di Petri il valore assunto dallo stato è definito marcatura

{ } { }Ni NiX 0,1,,2,1: ∈== KM

Alla fase è associabile una variabile reale tnome rappresentante la durata dell’ultima attivazione



Alla fase può essere associata una (o più) azione che viene eseguita se la fase è attiva

nome azione

Le caratteristiche dell’azione possono essere specificate dal blocco azione

(1) (2) (3)

(4)

(1) qualificatore dell’azione(2) nome dell’azione(3) variabile indicatrice di fine azione(4) corpo dell’azione


Sequential Functional ChartQualificatore

N - azione normale, eseguita finché la fase è attiva, omissibileP - azione impulsiva, eseguita una volta sola all’attivazioneD - ritardata, eseguita dopo che la fase è rimasta attiva per τL - limitata, eseguita finché la fase è attiva e per non più di τS - memorizzata, eseguita anche se la fase viene disattivataR - cancellata, blocca l’esecuzione di una fase memorizzataDS - ritardata e memorizzataSL - memorizzata e limitata



Corpo dell’azione

Definisce ciò che viene svolto durante l’azione.Può essere definito con un linguaggio di programmazione, o con lo stesso SFC.

Alla azione è associata una variabile booleana Ynome

attivanon 0attiva1

azioneYazioneY

nome

nome

⇒=⇒=


Sequential Functional ChartAlla transizione si associa un nome/numero che la identifica univocamente

Alla transizione è associata una condizione

Tnome

Tnome

cond

La transizione è abilitata se tutte le fasi a monte sono attive

La transizione è superabile se è abilitata e la condizione associata è vera

La assenza di una condizione significa che la condizione è sempre vera



Tra due fasi collegate da un arco orientato deve esserci una transizione

T1 cond

1

2

Due transizioni non possono essere collegate tra loro, deve esserci una fase interposta T2 Cond 2

1

T1 Cond 1


Sequential Functional ChartRegole di evoluzione

Se una transizione è superabile, essa viene superata (scatta)

Quando una transizione scatta, tutte le fasi a monte vengono disattivate e tutte le fasi a valle diventano attive

Se più più transizioni sono superabili nello stesso istante, esse scattano contemporaneamente

Una fase instabile (una transizione a valle è superabile nell’istante di attivazione della fase) viene comunque eseguita una volta



T1 C1

1

2

112

2211

21

11

ANDevoluzione nella

IF END

,

ELSE

1 0,

AND IF

C XX

XXXX

XX

C X

=→

==

==

T1 C1

1

3

T1 C2

2 ( )

( )( ) ( )11223

2

2

22

1

1

11

AND OR AND evoluzione nella

END1

ELSE0

AND IF

END1

ELSE0

AND IF

CXCXX

X

XCX

X

X

CX

=→

=

=

=

=



( )

( )( )stCXY

stXY

XXXX

XX

CX

1 AND AND

1 AND

END

,

ELSE

0 ,1

AND IF

2112

222

1122

12

11

≥≠

≥=

==

==

T1 C1

1

2 D,1s A2

Y2=1


Sequential Functional Chart0AND 21 ≡CC

T2 C2

1

3

T1 C1

2

Scelta

IF X1=1IF C1=1

X2=1, X1=0, X3= X3ELSE

IF C2=1 X3=1, X1=0, X2= X2

END IFEND IF

ELSE X1= X1, X2= X2, X3= X3

END IFPercorsi alternativi


Sequential Functional ChartConvergenza

T1 C1

1

3

T1 C2

2 Percorsi diversi convergono verso la medesima fase

Non necessaria la contemporaneità della convergenza verso la fase 3

IF X1=1 AND C1=1X1=0, X3= 1

END IFIF X2=1 AND C2=1

X2=0, X3= 1END IF



Salto di sequenza

Caso particolare di scelta e convergenza

Se C3=1 si salta una parte del programma

T1 C1

1

3

T2 C2

2 T3 C3

T4 C4

0AND 31 ≡CC


Sequential Functional ChartCiclo di sequenza

T1 C1

1

3

T2 C2

2 T3 C3

T4 C4

REPEATX2=1IF (X2=1) AND (C2=1)

X3=1, X2=0ELSE

X2= X2END IFIF (X3=1) AND (C3=1)

X2=1, X3=0ELSE

X3= X3END IF

UNTIL (C4=1) AND (X3=1)

0AND 34 ≡CC


Sequential Functional ChartParalellismo

IF (X1=1) AND (C1=1)X2=1X3=1X1=0

ELSEX1= X1

END IF

1

3 2

T1 C1


Sequential Functional ChartSincronizzazione

X3= ((X1=1) AND (X2=1)) AND (C1=1)

3

21

T1 C1


Sequential Functional ChartSincronizzazione locale

T1 C1

1

3

2

T4 C4

T3 C3

11

13

T2 C2

12

La fase 12 non sarà disattivata finché la transizione T1 non sarà superata


Sequential Functional ChartMacrofase È l’esplicitazione di una fase a cui corrisponde un

ingresso ed una uscita

Macroazione Consente l’interazione/gerarchizzazione tra PLCForzaturaFORZARE X:{Y}; ovvero M(X):=YAssegna al PLC X lo stato YSospensioneParticolare forzatura allo stato nulloFORZARE X:{0}; ovvero M(X):=0BloccaggioFORZARE X:{*}; ovvero M(X):=XVengono disabilitate tutte le transizioni


Esempio di programmazione

Controllo di un carrello per la movimentazione di carichi

Baiadi carico

Baiadi scarico

Un PLC installato sul carrello deve farlo muovere autonomamente per trasportare i colli dalla postazione di carico a quella di scarico.I colli sono posti sul/prelevati dal carrello con un muletto nonconnesso al PLC



Il carrello è movimentato mediante un motore reversibile

Il carrello è equipaggiato con i seguenti sensori:cella di carico sul pianalesensore di prossimità magnetico sul fondosensori di prossimità magnetici frontale e posteriore

Sul fronte baia è posta una “chiodo” magnetico

Sul pavimento sono posizionati “chiodi” magnetici a 2 metriIl PLC può essere acceso in qualunque stato del carrello



F - cella di carico, F=1 se il carrello è caricatoSi - sensore di prossimità sul fondo carrelloPsn - sensore di prossimità sinistro (lato baia di carico)Pdx - sensore di prossimità destro (lato baia di carico)

Dl - comando marcia dx, lentaDv - comando marcia dn, veloceSl - comando marcia sn, lentaSv - comando marcia sn, veloce

Inpu

tO

utpu

t



0

1

F

5

NOT(F)


0

1

2 Dl

F

F &(t1>τ)

5

NOT(F)

NOT(F) &(t1<τ)



0

1

2 Dl

F

F &(t1>τ)

Si

Pdx

5

NOT(F)

NOT(F) &(t1<τ)



0

1

2 Dl

3 Dv

F

F &(t1>τ)

Si

Pdx

5

NOT(F)

NOT(F) &(t1<τ)



0

1

2 Dl

3 Dv

4 Dl

F

F &(t1>τ)

Si

Si

Pdx

Pdx

5

NOT(F)

NOT(F) &(t1<τ)



0

1

2 Dl

3 Dv

4 Dl

6Sl

F

F &(t1>τ)

Si

Si

Pdx

Pdx

5

NOT(F)

NOT(F) &(t1>τ)NOT(F) &(t1<τ) F &(t1<τ)




Si

Psn

0

1

2 Dl

3 Dv

4 Dl

6Sl

F

F &(t1>τ)

Si

Si

Pdx

Pdx

5

NOT(F)




7Sl

Psn

Si

Si

Psn

0

1

2 Dl

3 Dv

4 Dl

6Sl

F

F &(t1>τ)

Si

Si

Pdx

Pdx

5

NOT(F)




8Sv

9Sl

Pdx

Si

7Sl

Psn

Si

Si

Psn

0

1

2 Dl

3 Dv

4 Dl

6Sl

F

F &(t1>τ)

Si

Si

Pdx

Pdx

5

NOT(F)



Test di programmazione

Sviluppare il programma sequenziale per l’avviamento ed il comando di un motore.

Se il motore non si avvia entro il terzo tentativo, inibire il comando di avviamento e richiedere l’intervento operatore


Test di programmazione


ZSL 01

ZSH 01

ZSL 03

ZSH 03

V 01

V 03

LSH 0

LSL 0

ZSL 02

ZSH 02

V 02

V 11

ZSL 11

ZSH 11

M

M

FT 1PDT

1

V 12

ZSH 12

ZSL 12

M

V 21V 22

FT 2

ZSH 21

ZSL 21

M

ZSL 22

ZSH 22

M

M

V 41

M

ZSL 41

ZSH 41

V 3

ZSL 3

ZSH 3

V 43

ZSL 43

ZSH 43

V 42

ZSL 42

ZSH 42

LSL 4

LSH 4

V 51

ZSL 51

ZSH 51

M

V 53

ZSL 53

ZSH 53

V 52

ZSL 52

ZSH 52

ZSL 5

LSH 5

FT 5

M

FT 4

M

M

FT 6

ZSH 6

ZSL 6

V 6

LT 4

LT 5

LT 0

FQT 3

PLC

P1

P2

PDT 2

DP/PA

OLM

OLM

S1

S2

S3

Esempio: Impianto di pompaggio


Esempio: Impianto di pompaggioRete di campoSito basso (S1): 27 ingressi digitali,5 ingressi analogici,

12 uscite digitali.Sito alto (S2): 23 ingressi digitali, 4 uscite digitaliBus di campo: Profibus DPNei due siti: collegamenti con doppini intrecciatiCollegamento dei due siti: fibra ottica, con conseguente

conversione opto-elettronica. Controllo: 1 unità master (PLC) situata nel sito basso. L’unità

master controlla tutti gli slaves (trasmettitori/ attuatori).



L’utilizzo delle pompe deve tener conto dei livelli nei serbatoi e dei consumi nei vari periodi dell’anno e nelle varie fasce orarie

Le pompe devono essere avviate preferibilmente in orari in cui il costo dell’energia è inferiore

Le procedure di avviamento delle pompe devono tener conto dello stato dell’impianto

Le pompe devono avere, in media, lo stesso numero di ore di marcia


Esempio: Impianto di pompaggioSequential Functional Chart

Main

1

T1T2 T3 T4

2 3 4 5

Gennaio OR Febbraio OR

Marzo OR Dicembre

FORZARE SFC 1:{10}

FORZARE SFC 2:{100}

FORZARE SFC 3:{300}

FORZARE SFC 4:{200}

Aprile OR Maggio OR Giugno OR

Settembre OR Ottobre OR Novembre

Luglio Agosto T5 =1



Routine 110

11

APRI V5132

[tε( 21:00÷7:00)OR LSL4 OR LSL5] AND (NOT LSL0) AND[( NOT LSH5 AND

LSH4)OR (NOT LSH4) OR (NOT LSH5)]

(NOT LSH4)AND(NOTLSH5)AND ZSL43 AND ZSL53 AND (NOT ZSH43) AND (NOT ZSH 53)

T35

T10

ZSL 51ZSH 51ZSL 41

30

ZSH 41

31 APRI V41

T40T39T37T36

ZSH01 AND ZSL03 AND ZSH02 AND ZSH3

T42

40 M2

44 M4

P2d AND [P2u=Min(P1u AND P2u)] OR (NOT P1d)

T48P1d AND [P1u=Min(P1u AND P2u)] OR (NOT P2d)

39 M3

35 M1

T43P2d AND [P2u=(MinP1u AND P2u)] OR (NOT P1d)

LSH4 OR LSL0


LSH4 OR LSL0

27 M3

T31

26 M1

T32


T30

29 M4

28 M2

T33

T34

ZSH 51T25T24 ZSH 41

(NOT LSH4) AND LSH5 AND ZSL43 AND(NOT ZSH 43)

APRI V4122

ZSL 41

T23

21

ZSL 51T27

23

T28

CHIUDI V51

T15

(NOT LSH5) AND LSH4 AND ZSL 53 AND( NOT ZSH 53)


LSH5 OR LSL0

P1d AND [P1u=Min (P1u AND P2u)] OR (NOT P2d)

18 M3

T20

T19

17 M1

T18

ZSL 41T12 T13

CHIUDI V4113

ZSH 41

T11

LSH5 OR LSL0

P2d AND [P2u=(MinP1u AND P2u)] OR (NOT P1d)

20 M4

19 M2

T21

T22

ZSL 51

12

ZSH 51

14

T16

APRI V51

16 25 34

37 CHIUDI V51

LSH5 AND (NOT LSH4)T45LSH4 AND

(NOT LSH5)

36

T44

CHIUDI V41 38

T46NOT LSH4 AND(NOT LSH5)

T49

CHIUDI V4141

LSH4 AND (NOT LSH5)

CHIUDI V5142

T50 LSH5 AND (NOT LSH4)

(NOT LSH4) AND

(NOT LSH5)

43

T51

T47 (LSH5ANDLSH4) OR LSL0

(LSH5ANDLSH4) OR LSL0T52

=1T71T38 ZSH 41 ZSH 51T41

3324

T29 ZSL 51ZSH 41T26ZSL 41T14 T17 ZSH 51

15



Routine 2

(NOT LSH4 AND NOT) LSH5 AND ZSL43 AND ZSL53 AND(NOT ZSH 43)

AND (NOT ZSH53)

132

T100

101

100


135

136

ZSH 41

133 APRI V41

ZSH 41

ZSL 41

ZSH 51

ZSL 51

134

ZSH 51

APRI V51

LSH5 AND LSH4 OR LSL0

141 M3


146 M4

143CHIUDI V41

LSH4 AND (NOT LSH5)

138 CHIUDI V51139

LSH5 AND (NOT LSH4)

(NOT LSH4) AND (NOT LSH5)

140

LSH5 AND (NOT LSH4)

CHIUDI V41

LSH4 AND (NOT LSH5)

144 CHIUDI V51


145

137 M1

142 M2

ZSH 41

118

ZSH 41


T101

120


121

APRI V41

ZSL 41

117

ZSL 51

ZSL 51

119 CHIUDI V51

ZSH 51

127 M3

(LSH5ANDLSH4) OR LSL0

131 M4

(LSH5ANDLSH4) OR LSL0

124

LSH4 AND NOT LSH5

CHIUDI V41

LSH5 AND NOT LSH4

CHIUDI V51125

122 M1

NOT LSH4 AND NOT LSH5

128

NOT LSH4 AND NOT LSH5

126

LSH4 AND NOT LSH5

CHIUDI V41

LSH5 AND NOT LSH4

129 CHIUDI V51

123 M2

130CHIUDI V41

LSH4 AND (NOT LSH5)

109



112 M3

116 M4

LSH4 AND (NOT LSH5) AND ZSL53 AND(NOT ZSH 53)

T102

CHIUDI V51

CHIUDI V41

105


CHIUDI V51

LSH5 AND (NOT LSH4)

110

107 M1

111

106

CHIUDI V41

LSH4 AND (NOT LSH5)

113

LSH5 AND (NOT LSH4)

114

108 M2


ZSH 51

103 APRI V51

ZSH 51 ZSL 51

102

104

ZSL 41

ZSL 41 ZSH 41

115


P2d AND P1d P2d AND P1d P2d AND P1d

T179 =1

T103 T104 T106 T107

T105 T108

T109

T110

T111 T112 T113

T114

T119 T120

T121

T122 T123

T124

T125

T126

T127 T128 T129

T130

T115 T116 T117

T118

T131 T132 T133

T134

T136

T135

T137

T138

T139 T140

T141

T142

T143

T144 T145 T146

T147

T148 T149 T150

T151





Routine 3 T300

311

315

314


303

(ORE 13:30) OR LSH5OR LSL0


308 M3

T309

T310

307 M1

ZSL 41T302

T304

T303

306


310 M4

T312

309 M2

T311

(ORE 13:30) OR LSH5OR LSL0

T321

T322

317 M3

(ORE 13:30) OR LSH4 OR LSL0

316 M1

ZSL 51T305


305

T308

CHIUDI V41

ZSL 41

ZSH 41 ZSH 51

304

T307 ZSH 51

T306

(NOT LSH5) AND LSH4 AND ZSL 53 AND (NOT ZSH 53)

302

T301

ZSH 41

APRI V51

T314

T320

T316

312

T315

APRI V41

ZSH 41

ZSL 41

T313



T339

324

LSH4 AND (NOT LSH5)


(ORE 13:30) OR LSH4 OR LSL0

319 M4

T324

318 M2

T323

T334

326

329 M3

CHIUDI V51


LSH5 AND (NOT LSH4)

(ORE 13:30) OR (LSH4 AND LSH5) OR LSL0

T335

T337

CHIUDI V41 327

T333

325 M1

T336(NOT LSH4) AND (NOT LSH5)

328

T318

T319


T317 ZSL 51

CHIUDI V51

ZSL 51

313

ZSH 51


T326 ZSH 41

323

T332

ZSL 41

ZSH 41T328

321

T327

APRI V41

T325

320



334 M4

330 M2

332

T340LSH4 AND (NOT LSH5)

CHIUDI V41331

T342

T338


CHIUDI V51

(ORE 13:30) OR (LSH4 AND LSH5) OR LSL0

333

322

ZSH 51T329

T331

T330

APRI V51

ZSH 51

ZSL 51

CHIUDI V41

LSH4 AND (NOT LSH5)


345 M3

T356 T360

350 M4


T395T344 LSH4 AND (NOT LSH5) AND

ZSL53 AND(NOT ZSH 53)

P2d AND P1d


339

LSH5 AND (NOT LSH4)

LSH4 AND (NOT LSH5)

CHIUDI V41

T353

342

T354

343

341 M1

344

T355

CHIUDI V51

T357(NOT LSH4) AND (NOT LSH5)

347

T352

340

T351

ZSH 51

=1

T345

ZSH 51T347

337 APRI V51

T346 ZSL 51 T348

336

T359T358LSH4 AND (NOT LSH5)

CHIUDI V41

LSH5 AND (NOT LSH4)

CHIUDI V51348

346 M2


349

T370

357

338

T350

CHIUDI V41

ZSL 41

ZSL 41 T349 ZSH 41

LSH5 AND LSH4OR LSL0

365 M4


360 M3

T373 T377 LSH5 AND LSH4 OR LSL0

375 M3

T390

380 M4

T394 LSH5 AND LSH4 OR LSL0

LSH5 AND (NOT LSH4)

CHIUDI V51

T361 (NOT LSH4) AND LSH5 AND ZSL43 AND(NOT ZSH 43)

361 M2

363

ZSH 51

ZSL 51

354


LSH5 AND (NOT LSH4)T371

358

356 M1

T372

CHIUDI V51 359


362

T375

CHIUDI V41


P2d AND P1dT369

355

T368

APRI V41352

T364 ZSH 41

ZSH 41T362 T363 ZSL 41

T367

353

T365

351

ZSL 51 T366


CHIUDI V51


364 CHIUDI V41

T387 LSH4 AND (NOT LSH5)

372

T388

373

371 M1

CHIUDI V51

T379 ZSH 41

T343

335

T378(NOT LSH4) AND (NOT LSH5) AND

ZSL43 AND ZSL53 AND (NOT ZSH 43) AND (NOT ZSH53)

T393

369

LSH4 AND (NOT LSH5)



T389

374

T391

377

T386

T385

P2d AND P1d

370

376 M2

378

T392

CHIUDI V41

LSH5 AND (NOT LSH4)

CHIUDI V51

ZSH 51

APRI V41367

T381 ZSH 41

T380 ZSL 41 T382

366

ZSH 51T384

368 APRI V51

ZSL 51T383


379

301

300

SEQUENTIAL FUNCTIONAL CHART 3 (SFC 3)

[ore 12:00 OR LSL4 OR LSL5] AND (NOT LSL0) AND[( NOT LSH5 AND






Routine 4(NOT LSH4) AND LSH5 AND

ZSL43 AND(NOT ZSH 43)


CHIUDI V41


(ORE 20:00) OR LSL0

211 M3

209 M1

ZSL 41

T286 =1

205

ZSL 41

ZSH 41

207


212 M4

210 M2

208


(ORE 20:00) OR LSL0

203

ZSL 51

APRI V51206

ZSH 51

ZSL 51

215

ORE 20:00 OR LSL0


219 M3

218 M1

216

ZSH 41

213 APRI V41

ZSH 41

ZSL 41

202


201

200

(ORE 20:00) OR LSL0

230 M3

(ORE 20:00) OR LSL0

235 M4

232



CHIUDI V41

0RE 20:00 OR LSL0


220 M2

221 M4

LSH4 AND (NOT LSH5)

227

ZSL 51

ZSH 51

214

ZSL 51

CHIUDI V51

224

CHIUDI V51


228

226 M1

LSH5 AND (NOT LSH4)

(NOT LSH4) AND(NOT LSH5)

229

225

ZSH 41

APRI V41222

ZSH 41

ZSL 41

204


LSH5 AND (NOT LSH4)

CHIUDI V41

LSH4 AND (NOT LSH5)

233

231 M2


CHIUDI V51 234

ZSH 51

ZSL 51

223

ZSH 51

APRI V51

T201

T204 T205

T206

T207 T208

T209

T202

T215 T216

T217

T218 T219

T220

T226 T227

T228

T203

T229 T230

T231

T232T221T210

T211

T212

T213

T214

T222

T223

T224

T225

T233

T234 T235 T236

T237

T238

T240 T241

T242

T239

T200

T243

236

247

LSH4 OR LSL0


243 M3

242 M1

T253

T252

LSH5 OR LSL0



LSH5 OR LSL0

245 M4

244 M2

T255

T254

252 M3

251 M1

T265

T264

T245 ZSL 41

T250

T249


240

241

T251

ZSL 41T247


ZSH 41T246

238 CHIUDI V41

T244

237

ZSL 51T248

ZSL 51 T259

APRI V51

ZSH 51

239

ZSH 41T257 T258

(LSH4 AND LSH5) OR LSL0

LSH5 AND (NOT LSH4)


LSH4 OR LSL0


254 M4

T267

T266

253 M2

264 M3

LSH4 AND (NOT LSH5)

261

T277

T280

CHIUDI V41 262

T278

T276

260 M1

CHIUDI V41


CHIUDI V51 263

T279

266


269 M4



T285

267 CHIUDI V51

LSH5 AND (NOT LSH4)

265 M2

T283

T281

268

(NOT LSH4) AND (NOT LSH5)T284

ZSH 41

248


249

T263

250

ZSH 41 T262

T260


APRI V41

ZSL 41

T256

246

ZSL 51 T261

ZSL 51

CHIUDI V51

ZSH 51 T269



ZSH 41

259

258

T275

T271

255

APRI V41256

T270 ZSL 41

T268

T272 ZSH 51

ZSH 51T274

ZSL 51T273

257 APRI V51

[(ore12:00)OR LSL4 OR LSL5] AND (NOT LSL0) AND[( NOT LSH5 AND






Non considerati

• Input di emergenza• Reset operatore• Segnalazioni• Blocchi• Memorizzazione dati storici• Ottimizzazione dinamica o real-time


Ladder diagramLadder Diagram (LD): è un metodo di programmazione simbolico basato su una simbologia di contatti e bobine molto vicina ai vecchi diagrammi funzionali delle logiche elettromeccaniche utilizzate fino agli anni ottanta

Disponibile per la programmazione di praticamente tutti i PLC utilizzati in ambito industriale

Utilizzabile anche da tecnici che, avendo acquisito esperienza nella manutenzione degli armadi con logiche a relè, non hanno proceduto ad un adeguato aggiornamento professionale

Può essere di difficile codifica/decodifica qualora il programma da realizzare/realizzato sia complesso

Richiede una particolare competenza ed esperienza da parte dellosviluppatore della logica di controllo


Ladder diagramElementi fondamentali: La scala

Costituisce lo schema entro il quale sviluppare il programma.

Ogni istruzione logica viene inserita in un rung (linea orizzontale) che viene letto da sinistra verso destra.

La sequenza delle istruzioni viene letta dall’alto verso il basso.

Non sono ammesse inversioni di percorso

1

2

3


Ladder diagramElementi fondamentali: i contatti

Rappresenta l’elemento logico elementare e con essi vengono rappresentati gli argomenti della operazione logica definita dal rung

Se la variabile logica associata è vera (I=1), il valore può essere alto (u=1) (contatto normalmente aperto), oppure basso (u=0) (contatto normalmente chiuso).

Rappresenta solo lo stato logico della variabile e non lo stato fisico di un relè eventualmente associato

I

u=I

u=NOT(I)

I

(NO)

(NC)


Ladder diagramElementi fondamentali: i contatti

Possono essere individuati dei contatti particolari che rappresentano la transizione della variabile associata

Il contatto a fronte di salita (P) ha una uscita alta (u=1) se tra due esecuzioni successive la variabile associata (I) passa da falsa a vera.

Viceversa il contatto a fronte di discesa (N) sente le transizioni da vero a falso della variabile I.

uk= (Ik==1) AND (Ik-1==0)

IP

uk= (Ik==0) AND (Ik-1==1)

IN


Ladder diagramElementi fondamentali: Le bobine

X=risultato del rung

Rappresenta il risultato della operazione logica definita dal rung

Alla bobina è associata una variabile logica (X) che può essere sia una variabile interna che una variabile di uscita (comando)

Se l’operazione logica definita dal rung è vera, il valore della variabile logica associata può essere alto (X=1) (bobina semplice), oppure basso (X=0) (bobina negata).

X

X=NOT(risultato del rung)

X


Ladder diagramElementi fondamentali: Le bobine

Una volta assegnato X=1 il valore viene mantenuto

Sono disponibili bobine che memorizzano il valore della variabile associata anche quando il risultato dell’operazione logica definita dal rung a monte cambia di valore tra due cicli successivi

La bobina di Set (Latch) assegna il valore alto alla variabile e lo mantiene fino a che non viene “alimentata” la corrispondente bobina di Reset (Unlatch).

Se il PLC viene disalimentato le variabili X vengono comunque ri-azzerate

XS

Se il risultato dell’operazione del rung a monte è vero la variabile viene azzerata X=0

XR


Ladder diagramElementi fondamentali: Le bobine con funzioni “speciali”

XP

A fronte di salita: X sarà vera se l’operazione del rung passa da falsa a vera tra due cicli successivi

XN

A fronte di discesa: X sarà vera se l’operazione del rung passa da vera a falsa tra due cicli successivi

XM

A ritenuta: il valore di X verrà mantenuto anche in caso di disalimentazione del PLC

XSM

XRM


Ladder diagramI1 I2 X1

X1 UI3

1

2

I1 I2 X1

X1 UI3

2

1

U= I1 AND (NOT(I2)) AND I3

U= X1 AND I3

Se X1 non è stato assegnato con memorizzazione da qualche rung successivo in un ciclo precedente X1è falso e quindi U=0

E’ importante la sequenza dei rung


Ladder diagramI1 I2 U

I4 UI3

1

2

I1 I2 U

I4 UI3

2

1

I1 =1 I2 =1 I3 =1 I4=1

Caso a)

U= I4 AND I3 = 1

Le uscite vengono assegnate solo al termine di ciascun ciclo

Valore ingressi

Caso b)

U= I1 AND (NOT I2) = 0


Ladder diagramI1 I2 X1

I2 X2I3

1

2

Scelta IF I2=1 THENIF I3=1 THEN

X2=1END IF

ELSEIF I1=1 THEN

X1=1END IF

END IF

Parallelismo IF I2=0 AND I1=1 THENX2=1X1=1

END IF

I1 I2 X1

X2

1

2

I1 I2

Il rung 2 è eliminabile


Ladder diagram

Ritenuta: la variabile X1 diventa vera non appena la variabile I1diventa vera e il comando I2 è basso, e rimane tale fino a che il comando I2 è basso.

Esempio di avviamento macchina:

I1: pulsante marcia

I2: pulsante arresto

X1: bobina di alimentazione

I1 I2 X1

X1

1

2

I1

t

I2

t

X1

t


Ladder diagramElementi addizionali: i temporizzatori

Permettono la temporizzazione della sequenza di operazioni e l’introduzione di ritardi

La variabile logica T1 diventa vera se l’operazione logica definita dal rung a monte si mantiene vera per un numero di cicli pari a t centesimi di secondo

Appena l’operazione logica diventa falsa la variabile T1diventa falsa

Nei temporizzatori con ritenuta il temporizzatore interno viene azzerato solo con una bobina di reset.

La variabile T1 diventa vera se l’operazione logica del rung a monte è stata vera per un numero di cicli, anche non consecutivi, pari a 0.01 s

T1t

T1Rt

T1

R


Ladder diagramElementi addizionali: i temporizzatori

T150

T2R100

T2

R

I1 I21

2

I2 T2

I1

t

I2

t

T1

t

T2

t

R-T2

t


Ladder diagramElementi addizionali: i contatori ad incremento

Permettono la comandare delle azioni sulla base del numero di eventi verificatisi

La variabile logica C1 diventa vera se l’operazione logica definita dal rung a monte ha subito una transizione da falso a vero almeno n volte nei cicli precedenti

Nei contatori il conteggio viene azzerato solo con una bobina di reset.

C1n

C1

R


Ladder diagramElementi addizionali: i contatori

C13

C1

R

1

3

I2 C1

I1 UC1

2

I1

I1

t

I2

t

C1

t

U

t

R-T2

t


Ladder diagramElementi per il controllo del programma: il salto

aJMP1

4

I1

2

aLBL

3

Se la condizione I1 è vera le istruzioni dei rung 2 e 3 vengono saltate. Se la condizione I1 è falsa dopo le istruzioni dei rung 2 e 3 vengono comunque eseguite quelle dei rang successivi al 4

Nei casi semplici l’istruzione di salto può essere evitata utilizzando la struttura della scelta



Il costrutto può essere differente in funzione del PLC utilizzato

Il collegamento tra condizione di salto e rung a cui arrivare è realizzato inserendo l’etichetta di salto prima del rung destinazione

1

4

I1

2

3

>> a

a:

La funzione di salto può essere utilizzata anche per spezzare una istruzione troppo lunga che non è possibile scrivere in un unico rung

1

I1

>> a

>a >U



Se la condizione I1 è vera vengono eseguite le istruzioni definite dalla subroutine A, al termine della quale si ritorna al rung successivo a quello in cui è avvenuto il salto.

La stessa subroutine può essere utilizzata in diversi punti del programma

AJSR1

50

I1

2

ASBR

70 RET

51


Ladder diagramElementi per il controllo del programma: il Master Control Relay

Se la condizione I1 è vera vengono eseguite le istruzioni comprese tra le due bobine MCR.

Se la condizione I1 è falsa le istruzioni tra le due bobine MCR non vengono eseguite e tutte le bobine corrispondenti vengono poste a zero, se non ritenute

MCR1

I1

2

70 MCR

Analoga struttura ha il Zone Control Last State (ZCL), in cui però le bobine interne al blocco, qualora non eseguito, vengono mantenute nell’ultima condizione


Ladder diagramIstruzioni speciali: svolgono funzioni logiche, matematiche, di gestione della memoria, e della comunicazione dati

Nell’esempio la funzione Istruzione è eseguita utilizzando gli argomenti Oper-1 ed Oper-2, …, Oper-n

IstruzioneOper-1Oper-2..Oper-n

ADD: sommaMUL: moltiplicazioneAND: moltiplicazione binaria bit a bitOR: somma binaria bit a bitNEQ: confronto per diseguaglianzaPID: realizzazione di un controllo PIDSEND: invio di dati ad un altro PLC in reteGET: acquisizione di dati ad un altro PLC in reteRSD: shift di una word a destra, di un bit

Esempi


Traduzione da SFC a LD

Un Sequential Functional Chart può essere convertito in un Ladder Diagram per permetterne l’implementazione su macchine che non lo supportano come linguaggio di programmazione

• Procedura di traduzione standard ed automatica

• Algoritmo di evoluzione senza ricerca di stabilità

• Mancanza di ottimizzazione del codice

• Tempo di esecuzione non molto aumentato

• Occupazione della memoria EPROM molto aumentata


Traduzione da SFC a LDAlgoritmi di evoluzione con ricerca di stabilità: supera tutte le transizioni a cui è associata una condizione vera

T1 C1

1

3

T2 C2=1

2

T4 C3

T1 C1

1

3

T2 C2=1

2

T4 C3

Ciclo k

C1=1

L’azione eventualmente associata alla fase 2 non viene eseguita


Traduzione da SFC a LDAlgoritmi di evoluzione senza ricerca di stabilità: esegue tutte le azioni associate alle fasi intermedie anche quando le transizioni hanno la condizione vera

T1 C1

1

3

T2 C2=1

2

T4 C3

T1 C1

1

3

T2 C2=1

2

T4 C3

Ciclo k

C1=1

T1 C1

1

3

T2 C2=1

2

T4 C3

Ciclo k+1


Traduzione da SFC a LDAlgoritmi di evoluzione senza ricerca di stabilità

Lettura ingressi

Inizializzazione fasi

Aggiornamento uscite

1° cicloSI NO

Determinazione transizioni superabili

Determinazione nuova condizione


Traduzione da SFC a LD

Gli algoritmi di evoluzione

senza ricerca di stabilità

rispecchiano il ciclo di

funzionamento a “copia

massiva degli ingressi e

delle uscite” tipico dei PLC

Lettura ingressi

Scrittura uscite

Elaborazione

Test, verifiche, e gestione SO


Traduzione da SFC a LDInizializzazione: deve essere eseguita una sola volta alla accensione del PLC

aJMP1

n

X1

2

aLBL

3

X1

S

n-2

n-1

Azioni

JMP

Prima inizializzazione delle fasi

Ultima inizializzazione delle fasi

nome

Definisce tutte le condizioni iniziali delle fasi che devono essere attive al primo avviamento

Può corrispondere alla fase iniziale

Una volta terminata l’inizializzazionesi salta direttamente alla definizione delle azioni: (scrittura uscite)


Traduzione da SFC a LDValutazione delle transizioni: si definiscono le transizioni che vengono superate

Tr2 C2

3

21

Tr1 C1

Tr1

n+1

F1

n+2

n+3

m

Terza valutazione delle transizioni

Ultima valutazione delle transizioni

F2 C1

Tr2F3 C2

La valutazione delle transizioni dipende dallo stato delle fasi nel ciclo precedente e dai valori degli ingressi nel ciclo corrente


Traduzione da SFC a LDAggiornamento delle stato: si definiscono le fasi attive

Tr2 C2

3

21

Tr1 C1

m+1

Tr1

m+2

pUltimo aggiornamento delle fasi

Tr2

F1

R

F2

R

F3

S

F3

R


Traduzione da SFC a LDEsecuzione delle azioni: si definiscono le uscite sulla base delle fasi attive

Tr1 C1

1

2 N A2

Y2=1

p+2

F1

p+3

qUltima definizione delle azioni

F2 Y2

p+1

Azioni

LBL


Traduzione da SFC a LDEsecuzione delle azioni: si definiscono le uscite sulla base delle fasi attive

Tr1 C1

1

2 D,1s A2

Y2=1

I temporizzatori, o i contatori, possono essere utilizzati per definire i qualificatori dell’azione

p+2

F1

p+32

qUltima definizione delle azioni

F2 Y2T2

T2100

p+1

Azioni

LBL

sistemi di supervisione e controllo - schoolofnerd · complessità numerica. sistemi di...

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