Funzionamento del PLC
Il PLC funziona come un sistema di comando cui si collegano da una parte dispositivi sensoriali che forniscono informazioni di ingresso, e dall’altra dispositivi di attuazione che ricevono il frutto della elaborazione delle informazioni.
La struttura dell’Unità Centrale di un PLC è la stessa di tutti gli elaboratori digitali: un'unità di elaborazione (CPU) in costante dialogo con una unità di memoria e con le unità di ingresso/uscita, attraverso Bus di sistema, con una architettura fondamentale alla Von Neumann.
Ciascun dispositivo di uscita (utilizzatore) fa capo ad un morsetto del PLC (più uno comune). Il PLC comanda l‘utilizzatore attraverso il segnale sui morsetti di attacco (Output), che vengono chiusi o aperti (0, 1).
Per gli ingressi, ad ogni morsetto della morsettiera è associata una cella di memoria, il cui contenuto binario rappresenta lo stato logico del dispositivo che fornisce una informazione di ingresso.
Eseguendo ciclicamente il programma memorizzato nella “memoria programma”, il PLC legge lo stato degli ingressi leggendo le corrispondenti celle di memoria, ed esegue su questi le operazioni logiche indicate nelle istruzioni del programma memorizzato, producendo le uscite corrispondenti. Quindi la prima cosa che il PLC compie è la lettura degli ingressi e con questo si intende tutti gli ingressi sia digitali che analogici, on board o su bus di campo (schede remote collegate al PLC o con una rete di comunicazione). Dopo aver letto tutti gli ingressi, il loro stato viene memorizzato nella memoria dati, in una locazione definita "Registro immagine degli ingressi" che è poi una porzione di quella che viene chiamata “Immagine di processo”. A questo punto le istruzioni di comando vengono elaborate in sequenza dalla CPU e il risultato viene memorizzato nel "Registro immagine delle uscite". Infine, il contenuto dell'immagine delle uscite viene scritto sulle uscite fisiche ovvero le uscite vengono attivate. Poiché l'elaborazione delle istruzioni si ripete continuamente, si parla di elaborazione ciclica; il tempo che il controllore impiega per una singola elaborazione viene detto tempo di ciclo o ciclo di scansione (solitamente pochi millisecondi).
Ricapitolando l’immagine di processo contiene lo stato degli ingressi relativo all’ultima acquisizione e lo stato logico delle uscite come elaborate dal programma. Le uscite vengono fisicamente aggiornate al successivo ciclo di scansione. E’ noto che l’elemento critico nell’impiego di una logica programmabile è il tempo di elaborazione. Questo deve essere assolutamente compatibile con i tempi di reazione dell’automatismo.
A puro scopo indicativo, si può dire che PLC poco costosi richiedono tempi dell’ordine dei 70 microsecondi per la scansione di 1 KByte. PLC più potenti, facenti uso di microprocessori a 16 bit anziché a 8 bit, sono più veloci e possono richiedere tempi di elaborazione di 4 ms per 1 KB di istruzioni. Poiché comunque il tempo di scansione è generalmente trascurabile, nella maggior parte delle applicazioni, rispetto ai tempi di disattivazione dei sensori e di reazione degli attuatori, per la macchina o il processo le istruzioni sembrano essere eseguite “in tempo reale”, come nella logica cablata. A livello generale un segnale per essere sicuramente rilevabile dagli ingressi del PLC deve avere una durata minima maggiore del tempo di scansione.
Una consolle di programmazione (sempre più frequentemente un PC), separata dall’Unità Centrale, o integrata con esso, consente di scrivere e mettere a punto i programmi. Tipicamente un PLC, nell'interfacciarsi con il mondo esterno, gestisce:
DI - Digital Inputs: Sono segnali provenienti da contatti, pulsanti, termostati, ecc. e che tipicamente hanno tensione 0 quanto OFF e tensione +24 Vcc quando ON.
DO - Digital Outputs: Sono i segnali con i quali il PLC comanda (tramite relé ausiliari e/o contattori) gli attuatori, quali motori, elettrovalvole, segnalazioni, ed altri circuiti.
AI - Analog Inputs: Sono segnali provenienti da trasduttori di pressione, portata, o termometri, igrometri, analizzatori chimici, analizzatori di energia elettrica e altri strumenti che trasducono la grandezza fisica analizzata in un segnale elettrico proporzionale;
AO - Analog Outputs: Sono segnali atti a pilotare valvole proporzionali, strumenti indicatori, registratori, Regolatori di Velocità per motori (Drives o Inverter), e altre apparecchiature regolatrici.
In particolare la gestione di queste ultime due categorie di segnali e di grande utilità e consente un enorme passo avanti ai sistemi di controllo programmati rispetto a quelli cablati, con i quali non sono possibili simili operazioni.
