Controllori Logici Programmabili PLC – Componentistica

Componenti Costituenti un PLC

I principali componenti che costituiscono un controllore logico programmabile PLC sono:

• l’alimentatore
• la CPU
• schede di ingressi digitali
• schede di ingresso analogiche
• schede di uscita digitali
• schede di uscita analogiche
• schede speciali
• schede di comunicazione

Alimentatore

L’alimentatore è l’apparato che fornisce l’energia necessaria al corretto funzionamento del PLC. La tensione fornita è solitamente continua.

CPU

La CPU è l’elemento fondamentale del PLC. La CPU è una scheda complessa basata su una logica programmabile. Essa può memorizzare gli stati degli ingressi e delle uscite ed accedere alle schede costituenti la struttura del PLC; dispone inoltre di una zona di memoria a disposizione dell’utente per lo sviluppo del programma di gestione e controllo del macchinario.
La memoria utente può essere interna e/o esterna; a volte si può utilizzare una memoria esterna di tipo EPROM come back up di quanto memorizzato sulla memoria interna.
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 (solitamente da 5 a 50 millisecondi).
All’interno della CPU si possono inoltre riconoscere:

• unità di gestione, cioè informazioni necessarie alla gestione del PLC che vengono impostate dal costruttore e sono trasparenti all’utente programmatore;
• archivio di temporizzatori e contatori funzionali all’operatività del PLC;
• interfaccia per la comunicazione con gli strumenti di programmazione;
• bus dati, comando, indirizzi per l’invio dei dati fra le varie parti interne ed i componenti esterni alla CPU.

Schede di ingresso digitali

Le schede di ingresso digitali sono utilizzate per la rilevazione di grandezze “digitali”, cioè che possono assumere lo stato “0”oppure lo stato “1”. Ogni scheda può gestire più ingressi digitali differenti (solitamente fino ad un massimo di 32 o 64). I segnali dal campo si attestano sulla morsettiera della scheda mediante cavi elettrici.

Schede di uscita digitali

Le schede di uscita digitali sono utilizzate per il comando di attuatori “digitali”. Si definiscono digitali gli attuatori che possono avere soltanto due stati stabili; l’esempio classico è il relè che può solo essere eccitato o a riposo. Altro esempio di attuatore digitale sono le elettrovalvole a due stati: aperta o chiusa.
Anche nel caso di schede di uscita digitali, si possono gestire più uscite differenti con un massimo di 64.

Schede di ingresso analogiche

Questo tipo di schede servono a rilevare lo stato di grandezze il cui valore può variare entro un intervallo (ad esempio pressione, livello, temperatura, ecc.). Ovviamente su queste schede possono convergere solo segnali elettrici quali tensione o corrente. E’ pertanto necessario un trasduttore che converta il valore della grandezza rilevata in una tensione o in una corrente. Solitamente sono disponibili schede di ingresso analogiche in tensione con intervallo compreso tra 0 e 10V oppure schede di ingresso analogiche in corrente, con un intervallo variabile tra 4 mA e 20 mA.
Molti produttori di PLC rendono anche disponibili schede con ingressi analogici per sonde di temperatura sia Pt100 che termocoppie T, J, K, ecc.
I segnali dal campo si attestano sulla morsettiera della scheda mediante cavi elettrici solitamente schermati.

Schede di uscita analogiche

Quando occorre regolare una grandezza variabile, come ad esempio la velocità di un motore sotteso ad un inverter, si ricorre alle schede di uscita analogiche. Queste schede permettono di controllare degli attuatori variabili. Possono essere in corrente o in tensione con gli stessi range indicati per le schede di ingressi analogici.
Anche in questo caso i segnali vengono trasmessi su cavi elettrici generalmente schermati.

Schede di comunicazione

Se il PLC di controllo del processo deve poter comunicare con computer o altri PLC, è necessario che disponga di apposite schede di comunicazione.
I protocolli di comunicazione utilizzati sono molteplici, nel seguito vengono elencati quelli più comuni:

• Profibus
• DeviceNet
• TCP/IP
• Modbus
• Modbus TCP/IP

Schede di conteggio veloce

Poiché a volte bisogna gestire ingressi che cambiano stato più velocemente di quanto la CPU impiega ad eseguire il ciclo di scansione (ad esempio una ruota fonica associata all’albero di un motore), è necessario ricorrere in questi casi a schede denominate “di conteggio veloce”. Queste schede gestiscono il controllo di un’operazione o di un evento in maniera indipendentemente dal ciclo del PLC e relegano il PLC stesso alla sola funzione di parametrizzazione dei dati rilevati.
Generalmente sono in grado di accogliere il segnale di un sensore di conteggio e direzione, cioè rilevano sia l’incremento che il decremento.
L’esempio più classico di utilizzo di schede di conteggio veloce è quando si devono rilevare i dati provenienti da un encoder.