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PLC, Programmable Logic Controller (Controllore Logico Programmabile)

en-lang PLC, Programmable Logic Controller

Il PLC è un sistema elettronico a funzionamento digitale che ricopre un ruolo fondamentale nella maggior parte delle applicazioni industriali.

Il PLC può essere concepito come un sistema composto di due elementi fondamentali: l’hardware, ovvero l’insieme fisico dei moduli e dei componenti che svolgono le funzioni di controllo, e il software, ovvero l’insieme “immateriale” delle istruzioni che costituiscono il programma utente, oltre ad offrire le necessarie funzionalità di debug e diagnostica. Il PLC utilizza una memoria programmabile per l’archiviazione interna dei dati e delle istruzioni. Implementa inoltre le logiche, di sequenziamento, temporizzazione, conteggio e calcolo per il controllo di macchine e processi, mediante ingressi e uscite di tipo digitale o analogico.

Cenni storici

Le prime specifiche costruttive dei PLC risalgono al 1968, nell’ambito delle linee di produzione General Motors. Furono sviluppate da un gruppo di lavoro di Modicon capitanato da Dick Morley, contestualmente all’introduzione del linguaggio di programmazione a contatti (Ladder Logic). Dall’inizio degli anni 90 la struttura e il funzionamento del PLC risponde allo standard IEC 61131. Da un lato il PLC invia, tramite le proprie uscite, impulsi elettrici a bassa tensione (tipicamente 24 V) agli attuatori del sistema da controllare. In tal modo è possibile avviare o arrestare un motore, aprire o chiudere una valvola, accendere o spegnere un led. Il controllo avviene mediante le istruzioni di un programma residente nella memoria del PLC. D’altro lato, il PLC riceve le informazioni sul processo dai generatori di segnale collegati ai propri ingressi. I generatori di segnale possono essere costituiti da sensori di varia natura (cinematica, di processo ecc.) o da semplici contatti, interruttori o pulsanti che generalmente assumono due stati (aperto / chiuso). Si distinguono contatti normalmente chiusi che, se non azionati, sono chiusi e contatti normalmente aperti che, se non azionati, sono aperti. Il PLC fu ideato per sostituire funzioni e componenti di tipo elettromeccanico presenti nei quadri di comando a logica cablata. Si affermò quindi in breve tempo come elemento insostituibile nell’automazione di fabbrica.

Caratteristiche fondamentali

La caratteristica fondamentale che distingue il PLC dalla logica cablata è la flessibilità, ovvero la possibilità di variare in poco tempo la logica di funzionamento dell’impianto senza dover modificare il cablaggio elettrico. In molti casi applicativi il PLC non è una scelta, ma una necessità, in particolar modo quando si devono costruire macchine o impianti la cui logica di controllo prevede espansioni e modifiche, oppure quando sono richieste funzioni di acquisizione ed elaborazione di segnali, operazioni matematiche, archiviazione, visualizzazione e trasferimento dati, le gestioni della connettività (ad altri dispositivi di controllo, computer, controllori numerici, terminali, stampanti), dei posizionamenti e delle regolazioni (Pid, PWM, fuzzy ecc.). Tra i tipici ambiti di applicazione vanno menzionati: macchine utensili, macchine per lo stampaggio, imballaggio e confezionamento; robot e montaggio, regolazione di processi continui, macchine tessili, sistemi di movimentazione e trasporto. Dal punto di vista del funzionamento il programma del PLC viene eseguito in modo ciclico: lettura degli ingressi, esecuzione del programma utente, elaborazione delle richieste di comunicazione, autodiagnostica, scrittura dei valori delle uscite. Per sopperire ad alcuni limiti operativi del PLC, alla metà degli anni 70 venne introdotto da Honeywell e Yokogawa un altro tipo di controllore industriale: il DCS (Distributed Control System). Questo dispositivo venne concepito per elaborare grandi quantità di dati (soprattutto segnali analogici), effettuare calcoli matematici complessi, connettere in rete numerosi nodi. I DCS rispondono alle esigenze dell’industria chimica, farmaceutica, petrolchimica per il controllo di processo. Negli ultimi anni, con lo sviluppo dei bus di campo e delle reti di comunicazione, i PLC sono diventati dispositivi fortemente aperti e interconnessi. Inoltre, le necessità di maggiore specializzazione hanno portato all’introduzione di PLC ibridi (es. integrati con visualizzatori) e speciali per applicazioni specifiche (es. safety e motion). Più di recente la crescita del ruolo del software nell’automazione ha accentuato la diffusione di soluzioni softPLC (emulazioni via software delle funzionalità tipiche dei PLC) basate su architetture di tipo PC, dotate di sistemi operativi real-time (es. Windows CE, RTAI, RTLinux, QNX) e che implementano lo standard di programmazione IEC 61131-3. Le tecniche softPLC e la norma IEC 61131 sono adottati anche nei PAC (Programmable Automation Controller), controllori su base PLC dotati di funzionalità tipiche dei PC grazie a piattaforme software aperte e flessibili.


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