La funzione principale di un controller PLC è implementare il controllo dell'automazione industriale. Riceve segnali in ingresso-come temperatura, pressione e flusso rilevati dai sensori-li elabora utilizzando la logica del programma interno e quindi genera segnali in uscita per controllare il funzionamento di attuatori come motori, valvole e sensori di livello. I controllori PLC possono essere programmati per soddisfare un'ampia gamma di esigenze di controllo dell'automazione e la loro programmabilità, stabilità e affidabilità rappresentano i loro maggiori vantaggi. Grazie alla loro struttura modulare, i controllori PLC possono essere espansi e aggiornati in base ai requisiti di controllo specifici.
Nello specifico, un controller PLC è costituito dai seguenti componenti di base:
CPU (unità centrale di elaborazione): responsabile del controllo del funzionamento dell'intero sistema, dell'esecuzione di programmi scritti dall'utente- e dell'elaborazione delle operazioni di input/output.
Moduli di ingresso/uscita (moduli I/O): ricevono segnali di ingresso (come da sensori, pulsanti e interruttori), li convertono in segnali digitali e quindi li trasmettono alla CPU per l'elaborazione. Allo stesso modo, i moduli di uscita convertono i segnali digitali elaborati dalla CPU in azioni fisiche (come l'azionamento di motori, luci e cicalini).
Memoria: il controller PLC utilizza la memoria per archiviare informazioni quali programmi scritti dall'utente, dati, variabili e stato.
Programmatore: un programmatore PLC viene utilizzato per scrivere, modificare e scaricare programmi nella memoria del controller PLC.
Interfacce di comunicazione: i controller PLC possono anche comunicare con altri dispositivi (come computer, sensori e attuatori) attraverso varie interfacce di comunicazione.
In sintesi, i controllori PLC ottengono il controllo dell'automazione industriale elaborando i segnali di ingresso e di uscita. La loro programmabilità, modularità e scalabilità li rendono un componente indispensabile del controllo dell'automazione industriale.
Spiegazione delle cinque funzioni principali di un PLC
1. Controllo logico digitale
Questa è l'applicazione più elementare e diffusa di un PLC. Sia i segnali di ingresso che quelli di uscita di un PLC sono segnali digitali con solo stati on/off. Questo tipo di controllo è molto simile al controllo a relè; un PLC a basso-costo con solo funzionalità di controllo digitale può essere utilizzato in sostituzione di un sistema di controllo a relè. Il controllo logico digitale può essere applicato a singole apparecchiature o a linee di produzione automatizzate, come vari sistemi di controllo relè, macchinari per stampaggio e colata, nastri trasportatori, macchinari per l'imballaggio, controllo di ascensori, controllo di varie pompe ed elettrovalvole in sistemi di trattamento chimico, sistemi di alimentazione di altiforni in sistemi metallurgici, laminatoi, macchine per colata continua, cesoie volanti, linee di produzione galvanica, linee di imbottigliamento della birra, linee di assemblaggio automobilistico e linee di produzione televisiva e radiofonica.
2. Controllo del movimento
I PLC possono essere utilizzati per controllare il movimento lineare o circolare. Inizialmente i sensori di posizione e gli attuatori venivano collegati direttamente tramite moduli I/O digitali; oggi vengono generalmente utilizzati moduli di controllo del movimento dedicati. I PLC prodotti dai principali produttori di tutto il mondo sono quasi tutti dotati di funzionalità di controllo del movimento. Le funzioni di controllo del movimento del PLC sono ampiamente utilizzate in vari tipi di macchinari, come macchine utensili per il taglio dei metalli-, macchinari per la formatura dei metalli, macchinari per l'assemblaggio, robot e ascensori.
3. Controllo del processo-a ciclo chiuso
Il controllo di processo si riferisce al controllo-a circuito chiuso di quantità analogiche che variano continuamente come temperatura, pressione e portata. Attraverso i moduli I/O analogici, i PLC eseguono conversioni da analogico-a-digitale (A/D) e da digitale-ad-analogico (D/A) tra segnali analogici e digitali e implementano il controllo PID a circuito chiuso-delle quantità analogiche. I moderni PLC di grandi e medie-dimensioni generalmente dispongono di funzionalità di controllo a circuito chiuso-PID. Questa funzionalità può essere implementata utilizzando moduli PID intelligenti dedicati o subroutine PID oppure progettando subroutine PID personalizzate; tuttavia, sono più comunemente utilizzate istruzioni di funzione PID dedicate. Le funzionalità di controllo PID analogico del PLC sono state ampiamente applicate in apparecchiature quali macchine per lo stampaggio di estrusione di plastica, forni di riscaldamento, forni per trattamento termico e caldaie, nonché in settori quali l'industria leggera, l'ingegneria chimica, i macchinari, la metallurgia, la produzione di energia e i materiali da costruzione.
4. Trattamento dei dati
I moderni PLC sono dotati di funzioni come operazioni matematiche (comprese operazioni di matrice, operazioni di funzione e operazioni logiche), operazioni di dati, conversione, ordinamento, tabelle di ricerca e operazioni di bit, consentendo l'acquisizione, l'analisi e l'elaborazione dei dati. Questi dati possono essere confrontati con valori di riferimento archiviati in memoria, trasmessi ad altri dispositivi intelligenti tramite funzioni di comunicazione o stampati in tabelle. L'elaborazione dei dati viene generalmente utilizzata in sistemi di controllo su larga-scala, come i sistemi di produzione flessibili senza personale, e può essere applicata anche a sistemi di controllo di processo, come-sistemi di controllo su larga scala nell'industria cartaria, metallurgica e alimentare.
5. Comunicazione
La comunicazione PLC include la comunicazione tra controllori logici programmabili, nonché la comunicazione tra PLC e altri dispositivi di controllo intelligenti. Con lo sviluppo del controllo basato su computer-, le reti di comunicazione per l'automazione di fabbrica hanno fatto rapidi progressi all'estero negli ultimi anni e i principali produttori di PLC hanno tutti introdotto sistemi di rete per la comunicazione inter-PLC.