Il PLC (Programmable Logic Controller) è un dispositivo di controllo ampiamente utilizzato nell'automazione industriale. Elabora e valuta vari segnali di input in base alla logica di controllo-programmata dall'utente, quindi emette segnali di controllo corrispondenti per ottenere un controllo automatizzato del processo di produzione. Questo articolo fornisce un'introduzione dettagliata ai principi di funzionamento di base e alla modalità operativa di scansione dei PLC.
I. Principi di funzionamento di base del PLC
Il principio di funzionamento del PLC prevede principalmente i seguenti passaggi:
1. Acquisizione del segnale di ingresso:Il PLC riceve vari segnali dal campo attraverso i moduli di ingresso, come segnali digitali e segnali analogici. Questi segnali vengono sottoposti a elaborazione come opto-isolamento e filtraggio prima di essere convertiti in segnali digitali riconoscibili dal sistema interno del PLC.
2. Elaborazione del programma:Il PLC elabora e valuta i segnali di ingresso in base alla logica di controllo-programmata dall'utente. L'elaborazione del programma coinvolge principalmente funzioni come operazioni logiche, calcoli aritmetici e conversione dei dati. Durante l'elaborazione del programma, il PLC genera corrispondenti comandi di controllo in base a diverse condizioni.
3. Controllo del segnale di uscita:Il PLC invia i comandi di controllo elaborati al modulo di uscita. Il modulo di uscita converte i segnali digitali nei formati di segnale richiesti per il campo (come segnali digitali, segnali analogici, ecc.) e li invia agli attuatori (come relè, servomotori, ecc.), ottenendo così il controllo sul processo di produzione.
4. Comunicazione e monitoraggio:I PLC possiedono capacità di comunicazione, consentendo lo scambio di dati con altri dispositivi (come computer host, touchscreen, ecc.) tramite interfacce di comunicazione per ottenere monitoraggio e controllo remoto. Allo stesso tempo, i PLC possono visualizzare-in tempo reale lo stato operativo e le informazioni sugli errori attraverso i propri display.
II. Caratteristiche della modalità operativa di scansione del PLC
Le caratteristiche del funzionamento di scansione del PLC si riflettono principalmente nei seguenti aspetti: Innanzitutto, i PLC utilizzano una modalità operativa di "scansione sequenziale, ciclo continuo". Ogni ciclo di scansione, noto anche come periodo di scansione o ciclo di lavoro, inizia con l'esecuzione della prima istruzione da parte della CPU. Quindi esegue sequenzialmente il programma utente riga per riga fino al completamento, dopodiché ritorna alla prima istruzione per avviare un nuovo ciclo di scansione. In secondo luogo, l'esecuzione del programma PLC segue uno schema di scansione periodica che aderisce al principio da sinistra-a-destra, dall'alto-a-basso.
Inoltre, ogni ciclo di scansione comprende tre fasi: campionamento dell'input, esecuzione del programma e aggiornamento dell'output. Il funzionamento del PLC quindi esegue un ciclo continuo in questo modo. Infine, a causa del campionamento centralizzato e dell'output centralizzato, si verifica un ritardo di input/output, con conseguenti ritardi nella risposta. Queste costituiscono le caratteristiche principali dell'operazione di scansione del PLC.
III. Modalità operativa di scansione PLC
La modalità operativa di scansione del PLC è suddivisa principalmente nelle seguenti fasi:
La modalità operativa di scansione del PLC è costituita da tre fasi principali: la fase di campionamento dell'ingresso, la fase di esecuzione del programma utente e la fase di aggiornamento dell'output.
1. Fase di campionamento in ingresso
Durante la fase di campionamento degli ingressi, il PLC scansiona e legge in sequenza tutti gli stati e i dati degli ingressi, memorizzandoli nelle unità corrispondenti all'interno dell'area dell'immagine I/O. Una volta completato il campionamento degli ingressi, il sistema passa alla fase di esecuzione del programma utente e di aggiornamento delle uscite. Durante queste due fasi, anche se cambiano gli stati degli ingressi o i dati, le unità corrispondenti nell'area dell'immagine I/O rimangono invariate. Pertanto, se l'ingresso è un segnale a impulsi, l'ampiezza dell'impulso deve superare un ciclo di scansione per garantire che l'ingresso venga catturato in tutte le condizioni.
2. Fase di esecuzione del programma utente
Durante la fase di elaborazione del programma utente, il PLC scansiona sempre il programma utente (schema a contatti) in sequenza dall'alto verso il basso. Durante la scansione di ogni schema a contatti, viene prima scansionato il circuito di controllo formato dai contatti sul lato sinistro dello schema a contatti. Esegue quindi operazioni logiche sul circuito di controllo formato dai contatti nell'ordine da sinistra a destra e dall'alto verso il basso. In base ai risultati di queste operazioni logiche, aggiorna lo stato del bit corrispondente nell'area di memoria RAM del sistema per la bobina logica, oppure aggiorna lo stato del bit corrispondente nell'area immagine I/O per la bobina di uscita, o determina se eseguire l'istruzione di funzione speciale specificata dal diagramma ladder. Ciò significa che durante l'esecuzione del programma utente rimangono invariati solo lo stato e i dati dei punti di ingresso all'interno dell'area dell'immagine I/O. Lo stato e i dati di altri punti di uscita e dispositivi software all'interno dell'area dell'immagine I/O o della RAM del sistema potrebbero cambiare. Inoltre, i risultati dell'esecuzione dei diagrammi ladder posizionati più in alto nello stack influenzano i successivi diagrammi ladder che utilizzano queste bobine o dati. Al contrario, lo stato della bobina logica aggiornata o i dati dei diagrammi ladder di livello-inferiore influiscono solo sui diagrammi ladder di livello-superiore durante il ciclo di scansione successivo.
3. Fase di aggiornamento dell'output
Al termine della scansione del programma utente, il PLC entra nella fase di aggiornamento delle uscite. Durante questo periodo, la CPU aggiorna tutti i latch di uscita in base allo stato e ai dati corrispondenti nell'area dell'immagine I/O, quindi guida le periferiche corrispondenti attraverso il circuito di uscita. Ciò costituisce l'uscita effettiva del PLC.
In sintesi, il principio operativo fondamentale di un PLC prevede la raccolta dei segnali di campo tramite moduli di ingresso, l'elaborazione e la valutazione in base alla logica di controllo programmata dall'utente-e quindi il controllo degli attuatori tramite moduli di uscita per ottenere un controllo automatizzato del processo di produzione. L'operazione di scansione del PLC comprende fasi tra cui l'autotest del sistema-, la scansione degli input, l'elaborazione del programma, la scansione degli output, la comunicazione e il monitoraggio. Queste fasi formano un ciclo di scansione, che il PLC ripete continuamente per realizzare un controllo automatizzato del processo di produzione.