Architetture e programmazione di controllori industriali con Ladder Logic

UNIMORE: Architetture e Programmazione di Controllori Industriali

UNIVE UN ENSIS ET REGIENSIS II75 UNIMORE UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI MODENA E REGGIO EMILIA Architetture e Programmazione di Controllori Industriali

Standard IEC 61131-3 e Linguaggi di Programmazione PLC

• Ladder logic o ladder diagram (LD) è uno dei migliori linguaggi di programmazione PLC ed standardizzato nella visuale per IEC61131-3.
• LD deve la sua diffusione alla facilità di utilizzo.
• La logica LD è molto simile alla logica dei circuiti a relè. UNIMORE 27/11/2023 Architetture e Programmazione di Controllori Industriali 2

Definizione di Ladder Logic

• LD è un linguaggio di programmazione PLC grafico che esprime operazioni logiche con notazione simbolica.
• La logica ladder è composta da pioli di logica, che formano quella che sembra una scala, da cui il nome "Ladder Logic".
• La logica ladder è principalmente per le operazioni logiche su bit, anche se è possibile utilizzare ingressi analogici. UNIMORE 27/11/2023 Architetture e Programmazione di Controllori Industriali 3

Programmazione e Simboli in LD

• In LD la programmazione avviene combinando diversi elementi grafici detti simboli.
• Essendo stata creata originariamente per elettricisti e per tecnici con background elettrico i simboli ricordano quelli degli schemi elettrici. . Una grossa differenza tra LD gli schemi elettrici e altri standard di programmazione è la modalità di lettura orizzontale anziché verticale. UNIMORE 27/11/2023 Architetture e Programmazione di Controllori Industriali 4

Vantaggi della Ladder Logic

• Facilità di Lettura
• Gli occhi naturalmente si muovono da sinistra verso destra (per chi legge in questo senso) per poi scendere verso la linea successiva.
• Facile da disegnare
• Man mano che si aggiungono linee logiche queste vanno disegnate una sopra l'altra andando a formare una «scala». UNIMORE 27/11/2023 Architetture e Programmazione di Controllori Industriali 5

Ordine di Esecuzione in Ladder Logic

• Ordine di esecuzione
• L'ordine di esecuzione è il modo in cui il PLC eseguirà la logica ladder. Un PLC partirà sempre dalla prima linea di logica e poi arriverà leggerà le successive. UNIMORE 27/11/2023 Architetture e Programmazione di Controllori Industriali 6

Relè vs. Ladder Logic

• I diagrammi ladder possono assomigliare molto a schemi elettrici verticali. Molti utenti imparano a disegnare diagrammi logici ladder in questo modo.
• I sistemi di controllo elettrici e il PLC funzionano in modi diversi.
• Il PLC prende una linea logica ladder (rung) e la esegue e poi passa alla riga successiva
• Nei sistemi elettrici, è possibile eseguire (attivare) più linee (percorsi di corrente) contemporaneamente. UNIMORE 27/11/2023 Architetture e Programmazione di Controllori Industriali 7

Basi Logiche della Ladder Logic

Basi logiche 1 7 2 3 4 UNIMORE 27/11/2023 Architetture e Programmazione di Controllori Industriali 8

Creazione di un Rung e Scansione PLC

Basi logiche

• Disegnando due linee verticali si crea di fatto una logica.
• Connettendo tra loro le linee si crea un rung all'interno del quale si possono inserire i simboli.
• Il PLC eseguirà per prima la scansione di tutti i suoi ingressi poi il programma (leggendo un rung per volta) ed in fine imposterà le uscite.
• IL PLC eseque un simbolo per volta. UNIMORE 27/11/2023 Architetture e Programmazione di Controllori Industriali 9

Istruzioni nella Ladder Logic

Istruzioni Ogni simbolo nella logica ladder è un'istruzione. 10.0 Q0.0 1 In figura è mostrato un rung con all'interno due istruzioni. UNIMORE 27/11/2023 Architetture e Programmazione di Controllori Industriali 10

Istruzione "Se Chiuso" (Normally Open)

Istruzione: Se chiuso (Normally Open)

• L'istruzione in figura è chiamata: Se chiuso (normalmente aperto)
• E un istruzione condizionale.
• È usata per per controllare se un bit è a 1 (On), ritornando 1 altrimenti 0.
• L'indirizzo IO.0 posto sopra di esso sta a specificare quale bit debba essere controllato.
• L'indirizzo può essere un ingresso analogico o digitale, un bit di memoria o un'uscita. UNIMORE 27/11/2023 Architetture e Programmazione di Controllori Industriali 11

Funzionamento dell'Istruzione "Se Chiuso"

Istruzione: Se Chiuso (Normally Open)

• L'istruzione funziona allo stesso modo di un contatto aperto in un circuito elettrico.
• L'istruzione non ha memoria.
• Ad ogni istruzione deve essere assegnato un indirizzo nel controllore.
• Nei PLC anche gli ingressi e le uscite sono bit di memoria. La condizione è se il contatto è attivato o meno.
• Esempio: un dito che preme un pulsante.
• Esempio:
• All'avvio del ciclo di scansione: il PLC controllerà gli stati di tutti i suoi ingressi. Scriverà quindi in memoria il valore booleano per questi stati (0 o 1).
• Se un ingresso è BASSO, il bit sarà a 0. E se l'ingresso è ALTO, il bit di memoria sarà impostato su 1. UNIMORE 27/11/2023 Architetture e Programmazione di Controllori Industriali 12

Istruzione "Bobina di Uscita"

Istruzione: Bobina di Uscita

• Viene utilizzato per accendere o spegnere un bit.
• Nell'esempio la bobina è posizionata sulla destra, ciò significa che tutte le istruzioni che vengono prima (nello stesso piolo) fungono da condizione per quest'ultima. Il risultato sarà l'esame dell'istruzione Se Chiusa.
• L'istruzione in se è un bit di memoria.
• È l'indirizzo in cui è scritto il risultato.
• Come viene usato questo valore è scritto nella istruzione successiva. UNIMORE 27/11/2023 Architetture e Programmazione di Controllori Industriali 13

Ciclo di Esecuzione PLC

Istruzione: Ciclo PLC PLC Memory Address Value 0 10.0 0 0 INPUTS 0 6 Input Byte 10 10.2 10.3 10.4 10.5 10.6 10.7 GND Q0.0 Output Byte Q0 Q0.1 Q0. Q0.3 Q0.4 S Q0.5 0 Q0.6 0 Q0.7 10.0 Q0.0 1 UNIMORE 27/11/2023 Architetture e Programmazione di Controllori Industriali 14 0 000 OUTPUTS 0 24VDC 10.1

Valutazione della Logica nell'Esempio Precedente

Istruzione: Ciclo Valutiamo ora la logica dell'esempio precedente:

• Il PLC SCAN | Input -> IO byte.
• Esecuzione Program | IO.0 -> risultato XiC.
• Il PLC esegue prima la scansione di tutti i suoi ingressi, gli stati di questi ingressi vengono quindi salvati in un byte di memoria(8 bit).
• Salvati gli stati di tutti gli ingressi, inizierà l'esecuzione del programma.
• La prima istruzione da eseguire è Se chiuso (normalmente aperto).
• Il risultato di questa istruzione sarà lo stesso dello stato del bit di memoria.
• In uno stato normale (in cui il bit di memoria è 0) il contatto sarà aperto e il risultato sarà 0.
• Se il bit di memoria è 1, il contatto si chiuderà e produrrà il risultato 1. UNIMORE 27/11/2023 Architetture e Programmazione di Controllori Industriali 15

Valutazione dell'Output della Logica

Istruzione: Ciclo Valutiamo ora l'output della logica dell'esempio precedente:

• Risultato XiC -> Bobina di uscita.
• Bobina di uscita -> Byte di Output.
• La bobina di uscita utilizza il risultato dell'istruzione precedente come condizione chiamato RLO (Result of Logic Operation).
• RLC è memorizzato in una posizione specifica della memoria del PLC.
• La bobina di uscita funziona in modo semplice: imposta semplicemente il bit sullo stesso valore della sua condizione (RLO).
• Nel PLC tutte le uscite digitali sono assegnate a bit in memoria.
• Chiamato il byte di output (Q0), quindi i bit Q0.0 - Q0.7. Il risultato della bobina di uscita verrà inserito nel bit di memoria Q0.0.
• Quando il PLC ha eseguito l'intero programma, imposterà le uscite. Lo stato di ogni uscita è impostato sullo stesso stato dei bit di uscita. UNIMORE 27/11/2023 Architetture e Programmazione di Controllori Industriali 16

Istruzione "Output Latch" o "Self-Hold"

Istruzione: Output Latch o self-hold 10.0 Q0.0 1 Q0.0 In figura è mostrata un logica di tipo latch. In questo caso vengono valutate due espressioni per ottenere il valore del bit di uscita. Affinché l'output sia attivato 10.0 o QO.0 devono essere vere per ottenere l'uscita attiva. UNIMORE 27/11/2023 Architetture e Programmazione di Controllori Industriali 17

Comportamento dell'Output Latch

Istruzione: Output Latch Supponiamo che l'ingresso digitale sia un pulsante momentaneo, il pulsante sara attivo solo finché lo si preme. L'output sarà attivo solo finche l'input è attivo. Vogliamo che l'output sarà attivo anche se il pulsante non è fisicamente premuto: con una logica di tipo latch o self-hold, si può ottenere questo comportamento. UNIMORE 27/11/2023 Architetture e Programmazione di Controllori Industriali 18

Esempio di Logica Latch o Self-Hold

Istruzione: Output Latch o self-hold Dall'esempio: Alla prima esecuzione l'uscita verrà attivata. Al secondo ciclo l'uscita è ancora attiva poiché il pulsante è stato premuto nell'ultimo ciclo di scansione. Anche questa volta il PLC leggerà gli ingressi e li salverà nel relativo byte di memoria. Nel bit di memoria I0.0 il controllore memorizza ora uno "0". Il primo esame se l'istruzione chiusa con I0.0 come condizione verrà valutato come false o "0". Ma c'è un'altra 'istruzione Se Chiusa parallela all'altra che valuta il bit Q0.0. che sarà valutato come true o "1", poiché l'output è ancora attivo. Finché il bit di memoria di uscita è "1", l'uscita verrà attivata. Agisce come una condizione su se stessa. Questa realizza una logica di tipo OR: I0.0 O Q0.0 devono essere true per attivare l'uscita. UNIMORE 27/11/2023 Architetture e Programmazione di Controllori Industriali 19

Istruzione "Se Aperto"

Istruzione: Se aperto

• Questa istruzione funziona Esattamente all'opposto del Se Chiuso.
• Se l'ingresso è 0 l'uscita sara 1 e viceversa. UNIMORE 27/11/2023 Architetture e Programmazione di Controllori Industriali 20

Funzionamento della Logica con "Se Aperto"

Istruzione: Se aperto 10.0 10.1 Q0.0 1 Q0.0

• Se valutiamo il funzionamento della logica in figura l'introduzione del l'operatore causa un' inversione della logica, chiudendo l'output.
• Per riaccendere l'uscita bisogna sia arrivare il bit I0.0. UNIMORE 27/11/2023 Architetture e Programmazione di Controllori Industriali 21

Interruzione con Logica "Se Aperto"

Istruzione: Se aperto 10.0 10.1 Q0.0 1 Q0.0

• Utilizzando questa logica possiamo creare un interruzione senza modificare la I0.0 UNIMORE 27/11/2023 Architetture e Programmazione di Controllori Industriali 22

Istruzione "Set Reset" (Latch/Unlatch)

Istruzione: Set Reset

• Note anche come Latch/Unlatch. . Sono nate per semplificare la logica di tipo Output Latch permettono di agire sullo stesso bit. S) R UNIMORE 27/11/2023 Architetture e Programmazione di Controllori Industriali 23

Problema di Priorità nell'Istruzione Set Reset

Istruzione: Set Reset

• Questo tipo di logica ha un problema, quale dei due comandi ha la priorità sull'altro?
• Quello che accade è che l'ultimo che viene eseguito è quello che da lo stato al bit.
• Se inseriamo un set in differenti POU, l'ultima che viene eseguita da lo stato al bit. S) R UNIMORE 27/11/2023 Architetture e Programmazione di Controllori Industriali 24