IL PLC - i

Commenti

Transcript

IL PLC - i
Corso teorico-pratico programmazione PLC
• Presentazione
– Scopo del corso
• Acquisire conoscenze di base alla programmazione di PLC
orientati al controllo di macchine industriali, sistemi,
processi...
• Approccio “progettuale”
– Prerequisiti
• Conoscenze generali di Elettrotecnica
• Comprensione Schemi Funzionali
• Utilizzo del Personal Computer
1
Corso teorico-pratico programmazione PLC
• Organizzazione generale del corso
– Orari: Lunedì – Martedì dalle ore 19 alle 20
– Contatti: per.ind.Giulio Bernardinello
[email protected]
– Struttura lezioni
• Parte introduttiva (teorica)
• Parte progettazione/programmazione (teorico -pratica)
2
Corso teorico-pratico programmazione PLC
• Introduzione
– Cenni storici
• Necessità di realizzare processi produttivi, di controllo,
regolazione e comando senza l'intervento umano.
– Rivoluzione industriale (meccanica-pneumatica)
• Circuiti pneumatici (aria compressa, tubo rame,..)
– Elettrotecnica (relè)
• Logica cablata con tecnologia elettrica (relè,temporizzatori,ecc.).
– Rivoluzione elettronica (transistor, diodi)
• Transistor, componente inventato nel 1945 nei laboratori Bell.
• Logica cablata con tecnologia elettronica analogica
– Rivoluzione digitale (microprocessori)
• Logica programmabile basata su calcolatori elettronici (PLC)
3
Corso teorico-pratico programmazione PLC
• Introduzione
– Cenni storici – Rivoluzione digitale
• Il termine digitale deriva dal termine inglese digit (cifra), per il fatto
che i calcolatori elettronici operano mediante l'elaborazione di
quantità numeriche elementari, i bit.
• 1968 - documento di specifica della General Motors nel quale si
elencano le caratteristiche che avrebbero dovuto avere i controllori di
nuova generazione:
– Facilità di programmazione e riprogrammazione, possibilmente
anche sull’impianto;
– Facilità di manutenzione (modularità);
– Dimensioni ridotte;
– Costi competitivi.
– Metà anni 70 - primo PLC basato su microprocessore prodotto dalla
Allen-Bradley
4
Corso teorico-pratico programmazione PLC
• Introduzione
– Algebra di Boole
• George Boole matematico inglese vissuto nell'800
• Algebra booleana tratta variabili binarie che possono assumere solo due
valori (0,1) , denominata bit (dall'inglese "binary unit");
• Circuiti elettronici: sistemi sono caratterizzati da grandezze fisiche
(segnali) che assumono due gamme distinte di livelli logici H (alto) L
(basso) ai quali è spontaneo far corrispondere i valori 0 e 1 detti stati
logici;
•
Elettrotecnica
Relè eccitato
Elettronica
Bit = 1 (Vero)
Relè diseccitato
Bit = 0 (Falso)
Collegamento in serie di contatti
Logica AND
Collegamento in parallelo
Logico OR
5
Corso teorico-pratico programmazione PLC
• Introduzione
– Algebra di Boole
• Tavole della verità: riportano tutte le combinazioni binarie che si
possono formare tra le variabili in essa contenute:
– AND (serie)
A
B
L=A*B
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
• Contatti in serie
6
Corso teorico-pratico programmazione PLC
• Introduzione
– Algebra di Boole
– OR (parallelo)
A
0
0
1
1
B
0
1
0
1
L=A+B
0
1
1
1
• Contatti in parallelo
7
Corso teorico-pratico programmazione PLC
• Introduzione
– Algebra di Boole
– NOT (inversione)
A
1
0
L=Ā
0
1
• Circuito equivalente
8
Corso teorico-pratico programmazione PLC
• Introduzione
– Sistemi di regolazione
• I sistemi di controllo di una macchina o di un qualunque processo
possono essere essenzialmente essere divisi in due categorie :
sistemi ad anello chiuso e sistemi ad anello aperto.
• Sistemi ad anello chiuso
9
Corso teorico-pratico programmazione PLC
• Introduzione
– Sistemi di regolazione
• Sistemi ad anello aperto
mancando un segnale di retroazione in questi casi non si parla di
sistema di regolazione ma solo di comando
10
Corso teorico-pratico programmazione PLC
• Hardware - concetti base
– Definizioni (IEC – Comitato Elettrotecnico Internazionale)
• PLC:Controllore a Logica Prgrammabile è un sistema
elettronico digitale destinato all’uso in ambito industriale
che utilizza una memoria programmabile per l’archiviazione
del programma utente orientato al controllo di macchine e
processi.
• Sistema PLC: è una configurazione realizzata
dall’utilizzatore formata da un PLC e dalle periferiche
associate, necessarie al sistema automatizzato previsto.
– In questo corso il termine PLC verrà utilizzato per indicare sia
un PLC che un Sistema PLC.
11
Corso teorico-pratico programmazione PLC
• Hardware - concetti base
– Configurazione minima per un PLC:
•
•
•
•
•
Telaio o armadio (rack);
Modulo alimentatore;
Modulo microprocessore;
Modulo di ingresso e uscita;
Terminale di programmazione.
– Tipologie
• PLC compatti:
– per sistemi semplici (circa 40 I/O)
– Unico dispositivo fisico contentente tutti i componenti
12
Corso teorico-pratico programmazione PLC
• Hardware - concetti base
– Tipologie
• PLC compatti:
13
Corso teorico-pratico programmazione PLC
• Hardware - concetti base
– Tipologie
• PLC modulari
– Sistemi complessi
– Architettura a bus (proprietario):
• una maggiore capacità di elaborazione;
• una capacità di trattare un numero elevato di ingressi e
uscite;
• la possibilità di comunicare attraverso reti informatiche;
• la possibilità di realizzare interfacce uomo-macchina
complesse (SCADA)
14
Corso teorico-pratico programmazione PLC
• Hardware - concetti base
• PLC modulari
– Il Bus
• è un insieme di linee elettriche, raggruppate per funzioni, che
connettono tra loro varie schede o moduli
• è caratterizzato dal protocollo attraverso il quale i moduli
possono usare le linee elettriche per comunicare tra loro
• definisce anche le caratteristiche elettriche e meccaniche dei
connettori che servono per collegare i moduli tra loro.
15
Corso teorico-pratico programmazione PLC
• Hardware - concetti base
– Tipologie
• PLC modulari
16
Corso teorico-pratico programmazione PLC
• Hardware
– Modulo microprocessore (CPU)
• Rappresenta il cuore di un sistema PLC
• La CPU compie operazioni logiche e matematiche, contenute nel
programma utente;
• Programma : elenco di operazioni che deve compiere la CPU;
• La CPU esegue anche istruzioni della logica binaria (AND,OR..)
può essere utilizzato per elaborare segnale elettrici e comandare delle
macchine;
• Conseguenza: Ogni schema funzionale può essere tradotto in
una sequenza di istruzioni per un microprocessore.
17
Corso teorico-pratico programmazione PLC
• Hardware
– Modulo microprocessore (CPU) - Memoria
• La CPU è dotata di una serie di memorie:
– la memoria ROM (Read Only Memory) • Contiene il Firmware (Sistema Operativo) del PLC;
• Non modificabile.
– la memoria RAM (Random Access Memory)
• La CPU pone i dati del programma utente;
• Memoria di tipo volatile.
18
Corso teorico-pratico programmazione PLC
• Hardware
– Modulo microprocessore (CPU) - Memoria
– la memoria EEPROM (Elettrically Erasable Programmable
Read Only Memory)
• viene memorizzato il programma dell’utente;
• Memoria non volatile;
• Aggiornamento tramite opportuni impulsi elettrici;
• Mantenimento del programma utente in qualsiasi
condizione di funzionamento.
19
Corso teorico-pratico programmazione PLC
• Hardware
– Comparazione tra PC e PLC
20
Corso teorico-pratico programmazione PLC
• Hardware
– Modulo Alimentatore
• Il modulo alimentatore deve garantire l’alimentazione anche in
presenza di microinterruzioni della rete.
• Modulo alimentatore = trasformatore + circuito rettificatore +
stabilizzatore + circuito di protezione da sovraccorrenti e
cortocircuiti.
• I moduli alimentatori di ultima generazione prevedono una
segnalazione al modulo processore in caso di mancanza di
alimentazione dalla rete. Questa segnalazione può essere
utilizzata per attivare una procedura speciali prima dello
spegnimento.
21
Corso teorico-pratico programmazione PLC
• Hardware
– Modulo di ingresso e di uscita
• Possono essere sia analogici che digitali.
• Consentono di interfacciare il PLC direttamente con sensori ed
attuatori senza l’utilizzo di ulteriori sistemi di condizionamento
del segnale.
– I livelli di tensione comunemente utilizzati per i moduli digitali sono:
(0,24) V, (0,220) V (continua o alternata), (0,5) V e (0,50) V (continua).
– I valori tipici dei segnali trattati dai moduli analogici sono (-5,5) V, (10,10) V, (0,5) V oppure (4,20) mA . La trasmissione in corrente viene
spesso utilizzata in ambito industriale perchè meno sensibile ai disturbi
elettromagnetici e perchè permette di risparmiare un cavo per ogni
collegamento.
– Data la diffusione di sensori quali termocoppie e RTD esistono moduli di
ingresso per il loro utilizzo diretto.
22
Corso teorico-pratico programmazione PLC
• Hardware
– Terminale di programmazione
• Un PLC non prevede né tastiera né schermo, quindi la sua
programmazione deve essere effettuata tramite un dispositivo
esterno.
• Per i vecchi modelli di PLC (e ancora oggi per alcuni PLC
piccoli) venivano utilizzati dei terminali a tastiera
23
Corso teorico-pratico programmazione PLC
• Hardware
– Programmazione da PC
• Oggi tutti i PLC vengono programmati attraverso un Personal
Computer sul quale viene eseguito il sistema di sviluppo
proprietario.
24
Corso teorico-pratico programmazione PLC
• Hardware
– Moduli speciali
•
•
•
•
•
Moduli di ingresso e uscita remoti
Moduli per la comunicazione di rete (Ethernet, Profibus,…)
Moduli Servo (per il controllo di motori passo passo)
Moduli Encoder (dotati di contatori ad alta velocità)
Moduli Interfaccia Utente (Pannelli Operatore)
25
Corso teorico-pratico programmazione PLC
• Principio di funzionamento (1)
Ingressi
S
E
N
S
O
R
I
Uscite
HARDWARE
Consensi
Comandi
A
T
T
U
A
T
O
R
I
SOFTWARE
PLC
26
Corso teorico-pratico programmazione PLC
• Principio di funzionamento (2)
UNITA' DI
PROGRAMMAZIONE
MEMORIA
PROGRAMMA
PLC
CPU
MEMORIA
DATI
1
0
C
A
M
P
ALIMENTATORE
MEMORIA
DI MASSA
STAMPANTE
UNITA' CENTRALE
SIMULATORE
UNITA' I/O
O
PERIFERICHE
27
Corso teorico-pratico programmazione PLC
• Normative
– Le norme sono documenti di standardizzazione emessi da comitati
tecnici nazionali, europei o internazionali, nei campi più svariati
della tecnologia;
– Direttive sono le “leggi” emesse dal Parlamento Europeo;
– Le normative nel mondo:
• le norme di orientamento generale in quasi tutti i campi, dal
comitato ISO;
(Nota: Il termine "ISO" non è un acronimo anche se in inglese l'ISO viene
anche chiamata International Standards for Organizations. Il termine "ISO"
deriva invece dal greco ἴσος (pronuncia: isos) che significa "uguale". Se fosse
un acronimo dovrebbe essere OIN per il nome italiano, IOS per quello inglese,
OIN per quello francese, ecc. quindi i fondatori scelsero ISO come
abbreviazione universale)
28
Corso teorico-pratico programmazione PLC
• Normative
• le norme di orientamento elettrico ed elettronico, dalla
commissione IEC (International Electrotechnical Commission);
• In Italia la gestione delle norme tecniche è curata da questi due
enti :
– l’ UNI, che emette norme norme di orientamento generale;
– il CEI, che emette le norme nei settori Elettrico, Elettronico e
Telecomunicazioni.
29
Corso teorico-pratico programmazione PLC
• Normative
• L’iter delle norme tecniche (detti Standard in inglese) a partire
dai comitati internazionali, passando per i comitati europei,
arriva agli enti italiani, risulta il seguente:
30
Corso teorico-pratico programmazione PLC
• Normative
– Le norme “elettriche” che incidono nella progettazione e
programmazione di un PLC sono essenzialmente due :
– Dato che l’applicazione prevalente dei PLC è sugli impianti “a bordo
macchina” la norma EN 6024-1 è quella più importante da conoscere.
31
Corso teorico-pratico programmazione PLC
• Normative
– Le norme “di prodotto” relative ai PLC sono invece :
32
Corso teorico-pratico programmazione PLC
• Numeri binari e variabili
– Introduzione al sistema di numerazione binaria e di come è
utilizzato all’interno dei PLC;
– Riferimento alla norma quadro sulla programmazione dei
PLC, la IEC 61131-3;
– Il concetto di rappresentazione dei numeri decimali con un
numero binario deve essere chiaro, in quanto i PLC hanno
vari modi di rappresentare i numeri al loro interno, che in
fase di programmazione si dovranno scegliere sulla base
delle proprie esigenze.
33
Corso teorico-pratico programmazione PLC
• Bit
– Bit : informazione digitale di base;
– Cella di memoria che fisicamente è costituita da un
transistor e che si considera che possa valere 0 (quando
non attivo) o 1 (quando attivo);
– Raggruppando i Bit si ottiene:
34
Corso teorico-pratico programmazione PLC
• Nibble
– Unità di misura per indicare 4 bit;
– Rappresenta comunemente la metà di un byte;
– Utilizzato specialmente per rappresentare in binario ogni
singola cifra esadecimale, potendo esprimere con 4 bit i
valori compresi tra [0000,1111] cioè [0,15] o [0,F] in
esadecimale;
– Con un nibble è possibile rappresentare una cifra della
codifica BCD.
35
Corso teorico-pratico programmazione PLC
• Bit, Byte e Word
– Utilità della rappresentazione binaria
• Esempio 1
Nei PLC le Word sono tipicamente organizzate nel seguente modo:
– Ne consegue che una word viene a rappresentare un numero decimale
intero nel range :
- 32760 ... + 32768
– Questa variabile tipicamente è chiamata Numero Intero (o Integer ).
36
Corso teorico-pratico programmazione PLC
• Bit, Byte e Word
– Esempio 2
• Una DoubleWord è un elemento nella memoria di un
microprocessore costituito da 2 word, cioè 32 bit, e
permette 232 combinazioni.
• Nei PLC è tipicamente utilizzata per visualizzare un
numero a virgola mobile, detto anche Floating, secondo
lo standard americano IEEE-754.
• In tal modo si rappresenta un numero nel range :
- 3,4028 x 10-38 ... + 3,4028 x 1038
detto anche Numero Reale (o Real).
37
Corso teorico-pratico programmazione PLC
• Bit, Byte e Word
– Esempio 3
• Il Byte molto spesso è utilizzato per rappresentare dei
caratteri alfanumerici
• A tal fine, agli albori dell’era informatica, è stata creata una
tabella dei caratteri ASCII, la quale esprime l’equivalenza di
un byte con una lettera o un simbolo della tastiera.
• Ad esempio se un byte vale 65 significa che rappresenta la
lettera A. Byte (8 bit)
0100 0001
Significato decimale
65
Carattere rappresentato
“A”
• I PLC tipicamente funzionano a 16 bit si tratta sempre di
informazioni organizzate come Word.
38
Corso teorico-pratico programmazione PLC
• Bit, Byte e Word
– Tabella codici ASCII
39
Corso teorico-pratico programmazione PLC
• Bit, Byte e Word
– Aritmetica binaria
• Il sistema di numerazione binario è basato sull'uso dei simboli
“0” e “1”;
• Associati agli stati logici assumibili da una variabile binaria,
risulta compatibile con la logica booleana;
• La disposizione ordinata delle cifre binarie, permette di
codificare espressioni numeriche secondo una logica del tutto
analoga alla usuale numerazione decimale;
• Ogni singolo bit assume un peso corrispondente alla sua
posizione sulla base di una progressione di potenze di 2;
esempio:
10111B= 1*24+0*23+1*22+1*21+1*20= 23D
40
Corso teorico-pratico programmazione PLC
• Bit, Byte e Word
– Aritmetica binaria
• Conversione decimale-binario;
– Dato un numero in formato decimale, il corrispettivo binario si ottiene
operando successive divisioni per due sui quozienti così ottenuti (fino ad
ottenere come risultato zero):
– I Resti di ciascuna divisione rappresentano la sequenza di bit del valore
binario, a partire dal bit meno significativo (LSB):
41
Corso teorico-pratico programmazione PLC
• Bit, Byte e Word
– Aritmetica binaria
• Conversione decimale-binario - ESEMPIO
125 :2
1
62:2
0
31:2
1
15:2
1
7:2
1
3:2
1
1:2
1
LSB
MSB
0
RESTO
Valore binario : 1111101 (125D)
42
Corso teorico-pratico programmazione PLC
• Bit, Byte e Word
– Numerazione binaria meno compatta e scomoda della decimale;
– Sono state introdotte codifiche più compatte :
• Codifica ottale : un simbolo a una campo di 3 bit (base 8 - 23)
es. 100101110010B = 100 101 110 010
=
4
5
6
2 = 4562O
7321O =7*83+3*82+2*81+1*80= 3793D
• Codifica esadecimale : un simbolo a un campo di 4 bit (base 16 – 24)
es. 0111010011101010B = 0111 0100 1110 1010
= 7
4
E
A = 74EAH
74EAH = 7*163+4*162+14*161+10*160= 29920D
43
Corso teorico-pratico programmazione PLC
• Bit, Byte e Word
– Tabella corrispondenza : binario-esadecimale-decimale
Binario
Esadecimale
Decimale
0000
0
0
0001
1
1
0010
2
2
0011
3
3
0100
4
4
0101
5
5
0101
5
5
0110
6
6
0111
7
7
1000
8
8
1001
9
9
1010
A
10
1011
B
11
1100
C
12
1101
D
13
1110
E
14
44
Corso teorico-pratico programmazione PLC
• Segnali analogici
– Problematiche inerenti all'uso dei segnali analogici nei sistemi di
automazione industriale e loro gestione tramite PLC;
– Nelle automazioni, nei sistemi di climatizzazione, e nell’industria di
processo si presenta spesso il problema di gestire temperature, pressioni,
pesi, portate ed altre variabili legate a fenomeni “fisici”;
– Queste misure vengono trasformate in segnali elettrici da appositi
strumenti di misura detti convertitori o trasduttori;
– Successivamente questi segnali elettrici vengono acquisiti dal sistema di
controllo che li elabora e comanda degli attuatori sulla base di un
programma.
45
Corso teorico-pratico programmazione PLC
• Segnali analogici
– Modalità di gestione del sistema di controllo dal segnale proveniente dai
“sensori” fino alla programmazione per realizzare la gestione delle uscite,
e quindi il funzionamento di tutto l’apparato.
46
Corso teorico-pratico programmazione PLC
• Sensori analogici
– Negli strumenti di misura generalmente si distinguono due componenti:
• Il trasduttore :converte la grandezza fisica in un segnale elettrico;
• Il convertitore : adatta il segnale elettrico del trasduttore agli standard
dei segnali analogici.
– per alcune misure di temperatura si usa installare nell’impianto solamente
il trasduttore, mentre la conversione e linearizzazione del segnale è
realizzata all’interno del sistema di controllo.
47
Corso teorico-pratico programmazione PLC
• Sensori analogici
– Gli strumenti di misura dotati di convertitore “a bordo” hanno il vantaggio
di poter effettuare compensazioni locali della misura: ad esempio i
misuratori di portata talvolta hanno anche una sonda della temperatura
ambiente per correggere la misura a seconda della variazione della densità
del fluido misurato;
– Nei convertitori i costruttori programmano le linearizzazioni degli errori di
misura del trasduttore, le tarature ed i range di lavoro, dando
all’utilizzatore finale un prodotto pronto all’uso ed accompagnato dal
Certificato di Taratura.
48
Corso teorico-pratico programmazione PLC
• Misure analogiche
– I segnali analogici si contrappongo a quelli digitali in quanto assumono
qualunque valore “elettrico” nel range di lavoro;
– Un segnale digitale per definizione assume solo due valori, uno alto che
rappresenta lo stato 1 (ad esempio 24Volt) ed uno basso che rappresenta lo
stato 0 (ad esempio 0 Volt);
– Un segnale analogico invece può assumere tutti i valori compresi tra i due
estremi del campo, cosicché può rappresentare il valore di una grandezza
fisica così com’è nella realtà (umidità, peso, temperatura,...)
– In altri casi non esiste un semplice trasduttore, in quanto la misura della
grandezza fisica è molto complessa, come nel caso di analisi chimiche;
49
Corso teorico-pratico programmazione PLC
• Misure analogiche
– il segnale analogico non esce da un trasduttore direttamente, ma da una
scheda a microprocessore che lo elabora;
– è il caso di misure di pH, proprietà di Gas, Liquidi, ecc..
– per eseguire una misura di Potenza si devono combinare assieme le 3
correnti e le 3 tensioni di un sistema elettrico trifase.
50
Corso teorico-pratico programmazione PLC
• Comandi analogici
– Nel caso in cui devo comandare apparti particolari come:
• Valvole proporzionali
• Serrande
• Inverter
• Strumenti indicatori analogici
51
Corso teorico-pratico programmazione PLC
• Segnali analogici standardizzati
– In tensione : 0-10 [Vcc]
– In corrente : 4-20 [mA]
• Segnali in tensione
–
–
–
–
Semplici da utilizzare
Basso costo
Scarsa immunità disturbi
Distanze raggiungibili tra sensore/convertitore – PLC circa
15-20 [m]
52
Corso teorico-pratico programmazione PLC
• Segnali in corrente
Il più utilizzato
Alta immunità ai distrurbi elettromagnetici
Tratte di cavo 200-300 [m] senza particolari accorgimenti;
Ampio range di alimentazione 12 – 30 [Vdc]
possibilità di alimentare lo strumento di misura con lo
stesso segnale, risparmiando sul lavoro di cablaggio e sui
cavi;
– possibilità di portare lo stesso segnale anche a più
“destinatari” (registratori su carta, visualizzatori, PLC),
collegandoli in serie, formando il cosiddetto “Loop di
corrente”;
53
–
–
–
–
–
Corso teorico-pratico programmazione PLC
• Segnali in corrente
– Loop di corrente
• è necessario che la somma dell’impedenza interna di
ciascun “destinatario” non sia superiore al carico
massimo alimentabile dallo strumento di misura, che
tipicamente è di 500 Ω;
54
Corso teorico-pratico programmazione PLC
• Conversione Analogica-Digitale
– I PLC sono dotati nei loro ingressi di convertitori
Analogico/Digitali che convertono il segnale elettrico in
ingresso in un vero e proprio numero, che rappresenta il
“valore” del segnale analogico acquisito;
– Tipicamente questo numero non esprime il segnale in mA o
Volt e né la misura in unità fisiche reali (metri, gradi, litri, ecc),
ma si tratta di una word che varia dal massimo al minimo nello
stesso Range del segnale elettrico analogico;
– Le caratteristiche salienti di un convertitore Analogico/Digitale :
• Velocità di conversione
• Risoluzione esperessa in numero di bit (la precisione).
55
Corso teorico-pratico programmazione PLC
• Conversione Analogica-Digitale
– un buon convertitore è costituito da una uscita a 14 bit, ma
talvolta per contenere i costi si utilizzano moduli di ingressi
analogici da 12 bit o anche a 10 bit;
– il bit del segno non si considera, in quanto non incide nella
risoluzione;
– Per quanto riguarda la velocità di conversione :
• compresa tra i 20-60 Hz.
• Funzione da filtro, in quanto elimina eventuali variazioni troppo
rapide del segnale in ingresso, dovute ad esempio a disturbi
elettrici.
56
Corso teorico-pratico programmazione PLC
• Conversione Analogica-Digitale
– Esempi sulle precisioni risultanti a seconda del numero di bit
adottati dal convertitore per segnali in ingresso di tipo 4-20 mA
e 0-10V:
– La risoluzione è in pratica la “minima variazione apprezzabile”
dal convertitore, ossia il rapporto 20mA / Valore massimo ( o
10 V / Valore massimo);
57
Corso teorico-pratico programmazione PLC
• Conversione Analogica-Digitale
– Per i segnali 4-20 mA, la precisione sulla misura reale non è
determinabile allo stesso modo di quella relativa al segnale 0-10V,
in quanto i primi 4 mA sono convertiti dal sistema ma non fanno
parte della misura reale;
– E’ quindi necessario dividere il Fondo Scala (f.s.) delle unità
ingegneristiche per il valore di conteggi che varia nell’intervallo 420 mA.
58
Corso teorico-pratico programmazione PLC
• Conversione Analogica-Digitale
– Ad esempio se al segnale 4-20mA è collegato un sensore di
pressione con range 0-10 Bar la risoluzione ottenuta con un
convertitore a 12 bit :
NON è di 10 Bar / 4096 = 0,0024 Bar
ma è di 10 Bar / 3277 = 0,003 Bar
59
Corso teorico-pratico programmazione PLC
• Gestione guasti
– Il segnale 4-20 mA permette il riconoscimento di situazioni di
guasto o comunque di anomalie;
– Tutta la gamma di valori da 0 a 4 mA sono infatti invalidi e
rappresentano una situazione di errore;
– E’ quindi necessario configurare il sistema di controllo affinché la
gestione dell’automatismo venga sospesa nel caso in cui il valore
della corrente in ingresso sia inferiore a 4mA;
– Dato però che a seconda del numero di bit utilizzato dal convertitore
A/D si hanno valori diversi della “soglia” dei 4 mA, possiamo
estrapolare questi valori dalle precedenti tabelle:
60
Corso teorico-pratico programmazione PLC
• Gestione guasti
– quando il valore espresso dal convertitore è inferiore al numero
indicato significa che l’ingresso analogico corrispondente è in una
situazione di guasto o malfunzionamento
61
Corso teorico-pratico programmazione PLC
• Conversione unità ingegneristiche
– Unità Ingegneristiche (kg, lt, Bar, °C, ecc).
– Nei PLC, la conversione di un segnale analogico nella
misura reale deve essere fatta con opportuni calcoli da
inserire nel programma;
– E' necessario trasformare la Word espressa dal modulo di
conversione A/D dell’ingresso nel valore della misura in
Unità Ingegneristiche;
– Per comprendere questo aspetto facciamo un esempio
reale:
62
Corso teorico-pratico programmazione PLC
• Conversione unità ingegneristiche
– Sistema composto da:
• Un trasmettitore di pressione, con uscita 4-20mA e range di lavoro 0-10 Bar;
• Un PLC con scheda di acquisizione A/D a 14 bit, (range numerico 0-16384)
• Si ipotizza che venga trasmesso un segnale di 16,3 mA.
– In tale situazione la scheda di acquisizione riporta un dato
numerico = 13360 (decimale) desumibile anche dal calcolo
16,3 / 0,00122 (risoluzione su 0-20mA).
– Questo numero non è ancora la misura in quanto è “sporcato”
dalla parte di segnale in mA estranea alla misura, ossia quella
da 0 a 4 mA, che il convertitore acquisisce comunque;
63
Corso teorico-pratico programmazione PLC
• Conversione unità ingegneristiche
– E’ quindi necessario epurarlo dalla parte in eccesso, detta
Offset, che per il caso in questione è pari a :
Offset = 4 / (20mA/16384) = 3277
– Eliminare dal numero ottenuto con la conversione “diretta” il
numero che esprime effettivamente la misura acquisita:
Segnale Reale = Segnale Analogico - Offset = 13360 - 3277 = 10083 (decimale)
– Calcoliamo il numero massimo di conteggi che il convertitore utilizza
quando acquisisce il segnale in ingresso nel range 4-20mA :
Valore massimo di lavoro = 16384 - 3277 = 13107
– Questo ci permette di calcolare la risoluzione della conversione,
rapportando il Fondo Scala delle Unità Ingegneristiche con il valore
massimo di conteggi elaborati dal convertitore:
Fondo Scala Misura / conteggi = 10 / 13107 = 0,00076 Bar/conteggio
64
Corso teorico-pratico programmazione PLC
• Conversione unità ingegneristiche
– Riassumendo:
• 1. Il trasmettitore invia un segnale 4-20mA equivalente a 010Bar;
• 2. Il convertitore A/D esprime questa misura con un numero che
varia da 0 a 13107.
• 3. Ogni numero espresso dal convertitore vale 0,00076 Bar
– E’ ora possibile moltiplicare il numero che rappresenta il Segnale
Reale con la precisione:
Misura Rilevata = 0,00076 * 10084 = 7,69 Bar
65
Corso teorico-pratico programmazione PLC
• Conversione unità ingegneristiche
– Schema di scalatura segnale analogico
66

Documenti analoghi