1.Principio di funzionamento e caratteristiche del PLC

1.1 Principio di funzionamento del PLC

PLC è l’abbreviazione di Programmable Logic Controller (controllore logico programmabile) e il suo nome cinese è programmable logic controller (controllore logico programmabile). È composto da sei parti principali: alimentazione, unità di elaborazione centrale, memoria di sola lettura, modulo di interfaccia, modulo funzionale e modulo di comunicazione.

Il principio di funzionamento del PLC è che gli operatori memorizzano in anticipo nella memoria di sola lettura il programma scritto in linguaggio C e in altri linguaggi di alto livello. Quando il PLC viene acceso, l’unità di elaborazione centrale richiama il programma presente nella memoria di sola lettura, in modo che i moduli funzionali completino le funzioni impostate dal programma e, attraverso il circuito di interfaccia, converta il segnale digitale del programma PLC in segnale analogico di corrente per il controllo dei motori e così via, realizzando così un controllo preciso dei motori o di altri componenti.

1.2 Caratteristiche del PLC

Le caratteristiche principali dei chip PLC sono: economici e pratici, facili da installare e da utilizzare. I chip PLC possono realizzare molte funzioni. Se è necessaria una trasformazione funzionale di alcune apparecchiature elettromeccaniche, i chip PLC possono essere installati nel circuito di controllo dell’apparecchiatura elettromeccanica. Anche se non sono potenti come i computer, nei casi in cui non c’è un forte carico di calcolo, questo metodo di trasformazione è il più economico e pratico. Inoltre, poiché i chip PLC hanno dimensioni ridotte e sono tutti pacchetti IC standard, nella trasformazione dei circuiti di controllo delle apparecchiature esistenti è necessario solo installare il corrispondente zoccolo per il chip PLC sul circuito stampato; durante l’uso, si inserisce direttamente il chip PLC nello zoccolo. Se il chip è danneggiato o necessita di un aggiornamento, è sufficiente rimuoverlo direttamente. Con lo sviluppo dei chip PLC, sono aumentati i linguaggi di programmazione PLC e i software, che sono molto comodi da programmare per gli operatori. Questi software possono realizzare operazioni di simulazione durante l’implementazione della progettazione del programma, il che non solo facilita la programmazione ma migliora anche l’efficienza della scrittura del programma.

2 Campi di applicazione del PLC nei sistemi di controllo industriale

Nei sistemi di controllo industriale, i campi di applicazione del PLC sono principalmente la realizzazione del controllo dell’automazione, in particolare nel controllo ad alta precisione come il controllo di commutazione (discreto), il controllo del movimento, il controllo centralizzato e il controllo remoto.

Di seguito, prendendo come esempio l’applicazione del PLC in una linea di produzione di birra, viene spiegato il ruolo del sistema di controllo PLC. Il processo tecnologico della linea di produzione della birra è grosso modo: frantumazione del malto e di altri cereali → gelatinizzazione del malto → filtrazione → ebollizione → sedimentazione in whirlpool → raffreddamento → fermentazione → maturazione → filtrazione e riempimento. Tra queste, la fermentazione è la fase chiave della produzione della birra. Durante la fermentazione vengono prodotte nuove sostanze e viene rilasciata una grande quantità di calore. Esistono due metodi di fermentazione della birra: la fermentazione superiore e la fermentazione inferiore. I due metodi di fermentazione sono sostanzialmente coerenti; la differenza sta nel controllo della temperatura di fermentazione. La temperatura di fermentazione superiore è di 15°C-25°C, mentre la temperatura di fermentazione inferiore è di 5°C-10°C. Il livello e la variazione della temperatura di fermentazione determinano il gusto e la qualità della birra. Pertanto, è necessario controllare la temperatura durante la fermentazione con grande precisione, il che rappresenta la parte centrale del sistema di controllo dell’automazione nella produzione della birra.

2.1 Controllo a commutazione (discreto)

Il controllo della temperatura nel processo di fermentazione della birra è un tipo di controllo a commutazione. Questo è anche il metodo più comune nei sistemi di controllo PLC. Nel sistema di controllo, innanzitutto il sensore di temperatura nel fermentatore raccoglie la variabile della temperatura dell’oggetto controllato. Il segnale analogico raccolto viene convertito attraverso il circuito di interfaccia (cioè l’interfaccia I/O input/output) del chip PLC in un segnale digitale che il chip PLC può riconoscere. I dati del segnale vengono confrontati con i valori del programma preimpostato. L’unità di elaborazione centrale del chip PLC esegue un calcolo comparativo e attiva il programma decisionale preimpostato, quindi trasmette questa azione decisionale come segnale digitale all’interfaccia di ingresso/uscita I/O, che viene convertita in un segnale analogico per controllare la valvola di regolazione elettrica. In questo processo, il controllo remoto può essere realizzato anche attraverso il modulo di comunicazione del chip PLC. Il diagramma del principio di funzionamento è riportato nella Figura 1.

Tabella 1 Tabella di allocazione degli I/O del sistema

2.2 Controllo del movimento

Nella produzione di birra, il principale metodo di controllo della temperatura è il trasferimento di calore tra il mezzo di raffreddamento e la parete del fermentatore. La commutazione della valvola elettrica di regolazione e il grado di apertura della valvola devono essere coerenti con i parametri iniziali di attivazione impostati nel sistema di controllo PLC per controllare le variazioni di temperatura. Nel sistema di controllo PLC, ogni interfaccia I/O è collegata direttamente ai sensori di temperatura, livello del liquido, pressione e flusso, confrontando ogni dato con i parametri iniziali presenti in memoria ed eseguendo le azioni corrispondenti. La tabella di allocazione degli I/O specifici è riportata nella Tabella 1.

2.3 Controllo remoto

Nel processo di fermentazione della birra, il sistema di controllo PLC è collegato al computer della sala di controllo centrale attraverso il suo bus e le funzioni di comunicazione remota sono realizzate attraverso il modulo di comunicazione intelligente EM241 del PLC. In questo modo, l’apparecchiatura di controllo principale nella sala di controllo centrale può collegarsi al sistema di controllo PLC del fermentatore tramite LAN o Ethernet e visualizzare la temperatura in tempo reale trasmessa dal sensore di temperatura e ottenuta dal PLC sullo schermo di controllo, oltre a visualizzare lo stato di funzionamento di ogni valvola di regolazione elettrica nell’interfaccia I/O trasmessa dal sistema PLC. Allo stesso tempo, l’host nella sala di controllo centrale controlla la memoria del sistema di controllo PLC e ogni interfaccia I/O attraverso il software di controllo OPC (OLE FOR Process Contrrol) basato sui processi. L’host memorizza il programma di controllo della temperatura progettato nella memoria del PLC, imposta i parametri iniziali e le azioni corrispondenti per il controllo della temperatura o invia direttamente i comandi di controllo al PLC attraverso l’host.

Conclusione

Nel piano di sviluppo “Made in China 2025” proposto dalla Cina, per realizzare l’obiettivo di diventare una potenza manifatturiera, l’applicazione della tecnologia PLC nei sistemi di controllo industriale diventerà sempre più estesa in questo processo. Allo stesso tempo, lo sviluppo dell’innovazione dovrebbe essere fortemente incoraggiato nelle applicazioni e i problemi delle applicazioni PLC dovrebbero essere ulteriormente risolti, ampliando notevolmente i campi di applicazione del PLC e migliorando il livello di modernizzazione della produzione industriale.

Riferimenti

Yu, X. (2018). Applicazione dei sistemi di controllo PLC nella produzione industriale. Cina Nuova tecnologia e nuovi prodotti