Il principio di funzionamento del PLC

 

Il PLC è essenzialmente un "microcomputer modulare" progettato specificamente per ambienti industriali. Il nucleo del suo principio di funzionamento è il-meccanismo a circuito chiuso di "ricezione di segnali tramite hardware, elaborazione di logica tramite software ed emissione di istruzioni tramite hardware" per ottenere un controllo preciso dei dispositivi esterni. L'implementazione di questo meccanismo si basa su un elevato grado di sinergia tra la struttura hardware e il sistema software.

La struttura hardware del PLC adotta un design modulare, che può essere combinato in modo flessibile in base ai requisiti di controllo. I componenti principali includono le seguenti cinque parti, ciascuna con una chiara divisione del lavoro e una stretta cooperazione:

Unità di elaborazione centrale (CPU):In quanto "cervello" del PLC, è responsabile dell'esecuzione di operazioni logiche, dell'elaborazione dei dati e della pianificazione delle istruzioni nei programmi utente. Può leggere rapidamente segnali di ingresso, eseguire diagrammi ladder e altri programmi, giudicare i risultati dei calcoli e inviare istruzioni di controllo al modulo di uscita. La sua velocità di calcolo determina direttamente l'efficienza di risposta del PLC e il tempo di esecuzione delle istruzioni dei tradizionali PLC industriali può raggiungere il livello dei microsecondi.

Memoria:diviso in memoria di sistema e memoria utente. La memoria di sistema viene utilizzata per archiviare il sistema operativo, i programmi dei driver e altri software principali del PLC, garantendo il funzionamento di base dell'apparecchiatura. La memoria utente è dedicata alla memorizzazione di programmi di controllo scritti dall'utente (come logica del processo di produzione, meccanismi di gestione degli errori) e dati temporanei (come parametri di funzionamento del dispositivo, risultati di conteggio), supportando la modifica e gli aggiornamenti del programma.

Modulo di ingresso/uscita (I/O).: Il "ponte" tra PLC e dispositivi esterni, che consente la conversione bidirezionale del segnale. Il modulo di ingresso è responsabile della conversione dei segnali analogici (come temperatura, pressione) o segnali digitali (come segnali on-off) provenienti da sensori (come interruttori fotoelettrici, sensori di temperatura), pulsanti, manopole e altri dispositivi in ​​segnali elettrici riconoscibili dal PLC. Il modulo di output converte i risultati del calcolo della CPU in segnali di controllo che possono essere ricevuti da attuatori esterni (come motori, elettrovalvole, indicatori luminosi), completando il processo a circuito chiuso-di "esecuzione della decisione di percezione".

Modulo di potenza:Fornisce potenza di lavoro stabile per l'intero sistema PLC, solitamente convertendo l'alimentazione CA (come 220 V CA) da siti industriali in alimentazione CC (come 24 V CC) richiesta internamente dal PLC. Dispone inoltre di funzioni di protezione da sovratensione e sovracorrente per garantire il funzionamento stabile delle apparecchiature in ambienti industriali complessi.

Modulo di comunicazione:realizza l'interconnessione tra PLC e altri dispositivi, supporta i principali protocolli di comunicazione industriale come PROFINET, Modbus, EtherNet/IP, ecc. Attraverso il modulo di comunicazione, il PLC può essere collegato in rete con touch screen, computer industriali, sistemi MES (sistemi di esecuzione della produzione) o altri PLC per ottenere lo scambio di dati e il controllo remoto, ponendo le basi per la produzione intelligente.

Il sistema software del PLC è suddiviso in software di sistema e software utente. Il software di sistema è preinstallato dal produttore ed è responsabile dei driver hardware, della compilazione del programma e della diagnostica del sistema. Il software utente è un programma di controllo scritto da ingegneri in base ai requisiti di produzione. I metodi di programmazione tradizionali includono il diagramma ladder (LD), il testo strutturato (ST), il diagramma a blocchi funzionali (FBD), ecc. Tra questi, il diagramma ladder è diventato il metodo di programmazione più comunemente utilizzato nei siti industriali grazie alla simulazione delle caratteristiche dei tradizionali circuiti di controllo dei relè.

La logica fondamentale del controllo software è "operazione logica e controllo temporale". - gli ingegneri convertono il processo di produzione in relazioni logiche come "AND", "OR" e "NO" o regole temporali come "ritardo" e "conteggio" attraverso la programmazione. La CPU del PLC esegue queste regole nell'ordine preimpostato per ottenere il controllo automatizzato del processo di produzione. Ad esempio, in una linea di produzione di acqua in bottiglia, la logica di riempimento automatizzato può essere completata impostando il programma in modo che "avvii la riempitrice con un ritardo di 0,2 secondi quando il sensore fotoelettrico rileva una bottiglia e si arresti dopo il riempimento per 3 secondi".

Il PLC non è solo un dispositivo, ma anche l'incarnazione delle idee di controllo industriale. Non solo ha compiuto un salto nel processo di produzione da "operazione manuale" a "guidata dalla logica", ma ha anche spinto l'intera industria manifatturiera verso uno sviluppo intelligente, flessibile ed efficiente.