Installazione e collegamento di controllori logici programmabili (PLC) in quadri e quadri di automazione

Un controllore logico programmabile (PLC) è un tipo speciale di computer utilizzato per automatizzare processi e oggetti tecnologici.

Il termine PLC (abbreviazione inglese - (PLC) programmable logic controller) è stato introdotto da Odo Joseph Struger, un ingegnere presso Allen-Bradley USA nel 1971. Ha anche svolto un ruolo chiave nell'unificazione dei linguaggi di programmazione PLC.

Quando si applica un algoritmo a un sistema di controllo, sono solitamente richieste operazioni logiche e una speciale organizzazione della comunicazione con sensori, attuatori e interfaccia uomo-macchina.

Una caratteristica importante di un PLC è il suo funzionamento in tempo reale. Ciò è assicurato dall'utilizzo di appositi microprocessori che garantiscono la risposta del sistema ad una richiesta entro un certo intervallo di tempo.

I PLC di solito funzionano in condizioni esterne avverse: temperatura, umidità, polvere, radiazioni elettromagnetiche, radiazioni. Pertanto, i normali computer domestici non sono stati utilizzati come controlli.

In Russia dal 2007.è in vigore il controllore programmabile speciale GOST R IEC 61131-1-2016.

I PLC sono basati su microcontrollori — microprocessori specializzati con architettura a chip singolo. I microcontrollori possono funzionare senza chipset e scheda madre, senza un sistema operativo. Ma questa modalità è utilizzata principalmente in semplici sistemi di automazione locale. Nei sistemi complessi, vengono utilizzati processori sufficientemente potenti sotto il controllo di sistemi operativi speciali.

Per ulteriori informazioni su scopo, dispositivi e tipi di PLC, vedere qui: Cosa sono i controllori logici programmabili

La varietà di PLC è molto ampia. Non c'è una sola azienda nel campo dell'automazione e dell'elettronica che non produca i propri PLC. Tuttavia, tutti i PLC sono accomunati dalla loro architettura comune e dalla standardizzazione delle interfacce per il collegamento di dispositivi esterni.

I maggiori produttori mondiali di PLC oggi sono Siemens AG, Allen-Bradley, Rockwell Automation, Schneider Electric, Omron, Micubichi, Lovato. I PLC sono prodotti da molti altri produttori, tra cui le società russe Kontar LLC, Oven, Kontel LLC, Segnetiks, Fastwel Group, Tecon e altri.

Controller logici programmabili OWEN

Controllori programmabili Siemens della serie SIMATIC S7

Un esempio dell'aspetto di un PLC in un monoblocco standard è mostrato in figura. Questi sono PLC di OWEN (Russia) e PLC di 9 Siemens (Germania). I connettori per il collegamento di alimentazione, sensori e attuatori si trovano su entrambi i lati della scatola.

Controllore logico programmabile PLC 63 di OWEN (Russia) e PLC di Siemens (Germania)

Esistono le seguenti tipologie di ingressi-uscite: discreti, analogici, universali, dedicati e interfaccia.

Tipicamente, gli ingressi discreti vengono utilizzati per collegare sensori che possono trovarsi in due stati: "attivo - passivo" o "acceso - spento". Utilizzando ingressi discreti, è possibile collegare pulsanti, interruttori, finecorsa, termostati e altre apparecchiature.

Gli ingressi discreti dei controllori TAns sono generalmente calcolati per accettare segnali standard con un livello di +24 V CC. Un valore di corrente tipico per un singolo ingresso digitale (con tensione di ingresso +24 V) è di circa 10 mA.

Le uscite discrete del PLC vengono utilizzate per generare segnali di uscita con parametri elettrici come ingresso discreto. Sono generalmente utilizzati per controllare l'accensione o lo spegnimento degli azionamenti.

Secondo GOST IEC 61131-2-2012 (Introduction Date 2014-07-01), un ingresso analogico è un dispositivo che converte un segnale continuo in un numero binario discreto per il funzionamento in un sistema di controllo programmabile.

Per gli ingressi analogici, gli intervalli di tensione CC standard più comuni sono –10… + 10 V e 0… + 10 V. Per gli ingressi di corrente, gli intervalli sono 0–20 mA e 4–20 mA.

Gli ingressi analogici consentono il collegamento di sensori analogici al PLC.

In conformità con GOST 61131-2-2012 (data di introduzione 2014-07-01), un'uscita analogica è un dispositivo che converte un numero binario in un segnale analogico.

I PLC possono essere dotati di I/O specializzati che consentono la misurazione della durata, il fissaggio del bordo, il conteggio degli impulsi e il controllo del motore.

Il numero di questi o questi ingressi-uscite è il fattore principale che determina le capacità del PLC, quando si crea un sistema di automazione basato su di esso.

Uscite PLC e collegamento di dispositivi esterni

In base alla progettazione e al metodo di montaggio, esistono quattro versioni dell'alloggiamento del PLC:

• custodia per il montaggio su guida DIN;
• custodia per montaggio a parete;
• versione a pannello;
• design a telaio aperto per sistemi modulari integrati.

L'alloggiamento per montaggio su guida DIN è progettato per montare il PLC sul pannello dell'armadio elettrico e dispone di uno speciale blocco a molla per il fissaggio su una guida DIN standard.

La custodia per montaggio a parete è generalmente prodotta secondo gli standard di protezione da polvere e umidità e dispone di guarnizioni sigillate incorporate per il collegamento di cavi elettrici esterni, sia di alimentazione che di segnale.

La versione a pannello del PLC viene utilizzata quando il PLC è installato nella porta d'ingresso dell'armadio di automazione. I Panel PLC hanno in genere un display touch screen che mostra un diagramma mnemonico di una linea di processo automatizzata o di un sistema di automazione locale e che viene utilizzato per inserire i parametri di controllo da parte dell'operatore.

Un PLC a telaio aperto viene utilizzato per creare sistemi di automazione embedded (on-board). In questo caso, il PLC è un circuito stampato con una serie di connettori per il collegamento di dispositivi esterni e dispositivi di fissaggio per il collegamento ad altre schede.

I connettori possono essere realizzati con fili collegati al PLC sotto il morsetto a vite oppure staccabili. Questi ultimi hanno un chiaro vantaggio nella manutenzione, ad esempio quando si sostituisce un PLC. In questo caso, è impossibile confondere la connessione dei fili. Tuttavia, l'uso di doppi connettori aumenta il costo del PLC, motivo per cui i produttori utilizzano più spesso connessioni a vite dei cavi nei PLC piuttosto che staccabili.

I PLC monoblocco di solito hanno display integrati o remoti installati nei pannelli frontali degli armadi di controllo. Possono essere grafici, sintetizzanti o sensoriali.

La figura seguente mostra un PLC con un display LCD integrato e una tastiera che viene utilizzato per impostare localmente i parametri dell'algoritmo di controllo.

I contatti del connettore PLC forniscono all'utente PLC la possibilità di collegare vari tipi di sensori: analogici, discreti, nonché attuatori e dispositivi I/O.

Inoltre, i PLC dispongono di una serie di interfacce standard per strumenti per l'implementazione di sistemi di automazione distribuiti utilizzando diversi tipi di canali di comunicazione: filo, radio, Internet.

I controllori logici programmabili sono la base per la produzione di armadi (o pannelli) di automazione per vari scopi.

L'installazione degli elementi di automazione sul pannello dell'armadio viene eseguita secondo il progetto del circuito elettrico, che viene sviluppato secondo le specifiche separatamente per ciascun sistema.

La tecnologia di installazione dell'armadio di automazione prevede un instradamento separato dei cavi di alimentazione e di segnale nelle scatole di distribuzione (ad esempio, i cavi di alimentazione - nelle scatole di destra e i cavi di segnale - nelle scatole di sinistra, rispetto al pannello di montaggio), la marcatura obbligatoria dei cavi, in base a progetto, e crimpatura delle estremità sui fili con appositi capicorda.

Gli armadi di automazione possono avere condizionatori d'aria o riscaldatori integrati per fornire il controllo della temperatura interna.

Armadio di automazione basato su PLC

Quasi tutti i PLC moderni dispongono di un alimentatore switching integrato che fornisce alimentazione da una fonte esterna nell'intervallo di tensione CA da 110 a 265 volt (convertitore di tensione AD-DC) o da un alimentatore CC (convertitore di tensione CC-CC).

Gli alimentatori switching dispongono di una serie di protezioni automatiche integrate: cortocircuito, surriscaldamento e sovraccarico.

Un tipico collegamento di alimentazione PLC richiede preventivamente un filtro di soppressione dei picchi. La selezione degli alimentatori a impulsi viene effettuata in base al valore del consumo energetico richiesto e ai valori di uscita richiesti delle potenze nominali.

Se la sorgente principale della tensione di ingresso viene disattivata a causa di un incidente o di un malfunzionamento, il funzionamento o lo spegnimento corretto del dispositivo o del sistema può essere garantito da un gruppo di continuità.

Il grado di protezione del PLC è crittografato con un marchio IP (Ingress Protection Rating). IP si traduce letteralmente come grado di protezione dell'ingresso. Attualmente, questo è il sistema di designazione più comune per proteggere le apparecchiature dagli effetti dell'ambiente esterno. Viene utilizzato per indicare la protezione contro la penetrazione di varie particelle fisiche nell'apparecchiatura per dimensioni geometriche, tra cui polvere e acqua.

Grado di protezione IP — decodifica, esempi di apparecchiature

Gli involucri PLC, così come gli armadi o i quadri in cui sono installati, possono avere un grado di protezione.

L'installazione e il collegamento di specifici controllori logici programmabili (PLC) negli armadi e nei pannelli di automazione devono essere eseguiti in conformità con le istruzioni del produttore.

Immagini di quadri di automazione con controllori logici programmabili: