PLC: La progettazione del programma

Paragrafi dell'articolo:

  1. Introduzione
  2. Principi generali di Progettazione
  3. Analisi della macchina
  4. Power-on
  5. Modalità di Funzionamento
  6. Black-Out
  7. La Logica Principale

5.1 Introduzione
Dopo aver trattato alcuni cenni storici ed aver presentato brevemente le caratteristiche hardware del PLC, si presentano ora due argomenti ben distinti :

  1. 1. La progettazione del programma, una attività che, in linea generale, è tale e quale alla progettazione dello Schema Funzionale di un circuito di comando.
  2. 2. La configurazione e programmazione del PLC dal punto di vista dell'uso del software di programmazione, e quindi l'uso della sua memoria e delle istruzioni;


In questo capitolo si affrontera l'argomento progettazione, mentre il secondo aspetto verrà analizzato nel capitoli successivi (che comunque deve essere sempre approfondito con i manuali forniti dal costruttore del PLC).

5.2 Principi generali di Progettazione
Come visto finora, la stesura del software per un PLC ha bisogno di un quantitativo di carta al quadrato rispetto al listato finale del programma.
Sulla base di quanto detto fino ad ora, buona parte di questa carta e costituita da :

  1. 1. documentazione che è indispensabile consultare (Norme CEI, Direttiva Macchine, libri, ecc),
  2. 2. Disegni meccanici o lo schema di processo ( P&ID )
  3. 3. Schemi elettrici
  4. 4. Caratteristiche della macchina, prestazioni richieste, organi di sicurezza, elenco motori ed utenze, ecc
  5. 5. Documento con elencate le modalità di funzionamento richieste e le caratteristiche di sicurezza che dovranno essere rispettate.

A questo punto si può cominciare a tracciare lo schema a blocchi del sistema di controllo, ossia del programma.
Non si tratta di un flowchart, ma piuttosto di un layout che da l'impostazione generale del programma, ossia la struttura.
Il layout sara graficamente composto da più blocchi ognuno dedicato ad una appropriata funzione, e che nella realtà finale del progetto saranno dei sottoprogrammi (subroutine).
Quando si trascrive un programma per un piccolo impianto, infatti, dato l'esiguo numero di segnali, è possibile avere sott'occhio (e a mente), tutto il sistema controllato.

Al contrario, nel caso di grosse macchine o impianti estesi ciò e praticamente impossibile, quindi è necessario suddividerli in unita elementari, che riconducano al caso dell'impianto semplice.
Ogni subroutine avrà quindi al proprio interno delle logiche autonome inerenti la funzione che deve svolgere.


Figura 1 - Esempio di organizzazione del sistema di controllo di una ipotetica macchina.

Tale suddivisione potrebbe risultare esagerata per un PLC con 10 ingressi e 10 uscite, ma non è detto.
La strutturazione del progetto consente infatti una più agevole ricerca guasti e comprensibilità dello stesso ad un "estraneo", come affrontato nel paragrafo "Comprensibilità e Documentazione".

La suddivisione del programma i più blocchi "logici" consente inoltre di aumentarne l'affidabilità, dato che durante la stesura del programma sara più semplice evitare interferenze o errori di battitura tra righe destinate a compiti diversi.

5.3 Analisi della macchina
Come è visto nell'esempio precedente, per costruire il Layout di un sistema di controllo (ossia del programma), è necessario avere ben chiari tutti i componenti dell'impianto che si deve a controllare, e tutte le funzionalità che si dovranno realizzare.
Ecco che quindi è necessario analizzare ciascuna macchina con il relativo "processista" che l'ha concepita per comprenderne tutti gli aspetti che influiscono il modo di funzionamento e quindi la programmazione.

Una volta tracciato il Layout, questo potrebbe essere usato come documento ufficiale.
Ad esempio se viene tralasciato di informare il programmatore che e' necessario gestire con il PLC gli scarti di produzione in una determinata maniera, il blocco 4 non figurerebbe nel Layout, ed il progettista meccanico, osservando tale diagramma, si accorgerebbe della incompletezza.
Il Layout poi non deve essere obbligatoriamente fatto in modo grafico, ma può essere trascritto anche sotto la forma di un elenco delle funzioni da realizzare.

5.4 Power-on
Si potrebbe cominciare a ragionare sul programma con considerare il momento dell'accensione di una macchina e del relativo PLC.
In questa fase può essere necessario lanciare procedure di pre-avviamento indispensabili per il buon funzionamento della macchina.

Si cita ad esempio :


Anche per questi casi è necessario discutere con il progettista meccanico della macchina o con il processista come si deve procedere

5.5 Modalità di Funzionamento
In fase di progettazione dovranno essere ben chiarite quali saranno le modalità di funzionamento della macchina o dell'impianto.
Ad esempio si dovranno descrivere i modi di funzionamento manuale e automatico, che tra l'altro tipicamente non sono compatibili tra loro.
Dovrà quindi essere documentato come funziona la macchina a seconda della posizione del Selettore Modale di Funzionamento (EN 60204-1, articolo 9.2.3).
Questo selettore, gerarchicamente posizionato al di sotto del famigerato Pulsante di Emergenza, in realtà prevale su tutti gli altri comandi.
Per contro il cambiamento della sua posizione non deve provocare nessuna azione nella macchina, ma solo la preselezione della logica nel programma.

5.6 Black-Out
Questo è un'altro argomento che spesso viene tralasciato: lo spegnimento improvviso.
Forse dipende dal fatto che si considera la mancanza di energia elettrica un fatto raro, e che comunque non incide nella programmazione dato che "in quei momenti" il programma è praticamente morto con tutta la macchina che deve controllare.
Al contrario anche il black-out è un episodio che andrebbe considerato in fase di programmazione.

Le tipiche fasi di black-out di un macchinario. In una piccola industria l'operatore addetto ad un macchinario lo sta facendo funzionare in serenità e pace e questo gli corrisponde producendo i prodotti che deve.
  1. A migliaia di chilometri di distanza, in Svizzera, all'improvviso un albero cade su di una linea aerea, mandandola fuori servizio;
  2. Inspiegabilmente, come conseguenza del guasto, nella piccola industria manca l'energia elettrica;
  3. Si spengono tutte le macchine, i computer perdono tutti i dati e i telefoni si zittiscono all'improvviso.
  4. Dall'ufficio del capo si sente arrivare un ululato bestiale;
  5. L'operatore della macchina, dopo un momento di sbigottimento, si rende conto che e' entrato in ferie anche senza volerlo.
  6. Dopo alcuni minuti, l'energia elettrica ritorna come se niente fosse
  7. A quel punto il nostro operatore alla macchina preme START, ma ...non succede nulla!
  8. Dopo vari tentativi ed imprecazioni non resta che eliminare il prodotto semilavorato e ricominciarne uno da zero, con 2 ore di lavoro perse.
  9. Quando la notizia arriva nell'ufficio del capo, si sente un secondo ululato ancora più bestiale del primo.

Dato che oggi praticamente tutti i PLC sono dotati di memorie "a rimanenza", nelle quali i dati restano memorizzati anche in mancanza dell'energia elettrica, utilizzando queste aree di memoria, talvolta e possibile "fotografare" la situazione del macchinario nell'ultimo instante prima della mancanza di energia elettrica, cosicché al ritorno dell'energia è possibile riprendere il processo dal punto che era rimasto.

Deve sempre e comunque essere possibile cancellare queste memorie, laddove la situazione sia da ricominciare da zero, cosa attuabile con un apposito pulsante di reset, che tipicamente viene previsto nella consolle di comando della macchina.

Talvolta è utile discutere di un possibile black-out, in quanto gli ideatori della macchina si accorgono se è o meno necessario dotare la macchina di gruppi di continuità, per garantire la sicurezza in queste fasi (ad esempio per la frenatura, ecc).

5.7 La Logica Principale
In questa logica, detta anche Main e talvolta anche Blocco Organizzativo, si gestiscono tutte le altre subroutine e le funzioni di particolare importanza per tutto l'impianto controllato.

5.7.1 Consenso al Funzionamento
Per una macchina nella logica principale le prime operazioni da affrontare saranno quelle inerenti i controlli sulla sicurezza :

Solo con il benestare di tutte queste logiche si potrà procedere all'avviamento della macchina.
Il relé che riassume il benestare a procedere può essere chiamato KF, in quanto è da considerarsi il Consenso al Funzionamento.
Il relé che riassume la presenza regolare di tutte le alimentazioni, invece, tipicamente è chiamato relé di Linea o KL.


5.7.2 Settaggi al Power-On
All'accensione di un PLC tipicamente sono necessarie delle procedure di set-up, per cui è meglio prevedere un sottoprogramma apposito.
Tale subroutine verrà richiamata dalla logica principale solo all'accensione.
Tipicamente si resettano tutti i temporizzatori, i contatori, ecc. , sempre che la macchina non abbia bisogno di una funzione di "ripartenza a freddo".
In questa fase può essere utile ricaricare in memoria i set-point di funzionamento, quali misure, conteggio pezzi, ecc. che potrebbero essere memorizzati invece nel terminale operatore (interfaccia uomo-macchina), esterno al PLC.

5.7.3 Chiamate delle Subroutine
Per il resto il programma principale dovrebbe essere composto da chiamate alle subroutine, condizionate o meno dalla logica del macchinario.