Ottaviani Ivano - Classe 5A-IPAI - Esame di Stato: 2017-20178 
Linea di produzione automatizzata
Applicazione con PLC
Descrizione
L'automazione è basata sulla gestione di una mini linea di produzione, con uno dei moderni dispositivi di automazione, attraverso le conoscenze acquisite sia durante le ore scolastiche che extra scolastiche. Il pezzo verrà mosso dai nastri trasportatori, e spostato da un nastro all’altro grazie a dei cilindri ad aria compressa, azionati a loro volta dai sensori di prossimità.
Schema assemblaggio circuito
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Lo schema del circuito è costituito dai seguenti componenti: |
1) Cilindri a doppio effetto
L'attuatore pneumatico (e quello oleodinamico) è, in genere, un cilindro cavo chiuso da due testate in cui è contenuto un pistone che divide in due camere l'interno del cilindro. Al pistone è solidale uno stelo che fuoriesce attraverso una testata dal cilindro stesso.
Il pistone si muove spinto dalla pressione immessa alternativamente in una delle due camere: mentre l'una viene alimentata dall'aria compressa, l'altra viene posta in comunicazione con l'esterno tramite lo scarico, perdendo così pressione. Con il pistone si muove anche lo stelo che trasforma la compressione dell' aria in forza meccanica. Questo tipo di cilindro è chiamato a doppio effetto in quanto può compiere lavoro sia in uscita che nella fase di rientro. Ovviamente le due forze sono diverse perché, a parità di pressione, sono diverse le due superfici del pistone su cui agisce il fluido compresso: nella camera posteriore una parte della superficie del pistone è occupata dallo stelo.
Nel nostro caso, abbiamo utilizzato 3 cilindri della Camozzi di piccole dimensioni viste le nostre esigenze, con potenza massima di 10bar.
2) Elettrovalvole
L'elettrovalvola, è funzionalmente un rubinetto che consente il passaggio di un fluido (liquido o gassoso) attraverso il varco individuato dalla stessa.
Il termine "elettro" indica che l’attuatore dell'azionamento meccanico della valvola, viene sostituito da un attuatore comandato elettricamente, solitamente un solenoide.
La più semplice elettrovalvola è infatti costituita da un dispositivo meccanico di apertura e chiusura molto simile ad una membrana, che viene alzato o abbassato per variare la pressione all'interno delle camere del dispositivo che quindi permettono la fuoriuscita o la ritenzione del fluido immesso.
Questa membrana è attuata da un solenoide che, percorso da corrente, attira un nucleo ferroso all'interno di un canale interno, causando così lo spostamento meccanico dell'elemento occludente del dispositivo, e quindi l'apertura o la chiusura dell'elettrovalvola.
Con l'apertura dell'elettrovalvola la "membrana" si alza e permette al fluido di diramarsi nei condotti che si trovano a valle di essa, essendo a monte la sezione dove esiste la pressione più elevata.
Nel nostro caso,abbiamo utilizzato 3 elettrovalvole a 24Vdc 5 vie posizioni(avendo 3 cilindri a doppio effetto),la cui alimentazione è stata direttamente collegata all’uscita del nostro PLC.
In figura è riportata l'elettrovalvola utilizzata:
Essa, per quanto riguarda il collegamento, ha due morsetti(+ e -). Per quanto riguarda invece il collegamento pneumatico, ha il lato con 2 fori, che vanno direttamente collegati alla mandata e al ritorno del cilindro;dal lato opposto invece, dove sono presenti 3 fori, va collegato il tubo che arriva diretto dal compressore.
3) Prossimetri capacitivi
I sensori di prossimità o prossimetri, sono dei sensori in grado di rilevare la presenza di oggetti nelle immediate vicinanze, senza che vi sia un effettivo contatto. La distanza entro cui questi sensori rilevano oggetti è definita portata vedente. L'assenza di meccanismi d'attuazione meccanica, e di un contatto fisico tra sensore e oggetto, fa sì che questi sensori presentino un'affidabilità elevata.
Normalmente i sensori di prossimità rilevano solamente la presenza o l'assenza di un oggetto all'interno della loro portata nominale. Conseguentemente il segnale elettrico d'uscita sarà di tipo on/off in quanto deve rappresentare solo gli stati di tensione (1 o 0).
Il circuito che genera il segnale d'uscita può essere realizzato secondo diversi standard:
♦ come contatto puro, del tipo di quello che si presenta ai capi di un interruttore chiuso;
♦ tipo PNP, dove viene generato un segnale in tensione in grado di alimentare piccoli carichi;
♦ tipo NPN (chiamato anche open collector), dove l'uscita viene portata a massa, dando la possibilità di chiudere un circuito esterno.
L'uscita è normalmente progettata per trattare segnali a bassa tensione (fino a 48V) e basse correnti (fino 200 mA), non adatte per comandare direttamente attuatori (elettrovalvole, teleruttori, motori, ecc.), ma adatte ad alimentare ingressi o uscite di schede di controllo come per esempio il PLC.
I sensori di prossimità possono essere realizzati basandosi su diversi tipi di tecnologie:
♦ induttivi;
♦ capacitivi;
♦ magnetici;
♦ ultrasuoni;
♦ ottici.
I sensori di prossimità induttivi si basano sul principio della variazione di riluttanza che presenta un elettromagnete, quando nelle vicinanze si presenta un oggetto realizzato in materiale ferromagnetico, la comparsa di materiale ferromagnetico all'interno del campo magnetico, fa sì che il campo stesso si chiuda meglio, con conseguente abbassamento della riluttanza. I circuiti interni del sensore rilevano la variazione di riluttanza, e superata una certa soglia, fanno commutare il segnale d'uscita.
I sensori capacitivi si basano sul principio della rilevazione della capacità elettrica di un condensatore: il loro lato sensibile ne costituisce un'armatura, l'eventuale presenza nelle immediate vicinanze di un oggetto conduttore, realizza l'altra armatura del condensatore. Così la presenza di un oggetto crea una capacità che i circuiti interni rilevano, comandando la commutazione del segnale d'uscita.
I sensori di prossimità magnetici funzionano rilevando il campo magnetico generato da un magnete permanente montato appositamente sull'oggetto da rilevare. Questi sensori si basano sul principio dei contatti Reed o sull'effetto Hall.
I sensori di prossimità ad ultrasuoni funzionano sul principio del Sonar: emettono impulsi sonori ultrasonici, e rilevano un'eventuale eco di ritorno generata dalla presenza di un oggetto all'interno della portata nominale.
I sensori di prossimità ottici (chiamati anche Fotoelettrici) si basano sulla rilevazione della riflessione di un fascio luminoso da parte dell'oggetto rilevato. Normalmente viene usato un fascio di raggi infrarossi, in quanto questa radiazione difficilmente si confonde con i disturbi generati da fonti luminose ambientali.
Nel nostro caso, sono stati utilizzati 3 sensori di prossimità di tipo induttivo, con standard di uscita di tipo PNP. Esso comprende 3 fili per il suo collegamento; 2 per l’alimentazione (brown +/blue -), e un per il contatto NO (normalmente aperto), di colore nero, collegato direttamente all’ingresso del PLC.
4) Motori 24V
Nel nostro caso, avendo 3 nastri trasportatori, abbiamo avuto bisogno di 3 motori con tensione pari a 24Vdc; un motore per ogni nastro.
Ho scelto 3 motori uguali, con velocità di rotazione pari a 5rpm con una forza di 100Ncm.
Questi due dati fondamentali, hanno permesso il giusto compromesso per la riuscita del progetto.
Per quanto riguarda il collegamento elettrico, ogni motore ha 2 pin (+ e -), e il senso di rotazione varia a seconda del collegamento.
Anche loro come le elettrovalvole, hanno l’alimentazione collegata direttamente all’uscita del PLC.
5) SIEMENS PLC LOGO!
Il PLC è un dispositivo composto da componenti elettronici, che utilizza memorie programmabili, contenenti sia dati che programmi, in grado di leggere ed eseguire le istruzioni dei programmi insieriti al suo interno, interagendo con un sistema da controllare tramite dispositivi di input e di output del tipo digitale o analogico.
I PLC possono essere definiti come deI speciali eleboratori per risolvere problemi di controllo ed automazione.
Come detto in precedenza i PLC hanno il compito di acquisire informazioni e dati provenienti dal sistema controllato, elaborarli in base ad un programma ed emettere verso il sistema stesso il risultato di tale elaborazione. Per far ciò, il PLC è dotato di moduli d'ingresso e di uscita (I/O), di un'unità centrale di elaborazione (CPU), di memorie (RAM/ROM), di un alimentatore ed infine di un sistema BUS per permettere i collegamenti fra le varie parti che compongono il sistema.
♦ L'alimentatore: serve ad alimentare tutti i dispositivi presenti nel PLC;
♦ La CPU: è l'unità che governa l'intero sistema del PLC. Le principali operazione che svolge sono lettura, interpretazione ed abilitazione delle istruzioni, ma anche operazioni logiche, operazioni aritmetiche, conteggi, temporizzazioni e autodiagnosi.
♦ BUS: Il sistema BUS è un insieme di collegamenti interni al PLC per la trasmissione e lo scambio di dati, segnali, tensioni di alimentazione e potenziali di massa.
♦ RAM: serve per memorizzare il programma da eseguire in un sistema, è una memoria di tipo volatile quindi può essere modificata ed e una memoria di lettura e scrittura.
♦ ROM: serve per memorizzare il sistema operativo del PLC (in fase di fabbricazione), è di tipo non volatile e non può essere modificata, infatti è chiamata memoria di sola lettura.
♦ Moduli di Input (I): servono per controllare i segnali elettrici emessi da dei sensori. I segnali possono essere sia di tipo analogico che di tipo digitale.
♦ Moduli di Output (O): sono destinati a fornire una tenione, direttamente o indirettamente, agli attuatori del sistema come ad esempio lampade spia, rele, contattori, ecc...
Le principali caratteristiche del PLC sono:
♦ Flessibilità: possibilità di adegueare un sistema a nuove esigenze di processo senza rivoluzionarne la configurazione fisica, ma solo intervenendo sul software.
♦ Affidabilità: superiore agli impianti in logica cablata poichè il PLC esegue servizi di autodiagnosi, ed essendo costituiti da dispositivi elettronici non ha parti in movimento e non necessità di particolari manutenzioni.
♦ Costo: il prezzo è passato da un costo inziale elvato a costi veramente competitivi nel mercato, soprattutto per i micro PLC.
♦ Ingombro: passando dalla logica cablata a quella programmabile l'ingombro dell'intero sistema si è ridotto in maniera notevole.
♦ Riciclo: possibilità di riutilizzo in altre applicazioni in maniera semplicissima.
♦ Inserimento in rete;
♦ Utilizzo nella domotica.
Linguaggi di programmazione:
I linguaggi di programmazione di un PLC sono di vari tipi. Si dividono principalmente in due categorie: letterali e grafici.
I letterali si dividono in AWL e C++, questi , per essere usati, richiedono una formazione di tipo informatico.
I grafici invece di dividono in LADDER, FDB e GRAFGET, che invece, per essere utilizzati, richiedono una formazione elettrica.
Linguaggio Ladder:
Il linguaggio di programmazione LADDER è di tipo grafico. Risulta il più usato in campo internazionale per la programmazione dei PLC. Si compone di pochi simboli grafici e risulta estremamente utile a chi ha una formazione di logica elettromeccanica perché richiama molto lo schema funzionale.
Simboli LADDER più importanti:
PLC, is a digital computer used for the automation of various electro-mechanicals processes in industries. PLC consist of a microprocessor which is programmed using the computer language.
The program is written on a computer and is downloaded to the PLC via cable.
PLC Hardware:
The hardware components of a PLC system are CPU, Memory, Input/Output, Power supply unit and programming device. Below is a diagram of the system overview of PLC.
• CPU - Keeps checking the PLC controller to avoid errors. They perform functions including logic operations, arithmetic operations and many more.
• Memory - Fixed data is used by the CPU. System (ROM) stores the data permanently for the operating system. RAM stores the information of the status of input and output devices, and the values of timers, counters and other internal devices.
• Input Section - Input keeps a track on field devices which includes sensors.
• Output Section - Output has a control over the other devices which includes motors, lights and many actuators.
• Power Supply - Certain PLCs have an isolated power supply. But most of the PLCs work at 220 Vac or 24 Vdc.
• Programming Device - This device is used to feed the program into the memory of the processor.
• System Buses - Buses are the paths through which the digital signal flows internally of the PLC.
Main features of the PLCs:
• Flexibility;
• Reliability;
• Recycling in other applications;
• Possibility of networking;
• Competitive cost on the market;
Applications in home automation.
Software
Di seguito è riportato un estratto del software (Ladder) di gestione
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-- Ottaviani Ivano - Esame di Stato A.S.2017-2018 - CL:5AIPAI --
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Bibliografia:
1) Appunti scolastici
2)Autolavaggio automatico di Carboni Daniele-Spina Andrea
3)Wikipedia https://it.wikipedia.org/wiki/Pagina_principale