Piccolo è bello: nano e micro-PLC attori dell’automazione moderna

SMD e micro-integrazione: le tecnologie che, negli anni, hanno consentito di ridurre notevolmente le dimensioni e incrementare in maniera esponenziale le prestazioni.

Chi scrive ha iniziato molti anni fa la propria vita professionale nel settore dell’automazione con un PLC modello “5TI” di Texas Instruments, un apparecchio più o meno delle dimensioni di una scatola di scarpe equipaggiato con pochi ingressi/uscite e diffuso, in realtà, come sequenziatore. Lo si programmava con una tastiera dedicata, di dimensioni pari ad una moderna calcolatrice da tavolo, dotata di grossi tasti e di un “display” numerico composto da una dozzina di digit rossi a sette segmenti.

L’entusiasmo per questo tipo di tecnologia, in grado di sostituirsi a complesse realizzazioni elettromeccaniche, consentiva di non dare troppo peso a problematiche di manutenzione e ricerca guasti né a considerazioni di efficienza nello sviluppo del software applicativo.

Il passo successivo di sviluppo, negli anni ’80, fu quello di aumentare il livello di integrazione dell’elettronica, consentendo la creazione di modelli modulari in grado di essere configurati per decine o centinaia di segnali I/O.

Nel corso degli anni poi, processori sempre più potenti, livelli di integrazione sempre più spinti, sistemi operativi sempre più performanti hanno consentito di disporre oggi di PLC estremamente veloci e, in molti casi, di dimensioni minimali.

La manutenzione, questa conosciuta

A partire dal vecchio e tradizionale modello di PLC come emulatore di logica cablata, il mercato basa oggi le proprie proposte sul concetto di macchina evoluta, sempre più in grado di assolvere, oltre al tradizionale mandato di emulatore di quadro elettrico, numerosi altri compiti come la gestione motion sia in anello aperto che chiuso, l’apertura verso più tipologie di reti di comunicazione, la possibilità di utilizzare segnali ad alta frequenza; l’innovazione più significativa, però, consiste nella capacità dei moderni PLC di rendere disponibili dettagliate informazioni diagnostiche, fondamentali per un efficiente troubleshooting, e nel disporre di ambienti di sviluppo potenti e intuitivi ricchi di tool dedicati alla ricerca guasti; il tutto con una progressiva riduzione delle dimensioni fisiche delle parti componenti: oggi, è facile trovare controllori logici con dimensioni simili ad un pacchetto di sigarette, tanto che è ormai usuale parlare di nano-PLC e micro-PLC. Proviamo a indagare le differenze fra le diverse categorie.

Nano-PLC, tecnologia in pochi centimetri

Se si cerca in rete la definizione di nano-PLC si possono reperire due definizioni; una, basata su considerazioni commerciali, classifica i nano-PLC come “oggetti ad alto volume produttivo per i quali il costo è un elemento critico”, l’altra si riferisce ai nano-PLC come “sistemi limitati, con prestazioni minimali utili a realizzare comandi semplici in cui le performances esecutive delle CPU non abbiano grande importanza”.

Tralasciando l’ottica commerciale, dedichiamoci invece ad un’analisi hardware-prestazionale dei nano-PLC per tentare di definirne il campo di utilizzo.

Innanzitutto, il grado di protezione di questi dispositivi generalmente non supera IP20, il che impedisce di utilizzarli in ambienti difficili se non adeguatamente protetti; quasi sempre presentano la doppia possibilità di montaggio su guida DIN 35 mm o su superficie piana tramite fori di ritenzione.

Quasi tutti i nano-PLC presenti sul mercato sono dotati di mini-display e mini-tastiera; ciò consente all’utilizzatore di introdurre/modificare programmi senza dover utilizzare un PC e relativo (a volte costoso) software; il display è generalmente B/N a matrice di punti anziché a caratteri e ciò consente di rappresentare 2-3 linee di programma in linguaggio ladder che, come noto, si basa sull’utilizzo della vecchia simbologia degli schemi elettrici.

La tastiera, giocoforza limitata a pochi tasti, normalmente fornisce funzioni di spostamento del cursore, di discesa e risalita nei livelli di menu e, se presente, la possibilità di editare caratteri come si operava sui vecchi telefoni cellulari con ripetute pressioni di un tasto per ottenere caratteri diversi.

I modelli più evoluti presentano anche una porta seriale (a volte RS485 ma, più spesso, RS232 o, addirittura, proprietaria) per dar la possibilità di interazione da PC tramite apposito software.

Quasi tutti i modelli dispongono di almeno una decina di punti di I/O (ad esempio sei input e quattro output tutti digitali); i nano-PLC sono normalmente disponibili con alimentazione a 24 V c.c. o 230 V c.a. che rappresentano anche i range di tensione degli ingressi; per le uscite sono disponibili modelli con uscita in bassa tensione (24 V) o, più spesso, a relé, il che ne incrementa la flessibilità di utilizzo.

Raramente è disponibile anche un ingresso analogico in tensione a bassa risoluzione (otto bit) per compiti di controllo elementari.

Mentre l’RTC (Real Time Clock) è disponibile solo su alcuni modelli, la memoria di programma di tipo Flash-Eprom integrata è invece ormai uno standard e ciò, se da una parte consente di non doversi preoccupare di batterie di mantenimento, dall’altra limita la memoria utilizzabile a quella definita dal costruttore; tipicamente la dimensione di memoria è fornita in numero di istruzioni; il valore tipico si aggira intorno a due-trecento istruzioni memorizzabili e l’esecuzione di un programma abbastanza lungo può richiedere tempi di ciclo dell’ordine dei 100 ms.

Micro-PLC, espandibilità controllata

Di classe diversa, questi dispositivi hanno in genere la possibilità di affiancare altri moduli a CPU che, comunque, già integrano una serie di segnali I/O non minimale, ad esempio ventiquattro ingressi e sedici uscite. Ciò consente di usare i micro-PLC in versione base per automazioni più complesse di quelle realizzabili con i nano-PLC; a questo proposito, in genere i tempi di esecuzione di un ciclo di programma risultano decisamente più favorevoli (mediamente 20-30 ms) il che consente di utilizzare questi dispositivi anche per applicazioni industriali.

L’espandibilità dipende dal tipo di moduli che il costruttore mette a disposizione: ingressi e uscite sia digitali che analogiche, moduli di conteggio veloce, moduli di gestione elementare motion (ad esempio un singolo asse), moduli speciali per applicazioni generali, ad esempio connessione ad un bus di campo, o per applicazioni specifiche, ad esempio per la gestione di celle di carico.

Normalmente il numero di moduli con cui è possibile configurare i micro-PLC è abbastanza limitato: si va da uno-due moduli per alcuni costruttori fino a sei-sette moduli per i costruttori più “generosi”.

Di norma tutti i micro-PLC hanno la possibilità di utilizzare una memoria Flash-Eprom modulare di tipo SD o micro-SD per la memorizzazione dei programmi; ciò consente una certa flessibilità nel dimensionamento e quindi nella lunghezza dell’applicazione.

Come si intuisce, vi è una notevole differenza fra l’impostazione di un nano-PLC e quella di un micro-PLC: elementari e molto semplici i primi, addirittura programmabili direttamente senza necessità di apparecchiature esterne, già abbastanza sofisticati invece i secondi, in grado di gestire centinaia di segnali e capaci di assolvere compiti anche critici in ambito industriale.

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