PLC Mitsubishi: sequenze complesse con logica di avanzamento e ritorno

Nei grandi sistemi automatizzati che comprendono numerose attività eseguite in routine ripetitive, la complessità della logica ladder può ostacolare il processo di diagnosi. È necessario individuare modalità per ottimizzare la programmazione della logica ladder, rendendola semplice pur mantenendo la capacità di gestire attività complesse.

I metodi tradizionali di programmazione della logica ladder continuano a costituire una parte essenziale della maggior parte dei controlli sequenziali; tuttavia, l'uso di funzioni di programmazione come le istruzioni step ladder (STL) e return (RET), disponibili nei PLC Mitsubishi, può rivelarsi efficace per realizzare un programma modulare, segmentato e facile da sottoporre a diagnosi. Questo articolo esamina l'uso delle funzioni Step e Return in relazione ai metodi di programmazione tradizionali attraverso un progetto pratico di esempio che utilizza un PLC Mitsubishi FX3U.

 

Implementazione della logica di controllo sequenziale

Per questo tutorial, consideriamo un semplice progetto di automazione che comprende un sistema di trasporto, sensori e un cilindro pneumatico che funge da spintore. In questo progetto confronteremo il controllo sequenziale mediante la logica tradizionale con l'uso delle funzioni Step e Return.

 

Figura 1. Progetto di esempio per dimostrare l'uso delle funzioni Step e Return.

 

Prima di esaminare come implementare la logica sequenziale per il progetto di esempio, è utile comprendere la sequenza delle operazioni. Nel caso del progetto di esempio illustrato nella Figura 1, la sequenza operativa è la seguente:

1. Viene premuto il pulsante di avvio (verde) per avviare il processo.
2. Il trasportatore si avvia quando un elemento viene rilevato dal sensore ottico.
3. Il trasportatore si arresta quando il sensore capacitivo rileva l'elemento all'estremità del trasportatore.
4. Un pistone pneumatico spinge l'elemento in un contenitore di raccolta e si ritrae.
5. Il sistema torna al passaggio 2, pronto per l'elemento successivo.

Per il collegamento al nostro PLC, utilizzeremo il PLC Mitsubishi FX3U; di seguito è riportata la tabella I/O che rappresenta gli indirizzi di ciascun dispositivo di ingresso e di uscita.

 

	Indirizzo	Descrizione
Ingressi digitali	X000	Pulsante di avvio (verde)
	X001	Pulsante di arresto (rosso)
	X002	Sensore ottico
	X003	Sensore capacitivo
	X004	Interruttore reed magnetico
Uscite digitali	Y000	Motore del nastro trasportatore
	Y001	Cilindro pneumatico; elettrovalvola monostabile.
Timer	T0	Ritardi prima della retrazione del cilindro pneumatico.

Tabella 1. Tabella I/O con gli indirizzi e la relativa descrizione

 

Implementazione tradizionale della logica ladder

Ciò comporta l'uso di programmi in logica ladder con autoritenuta, che diventano progressivamente più complessi man mano che la sequenza cresce, soprattutto nei grandi sistemi di automazione. In questo progetto di esempio, quando viene premuto il pulsante di avvio, un segnale di ingresso digitale viene inviato a X000 nell'ingresso del PLC e attiva un relè interno M0. Lo stato del relè interno rimane attivo anche dopo il rilascio del pulsante di avvio e, quando viene premuto il pulsante di arresto, l'uscita con autoritenuta M0 viene ripristinata e il suo stato passa a OFF. Il relè interno può quindi essere utilizzato per avviare il secondo processo nella sequenza della logica ladder.

Nella seconda sequenza, lo stato «ON» del relè interno M0 e lo stato del sensore ottico, collegato a X002, dopo il rilevamento di un oggetto nel punto iniziale del trasportatore, vengono utilizzati per attivare l’uscita del motore (Y000) che aziona il nastro trasportatore. Il sensore capacitivo all’estremità del trasportatore, collegato a X003, è rappresentato come un contatto normalmente chiuso per disattivare l’uscita mantenuta del motore del trasportatore una volta attivato.

Nella sequenza finale, il sensore capacitivo attiva l’estensione dello spintore una volta rilevato l’oggetto e attende 5 millisecondi prima di disattivare l’uscita mantenuta della valvola direzionale 5/2 a singolo solenoide, utilizzata per azionare il cilindro pneumatico. Questo ritardo di retrazione viene attivato tramite un segnale d’ingresso proveniente dal contatto reed magnetico presente sul cilindro pneumatico e collegato all’indirizzo X004.

 

Figura 2. Esempio di logica ladder tradizionale per implementare il controllo sequenziale del sistema di trasporto del progetto di esempio.

 

Implementazione delle funzioni di fase e ritorno

L’implementazione della logica sequenziale del progetto tramite le istruzioni STL e RET di Mitsubishi prevede la segmentazione delle sequenze e la creazione degli ordini di transizione in corrispondenza dei quali deve essere eseguita la logica.

In un programma di controllo sequenziale, le istruzioni STL definiscono l’inizio di una fase e sono sempre associate a un registro di stato (S), con la sintassi: -[STL Sn]-, dove «n» è l’indirizzo di un registro di stato o, più semplicemente, il numero della fase. Durante il ciclo di scansione del PLC, vengono eseguite solo le fasi attive all’interno del blocco STL, mentre quelle inattive vengono ignorate. In questo modo si riducono i tempi di scansione e le sequenze vengono gestite separatamente.

Per inizializzare una funzione STL, è innanzitutto necessario impostare il registro di stato tramite un ingresso di stato nella logica. Ad esempio, X000 può essere utilizzato per -[SET S0]-.

RET, ovvero l’istruzione di ritorno, prepara la logica per il ciclo completo successivo delle sequenze e viene sempre posizionata dopo la logica dell’ultima istruzione STL. Questa funzione è utile per creare i limiti che definiscono la fine del controllo della sequenza; in una logica ladder a fasi, il PLC potrebbe altrimenti avere un comportamento imprevedibile e persino segnalare un errore.

 

Fase 1 (S0)

Tornando all’implementazione della logica sequenziale STL/RET per il progetto di esempio del trasportatore, le sequenze erano suddivise in due fasi (S0 e S1). Quando viene premuto il pulsante di avvio X000, S0, impostato e mantenuto, si attiva e, una volta inizializzato da -[STL S0]-, ha inizio la sequenza.

 

Figura 3. La prima sezione della logica sequenziale mostra l’attivazione del passaggio 0.

 

Il passaggio verrà inoltre reimpostato immediatamente se viene premuto il pulsante di arresto X001.

 

Passaggio 2 (S1)

Quando il sensore ottico (X002) rileva un oggetto, il motore del trasportatore (Y000) si attiva e viene arrestato dal rilevamento dell’oggetto da parte del sensore capacitivo (X003). Questo sensore capacitivo viene utilizzato per attivare il passaggio successivo, S1.

 

Figura 4. Continuazione della logica sequenziale che illustra il movimento del trasportatore fino a quando l’oggetto viene rilevato dal sensore capacitivo (X003), impostando il passaggio successivo, S1. Immagine utilizzata per gentile concessione dell’autore

 

Si noti che, nella Figura 4 precedente, quando viene attivato il passaggio successivo della sequenza, il passaggio precedente, in questo caso S0, viene disattivato automaticamente. Questo può creare difficoltà se la sequenza è l’ultima della logica e potrebbe rendere necessario aggiungere un timer (o un evento) per annullare e reimpostare l’ultimo passaggio, S1, come mostrato nella Figura 5. In alcuni casi, se si intende eseguire in loop un’attività ripetitiva, è possibile aggiungere in serie un contatto normalmente chiuso dell’ultimo passaggio alla condizione che attiva il primo passaggio. In questo progetto, tuttavia, quando il cilindro pneumatico si estende per spingere l’oggetto, viene attivato il sensore magnetico reed (X004), che avvia un conteggio temporale per reimpostare questo passaggio finale. RET viene aggiunta immediatamente dopo la logica all’interno di quest’ultimo passaggio.

 

Figura 5. La logica sequenziale finale gestisce l’estensione e la retrazione dello spintore pneumatico e include l’istruzione RET.

 

Quando Step/Return è una vera salvezza

Secondo la mia esperienza con diversi progetti di automazione, vale la pena utilizzare le istruzioni STL/RET quando la complessità del controllo sequenziale è determinante. Questo perché, con questo metodo, la visualizzazione e la gestione di una logica sequenziale più lunga risultano semplificate, rendendo più semplice la gestione degli errori e la risoluzione dei problemi, poiché il passaggio interessato può essere isolato e modificato direttamente senza influire sull’intera logica.

Tuttavia, per un controllo sequenziale molto semplice, l’uso di STL potrebbe essere superfluo, poiché l’approccio tradizionale può risultare più diretto. Un’altra considerazione è che, sebbene i passaggi presentino una segmentazione per chiarezza, la logica effettiva al loro interno potrebbe comunque seguire un’implementazione standard della logica ladder. In qualità di programmatore o tecnico della manutenzione, puoi trarre vantaggio dal sapere come utilizzare le istruzioni STL/RET nei PLC Mitsubishi, sia per lo sviluppo iniziale sia per la manutenzione a lungo termine.

 

Tutte le immagini sono utilizzate per gentile concessione dell’autore