Il ruolo dei PLC nell’IoT industriale

I PLC (controllori logici programmabili) svolgono un ruolo cruciale nell’automazione industriale e nel controllo dei processi. I PLC controllano sensori analogici e digitali, un’ampia gamma di attuatori e comunicano attraverso complicate interfacce in vari protocolli.

I PLC sono oggi molto diffusi nelle applicazioni digitali, grazie all’Industrial Internet of Things (IIoT). Il controllore logico programmabile è comunemente utilizzato nelle industrie per eseguire processi sequenziali e ripetitivi. I nuovi PLC svolgono un ruolo importante nell’Industria 4.0 e migliorano con successo gli impianti delle fabbriche.

Le tre funzioni chiave dei controllori logici programmabili

Come già sapete, un controllore logico programmabile, comunemente abbreviato in PLC, è un dispositivo elettronico a stato solido che controlla il funzionamento di una macchina o di un processo. I PLC possono ricevere dati in ingresso e trasmettere istruzioni operative attraverso le uscite. Un PLC è tipicamente compatto e svolge un ruolo fondamentale nell’automazione di processi essenziali.

I PLC hanno tre funzioni principali: 

  • monitorare e controllare i processi di automazione industriale; 
  • svolgere attività di test e misurazione; 
  • eseguire funzioni di tipo processuale, come quelle utilizzate nei sistemi HVAC.

Per svolgere queste funzioni, ogni PLC è dotato di sensori e/o altri dispositivi di ingresso, attraverso i quali riceve i dati necessari al controllore per prendere decisioni basate sulla logica. Il PLC emette quindi istruzioni di controllo a un sistema meccanico o elettrico collegato. 

In quanto tale, un PLC può essere classificato come un tipo di sistema incorporato, che comprende sia la memoria di un computer che la capacità di elaborazione con dispositivi di input-output (IO), il che li rende simili sia alla logica cablata, basata su relè, che alla logica basata su PC. I tipi più comuni di PLC sono: i controllori logici programmabili modulari, compatti e a rack.

Figura 1 – La struttura e il contenuto di un PLC. Fonte: Omron

Le applicazioni dei PLC

I controllori logici programmabili sono soluzioni comuni utilizzate in molti settori industriali. Le applicazioni possono variare a seconda del luogo in cui vengono utilizzati: in ambienti domestici o professionali. 

I PLC nell’automazione industriale

Lo scopo dell’automazione industriale è quello di controllare i dispositivi che eseguono funzionalità avanzate (tra cui la connettività IIoT e la riconfigurazione delle macchine), facilitando al contempo la capacità dei lavoratori umani di prendere decisioni informate sulle macchine o sulle operazioni. 

L’obiettivo generale di un ambiente industriale automatizzato efficace è quello di aumentare la produttività complessiva e la qualità del lavoro. La moderna automazione industriale dipende dal feedback in tempo reale delle macchine e dei dati operativi e da sofisticate interazioni tra molti dispositivi digitali, il che significa che il controllore logico programmabile svolge un ruolo fondamentale.

Il PLC migliora le fabbriche a livello di controllo, prendendo e restituendo informazioni dai dispositivi a livello di campo e talvolta trasmettendo i dati ai sistemi di supervisione, come SCADA e Historian. Le unità PLC avanzate possono persino svolgere da sole tali attività a livello di supervisione.

Figura 2 – Controllore logico programmabile automatico ad alta precisione per il controllo di macchine o processi industriali nell’industria.

Dove sono più comunemente utilizzati i PLC? 

Tipico utilizzo industriale dei PLC:

  • Impianti di fabbrica
  • Sistemi di controllo del riscaldamento
  • Controlli dei semafori
  • Sistemi di cancelli automatici
  • Macchine per l’imballaggio
  • Applicazioni mediche
  • Ascensori e scale mobili

I PLC nei test e nelle misurazioni

Oltre al loro ruolo nel controllo digitale industriale, i PLC sono utilizzati anche nel controllo dei banchi di prova (come parte del processo di sviluppo del prodotto) e nelle attività di misura in laboratorio. Il PLC può ottenere rapidamente e con precisione i dati di misura. In queste attività di test e misurazione, i PLC operano attraverso l’elaborazione in tempo reale, dove misurano il ritardo in millisecondi tra la misurazione di un dispositivo di campo e la sua raccolta dati.

Con i dispositivi periferici intelligenti e le unità di ingresso-uscita, la raccolta dei segnali è diventata avanzata e amplificata attraverso fonti di ingresso analogiche e digitali. I dispositivi di ingresso-uscita con un’unità PLC integrata offrono vantaggi particolarmente preziosi, essendo compatibili con le interfacce HMI con sistemi operativi Windows o Linux e offrendo la connettività Ethernet. I dispositivi di ingresso-uscita possono anche essere utilizzati con i PLC per raccogliere dati direttamente dai propri sensori e dalle apparecchiature di ingresso-uscita remote.

Figura 3 – Un PLC accetta segnali da dispositivi di ingresso e controlla i dispositivi di uscita prendendo decisioni basate su programmi personalizzati.Fonte:Omron Fonte: Omron 

I PLC modulari sono un’altra opzione per le applicazioni di test e misurazione. Questi dispositivi sono in genere costituiti da diversi moduli che svolgono ciascuno una funzione diversa e da un’unità CPU che controlla il processore e la memoria. Sono disponibili diverse opzioni di moduli per questi PLC. È possibile che vi sia un modulo di alimentazione separato o dei moduli aggiuntivi per le funzioni di ingresso-uscita o per agevolare la comunicazione di rete. L’unità stessa può essere integrata, con tutti i moduli alloggiati all’interno di un unico involucro, che offre vantaggi quali un ingombro più compatto, mentre i PLC con configurazioni modulari non integrate consentono una maggiore versatilità, con una connessione più semplice tra più moduli.

In Distrelec, la nostra selezione comprende controllori logici programmabili di tutti i principali produttori, tra cui Siemens, Eaton ,Crouzet,Schneider Electric e Omron in modo che possiate essere certi di acquistare un prodotto della massima qualità disponibile. 

I moderni PLC – Vetrina dei marchi

Il PLC è stato originariamente concepito per sostituire la logica cablata basata su relè e sequenziatori a tamburo. Dalla loro nascita, tuttavia, le capacità dei PLC si sono notevolmente ampliate: le unità moderne includono il controllo PID (proporzionale-integrale-derivativo) e molte altre funzionalità avanzate. Gli attuali PLC possono eseguire routine complicate e adattive. Ciò è dovuto, in parte, alle dimensioni sempre più ridotte e alla crescente potenza dei chip dei semiconduttori, che hanno permesso a questi piccoli computer di diventare progressivamente più intelligenti.

Il PLC moderno può assumere la forma di un semplice dispositivo a chip integrato (IC) o di una semplice unità basata su microcontrollore, che richiede poca energia, fino a una combinazione di sottocomponenti del controllore montati su rack. Le configurazioni PLC più complesse possono rivaleggiare con le capacità dei computer generici per il controllo industriale, sebbene il PLC offra vantaggi fondamentali in termini di affidabilità e prestazioni in tempo reale.

Gli attuali PLC avanzati possono includere una serie impressionante di tecnologie, tra cui il controllo del movimento integrato, i sistemi di visione e il software di comunicazione. I PLC sono inoltre sempre più integrati nelle interfacce uomo-macchina (HMI). Per saperne di più sulle interfacce uomo-macchina e su come scegliere quella ideale per le vostre applicazioni

Eaton

Eaton ha “il più avanzato” controllore logico programmabile nano sul mercato e si chiama easyE4. È dotato di 12 I/O e può essere espanso fino a una rete di 188 punti. Il PLC compatto XC300 è espandibile e utilizza l’architettura I/O modulare XN300. Eccelle nelle applicazioni ad alta velocità che richiedono la massima libertà di programmazione.

La missione di Eaton è migliorare l’ambiente e offrire soluzioni sostenibili utilizzando la gestione dell’energia, il wireless, il rilevamento, l’illuminazione, il controllo dei motori e i display. Scoprite l’intera gamma di controllori logici programmabili di Eaton.

Il PLC EasyE4 offre una soluzione di sistema “facile” con connessione al Cloud Dispone di 12 I/O e può essere espanso fino a una rete di 188 punti I/O, il che lo rende perfetto per applicazioni di illuminazione, gestione dell’energia, controllo industriale, irrigazione, controllo delle pompe, HVAC e automazione domestica. Il PLC 8DI dispone di un ambiente di programmazione facile da usare, con quattro linguaggi di programmazione come ST, FBD, LD e EDP. Offre la massima flessibilità, con un massimo di 11 moduli di espansione locale per unità di base.

Le soluzioni di Eaton sono perfette per una varietà di applicazioni: 

  • Internet delle Cose (IoT)
  • Automazione industriale
  • Trasporto
  • Energia alternativa
  • Manutenzione e sicurezza
  • Robotica
  • Settore medico

Eaton e IoT 

La connettività in tempo reale del monitoraggio IoT è essenziale per la produttività e i tempi di attività. Secondo Eaton, in caso di guasto, la possibilità di accedere al sistema dal proprio dispositivo comporta numerosi vantaggi, quali:

  • Possibilità di diagnosticare e risolvere i problemi da remoto. L’accesso remoto alla rete consente ai tecnici dell’impianto che sono in viaggio o che non si trovano al momento nell’impianto di osservare i guasti o di esaminare i dati per determinare l’origine dell’incidente.
  • Accedere al programma del nano PLC dall’esterno del sito per modificare i valori e risparmiare denaro.
  • Garantire che i dispositivi funzionino con le versioni corrette; è disponibile l’accesso remoto a informazioni specifiche sui componenti, come il livello del firmware.

Connettività IoT per il sistema HVAC

Uno degli aspetti più importanti dell’Internet delle cose è la connessione delle macchine a Internet. Ciò consente di scambiare dati tra i vari dispositivi, di visualizzarli in remoto e di utilizzarli con le applicazioni. I dispositivi Eaton dell’easyE4, dotati di un’utility web server integrata, rendono tutto ciò ancora più semplice. L’utente può interagire con i PLC utilizzando un browser web.

Figura 4 – La pagina web del controllore logico programmabile (PLC) easyE4 nano. Fonte: Eaton

Il server web dell’easyE4 contiene pagine interattive che consentono agli utenti di eseguire le stesse operazioni cliccando su pulsanti sullo schermo come se stessero premendo pulsanti sul dispositivo stesso. Allo stesso modo, mentre il dispositivo è in funzione, sono disponibili display per visualizzare e impostare operandi utili per la risoluzione dei problemi del sistema. La scheda diagnostica sulla homepage è un altro strumento utile per la risoluzione dei problemi, in quanto visualizza tutti gli errori rilevati dal dispositivo.

Disponibilità di programmi di monitoraggio

I nuovi sistemi easyE4 di Eaton consentono di interagire con la pagina web attraverso Internet e permettono all’utente di modificare programmi e valori online. Quando si sviluppa un programma per automatizzare un’applicazione, il programmatore commette quasi sempre degli errori. Per evitare la risoluzione dei problemi, l’utente può utilizzare Internet per rilevare a distanza gli errori nel software e apportare le modifiche appropriate ai valori del programma.  

Inoltre, per la longevità dei sistemi HVAC, è fondamentale la presenza di un ingegnere o di una persona certificata in grado di collegarsi in remoto al sistema per valutare, diagnosticare e apportare modifiche. Tuttavia, quando gli specialisti non sono in loco, possono verificarsi problemi con il sistema HVAC. Il primo sintomo di difficoltà in un sistema più vecchio, che potrebbe non essere accessibile via Internet, può creare scompiglio nella gestione dell’edificio. 

Crouzet 

Crouzet progetta e produce componenti meccatronici per applicazioni complesse nei settori aerospaziale e dei trasporti, dell’ energia, delle costruzioni e dei macchinari. Il brand dispone di un’ampia selezione di controllori e relè per automatismi.

La gamma di controllori Crouzet:

  • Telecontrollori
  • Nano-PLC
  • Controllori logici comunicanti
  • Controllori logici
  • Controllori logici Slim

Per maggiori dettagli e specifiche su ciascuna categoria, fare clic per consultare la brochureCrouzet Automation & Control.

L’offerta di Crouzet comprende il controllore logico Millenium 3 che controlla e monitora impianti fino a 50 ingressi/uscite. Consente il monitoraggio delle macchine, il controllo degli accessi, la gestione delle luci e delle pompe, la depurazione dell’acqua, l’inseguimento solare e altro ancora. 

Millennium 3 è semplice da usare grazie alla programmazione intuitiva e alla modalità di simulazione che consente un accesso facile e veloce. Si basa su funzioni di base e su funzioni dedicate, come la pressione, l’inseguimento solare, la rotazione della pompa, ecc. Disponibile in 5 lingue (inglese, tedesco, francese, italiano e spagnolo).

Da Distrelec è possibile acquistare uno starter kit Millenium 3 con un Millenium 3 espandibile (XD26), un cavo di collegamento USB: PC →Millenium 3 e un CD ROM interattivo che include il laboratorio software, la libreria delle applicazioni e le brochure tecniche, 1 CD-ROM che include la libreria delle funzioni specifiche.

Tutte le applicazioni di automazione su piccola scala trarranno vantaggio dal controllore logico comunicativo Millennium Evo. È possibile accedere al pannello di controllo frontale di Evo utilizzando il proprio PC, laptop o dispositivo mobile.

Uno dei controllori Millennium Evo è il Controllore Logico Programmabile 16DI (8D/A) 8DO 28.8VDC, Crouzet e le sue caratteristiche sono: fino a 44 I/O – 16 DI (4 HighSpeed / 8 AI), 8 DO Programmazione e controllo wireless con interfaccia bluetooth e Crouzet Virtual Display, rete Modbus RTU (Slave), gestione locale del datalog, fino a 1000 blocchi di programmazione con il Crouzet Soft intuitivo per passare da applicazioni semplici a quelle complesse.

La terza serie presenta il controllore logico più piccolo di sempre – Millennium Slim. Se siete alla ricerca di un prodotto che vi permetta di ridurre l’ingombro, questo controllore logico soddisfa le vostre esigenze con un corpo di 17,5 mm che si adatta a qualsiasi pannello o macchina. Inoltre, è altamente configurabile, può essere collegato in modalità wireless tramite bluetooth e dispone di un display virtuale di facile utilizzo.

Ascoltate la recensione di Crouzet per scoprire tutte le caratteristiche e i vantaggi del modello Millenium Slim PLC più piccolo.

È inoltre possibile progettare il proprio controller. Crouzet offre la personalizzazione dei propri dispositivi. È possibile progettare completamente il controller modificandone il colore, la marcatura e aggiungendo un logo che si adatti alla vostra applicazione dal punto di vista estetico e funzionale. Per saperne di più, leggi qui

Figura 5 – Un esempio di controllore logico programmabile personalizzato di Crouzet. Fonte: Crouzet

Siemens

Siemens offre controllori delle serie SIMATIC S7-1200, SIMATIC S7-1500 e delle serie LOGO! 8.3 e ET 200SP. 

I controllori SIMATIC S7-1200 sono sistemi di automazione a ingombro ridotto con possibilità di connettività ampliate e soluzioni tecnologiche integrate. Sono in grado di ottenere buone prestazioni nelle gamme di prestazioni basse e medie.

Caratteristiche dei controllori logici programmabili Siemens SIMATIC S7-1200:

  • Flessibilità
  • Sicurezza integrata
  • Tecnologia integrata
  • Integrazione dei bordi
  • Scalabilità
  • L’ngegneria nel portale TIA
  • Sicurezza integrata
  • Funzionalità dedicate

I PLC SIMATIC S7-1500 offrono prestazioni di altissimo livello e una funzionalità futura integrata. Grazie a questo dispositivo e alla sua struttura modulare è possibile realizzare qualsiasi progetto di macchina più complesso. Secondo Siemens: “La tecnologia innovativa dei controllori continuerà a essere il cuore della fabbrica digitale”.  I controllori moderni di Siemens sono ideali per l’automazione di fabbrica e per le macchine di fascia media e alta.

Secondo Siemens, il “cuore” dei PLC SIMATIC S7-1500 è l’unità centrale di elaborazione (CPU) che esegue il programma utente e collega il controllore con altri componenti di automazione.

Figura 6 – Le CPU (unità centrali di elaborazione) del SIMATIC S7-1500. Fonte: Siemens

Siemens consente l’integrazione della Technology-CPU (T-CPU) del SIMATIC S7-1500 nel Portale TIA (vedi figura 7). I clienti possono configurare la T-CPU nel Portale TIA senza bisogno di conoscenze specifiche sul movimento. Per saperne di più, leggi qui.

Figura 7 – Connettività dei controllori SIMATIC avanzati di Siemens, prestazioni del sistema e complessità dell’applicazione. Fonte: Siemens

Inoltre, è possibile una perfetta interazione tra SIMATIC S7-1500 e SIMATIC ET 200MP. Questi SIMATIC ET 200MP sono progettati insieme alle CPU S7-1500 e sono certificati secondo la norma EN 61508. Questi sistemi IO sono facili da integrare e sono progettati per un utilizzo affidabile e conveniente a lungo termine. Oltre alla configurazione su S7-1500, si collegano anche a PROFINET o PROFIBUS.

Per ottenere le massime prestazioni in configurazione centrale, sono disponibili gli ET 200SP, il sistema IO compatto perfetto per l’armadio di controllo. È esemplificato da una stazione modulare e scalabile con moduli I/O SIMATIC S7-1500. Consente la comunicazione in materia di sicurezza.

Gli ultimi PLC di Siemens si concentrano su LOGO! Queste soluzioni di automazione consentono di controllare rapidamente le attività di base. Tuttavia, non si tratta solo di un semplice controllore. Con LOGO! now è possibile la connettività attraverso il Cloud (guardate il video qui sotto) e con LOGO! 8.3 i dati possono essere trasferiti nel cloud nella loro interezza. Con la serie LOGO! si ha accesso all’Internet delle cose (IoT). 

Anche i sistemi industriali più complessi possono ora essere controllati da LOGO! 8.3 in tempo reale con una semplice programmazione e dati nel cloud tramite AWS o LOGO! Software Soft Comfort. Le prestazioni delle macchine non sono mai state monitorate a distanza in questa misura, indipendentemente dal luogo e in tempo reale. Il software Siemens LOGO! 8.3 con connettività cloud è progettato per l’analisi dei dati, i messaggi, le notifiche e gli allarmi. Per saperne di più sulle sue capacità, visitate il sito web di Siemens.

Schneider Electric

Schneider Electric ha una selezione completa di PLC per macchine industriali che rappresenta l’innovazione, con uno spettro completo di soluzioni per soddisfare le vostre esigenze di automazione. Una delle loro serie – i PLC e i PAC Modicon (Programmable Automation Controllers) – regola e monitora le operazioni industriali in modo sostenibile, adattabile, efficiente e sicuro. 

Il controllore logico Modicon M221 è il migliore della sua categoria. È disponibile in stile mattone o libro, richiede una configurazione minima e offre una grande flessibilità. Collegate un semplice pannello operatore remoto per una rapida visualizzazione e manutenzione della macchina. Presso Distrelec è disponibile come starter kit con il software Schneider SoMachine V1.1 e il dispositivo HMI THM2GDB.

Tecnologia Edge e analisi dei Big Data

La tecnologia edge è fornita dai PLC e dai PAC di Schneider Electric, arricchiti da connettività Ethernet, cybersecurity integrata e capacità di elaborazione per gestire l’analisi dei Big Data e proteggere da nuove vulnerabilità tra gli asset industriali collegati, tra i dispositivi e nel cloud.

Per configurare, sviluppare e mettere in funzione l’intera macchina in un unico ambiente software, Schneider Electric mette a disposizione EcoStruxure Machine Expert. Si tratta di un unico ambiente software per la configurazione della macchina, che comprende logica, controllo del movimento, robotica/meccatronica, simulazione, diagnostica, gestione intelligente di motori e carichi e azionamenti, HMI (Vijeo Designer), IIoT e funzioni di automazione di rete correlate. 

Figura 8 – L’architettura di EcoStruxure. Fonte: Schneider Electric

È compatibile con i moduli Modicon M221, Modicon TM2, TM3 e I/O. Per saperne di più su EcoStructure Machine Expert, cliccate qui.

Se siete alla ricerca di PLC perfetti per sistemi di automazione semplici, Schneider electric offre Zelio Logic, un’alternativa facile da usare alle soluzioni che si basano su logica cablata o schede dedicate. I relè intelligenti di Zelio logic offrono due linee di prodotti: modelli compatti con configurazioni predefinite e modelli modulari con moduli di espansione. I relè intelligenti hanno una funzione PID per le applicazioni HVAC e possono comunicare attraverso modem 2G/3G.

OMRON

I nuovi controllori logici programmabili sono disponibili con il software di supporto senza sforzo, per gestire in modo flessibile applicazioni che vanno dalle piccole apparecchiature alle intere linee di produzione. Alcuni dei PLC avanzati che possono migliorare la produzione appartengono alla serie SYSMAC, tra cui le serie CP / CJ2 / NJ / NX.

Sysmac è una piattaforma di automazione integrata che consente agli utenti di controllare e gestire completamente un impianto di automazione. La serie Machine Controller di Omron è il cuore di questa piattaforma e fornisce il controllo sincrono di tutte le unità della macchina, oltre che sofisticate funzioni come il movimento, la robotica e la connettività con i database. Questo approccio multidisciplinare consente di semplificare l’architettura delle soluzioni, ridurre i tempi di programmazione e aumentare la produttività.

Figura 9 – Licenza software NJ/NX/NY, Omron Industrial Automation

Da Distrelec potete trovare una gamma molto ampia di PLC Omron. Il moderno controllo delle macchine richiede una sincronizzazione a livello di microsecondi degli assi di movimento in tutto il sistema. Per un’ampia gamma di ingressi e uscite, il sistema di I/O NX offre questa precisione di temporizzazione e ripetibilità. Il suo sistema di bus interno ultraveloce è sincronizzato con il Distributed Clock della rete EtherCAT, consentendo un I/O deterministico a livello di sistema. 

Caratteristiche: Controllo rapido e accurato grazie alla sincronizzazione di tutti i dispositivi della macchina con il PLC e i motori di movimento, tre porte Ethernet industriali integrate, funzionalità server OPC UA, fino a 12 assi di controllo tramite EtherCAT, fino a 32 moduli di I/O NX locali, alimentazione in c.c. senza batteria di backup, piena conformità alla programmazione standard IEC 61131-3.

Un altro PLC della serie NX è l’NX1P, che offre un controllo avanzato del movimento e reti per l’IoT in loco in un modello compatto

Il controller della macchina NX1P completa la famiglia di controller della macchina NX/NJ, fornendo la stessa capacità in un design più piccolo. Sotto un ambiente di sviluppo integrato, l’NX1P fornisce un controllo sincronizzato di tutti i dispositivi della macchina come il movimento, l’I/O, la sicurezza e la visione.

Per ottenere prestazioni ad alto costo, il controllore SYSMAC CP è dotato di funzioni di comunicazione Ethernet e di posizionamento a 4 assi. Questi micro PLC sono perfetti per il controllo di macchine di piccole dimensioni.

Il modello CJ2 fa parte delle CPU SYSMAC della serie CJ, con prestazioni e funzionalità migliorate rispetto al modello CJ1. Le CPU CJ2 offrono una maggiore memoria dati, un’interfaccia Ethernet multifunzionale, l’accesso ai tag e una porta USB.

Le Unità CPU NJ offrono l’integrazione di logica e movimento in un’unica CPU, un controllo rapido e accurato grazie alla sincronizzazione di tutti i dispositivi EtherCAT. Inoltre, offrono velocità senza compromettere l’affidabilità, la robustezza e la sincronizzazione elettrica di ingranaggi e camme. 

Per ulteriori informazioni tecniche, Omron ha preparato una guida di base sui PLC che può aiutare a descrivere la terminologia dei PLC SYSMAC.

Se le soluzioni sopra descritte non soddisfano le vostre esigenze applicative, Distrelecèun distributore che offre alternative di altri marchi, come Mitsubishi Electric, Rockwell Automation e Jumo. Inoltre, oltre ai PLC, compresi gli utili starter kit per PLC, disponiamo anche di kit di espansione per PLC e accessori per PLC, come adattatori bus, cavi di programmazione, schede di memoria dedicate per PLC e unità di batteria.

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