I PLC (Programmable Logic Controllers) sono dispositivi elettronici impiegati principalmente nell’automazione industriale per controllare macchine, processi e impianti. Sono progettati per operare in ambienti ostili, garantendo affidabilità, sicurezza e una gestione precisa delle operazioni.
Caratteristiche principali
- Affidabilità: I PLC sono robusti e resistenti a interferenze elettriche, temperature elevate e vibrazioni.
- Modularità: Possono essere facilmente espansi con moduli I/O aggiuntivi per adattarsi a diverse esigenze applicative.
- Programmazione: Utilizzano linguaggi standard definiti dalla norma IEC 61131-3.
Componenti fondamentali di un PLC
- CPU: Cuore del PLC, esegue il programma utente e gestisce le comunicazioni con i moduli periferici.
- Memoria: Contiene il programma e i dati temporanei utilizzati durante l’esecuzione.
- Moduli I/O: Interfacciano il PLC con il mondo esterno, acquisendo segnali digitali o analogici e comandando attuatori.
- Interfacce di comunicazione: Permettono la connessione a reti industriali, HMI o altri sistemi PLC.
Architettura interna della CPU del PLC (con esempio pratico)
La CPU di un PLC è progettata per operare con elevata affidabilità e precisione nei cicli di controllo. A differenza delle CPU general-purpose impiegate nei computer, quelle dei PLC sono ottimizzate per applicazioni real-time deterministiche e per l’interazione diretta con moduli I/O industriali.
Un esempio pratico di microprocessore impiegato in molti PLC industriali è il ARM Cortex-M4, usato ad esempio in dispositivi di fascia media come i PLC Siemens S7-1200. Questo microcontrollore include:
- Un core a 32 bit con architettura RISC
- Supporto a istruzioni DSP (Digital Signal Processing)
- Unità a virgola mobile (FPU)
- Interfacce per bus industriali (SPI, I²C, UART)
- Timer hardware, watchdog e interrupt controller
In PLC di fascia più alta (come la serie Siemens S7-1500 o Rockwell ControlLogix), si trovano processori PowerPC o ARM Cortex-A, spesso accompagnati da sistemi operativi real-time (RTOS).
Linguaggi di programmazione e confronto con C++
I linguaggi di programmazione dei PLC sono standardizzati secondo la norma IEC 61131-3 e includono:
- Ladder Diagram (LD)
- Structured Text (ST)
- Function Block Diagram (FBD)
- Instruction List (IL) (obsoleto)
- Sequential Function Chart (SFC)
Structured Text (ST)
Structured Text è un linguaggio testuale ad alto livello simile al Pascal, che supporta strutture di controllo, array, funzioni e blocchi funzione.
Orientamento agli oggetti nei PLC
Molti ambienti di sviluppo moderni, come CoDeSys, supportano alcuni elementi della programmazione orientata agli oggetti:
- Function Block come “classi” con metodi e variabili interne
- Supporto limitato all’ereditarietà e al polimorfismo
Confronto tra Structured Text e C++:
| Caratteristica | Structured Text (ST) | C++ |
|---|---|---|
| Classi e oggetti | Sì, con Function Blocks | Sì, pieno supporto |
| Ereditarietà | Parzialmente supportata | Sì |
| Polimorfismo | Limitato | Sì |
| Overloading | Raramente supportato | Sì |
| Template / Generics | Non supportati | Sì |
| Gestione della memoria | Automatica | Manuale o con smart pointer |
Sebbene Structured Text sia meno flessibile di C++, è ottimizzato per l’affidabilità e la semplicità nelle applicazioni di controllo, e consente una buona modularità e riusabilità del codice.
Conclusione
I PLC rappresentano una soluzione fondamentale nell’automazione industriale moderna. Grazie alla loro architettura dedicata e ai linguaggi di programmazione specializzati, permettono di implementare controlli robusti, sicuri e adattabili a una vasta gamma di applicazioni, mantenendo un buon equilibrio tra prestazioni e facilità d’uso.