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Relè programmabile easyE4 (parte 1)

2021-02-05

easyE4

La forza di molti dispositivi moderni è nel loro software. Ciò si riferisce in particolare a controller industriali, relè programmabili e computer monoscheda.

Utilizzando componenti elettronici disponibili in commercio non è difficile costruire un controller o un relè programmabile. Sarà nettamente più difficile eseguire l'interfaccia utente e sviluppare un kit di strumenti software che renda l'utilizzo facile per l'utente.

Per quanto il modello easyE4 abbia un aspetto simile ad altri dispositivi di questo tipo, la sua forza sta nel software tool di programmazione. Questo offre all'utente l'opportunità di utilizzare diversi metodi di programmazione e simulazione del funzionamento dell'applicazione finita, ma offre anche molti blocchi di funzioni già pronti, tra i quali troveremo anche moduli precedentemente disponibili solo in controller PLC nettamente più costosi.

Nel pianificare l'apprendimento dell'applicazione del controller o del relè programmabile vale la pena di scegliere un problema da risolvere, quindi scegliere i componenti e, passo dopo passo, imparando a partire da questo esempio, realizzare l'applicazione desiderata. Eventuali errori software possono essere corretti nel tempo grazie agli aggiornamenti introdotti, mentre imparando a partire da un esempio, otterremo doppi vantaggi. In primo luogo, svolgeremo un lavoro utile e, in secondo luogo impareremo e memorizzeremo nuove tecniche che potremo utilizzate in futuro.

 

Relè programmabile EASY-E4-DC-12TC1

Relè programmabile
EASY-E4-DC-12TC1

I moderni sistemi programmabili basati su controller PLC i sui loro fratelli più piccoli - i relè programmabili, presentano il vantaggio che in molti casi l'ottimizzazione del programma non è un problema chiave per il corretto funzionamento. Naturalmente vale la pena di assicurarsi che il programma sia scritto nel miglior modo possibile; tuttavia i moderni sistemi di processori dispongono di risorse così grandi e sono così veloci, che anche un programma non ottimale potrà soddisfare le esigenze dell'utente. Questa situazione presenta vantaggi e svantaggi, tuttavia a questo punto non li prenderemo in considerazione.

Ambiente di lavoro EasyE4 del marchio Eaton Electric

Il software per il relè programmabile easyE4 offerto dal marchio Eaton Electric viene creato con l'utilizzo dell'ambiente di programmazione easySoft 7. La sua versione demo può essere scaricata gratuitamente, mentre la versione commerciale può essere acquistata in forma di starter kit EASY-BOX contenente il modello di controller easyE4 scelto, un cavo Ethernet utilizzato per la sua programmazione e una chiave di licenza.

L'ambiente di programmazione, come dovrebbe essere chiamato il software easySoft 7, avanzato in termini di funzionalità disponibili, consente non solo la programmazione del software del relè con l'utilizzo di uno dei 4 metodi, ma anche di simularne il funzionamento, monitorare le variabili, le forme d’onda, ecc. Le singole funzioni verranno descritte di seguito.

L'ambiente di programmazione è stato adattato alle possibilità del relè programmabile, che da tempo vanno oltre le funzionalità offerta dal relè meccanico o persino elettronico, realizzato sulla base di temporizzatori programmabili. L'ultima generazione di relè programmabili non solo consente l'attivazione delle singole funzioni utilizzando segnali digitali zero-uno, ma consente anche la misurazione e il condizionamento di segnali analogici presenti sugli ingressi, la costruzione di grandi reti con l'utilizzo di interfacce standard, lo scambio di dati con PLC "grandi", nonché l'elaborazione largamente intesa delle variabili, ad esempio la sostituzione del valore digitale in un'adeguata forma d'onda PWM e dopo aver aggiunto un filtro semplice , anche per un valore analogico. La maggior parte di queste funzionalità erano un tempo riservate esclusivamente ai PLC convenzionali, tuttavia oggi possono essere realizzate con successo mediante il controller easyE4.

Scelta di relè della serie easyE4

La famiglia di relè programmabili easyE4 contiene attualmente 12 dispositivi leggermente diverse in termini di possibilità, alimentazione, tipo di connettore e display, e numero di pulsanti presenti sul pannello. La cosa fenomenale è che quando si avvia un progetto, è necessario disporre soltanto di un orientamento generale e la scelta di un particolare tipo viene facilitata dallo stesso ambiente di sviluppo easySoft 7, in cui prima di iniziare il progetto a sinistra (cartella Base devices) sono elencati i modelli di relè temporizzati disponibili. Dopo la scelta di uno di essi, sul lato destro della finestra di lavoro verrà visualizzata la descrizione dettagliata contenente i parametri base, il valore della tensione di alimentazione, il numero di ingressi/uscite (incluso quelle di tipo analogico), ecc. Inoltre, dopo aver cliccato sul nome, verremo reindirizzati al sito web del produttore, contenente informazioni dettagliate. L'orientamento è facilitato anche da icone in miniatura, che a prima vista consentono di determinare se un determinato modello è dotato o meno di display.

La denominazione utilizzata dal produttore consente un facile orientamento durante la scelta del relè programmabile per un determinato progetto. La designazione del tipo consiste, tra l'altro, in:

  • Nomi del modello di relè, in questo caso EASY-E4.
  • Determinazione del tipo di tensione di alimentazione (UC – costante o alternata, DC – costante, AC – alterna. Nota: i modelli contrassegnati con le lettere "AC" nel nome non dispongono di ingressi analogici.
  • Il numero totale di connettori di ingresso/uscita (nella famiglia easyE4 è 12).
  • Tipo di uscita (R – relè/relays, T – transistor/relays).

Ogni modello di relè programmabile dispone di un orologio in tempo reale con alimentazione tampone mediante batteria. Gli ingressi/uscite dispongono di connettori del tipo terminal con vite (numero "1" nel nome) o di tipo terminale push-in (designazione "1P" nel nome). Se il modello di un determinato relè non dispone di uno schermo e pulsanti per la navigazione del menu, nel suo nome sarà presente la lettera "X".

Creazione di software per l'easyE4 con l'utilizzo del software easySoft 7

L'ambiente di sviluppo EasySoft 7 è unico nel suo genere e la Eaton ha messo a disposizione dell'utente una vasta gamma di funzionalità. Mentre i prodotti concorrenti presentano la possibilità di eseguire applicazioni con l'utilizzo del diagramma a blocchi funzionali FBD e del diagramma ladder LD, easySoft 7 presenta due possibilità aggiuntive: linguaggio strutturale ST e diagramma EDP, noto grazie ai prodotti precedenti, con capacità più modeste, che consente non solo di "passare" rapidamente ad un nuovo prodotto, ma assicura anche la compatibilità con le versioni precedenti, in caso di necessità di sostituzione di un vecchio modello di relè.

Uno dei vantaggi più importanti dell'ambiente easySoft 7 è la disponibilità di blocchi funzione programmati dal produttore, che possono essere facilmente configurati in base alle proprie esigenze. Nei precedenti modelli di relè programmabili i blocchi erano progettati principalmente per semplici applicazioni on/off nell'automazione degli edifici, ad esempio per l'accensione/lo spegnimento dell'illuminazione ad una certa ora del giorno. Attualmente possono anche essere utilizzati con successo nell'automazione industriale, poiché nelle loro definizioni sono apparsi blocchi di regolatori PID, comparatori di dimensioni analogiche, moduli aritmetici, misuratori di frequenza, contatori programmabili e altre funzioni.

Blocchi di funzioni - libreria e blocchi utente

Per una persona abituata alle limitate capacità dei relè programmabili, il set di blocchi di funzioni disponibili nella serie easyE4 può sorprendere. Ad esempio, osservando più da vicino la descrizione, già durante la scelta del modello di relè, troveremo ad es. blocchi:

  • IC - Interrupt comandato da contatore.
  • IE - Interrupt controllato da fronte.
  • IT - Interrupt temporizzato.

Questi tipi di comandi interrupt consentono di gestire la potenza di calcolo disponibile in modo molto efficiente, di eseguire attività specifiche quando queste devono essere eseguite, senza interrogare costantemente lo stato di ingressi/uscite.

Oltre all'ampia libreria di blocchi di funzioni (definiti in fabbrica), è anche possibile creare blocchi di funzioni utente (UF), che possono essere integrati in qualsiasi progetto e applicati ripetutamente, aggiungendoli a progetti attuali e di altro tipo. È inoltre possibile utilizzare blocchi realizzati da altre persone, risparmiando tempo e semplificando la realizzazione di impianti, nonché riducendo i costi di implementazione di un progetto. Vale la pena menzionare la possibilità di estendere le funzionalità dell'easyE4 con moduli di espansione aggiuntivi; questa caratteristica colloca il dispositivo alla pari con i PLC meno recenti. In questo modo il nuovo prodotto del marchio Eaton Electric va oltre i limiti dei relè programmabili standard, diventando fondamentalmente un controller PLC in miniatura.

EasySoft 7 per professionisti: installazione e prima messa in funzione

L'ambiente di sviluppo easySoft 7 è disponibile su molti portali, tuttavia la fonte migliore è il sito web del produttore. Consigliamo di controllare le versioni software disponibili, offerte dal marchio Eaton.

Dopo aver cliccato sull'immagine dell'Eaton Software Download Center, verremo reindirizzati alla pagina dell'applicazione, dove è necessario cliccare sul software, quindi su easySoft, e dall'elenco visualizzato selezionare la versione più recente (al momento della redazione del presente articolo era la 7.2x). Ora, nella tabella visualizzata, dovremo fare clic sul nome del programma e attendere che il file di installazione venga scaricato sul disco.

Il file scaricato è di tipo .EXE, pertanto si tratta di un'applicazione del sistema Windows. L'installazione del programma avviene come di consueto e nessun utente dovrebbe avere problemi con essa.

Lancio del software con licenza

Se è stata acquistata una licenza software, sarà necessario visitare il sito web Eaton Automation. Per via del protocollo di comunicazione aperto e non crittografato (http anziché https), il browser web Google Chrome qualifica questa pagina come potenzialmente non sicura, pertanto per aprirla, è necessario fare clic su Impostazioni avanzate e consentire un'eccezione di sicurezza. Successivamente è necessario fare clic sul pulsante Next, digitare il numero di licenza elencato nella scheda disponibile all'interno della confezione dello starter kit. Dopo averlo digitato nuovamente, fare clic su Next e selezionare il tipo di account creato: per indicare se si tratta di un cliente privato (private customer), o di un account cliente aziendale (business customer). Dopo aver cliccato nuovamente su Next, è necessario fornire i propri dati di identificazione. Se la registrazione ha avuto esito positivo, all'indirizzo di posta elettronica fornito verrà inviato un numero di licenza, che sarà necessario digitare durante l'avvio del software easySoft 7.

La chiave di licenza acquistata con lo starter kit viene assegnata ad un utente registrato e non può essere ceduta ad un'altra persona. Un'ulteriore digitazione della chiave sul sito web comporta un nuovo invio del numero di licenza, a condizione che i dati forniti corrispondano a quanto già registrato presso l'azienda Eaton.

Contatore di persone realizzato sulla base del relè easyE4

L'idea di contare le persone presenti all'intero di un locale non è nuova. Una volta, nell'era della popolarizzazione dei circuiti digitali, questo dispositivo poteva essere realizzato sfruttando un circuito integrato flip-flop di tipo JK o D. Ora, con un dispositivo come l'easyE4 a nostra disposizione, possiamo costruire un contatore di persone basato su un relè programmabile. Naturalmente, questa è solo una delle soluzioni, tuttavia l'uso del controller easyE4 offre molti vantaggi: il microcontroller già pronto permetterà di utilizzare rapidamente il nostro contatore di persone, garantire la sicurezza degli utenti e offre la possibilità di apportare rapidamente e facilmente delle correzioni. Inoltre, se necessario, la nostra soluzione sarà facile da duplicare.

Il contatore di persone realizzato sarà progettato per segnalare il superamento del numero consentito di persone in un determinato locale. Potrà anche essere utilizzato per accendere/spegnere automaticamente l'illuminazione, la ventilazione, il riscaldamento e altri apparecchi elettrici, il cui funzionamento dovrebbe dipendere dalla presenza di utenti nel locale. Come interruttore di illuminazione può essere utile all'ingresso di un seminterrato, garage, bagno. D'altra parte, come contatore per la segnalazione del superamento del numero di persone, può essere utile in locali in cui sono state introdotte restrizioni a causa della minaccia del coronavirus.

Schema illustrativo della soluzione del contatore di persone realizzato con il relè programmabile EASY-E4-UC-12RC1 Figura 1. Schema illustrativo della soluzione del contatore di persone realizzato con il relè programmabile EASY-E4-UC-12RC1

Lo schema illustrativo del contatore di persone è presentato nella figura 1. Un elemento importante del contatore è costituito da due sensori (barriere a infrarossi, a ultrasuoni, fotocellule, ecc.) con contatti normalmente aperti. In genere questa funzione viene realizzata mediante barriere a infrarossi, ad es. fotocellule. In genere vengono utilizzate per proteggere i cancelli contro la chiusura. Le fotocellule devono essere posizionate all'ingresso o nel corridoio a una distanza di circa 1 metro l'una dall'altra, ad un'altezza da 60 cm a 1 metro dal pavimento, in modo tale da non interferire reciprocamente durante il funzionamento (figura 2).

In quando per l'applicazione è stato scelto il modello EASY-E4-12TC, alimentato con una tensione nell'intervallo 12...24VDC, il contatore disporrà di un alimentatore DC integrato con tensione 24V, che potrà essere utilizzato per alimentare i componenti esterni utilizzati, ad esempio le fotocellule precedentemente menzionate o un segnalatore. Il consumo totale di corrente di questi componenti dovrebbe essere adeguato alla capacità di carico dell'alimentatore.

Il contatore aumenterà/diminuirà il numero di persone conteggiate all'interno del locale, in base agli impulsi presenti sugli ingressi I1 e I2:

  • La presenza di un impulso all'ingresso I1 e successivamente I2 aumenta di 1 il numero di persone nel locale. Ciò corrisponde alla sequenza di copertura/scopertura del sensore, presentata nella figura 3.
  • La presenza di un impulso all'ingresso I2 e successivamente I1, riduce di 1 il numero di persone presenti nel locale (figura 4).
  • Il contatore non reagisce se la sequenza di impulsi sugli ingressi I1 e I2 sopra descritti non viene rispettata.
  • Se il numero di persone nel locale è inferiore a quello consentito, l'uscita Q1 sarà inattiva, mentre l'uscita Q2 rimarrà attiva (pertanto le uscite Q1 e Q2 potranno essere collegate ad un segnalatore luminoso a 2 celle).
  • Se il numero di persone presenti nel locale è maggiore o uguale al numero consentito, l'uscita Q1 sarà attiva e l'uscita Q2 rimarrà inattiva.

Posizionamento delle barriere che operano come sensori del contatore di persone Figura 2. Posizionamento delle barriere che operano come sensori del contatore di persone

Poiché lo schema del contatore di persone descritto è un esempio di applicazione, per la soluzione sopra descritta è stato utilizzato un relè programmabile con uscite a transistor, cui sono stati collegati elementi di segnalazione o relè attuatori con elevata tensione di esercizio e corrente di carico. Una soluzione altrettanto buona sarebbe l'utilizzo di un relè programmabile con designazione EASY-E4-UC-12RC1, dotato di uscite a relè, per semplificare la struttura del dispositivo. L'applicazione presuppone che avremo a disposizione delle uscite a relè universali a potenziale zero, che possono ad es. essere collegate in parallelo all'interruttore dell'illuminazione.

Nel contatore eseguiremo anche una semplice interfaccia utente. Sul display integrato nel controller easyE4 presenteremo il numero impostato ed il numero attuale di persone. Assicureremo inoltre la possibilità di impostare entrambi i numeri mediante i pulsanti del cursore e mostreremo un messaggio che informa dello stato di una delle uscite, Q1 o Q2.

Sequenza di copertura/scopertura dei sensori1

Figura 3: Sequenza di copertura/scopertura del sensore che causa l'aumento del contatore

Sequenza di copertura/scopertura dei sensori2 Figura 4. Sequenza di copertura/scopertura del sensore che causa la riduzione del contatore

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