Utilizzo dei controllori programmabili

Questo articolo nasce da una semplice constatazione che mi sono trovato a considerare nella mia breve, anzi brevissima, esperienza di acquariofilo.

Io sono essenzialmente un sistemista informatico, e quindi ritengo naturale che, volente o nolente, una certa sensibilità per questi argomenti nasca spontanea. Ho quindi deciso di riportare la mia esperienza in proposito, nel caso sia utile a qualcun altro.

In particolare mi riferisco a tutta quella serie di accessori elettrici / elettronici che sono ormai parte integrante del sistema-acquario.

Non nascondo che quando sono partito con questo hobby, pensavo che il massimo delle operazioni giornaliere ripetitive fosse quello di accendere e spegnere le luci. Poi, frequentando e leggendo le discussioni nei vari siti di acquariofilia, mi sono reso conto che le esigenze possono diventare parecchio più complicate, soprattutto discostandosi dalla gestione più elementare della propria vasca:
Concedetemi quindi di forzare un pò la mano… con la descrizione delle necessità che riporto qui sotto, anche se sono convinto che qualcuno ne saprà trovare altre che io neppure immagino.

Dunque, vediamo un pò:
- Dovrei accendere e spegnere le luci, anzi 3 lampade diverse ad orari diversi.
- Dovrei accendere e spegnere l’impianto co2 con elettrovalvola magari alle 5 di mattina e alle 2 di notte.
- Dovrei spegnere la pompa, quando alimento i pesci, per non trascinare cibo nel filtro. Sarebbe bello un pulsante “ciclo alimentazione” che mi spenga la pompa, lasci ai pesci il tempo di mangiare e poi riporti tutto alla normalità, senza toccare altro.
- L’areatore va acceso, al limite, solo di notte altrimenti fa male alle piante. Però, magari solo la domenica pomeriggio, perché non farlo accendere qualche minuto a intervalli, anche solo per questioni… estetiche (e i puristi... non rabbrividiscano!). In ogni caso, quando accendo l’areatore, inutile somministrare CO2, il massimo sarebbe che si spegnesse da sola!
- Sarebbe bello un pulsante che in automatico faccia un ciclo ben predefinito, per esempio mi spenga o mi accenda la luce per qualche minuto per fare delle cose, ma poi riporti tutto da solo a normalità.
- Potrebbe essere utile sapere con precisione quante ore ha funzionato una lampada neon e un avviso che mi ricordi di sostituirlo?
- Che dite di un sensore di temperatura che all’occorrenza attivi un secondo riscaldatore se il primo si guasta? E in contemporanea faccia lampeggiare una spia o una indicazione su un display?
- Oppure... un sensore di umidità che rilevi degli allagamenti e mi avvisi sul cellulare che qualcosa non funziona? E poi io dal cellulare possa da lontano agire sugli apparati in automatico?
- ………………………… :-) ?? (a voi uno sforzo di fantasia)

Bene, penso di aver reso l’idea... Guardando le foto delle magnifiche vasche che si vedono su internet, mi sono reso conto che queste necessità sono sentite, e vengono in genere gestite dagli acquariofili con una catasta di timer elettrici / elettronici, e una quantità di prese elettriche da far paura ad un quadro industriale. Il tutto ovviamente nel vano sotto l’acquario, anche a scapito del rispetto delle norme di sicurezza più elementari. Ecco qui gli apparati di uso più comune:

Il timer elettromeccanico.

Il vantaggio di questi apparecchi sta essenzialmente nell’economicità dei modelli più semplici, che sono addirittura meccanici (la rotella con le ore, giusto?). Sono semplici, si collegano e… funzionano.

Questi apparecchi generalmente sono solo giornalieri, ovvero non discriminano il giorno della settimana, ma solo il ciclo delle 24 ore. Inoltre la precisione del loro orologio è scarsa, con il tempo tendono a stararsi e vanno regolati. Il loro costo è abbastanza basso, dai 10 ai 20 euro. In genere consentono il controllo di una sola linea elettrica.

Il classico timer elettromeccanico a presa… … e il “fratello” per pannello a guida DIN.

Se vogliamo considerare qualcosa di più avanzato e preciso, possiamo pensare ai timers digitali. Abbiamo a disposizione degli apparati mobili oppure anch’essi posizionabili su pannello o guida DIN.

Il timer digitale

Precisi nel conteggio del tempo, esistono in versione settimanale e/o giornaliera, consentono generalmente una ventina di programmazioni diverse, e possono essere dotati di due linee separate, garantendo cosi la possibilità di gestire due utenze autonome. La nota dolente e’ costituita dal costo, che partendo dai 50€ può tranquillamente superare i 100.

Timer digitale con presa… …e versione per guida DIN.

A fronte di una certa semplicità di installazione e utilizzo, bisogna rilevare per contro che l’unico parametro che influenza il comportamento di questi timers è il tempo. Non dispongono di alcun ingresso che possa influenzare il loro comportamento. Se la pompa, a causa di un tubo rotto, ti sta allagando la casa, continuerà imperterrita finchè arriverà l’ora in cui ho detto al timer che deve spegnersi, salvo ovviamente azioni manuali. Questi apparati, inoltre, non parlano fra di loro. Ovvero, lo stato di ogni uscita non può conoscere quello delle altre, ognuna delle quali procede con la propria programmazione. E’ impossibile quindi spingere oltre un certo punto la complessità della programmazione.

Dopo avervi tediato con questi preamboli, vi presento la mia esperienza su tutto questo. Si basa sull’utilizzo dei cosiddetti “mini-plc”, o “mini controllori programmabili” secondo la traduzione italiana. Il PLC (Programmable Logic Controller) è un apparato che nelle sue origini era strettamente confinato nell’ambito industriale, anche per il suo costo non certo adatto al pubblico casalingo. Tipicamente viene utilizzato per la gestione delle automazioni industriali, a tutti i livelli di complessità. Con il progredire dei processori e con la loro miniaturizzazione, e non ultimo l’abbassamento dei costi, da qualche anno sono a disposizione del mercato anche civile dei piccoli plc che hanno ereditato dal mondo industriale indubbie qualità di affidabilità e robustezza, ma con un prezzo assolutamente abbordabile, confrontabile addirittura con un timer digitale come quelli indicati qui sopra.

Sono apparati che dispongono all’acquisto di un certo numero di ingressi ed uscite, tipicamente 8 e 4. Al loro interno è presente una logica che, a partire dallo stato degli ingressi, controlla lo stato delle uscite, che sono dei semplici relè ai quali ovviamente collegare tutti gli accessori dell’acquario.

Generalmente vengono messe a disposizione anche delle funzioni predefinite (accensioni ritardate, timer annuali / settimanali, funzioni speciali) per facilitare il compito di gestione. La configurazione avviene di norma con un pc, apposito software e cavetto di connessione al modulo cpu. La programmazione avviene invece con schema a blocchi, descritta in seguito.

In caso di necessità, e’ possibile per quasi tutti i modelli collegare dei moduli di espansione che aggiungono tipicamente 4 ingressi e 4 uscite ciascuno ad un costo che si aggira sui 50-60€ per modulo.

Si possono cosi raggiungere facilmente, per esempio, 24 ingressi e 20 uscite. Con un unico apparato, controllo 20 linee elettriche, con la possibilità di collegare 24 tra pulsanti, sensori, interruttori, ecc.

Il mini plc.

Il costo del modulo base si aggira sui 100-120€, al quale va aggiunto il costo di un alimentatore se si scelgono dei modelli alimentati a bassa tensione (12V o 24V). Tuttavia esistono dei modelli che si possono alimentare e controllare direttamente a 220V.

Un modulo Crouzet.

Un modulo Mitshubishi.

Qui sopra possiamo vedere un modulo Crouzet e uno Mitshubishi. Questi in figura sono solo i moduli base, al quale poi si possono inserire “ad incastro” le varie espansioni. Non perché dubiti della qualità di questi due prodotti, ma solo perché mi sono trovato a lavorare con Siemens, la mia descrizione riguarderà il prodotto Siemens serie LOGO. Ci sono delle differenze abbastanza sostanziali nel costo a seconda della marca, ma le caratteristiche tecniche sono molto simili tra loro. Consiglio di rivolgere particolare attenzione alle possibilità di espansione.

Il mini plc LOGO Siemens.

Ed ecco l’apparato che io ho usato per i miei esperimenti. Nelle foto si può vedere la CPU, dotata come dicevo di 8 ingressi e 4 uscite.

La CPU e i moduli di espansione.

Potete anche vedete i vari moduli di espansione esistenti, che permettono di aggiungere porte in ingresso e uscita fino a un massimo di 24 porte IN e 20 porte OUT. Si incastrano agevolmente alla destra della cpu senza avere bisogno di alcun collegamento. Per un riferimento sui modelli esistenti e sul loro costo, cercate sui siti di vendita on-line di materiale elettronico.

(a solo titolo esemplicativo, vedete qui: http://www.rs-components.it alla sezione prodotti / automazione / plc dirigendovi poi nella sezione Siemens Logo).

Tornando alla mia esperienza, io avevo l’esigenza di controllare due lampade a neon, l’areatore e l’elettrovalvola della CO2, che ancora non ho ma che avrò presto. Più avanti, con il passaggio ad una vasca più grande, sicuramente amplierò il plc per avere maggiori possibilità.

Ho inserito l’oggetto in un normale centralino plastico Gewiss, inserendo anche 4 pulsanti e 2 interruttori, per le funzioni automatiche da gestire.

Sulla scatola ho applicato un connettore DB-25 pin del tipo usato per i computer, e un cavo multicoppia per alimentare i vari accessori dell’acquario.

Il plc dà la possibilità di interagire e fare apparire scritte sul display a fronte del verificarsi di determinate condizioni, molto utile per “messaggi di servizio”.

Risulta abbastanza evidente che per cimentarsi in queste tipologie di realizzazione è necessario avere un minimo di dimestichezza con cablature, saldatore, ed in generale nel maneggiare apparati elettrici / elettronici. Tuttavia non è il caso di spaventarsi, sembra tutto complicato ma di fatto non lo è. Io ho uno di questi controller, espanso al massimo, che mi gestisce tutta l’automazione casalinga, come per esempio l’irrigazione, le luci esterne, cancelli, e altro ancora. L’affidabilità, salvo temporali e scariche elettriche, è pressochè assoluta. Non ho avuto neanche un minuto di fermo in circa 3 anni di utilizzo.

E sono partito semplicemente venendo a conoscenza dell’esistenza di questi apparati e immaginandone le applicazioni. Il tipo di approccio che vi consiglio è proprio questo, in effetti.

Veniamo alla programmazione

Tanto per intenderci, sarebbe possibile effettuare la programmazione anche solamente utilizzando la tastiera, ma vi assicuro che è una operazione improba. La cosa migliore è utilizzare il programma che viene fornito da Siemens (o in generale dai produttori dei plc). Il programma, come il cavetto di programmazione, si compra a parte.

Qui sotto allego la videata del programma Siemens Logosoft Comfort. Come potete vedere la programmazione, che è anche piuttosto divertente, avviene disegnando uno schema a blocchi contenente tutte connessioni logiche che i vari segnali devono avere, a partire da timers settimanali (qui dentro al momento ne ho addirittura 5) oppure dagli ingressi (vedete i blocchi contrassegnati dalle I a sinistra). Il tutto viene maneggiato in base agli eventi voluti, per produrre l’attivazione dei relè di uscita (vedi i blocchi contrassegnati Q a destra) secondo le giuste modalità.

Prima di inviare il programma al plc, è possibile effettuare una simulazione che riproduce esattamente il comportamento finale del plc. In questo modo si potranno fare le varie prove “sul banco” ed essere sicuri del comportamento in ogni condizione. In pratica vengono simulati gli stati di tutte le uscite e di tutte le linee di collegamento tra i blocchi.

Sarà quindi possibile identificare con una certa facilità il punto che genera eventuali comportamenti anomali.

Riporto qui a lato la parte del software nella quale sono presenti i vari blocchi logici da utilizzare per comporre il programma, unendoli in cascata fra di loro attraverso delle connessioni logiche che appaiono come in uno schema elettrico. Come vedete esistono ingressi digitali e analogici, funzioni logiche di base come porte AND, OR, XOR, NOT ecc, che altro non fanno se non riprodurre, in base agli ingressi, l’uscita corrispondente in base alla matematica booleana. Oltre alle funzioni base, potete vedere le cosiddette “funzioni speciali”, ovvero blocchi più complessi che agiscono in modalità pre-programmate, ovviamente tutte parametrizzabili. Per esempio, accensioni ritardate, emissione di impulsi, timers settimanali, ecc. Non mancano alcune funzioni particolari, come il contatore di ore di esercizio, scattato il quale si può scatenare una azione qualsiasi (neon consumati da cambiare?). La funzione “testo di segnalazione” permette, a fronte di un evento, di far apparire un avviso scritto sul display.

La configurazione del testo di segnalazione

Testo di segnalazione: il display

 

E’ facilmente immaginabile quindi che possiamo avere una quantità di applicazioni limitate solo dalla nostra fantasia e dalle particolari necessità che dobbiamo risolvere. Abbiamo forse speso qualche soldo in più, ma sicuramente abbiamo a disposizione delle possibilità che con altri apparati sono difficilmente affrontabili.

La realizzazione pratica

Ecco sotto una immagine con la sistemazione che ho dato al plc che sto utilizzando. Questo in particolare è ancora appartenente alla generazione 3. Sul mercato si trova ormai solo la generazione 4 (che ha circa il doppio della memoria a disposizione, se non bastasse…. :-) con lo stesso costo.

I 4 pulsanti che ho inserito in basso effettuano ciascuno una particolare automazione, e in alto si vede la presa DB25 per la connessione ai vari apparati.

Sotto, a solo scopo dimostrativo, una foto dell’altro plc che sto usando per le automazioni domotiche, inserito nel quadro elettrico di casa. Da sinistra, alimentatore originale Siemens, cpu, e tre moduli di espansione. Questa è come dicevo la massima espansione fattibile.



Per chi decide di percorrere la strada dell’automazione in acquario con questo sistema e utilizzando i plc serie LOGO della Siemens, posso fin d’ora segnalare la mia disponibilità per eventuali consigli e/o maggiori informazioni. Scrivete al mio indirizzo edi@NOSPAMfregolent.it e, nel limite delle possibilità personali, vedrò di rispondere personalmente.

Buone… automazioni a tutti.

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