PLC: Numeri binari e variabili

di Marco Dal PrÃ ,
inserito 6 anni fa,
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Articolo n° 6 su 9 del corso "PLC - Controllori a logica programmabile". Vai all'indice del corso.

Paragrafi dell'articolo:

Introduzione
Bit, Byte e Word
I tipi di dati standardizzati

6.1 Introduzione

In questo capitolo si daranno alcuni accenni sul sistema di numerazione binaria e soprattutto di come è stato utilizzato all'interno dei PLC.
In particolare si farà riferimento alla norma quadro sulla programmazione dei PLC, ossia la IEC 1131-3.
Non è possibile infatti proseguire senza avere chiaro in testa il concetto di rappresentazione dei numeri decimali con un numero binario.
I PLC, tra l'altro, hanno vari modi di rappresentare i numeri al loro interno, che in fase di programmazione si dovranno scegliere sulla base delle proprie esigenze.

6.2 Bit, Byte e Word

L'informazione digitale di base è il bit, una cella di memoria che fisicamente è costituita da un transistor e che si considera che possa valere 0 (quando non attivo) o 1 (quando attivo).

Nota: La tensione di funzionamento del transistor è ininfluente ai fini della logica binaria, e non è di interesse per il programmatore.
Al fine di erudire i più curiosi diremo che ovviamente quando si dice che il transistor è nello stato logico "0" anche la tensione del transistor sara a zero.
Quando invece lo stato logico è "1", la tensione dipenderà dal microprocessore.
Tipicamente nei circuiti dell'elettronica digitale di tipo TTL lo stato logico 1 corrisponde alla tensione di alimentazione di 5 Volt.
Nei processori dei PC più avanzati, comunque, al fine di diminuire la dissipazione termica dei Chip si sono scelte tensioni molto più basse, persino inferiori ad 1 Volt.

I bit a loro volta vengono raggruppati in blocchi come dalla seguente tabella :

Sigla	Descrizione	Combinazioni possibili	Numero Decimale rappresentato
BYTE	Gruppo di 8 bit	2⁸ = 256	da 0 a 255
WORD	Gruppo di 16 bit	2¹⁶ = 65536	da 0 a 65535
Double WORD	Gruppo di 32 bit	2³² = 4.294.967.296	da 0 a 4.294.967.295
Long WORD	Gruppo di 64 bit	2⁶⁴ = ....	....

Questo perÃ² non è l'uso consueto che si fa dei dati contenuti all'interno di un microprocessore, sia che sia di un PC che sia in un PLC.

Alfine di chiarire questo concetto fondamentale, si danno degli esempi per far capire la differenza che si ha nei dati tra la rappresentazione binaria e quella reale.

Esempio 1
Nei PLC le Word sono tipicamente organizzate nel seguente modo

bit 15	bits 14 , 13 , 12 , 11 , 10 , 9 , 8 , 7 , 6 , 5 , 4 , 3 , 2 , 1 , 0
segno	valore

Ne consegue che una word viene a rappresentare un numero decimale intero nel range :

-32768 ... +32767

Questa variabile, anche se "fisicamente" si tratta di una Word, tipicamente è chiamata Numero Intero (o Integer ).

Esempio 2
Una DoubleWord è un elemento nella memoria di un microprocessore costituito da 2 word, cioè 32 bit, e permette 2³² combinazioni, ossia da 0 a 4,29 x 10⁹.

Nei PLC è tipicamente utilizzata per visualizzare un numero a virgola mobile, detto anche Floating, secondo lo standard americano IEEE-754.

In tal modo si rappresenta un numero nel range :

-3,4028 x 10³⁸ ... +3,4028 x 10³⁸

detto anche Numero Reale (o Real).

Esempio 3
Il Byte molto spesso è utilizzato per rappresentare dei caratteri alfanumerici.
A tal fine, agli albori dell'era informatica, è stata creata una tabella dei caratteri ASCII, la quale esprime l'equivalenza di un byte con una lettera o un simbolo della tastiera.
Ad esempio se un byte vale 65 significa che rappresenta la lettera A.

Byte	0 1 0 0 0 0 0 1
Significato Decimale	65
Carattere rappresentato	"A"

Dato che i microprocessori dei PLC tipicamente funzionano a 16 bit si tratta sempre di informazioni organizzate come Word.

6.3 I tipi di dati standardizzati

Nella norma IEC 1131-3 si trovano oltre 20 tipi di tipologie di dati che possono essere gestite da un PLC, soprattutto per abbracciare un po' tutte le variabili usate dai vari produttori.
Possiamo grossomodo dividere le tipologie dei dati nelle seguenti tre categorie

1. Variabili Binarie

Data Type	Descrizione	Range
BOOL	un singolo bit del sistema binario	0 (False) , 1 (True)
BYTE	Gruppo binario di 8 bit	da 0 a 255
WORD	Gruppo binario di 16 bit	da 0 a 65535
Double WORD	Gruppo binario di 32 bit	da 0 a 4.294.967.295
Long WORD	Gruppo binario di 64 bit	......

2. Variabili Numeriche

Data Type	Descrizione	Range
SINT	Short integer	-128 Â¸ +127
USINT	Unsigned Short integer	0 Â¸ 255
INT	Integer	-32768 Â¸ +32767
UINT	Unsigned Integer	0 Â¸ 65535
DINT	Double Integer	-2³¹ Â¸ +2³¹ (-1)
UDINT	Unsigned Double Integer	0 Â¸ 2³² (-1)
LINT	Long Integer	-2⁶³ Â¸ +2⁶³ (-1)
ULINT	Unsigned Long Integer	0 Â¸ 2⁶⁴ (-1)
REAL	Floating Point Number	-10^-38 Â¸ +10³⁸
LREAL	Long real Number	-10^-308 Â¸ +10³⁰⁸

3. Altri tipi di Variabili

Data Type	Descrizione	Range
DATE	Data del calendario
DATE_AND_TIME	Data e Ora
TIME	Time (giorno e ora)
TIME_OF_DAY	Ora del giorno o anche detta Real Clock Time
STRING	gruppo di caratteri (testo)

R_EDGE	Fronte di Salita (rising)	0 (False) , 1 (True)
F_EDGE	Fronte di discesa (falling)	idem

Questa panoramica è stata fatta per far vedere come esista una grande varietà di dati che i PLC possono gestire.
In seguito comunque si useranno quelli più siginificativi, a partire dal quelli necessari per realizzare i programmi di controllo di circuiti elettrici.

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Commenti e note

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di antoregno, 3 anni fa

personalmente mi perdo nelle variabili, per il resto...... ;) grazie

di cartntBresso, 3 anni fa

Il tuo è un ottimo lavoro, fatto con la passione di chi ama il proprio campo di lavoro o studio; proprio per questo ti chiedo se puoi approfondire il discorso dei numeri binari, basi ed esponenti, le sequenze e le conversioni con gli altri sistemi, giusto una rinfrescatina per chi come me è da anni che non tratta più i libri d testo, ma che si trova a dover fare i conti con aggiornamenti per lavoro "fai da te". Grazie mille!!