SCUOLA DI AUTOMAZIONE INDUSTRIALE
I QUADRI ELETTRICI

I quadri elettrici nell'automazione industriale

Chi lavora nel settore dell’automazione industriale non può fare a meno di avere a che fare con i quadri elettrici, visto che l’energia è ciò che permette alle linee produttive di funzionare così come è vitale per tutta la vita della fabbrica.

In questa lezione andiamo a conoscere i principali tipi di quadro elettrico con cui un programmatore di plc o comunque chi lavora in questo ambito può trovarsi ad avere a che fare; terremo un occhio di riguardo al quadro d’automazione che è quello su cui chi programma i plc opera più spesso insieme ai tecnici elettricisti.

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Ecco gli argomenti della lezione:

I tipo di quadro elettrico.

I quadri di distribuzione.

I quadri d'automazione.

Il quadro a bordo macchina.

Quando parliamo di quadri elettrici industriali parliamo intanto di quadri elettrici di bassa tensione, poi possiamo distinguere principalmente tre tipi di quadro: il quadro di distribuzione, il quadro d’automazione e il quadro bordo macchina.

Dal punto di vista costruttivo questi contenitori devono rispondere a precise esigenze ma soprattutto specifiche caratteristiche per quanto riguarda la sicurezza, del resto con l’energia (e la corrente) non si scherza. Come sempre e come anche in questa sede mi preme di sottolineare, operare sui quadri elettrici deve essere compito di personale autorizzato e appositamente addestrato.

I tipo di quadro elettrico. 

Come dicevamo ci sono tre tipologie di quadro elettrico: il quadro di distribuzione serve a distribuire l’energia solitamente ad altri quadri come quelli di automazione, i quadri d’automazione controllano i macchinari, così come i quadri a bordo macchina, che come dice la parola stessa sono installati nei pressi del macchinario.

Per quanto riguarda le direttive elettriche per la costruzione e l’impiego dei quadri elettrici di bassa tensione, i diversi tipi di quadro rispondono alla direttiva CEI EN 61439.
Nella direttiva 61439 troviamo diverse parti per i diversi tipi di quadro tra cui:
• Quadri di potenza: CEI EN 61439-2
• Quadri di distribuzione: CEI EN 61439-3
• Quadri per cantiere: CEI EN 61439-4
• Quadri per distribuzione di potenza: CEI EN 61439-5
• Sistemi di condotti sbarre: CEI EN 61439-6

I quadri di distribuzione. 
Per poter essere impiegata, l’energia deve essere distribuita all’interno della fabbrica alle varie utenze civili e industriali.
Il quadro di distribuzione assolve proprio a questo compito e contiene sezionatori, protezioni, e linee che permettono di portare l’energia agli altri quadri dello stabilimento come quelli di automazione.
Dal punto di vista operativo, per alimentare per esempio un ipotetico impianto di lavorazione è necessario alimentarne il quadro d’automazione: l’alimentazione arriverà da un quadro di distribuzione e solitamente si tratta di un’alimentazione trifase a 380V.

Nei quadri di distribuzione troviamo apparecchiature come trasformatori, interruttori, sezionatori, protezioni magnetotermiche e fusibili; oggi questi quadri possono essere equipaggiati anche con sofisticati strumenti di misura dell’energia e controllo dei carichi. Nella prossima immagine vediamo un piccolo quadro di distribuzione, notiamo la modularità con cui questi quadri vengono costruiti.

Quadro elettrico di distribuzione

I quadri di automazione.

Per chi lavora nell’automazione industriale i quadri d’automazione sono la tipologia con cui si ha a che fare maggiormente nel lavoro quotidiano. I tecnici progettisti dei quadri d’automazione costruiscono gli stessi in ottemperanza alle normative vigenti che dettano le regole di costruzione, collaudo e sicurezza, come del resto avviene per tutti i tipi di quadro elettrico.

Dal punto di vista delle apparecchiature il quadro d’automazione contiene spesso diversi tipi di oggetti, dai più semplici pulsanti alle lampade di segnalazione, ai morsetti per il collegamento dei cavi dal campo, i trasformatori e gli alimentatori stabilizzati, i fusibili e gli interruttori magnetotermici per la parte di potenza. Si hanno poi le apparecchiature di controllo come i teleruttori e i relè. Ci sono quadri che contengono inverter (variatori di frequenza per variare la velocità dei motori) e altri componenti particolari.

Abitante principe dei quadri elettrici d’automazione è sicuramente il plc. Nei quadri si possono trovare sistemi con una CPU e poche schede di ingresso / uscita, oppure numerosi rack che contengono diverse cpu e molteplici schede di comunicazione e di I/O. 

Nel quadro d’automazione trovano posto anche convertitori di segnale, come per esempio quelli che convertono i segnali PT-100 delle sonde di temperatura (termoresistenze) in segnali 0-10V oppure 4-20mA, poi si possono avere apparecchi particolari come allungatori di impulso e contatori.
Naturlamente in un quadro del genere abbiamo comunque un sezionatore generale, la protezione per le dispersioni verso terra, e ultimamente anche strumenti di misurazione dell’energia.

Su alcuni quadri d’automazione vengono installati direttamente pannelli operatore oppure veri e propri sistemi scada che lavorano su Panel Pc, ovvero computers da quadro che vengono montati sulla porta dello quadro stesso.
Nella prossima figura vediamo un piccolo quadro d’automazione dove distinguiamo interruttori magnetotermici, interruttori normali, un alimentatore e alcuni inverters. Non si vedono teleruttori perché i comandi dei motori sono inviati direttamente all’inverter.

Il plc presente in questo quadro è piuttosto di piccole dimensioni e vediamo che sono montati pochi moduli I/O, tuttavia si osserva uno switch dove sono collegati in rete gli inverter e il la cpu del plc.

Quadro elettrico d'automazione

Il quadro a bordo macchina.

L’ultima tipologia di quadro elettrico che vediamo in questa lezione è quello cosiddetto “a bordo macchina”. Questo quadro viene installato nei pressi di una macchina o di un particolare punto delle linee di produzione, per il collegamento di apparecchi lontani dal quadro d’automazione principale, e per permettere all’operatore di lavorare vicino al punto desiderato avendo a disposizione per esempio un sistema HMI.

Il quadro a bordo macchina somiglia ai quadri d’automazione ma solitamente è più piccolo, inoltre deve rispondere a certe caratteristiche a seconda dell’ambiente in cui viene installato. Trovandosi esso nei pressi dei macchinari l’ambiente in cui opera potrebbe richiedere particolare cura, per esempio in ambienti umidi, dove possono avvenire spruzzi d’acqua o altro. Nella prossima immagine vediamo un quadro bordo macchina di una taglierina.

Quadro elettrico a bordo macchina
Ok, siamo arrivati al termine di questa lezione per conoscere i quadri elettrici industriali che possiamo trovare in un ambiente di automazione. Abbiamo imparato che ci sono quadri di distribuzione dell’energia che servono altri quadri come quelli di automazione, i quadri di controllo con il plc e quelli montati remotamente sulle macchine. Ogni tipologia di quadro deve rispettare alcune norme e contiene diversi tipi di apparecchiature per svolgere al meglio il proprio compito.

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