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Ecco gli argomenti di oggi:
I quadri elettrici nell’automazione industriale.
Il quadro elettrico d’automazione e i componenti esterni.
Componenti interni al quadro d’automazione: interruttore generale e parte di potenza.
Le morsettiere nel quadro d’automazione industriale.
L’interruttore generale e il teleruttore d’emergenza.
Il PLC e le prese di servizio.
La sezione dei circuiti ausiliari per i motori.
Sezione potenza e alimentazione.
I quadri elettrici nell’automazione industriale.
Quando si parla d’automazione industriale, i quadri elettrici svolgono un ruolo fondamentale, del resto senza quadri elettrici sarebbe impossibile controllare un processo in modo automatico, e non solo, anche la distribuzione dell’energia ai vari macchinari e ai quadri d’automazione necessita di quadri elettrici.
Tra le tre tipologie dei quadri elettrici che abbiamo conosciuto nella lezione introduttiva, il quadro d’automazione è quello che più interessa chi si occupa di programmare i PLC e i sistemi di supervisione industriale.
La conoscenza approfondita del quadro d’automazione permette ai programmatori di svolgere meglio la progettazione, la messa in marcia degli impianti, e le eventuali modifiche. In un’altra lezione sul mio sito abbiamo parlato di come leggere gli schemi elettrici, oggi invece facciamo un vero tour virtuale di un quadro elettrico con PLC, per conoscere tutti i componenti (o almeno i più comuni) che troviamo solitamente al suo interno.
Cominciamo il nostro viaggio osservando il quadro al suo esterno.
Il quadro elettrico d’automazione e i componenti esterni.
Prima di addentrarci nella conoscenza delle apparecchiature che troviamo all’interno del quadro d’automazione industriale, diamo un’occhiata alla sua parte esterna, composta solitamente da una carpenteria in materiale metallico lucidato, satinato, oppure verniciato.
Ecco nella prossima immagine la porta di un quadro elettrico d’automazione classico.
Come vediamo nella figura sopra, già sulla porta del quadro troviamo alcuni elementi come pulsanti, selettori e spie luminose; naturalmente quasi sempre sulla stessa porta si trova il pulsante di emergenza, rosso con un bel disco giallo di sfondo. Questo pulsante può essere protetto da pressioni accidentali, nel nostro esempio non lo è.
Sulla porta in figura abbiamo anche un pannello HMI per il controllo e il comando dei macchinari, ma partiamo dagli elementi fondamentali presenti.
Il primo componente che vediamo sulla porta del quadro d’automazione è l’interruttore generale (di colore nero) che permette di escludere la tensione a tutti gli apparecchi all’interno del quadro stesso. Questo interruttore ha la possibilità di essere bloccato quando spento, con un lucchetto; in questo modo se si deve effettuare la manutenzione sull’impianto, si ha la sicurezza che nessuno vada ad accendere il quadro mettendoci in pericolo.
Quando l’interruttore generale è chiuso (quadro acceso), solitamente la porta è bloccata (blocco porta) e non si può aprire, a meno di non usare un attrezzo per sbloccare l’interruttore che presenta un apposito meccanismo.
Notiamo che le porte dei quadri elettrici hanno delle chiavi con forma speciale.
All’esterno del quadro possiamo trovare anche le parti che permettono di lasciare aspirare l’aria esterna al ventilatore, e di fare uscire quella calda spinta dallo stesso.
Proseguendo l’esplorazione della facciata anteriore, troviamo pulsanti e lampade, possiamo vederli meglio nella prossima immagine.
Nella figura sopra, partendo dall’alto a sinistra abbiamo un pulsante per silenziare l’allarme acustico e un pulsante giallo per il reset degli allarmi. Al centro vi è una lampada che si accende quando un qualsiasi allarme è presente sull’impianto.
Il dispositivo d’allarme visivo e acustico può essere montato sul tetto del quadro, in campo, o in entrambi i posti.
Il pulsante rosso solitario è un pulsante che arresta i cicli automatici senza dover premere l’emergenza, diciamo che serve a fare un arresto generale “soft”.
Nella fila in basso, partendo da sinistra abbiamo la lampada di presenza tensione ausiliari bianca, quella rossa di emergenza premuta, e il pulsante di emergenza di cui abbiamo accennato all’inizio di questa lezione. Una volta ripristinata l’emergenza è necessario premere il pulsante giallo che si trova alla destra del pulsante di emergenza stesso.
Sulle porte dei quadri possono esserci altre segnalazioni come in questo caso l’allarme del termostato interno al quadro (vicino all’interruttore generale).
Componenti interni al quadro d’automazione: interruttore generale e parte di potenza.
Ora che abbiamo visto cosa possiamo trovare all’esterno di un quadro elettrico d’automazione, apriamo la porta e ne guardiamo l’interno.
All’interno del quadro d’automazione trovano posto tutte le parti per gestire la potenza da fornire alle apparecchiature, le parti di comando (sezione ausiliari), il PLC (quando presente), le morsettiere, e altri componenti accessori che dipendono dall’applicazione controllata dal quadro stesso.
Come si vede nell’immagine sopra, il pannello del quadro è diviso da quattro sezioni orizzontali delimitate dalle canaline grigie, poi abbiamo una barra con delle morsettiere sul fondo del quadro.
Le morsettiere nel quadro d’automazione industriale.
Cominciamo dal fondo e troviamo le morsettiere a cui arrivano i cavi delle utenze in campo di vario tipo, e sulla destra quelle dei motori. Possiamo notare che le alimentazioni delle utenze hanno un morsetto a fusibile che permette di proteggere l’uscita del plc e le apparecchiature stesse da sovracorrenti.
I due morsetti blu sono dei relé statici che vengono utilizzati per portare uscite a quadri elettrici esterni (comunicazione), oppure per comandare apparecchiature con tensioni diverse da quella degli ausiliari del quadro.
Ecco il dettaglio delle morsettiere nella prossima immagine.
L’interruttore generale e il teleruttore d’emergenza.
In questo quadro elettrico d’automazione troviamo l’interruttore generale bianco con la sua asta per la manopola esterna e il blocco porta. Al suo fianco il teleruttore (contattore) d’emergenza.
Procedendo verso sinistra abbiamo una serie di morsetti per ingressi e uscite di riserva, e più a sinistra ancora morsetti per collegarvi le utenze; quest’ultimi hanno anch’essi il fusibile di protezione sulle uscite del PLC.
Il PLC e le prese di servizio.
Una delle sezioni del quadro d’automazione che più interessa il programmatore è quella dedicata al plc, ai suoi rack remoti e ai suoi moduli. Nell’immagine che segue lo troviamo subito sopra la sezione dell’interruttore generale, a partire dalla sinistra.
In questo esempio abbiamo un PLC Siemens della sere Simatic S7-300, con un rack solo, e notiamo anche uno switch al quale sono collegati il plc stesso e il pannello HMI montato sulla porta del quadro.
Sulla parte destra abbiamo una presa di servizio, controllata da un interruttore magnetotermico e un differenziale; questa presa è comoda per il programmatore che può utilizzarla per alimentare il computer portatile o qualsiasi altra cosa necessaria al suo lavoro.
La sezione dei circuiti ausiliari per i motori.
Nel centro della figura che segue, abbiamo la sezione dedicata agli ausiliari. Sulla parte sinistra sono montati due contattori per comandare due motori; il comando arriva naturalmente dal PLC.
Sulla parte destra trovano posto due termostati: uno comanda il ventilatore, e l’altro gestisce la segnalazione sulla porta del quadro ed eventualmente nel PLC.
Altro componente fondamentale del quadro elettrico è il teleruttore azionato dal pulsante di reset degli allarmi, nel nostro esempio è il primo vicino ai termostati (quelli bianchi con selettore rotativo blu).
Alla sinistra del teleruttore di reset emergenza c’è un altro teleruttore che nel caso specifico di questa applicazione azzera l’allarme di un micro interruttore.
Il relé che chiude la fila di componenti di destra è quello che comanda l’apparecchio di segnalazione acustica degli allarmi.
Sezione potenza e alimentazione.
Nella sezione in alto di questo quadro d’automazione troviamo a partire dalla sinistra un alimentatore che serve a trasformare la tensione di alimentazione (o meglio il 220V prelevato da due fasi) in una tensione a 24 volt continui per alimentare il plc e tutto ciò che funziona con questo voltaggio.
L’interruttore magnetotermico al fianco dell’alimentatore è il suo interruttore, poi troviamo l’apparecchio di sicurezza giallo, e i teleruttori accoppiati a esso per gestire gli ausiliari.
Sempre nella stessa sezione, sulla destra abbiamo tutti i fusibili di alimentazione per proteggere il PLC e le alimentazioni delle apparecchiature, nonché la morsettiera dei comuni che precede le morsettiere tripolari di potenza protette (scatola di plastica). Da queste barre partono i cavi che alimentano i teleruttori dei motori e tutto ciò che deve essere alimentato con l’alimentazione trifase.
Bene! Siamo così arrivati al termine di questo viaggio all’interno del quadro d’automazione industriale. Chiaramente a seconda del settore in cui l’automazione opera e delle specifiche applicazioni, i quadri saranno differenti, tuttavia la maggior parte dei componenti che abbiamo conosciuto oggi li ritroviamo in praticamente tutti i quadri elettrici di controllo.