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Ecco cosa impariamo oggi:
Il ruolo della pneumatica nell’automazione.
La pneumatica come forza di movimento.
Come funziona la pneumatica nell’automazione.
Collegamento degli attuatori pneumatici al PLC.
I componenti per la pneumatica nell’automazione industriale.
Quando parliamo d’automazione industriale parliamo sicuramente di controllori di processo (PLC e DCS), di sistemi di monitoraggio (HMI e SCADA), e di apparecchiature. Questi possono essere di tipo “semplice”, collegati quindi ai plc attraverso segnali di ingresso e uscita, oppure apparecchi più complessi integrate sui bus di rete.
Il ruolo della pneumatica nell’automazione.
Un grossissimo ruolo nell’automazione dei processi è svolto dagli attuatori, ovvero quei dispositivi che ci permettono di agire sul campo, e questi sono principalmente di due tipi: quelli elettrici e quelli pneumatici.
Intendiamoci, anche gli attuatori pneumatici necessitano di un segnale elettrico per essere attivati, tuttavia mentre nei dispositivi come i motori è la forza fornita dall’elettricità a far muovere gli alberi e con essi tutto ciò che ci serve, negli attuatori pneumatici il segnale elettrico serve solo all’attivazione di questi, la vera “forza” che muove le cose è la pressione; in altre parole il gas compresso.
La pneumatica come forza di movimento.
Come dicevamo, la pneumatica viene impiegata nell’automazione per muovere le cose, per esempio per aprire e chiudere delle valvole, sollevare e abbassare parti di impianto comandate da cilindri pneumatici, e altro.
Dal punto di vista della funzionalità, la pneumatica ci permette di risparmiare molta energia e quindi denaro, e non solo, essa porta con se alcuni vantaggi come il fatto che difficilmente un impianto a aria compressa prende fuoco. Per questo motivo, nelle zone a rischio incendio o esplosione gli attuatori pneumatici sono molto più indicati di quelli elettrici.
Come funziona la pneumatica nell’automazione.
Così come nelle fabbriche abbiamo i quadri elettrici di distribuzione che alimentano i quadri d’automazione, ci troviamo anche dei sistemi che producono aria compressa per mezzo di diversi compressori di generose dimensioni.
Quest’aria viene distribuita agli impianti mediante delle tubazioni metalliche, e le varie utenze sono connesse alle linee di aria compressa per mezzo di filtri, rubinetti di intercettazione, e altro.
Ecco nella prossima immagine un sistema di compressori industriali.
Così come gli impianti vengono alimentati elettricamente, anche l’alimentazione pneumatica diventa un’alimentazione a tutti gli effetti, e con essa tutti gli altri servizi come l’acqua, il vapore, e tutto ciò che serve per il funzionamento dei processi.
All’interno degli impianti troviamo una rete di tubazioni di diverso diametro che portano l’aria compressa ai vari attuatori come le valvole e i cilindri pneumatici.
L’aria viene collegata all’ingresso di una elettrovalvola, la quale quando viene comandata dai PLC si apre e lascia passare l’aria che muove gli oggetti. In questo caso l’elettricità che serve non è molta, ne basta il minimo necessario a eccitare le bobine, solitamente a 24V continua o alternata.
Nell'automazione industriale la movimentazione può avvenire anche per mezzo di attuatori pneumatici, i quali sfruttano l'aria compressa.
Le tubazioni per l'aria compressa sono di diverso diametro e colore.
Collegamento degli attuatori pneumatici al PLC.
Le schede di uscita digitali dei PLC sono progettate per riuscire a pilotare direttamente carichi di piccolo wattaggio, e numerosi costruttori di elettrovalvole e control unit per cilindri pneumatici producono le loro apparecchiature per essere compatibili con questo tipo di uscite.
Nel caso si utilizzino attuatori che assorbono più corrente di quella gestibile dalle uscite dei controllori a stato solido, possiamo comunque utilizzare dei relé.
Nella prossima immagine vediamo una valvola a farfalla con cilindro pneumatico, e un modulo d'uscita digitale per plc.
I componenti per la pneumatica nell’automazione industriale.
Abbiamo visto che gli attuatori pneumatici sono di diverso tipo e in comune hanno il fatto di necessitare di un comando elettrico d’attivazione e di un alimentazione per l’aria compressa; questi possono essere accoppiati anche a dei sensori di prossimità che ci dicono lo stato degli stessi, ovvero la loro posizione.
Per le valvole per esempio possiamo sapere quando sono aperte o chiuse, oppure in quale direzione aprono il flusso nel caso di valvole multi via; nel caso di cilindri pneumatici possiamo conoscere la posizione del pistone.
Per ciò che concerne l’impianto pneumatico in se stesso, oltre a tubazioni di teflon (PTFE) o altro materiale polimero, si utilizzano molti tipi di connettori anche rapidi, di raccordi di vario diametro, adattatori come quelli a T per sdoppiare le linee di aria compressa. Questi componenti si chiamano in gergo “air fittings”.
I programmatori PLC che mettono in marcia gli impianti conoscono bene questi oggetti, e spesso nelle loro borse porta computer se ne trovano alcuni, visto che “la modifica” è sempre dietro l’angolo.
Tra le componenti dell’impianto pneumatico trovano posto anche particolari sistemi di distribuzione come i pacchi di elettrovalvole, questi permettono di gestire molti attuatori occupando poco spazio nel quadro elettrico oppure in apposite cassette pneumatiche.
Gli attuatori elettrici (elettrovalvole) possono infatti essere montati a bordo delle apparecchiature in campo oppure sistemati tutti insieme lontano da queste, in questo caso alle apparecchiature in campo arriveranno i tubi con l’aria alimentata a valle delle elettrovalvole.
Nella prossima immagine vediamo un modulo di comando per otto elettrovalvole, questo è il modello SV1100-5FU a 24VDC, della SMC. Troviamo poi una valvola pneumatica e dei raccordi.
I controllori per serie di attuatori (elettrovalvole) sono oggi interfacciabili anche con le reti industriali.
Ecco un semplice attuatore pneumatico per uso idraulico.
Per la distribuzione dell'aria compressa si utilizzano diversi tipi di raccordo e adattatore, di diametro e materiale diverso.
Riassumendo quanto detto, la pneumatica svolge nell’automazione industriale un grosso ruolo, in quanto permette di attivare gli attuatori risparmiando energia e in modo sicuro.
L’aria compressa viene prodotta con i compressori e può anche essere facilmente stoccata, il consumo della stessa non è elevato, dato che dipende sostanzialmente dalla quantità d’aria necessaria a muovere gli attuatori e dal numero di attivazioni / disattivazioni degli stessi.
Senza la pneumatica probabilmente l’industria automatizzata così come la conosciamo non potrebbe esistere, proprio per questo motivo chi opera nell’automazione industriale deve necessariamente conoscere anche questo aspetto, almeno per quanto riguarda la sua funzionalità e il suo impiego.