Come mai nell’automazione industriale si utilizzano segnali digitali a 24V in corrente continua? Quali vantaggi si hanno adottando segnali 4-20mA per i valori analogici, e quali apparecchiature sono più adatte per svolgere i compiti di controllo nell’automazione?
Benvenuto sul mio sito dedicato ai PLC e ai sistemi di controllo, oggi scopriamo i tipi di segnale standard utilizzati nelle linee automatizzate, e il perché della scelta di utilizzare questi tipi di segnale.
L'automazione industriale è la colonna portante di numerosi settori, dal food processing al farmaceutico, passando per la logistica e la chimica. Dai grandi impianti produttivi alle piccole linee di assemblaggio, con l'automazione si ottimizzano i processi, si aumenta l'efficienza e si garantisce una qualità costante.
Oggi, l'IoT sta estendendo l'automazione, rendendo disponibili dati ovunque nel mondo attraverso le reti e il cloud.
I segnali standard utilizzati per il controllo di processo.
Per scambiare dati e controllare le varie apparecchiature, l’industria ha negli anni standardizzato i tipi di segnale utilizzati, in particolare adottando il 24 Volt in corrente continua per i segnali di tipo digitale e per le alimentazioni dei dispositivi, e segnali analogici 4-20mA (anche 0-20mA, e 0-10V), per rappresentare le grandezze di misura delle variabili di processo.
I segnali digitali sono utilizzati per comandare attuatori come valvole pneumatiche, elettriche, cilindri, e alimentare dispositivi come proximity switches e vari trasduttori.
Gli stessi segnali a 24VDC sono impiegati per i feedbacks dal campo, per esempio la presenza di un oggetto rilevata da fotocellule o la posizione di un cilindro pneumatico; a 24 volt continui si scambiano anche segnali con contatti puliti per esempio tra diversi PLC.
24 VDC Perché si usano questi segnali e non altri?
La scelta del 24VDC come tensione standard per i segnali digitali nell'automazione industriale è una decisione ponderata, basata su una serie di fattori che lo rendono particolarmente adatto a questo contesto; essa offre un ottimo compromesso tra sicurezza, robustezza, compatibilità, efficienza e versatilità.
La sicurezza è garantita da un livello di tensione relativamente basso che riduce il rischio di shock elettrici, mentre la robustezza lo rende meno suscettibile ai disturbi elettrici tipici degli ambienti industriali.
Dobbiamo tenere presente che nelle fabbriche spesso ci sono molte apparecchiature che generano campi magnetici e interferenze, questi potrebbero influire sulla trasmissione di segnali a tensioni più basse, come per esempio 5V o 3.3V adottati da schede come Arduino e altre schede programmabili.
I PLC adottano naturalmente le tensioni standard, per cui sono maggiormente immuni all’influenza dei disturbi elettrici e magnetici.
Compatibilità dei segnali digitali a 24VDC.
La compatibilità con una vasta gamma di dispositivi e la semplicità dei circuiti a 24VDC contribuiscono a ridurre i costi e a facilitare la progettazione e la manutenzione dei sistemi di automazione.
La maggior parte dei dispositivi attuatori e sensori da campo funzionano a 24VDC.
Segnali analogici 0-10VDC, 0-20mA e 4-20mA.
Per i segnali analogici si preferiscono i range 0-10V e 4-20mA. Questi standard garantiscono una buona immunità ai disturbi elettrici, una vasta gamma di misurazione e la possibilità di trasmettere segnali su lunghe distanze.
Il segnale 4-20mA, in particolare, offre il vantaggio di poter rilevare una rottura del circuito (se la corrente scende sotto i 4mA) e di avere un valore minimo diverso da zero, evitando così ambiguità nella misurazione.
Plc, schede programmabili e segnali standard industriali.
Come accennato, i PLC lavorano sempre con i segnali standard, per quanto riguarda Arduino e schede come le ESP32, si ricorre a elementi di interfaccia quali relè, optoisolatori, circuiti a transistor e altro, per trasformare i segnali in tensione di queste schede in segnali accettati dallo standard industriale.
Nella figura che segue troviamo in alto un LOGO! Siemens, munito di 8 ingressi digitali a 24VDC e quattro uscite a relè; questo apparecchio fornisce anche 2 ingressi analogici 0-10VDC.
Nella stessa immagine in basso troviamo da sinistra un modulo relè a 5V utilizzabile con Arduino, la scheda Arduino Uno, e a destra un modulo optoisolatore.
Notiamo che mentre il PLC è già predisposto per lavorare con i segnali di cui abbiamo parlato, con Arduino è necessario aggiungere dei dispositivi di interfaccia.
