COME LEGGERE GLI SCHEMI ELETTRICI D'AUTOMAZIONE INDUSTRIALE

Schema elettrico e PLC
Come si legge uno schema elettrico? Cosa significano i simboli su di esso? Perché è importante essere in grado di interpretare questi diagrammi?
Benvenuto in questa lezione del mio corso di automazione industriale, oggi voglio farti conoscere gli schemi elettrici, uno strumento indispensabile per chiunque voglia operare nella progettazione di impianti automatici, nella programmazione dei PLC e dei sistemi di supervisione industriale.

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Novità automazione e plc

Ecco gli argomenti di questa lezione:

Importanza dello schema elettrico.

Com’è fatto lo schema elettrico industriale.

Cartiglio degli schemi elettrici, catenarie e riferimenti incrociati.

Le revisioni degli schemi elettrici industriali.

La sezione di potenza negli schemi elettrici.

La parte di controllo ausiliaria negli schemi.

Le morsettiere negli schemi elettrici.

Simbologie negli schemi elettrici industriali d’automazione.

Importanza dello schema elettrico.

Lo schema elettrico, così come lo schema P&ID, fa parte di quegli strumenti indispensabili di cui i tecnici che lavorano nell’automazione industriale devono sempre essere forniti.

Mentre lo schema di flusso ci da una rappresentazione dell’impianto, con le sue utenze fisiche e i controlli di processo, lo schema elettrico contiene tutte le informazioni per poter costruire il quadro elettrico, programmare i PLC, i sistemi HMI e SCADA, e provvedere alla messa in marcia degli impianti e delle macchine.

Lo schema elettrico è indispensabile anche quando si devono effettuare delle modifiche sui quadri elettrici esistenti e quando si devono ricercare i guasti elettrici; occasioni queste che non mancano nella carriera di ogni tecnico d’automazione che si rispetti.

Com’è fatto lo schema elettrico industriale.

Così come avviene per la costruzione e l’impiego dei quadri elettrici, ci sono norme che determinano come gli schemi devono essere costruiti e la simbologia che si può impiegare in essi. Oltre a questo ogni schema può essere costruito secondo alcune personalizzazioni in base alla ditta che progetta lo schema oppure il quadro, nonché a seconda degli standard dei clienti.

Nei prossimi paragrafi vedremo come è impostato un classico schema elettrico di un quadro d’automazione industriale.

Cartiglio degli schemi elettrici, catenarie e riferimenti incrociati.

Per consultare meglio gli schemi elettrici, essi vengono creati utilizzando un sistema di riferimenti chiamato cross reference (riferimenti incrociati). Questo permette di trovare per esempio dove i contatti dei relé vengono impiegati, oppure dove sono collegati i morsetti di ingressi e uscita dei PLC; in generale il riferimento incrociato permette di orientarsi attraverso il flusso logico dello schema, dato che questo per motivi di spazio deve essere disegnato su diverse pagine (multi foglio).

Nella prossima immagine vediamo una pagina di uno schema sulla quale identifichiamo le catenarie, ovvero la numerazione per identificare le diverse colonne in ogni pagina.

Catenarie nello schema elettrico per riferimenti incrociati

L’utilizzo del numero pagina e della catenaria permette di creare i vari rimandi dei riferimenti incrociati. Nell’esempio sopra, troviamo la bobina di un relé chiamato KAS10, il cui contatto normalmente aperto viene impiegato sul foglio numero 10 dello schema alla catenaria (colonna) 2.

Come vediamo madre e figlio (così vengono chiamate le sorgenti e i destinatari degli oggetti) possono essere su fogli diversi o sullo stesso foglio come in questo caso.

Sul contatto KAS10 utilizzato aperto troviamo il riferimento alla madre che si trova sul foglio 10 ma in colonna 1.

Sul cartiglio in basso o in alto sullo schema vengono di solito indicati dati come il nome di chi sta progettando il quadro elettrico, il nome del disegnatore, il nome del cliente, l’oggetto dello schema e della particolare pagina.

Anche i collegamenti dei vari componenti(fili) nello schema elettrico vengono numerati per identificarli in ogni pagina; a questo scopo vengono disegnate frecce di partenza e di arrivo.

Le revisioni degli schemi elettrici industriali.

Dopo la prima emissione dello schema elettrico, può accadere che sia necessario effettuare delle revisioni che riguardano modifiche, aggiunte, eliminazioni o altro; in questo caso sui fogli dello schema si specificano le modifiche nelle pagine che sono di volta in volta oggetto della revisione.

Nella prossima figura vediamo la sezione delle revisioni di uno schema, su ogni riga dedicata a queste revisioni si può specificare la data della modifica e una breve descrizione della stessa.

Cartiglio con le revisioni dello schema elettrico

Sempre riguardo alle revisioni dello schema, sulla pagina principale può essere riportata una tabella di riepilogo che mostra le revisioni presenti sui vari fogli; solitamente specificando per ogni foglio il numero dell’ultima revisione, oppure una lettera in ordine alfabetico.

Ecco un esempio di queste pagine nella prossima figura, troviamo specificati anche alcuni dati generali del quadro elettrico come l’alimentazione elettrica richiesta, i dati del cliente e dell’impianto.

Esempio di pagina iniziale schema elettrico con indicazione delle revisioni dei fogli

La sezione di potenza negli schemi elettrici.

La prima parte di uno schema elettrico industriale contiene solitamente la sezione di potenza, quindi l’alimentazione con la circuiteria di emergenza, i trasformatori, gli alimentatori e così via. Nella sezione di potenza ci sono poi gli schemi della parte di potenza dei motori, ecco un esempio nella prossima immagine.

Pagina schema elettrico con sezione potenza dei motori

Nella figura sopra troviamo le tre fasi di alimentazione motori che si chiamano U, V e W, le quali arrivano dal foglio 5 dello schema, catenaria 9. Le tre fasi vengono prelevate e mandate ai sezionatori QFM1 e QFM2; abbiamo perciò la catena di comando di due motori.

Come si vede nell’esempio tutti i fili hanno una numerazione, così come i morsetti.

Su ognuno dei motori identifichiamo il contatto del contattore (KM) e i morsetti di collegamento in morsettiera; a questi morsetti si collega il sezionatore in campo QSM, il quale è poi collegato al motore.

La numerazione dei fili e dei morsetti segue delle logiche predefinite atte a facilitare l’inserimento degli oggetti e l’eventuale modifica e aggiunta sullo schema.

La parte di controllo ausiliaria negli schemi.

Mentre la parte di potenza negli schemi elettrici riguarda l’alimentazione e la fornitura di energia ai vari componenti, la parte degli ausiliari contiene la logica di funzionamento e comando.

All’interno di questa sezione del quadro elettrico troviamo oltre che i pulsanti, i selettori, le lampade e molto altro; la parte di controllo contenente anche il plc.

Nella prossima figura vediamo una pagina con la configurazione del rack di un plc Allen Bradley, su queste pagine si indicano i vari moduli nominandoli secondo una certa logica.

Pagina schema elettrico con la parte del PLC

Oltre alla configurazione generale del plc, nello schema elettrico si specifica la configurazione di ogni ingresso e uscita di ogni modulo dello stesso.

Nella prossima figura vediamo la configurazione dei canali di un modulo digitale sul rack locale 1, si tratta di un modulo della Rockwell Automation con 32 ingressi.

Notiamo che oltre alla descrizione dell’apparecchiatura collegata a ogni punto, c’è anche il numero di foglio dello schema sul quale essa si trova.

Pagina schema elettrico con configurazione ingressi e uscite PLC

Sulle pagine dello schema dove sono presenti le apparecchiature collegate al plc troviamo i riferimenti agli ingressi e alle uscite impiegati per questi.

Nell’esempio che vediamo nella prossima figura abbiamo quattro elettrovalvole collegate a quattro ingressi sui moduli del rack remoto 3.

Riferimenti incrociati (cross reference) sullo schema elettrico

Le morsettiere negli schemi elettrici.

Sugli schemi d’automazione si possono trovare fogli riepilogativi delle apparecchiature installate nel quadro elettrico, così come di quelle di campo collegate al sistema.

Per quanto riguarda le utenze in campo troviamo i fogli con le morsettiere, molto utili per guidare chi si occupa del collegamento delle apparecchiature, e per i tecnici in fase di collaudo.

Ecco nella prossima immagine uno esempio di foglio con le morsettiere.

Disegno delle morsettiere nello schema elettrico

Come vediamo in figura sopra, nelle morsettiere sono specificati i numeri di filo su ogni morsetto, vengono mostrati i morsetti a fusibile e il collegamento delle varie utenze con la descrizione. Nelle morsettiere si specifica anche il tipo di cavo usato per collegare ogni utenza.

Simbologie negli schemi elettrici industriali d’automazione.

Ora che abbiamo visto come sono organizzati in generale gli schemi elettrici, non rimane che imparare la simbologia, la quale come accennato all’inizio di questa lezione segue alcune norme internazionali.

Naturalmente i simboli impiegati per disegnare questi schemi possono avere alcune variazioni, in linea di massima però si somigliano tutti.

Tutti i software di progettazione schemi elettrici mettono a disposizione librerie grafiche per disegnare oggetti intelligenti, ovvero simboli grafici ai quali possono essere associati dei dati per generare la cross reference, la lista materiali, le morsettiere e così via.

Oggi non entriamo nel merito della simbologia poiché lo scopo di questa lezione era dare una visione generale di come consultare gli schemi elettrici, tuttavia basta fare una ricerca sulla rete e osservare qualche disegno, per capire facilmente come vengono rappresentati contatti, bobine, motori, interruttori, e tutte gli altri elementi inseribili in un diagramma di questo tipo.

Librerie di simboli per lo schema elettrico d'automazione

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