Progetto impianto elettrico STEP 7

Il progetto elettrico va organizzato con una logica coerente, grazie al ripetersi di questa logica e alla spiegazione tramite una legenda di lettura i tecnici addetti al cablaggio e all'assistenza avranno la vita semplificata. Lo scopo dello schema è quello di alleggerire il carico agli addetti al cablaggio e agli addetti alla manutenzione oltre che a tenere una traccia storica dell'impianto elettrico e delle modifiche apportate ad esso nel tempo. L'impianto va comunque correttamente dimensionato e progettato in base alla norma.

Il mio personale metodo è quello di mettere in sequenza vari generi di componenti di potenza e poi in seguito di schematizzare tutto ciò che riguarda il cablaggio dei segnali e in particolar modo il bordo macchina per poi relegare nella parte finale un resoconto dettagliato di schede I/O, PLC, CNC e PC.

In molti casi però si potrebbe presentare la possibilità di raggruppare in una singola pagina tutto ciò che riguarda una determinata funzione, nella seguente immagine è visibile come sia ottimizzata dal punto di vista della comprensione e del cablaggio una pagina nella quale viene schematizzato il collegamento di potenza, il collegamento di comando e i segnali al PLC di un'avviamento motore.

Questo tipo di schematizzazione combinata fornisce all'operatore addetto una panoramica quasi completa sulla logica cablata di tutta una partenza motore, l'unico aspetto trascurato è l'output che accende il relè K1 reperibile comunque tramite riferimento incrociato in una pagina dedicata a tutti i relè ausiliari adibiti ad avviamento motore.

Molti di questi accorgimenti derivano dalla collaborazione con il cablatore stesso, quindi un'attenta e diretta collaborazione molte volte rende gli schemi moto più chiari e fruibili per tutti.

Iiziare un progetto STEP 6

In questo post viene indicato un possibile metodo per costruire le pagine dedicate alla distribuzione delle alimentazioni dedicate alle varie zone.

Quanto descritto di seguito premette che giunti a questo punto sia chiara la questione dei luoghi di montaggio e che siano già stati sommariamente disposti i vari componenti nelle zone dello schema.

La questione è importante perché in alcuni progetti soprattutto quelli di maggior complessità potrebbero presentarsi varie esigenze, come ad esempio la creazione di 2 diverse linee di alimentazione, una per gli ingressi e una per le uscite.

Le due alimentazioni prodotte potrebbero provenire anche dal medesimo alimentatore, ma inserendo 2 fusibili in parallelo a valle dell’alimentatore andremo ad ottenere 2 ramificazioni, che potrebbero essere utilizzate come descritto.

Questo sistema permette un miglior dimensionamento delle protezioni, inoltre permette in caso di guasto, quindi nel caso si dovesse bruciare un fusibile di discriminare velocemente se il guasto si sia verificato negli ingressi o nelle uscite della macchina. Quanto appena descritto comporta un grosso vantaggio in quanto generalmente permette di escludere circa metà dell’impianto elettrico in esame.

Ora disposti gli alimentatori e/o trasformatori necessari elle proprie esigenze senza che siano stati dimensionati sarà il momento di impostare la parte vera e propria di distribuzione.

Ora prediamo per comodità come esempio l’immagine sopra, le linee orizzontali LP1 ed LN1 sono le alimentazioni provenienti da sinistra dall’alimentatore che procedono verso destra nelle successive pagine, da esse si derivano le linee verticali che saranno le varie linee di alimentazione utilizzate nelle zone dove precedentemente abbiamo disegnato i componenti anch’esse disegnate orizzontalmente nelle zone stesse.

Questo tipo di schematizzazione permette di intuire velocemente quali e quante siano le varie partenze, se tutte le zone siano state alimentate, permette con i dovuti margini di poter aggiungere o togliere alimentazioni, oppure di creare come nel caso disegnato più a destra nell’immagine sopra un’ulteriore ramificazione.

Le indicazioni visibili nella parte sottostante le frecce, ovvero i riferimenti incrociati, indicano a quale zona sia diretta l’alimentazione creata la prima, a sinistra W29,LN1 sarà ad esempio la linea diretta alla zona X29 il quale cavo evidentemente si chiamerà W29. Il cavo W29 si potrebbe connettere ad un connettore installato sul quadro elettrico principale, ad esempio chiamato XC29 vedi immagine successiva.

Iniziare un progetto elettrico STEP 4

Un valido sistema per iniziare nel concreto alla redazione del progetto dopo le precedenti premesse sarà quindi raccogliere la serie di componenti divisi per zona di montaggio ed elencati per genere

Come nel seguente esempio empirico:

Zona 10

1 fotocellula per lettura pezzo,

2 sensori di prossimità per lettura cam

2 reed magnetici per posizione cilindro sollevamento rulli alti e rulli bassi

ecc

Zona 20

Motore rullo 1 = 0,75 kW

Motore rullo 2 = 1 kW

Motore rotazione braccio = 3 kW

ecc

Zona 30

1 Elettrovalvola sollevamento rulli

1 Elettrovalvola apertura chiusura pinza su braccio

Ecc

Zona 40

1 Sensore pinza aperta

1 Sensore pinza chiusa

1 elettrovalvola per soffio d’aria pulizia pinza

La creazione di una lista componenti permetterà di effettuare un preliminare posizionamento all’interno dello schema elettrico e successivamente di effettuare una spunta per non dimenticare nessun componente e nessun movimento della macchina.

La cosa importante nella creazione della struttura principale è creare la possibilità di disegnare componenti che non erano previsti in fase preliminare in una fase successiva, come ad esempio un’elettrovalvola in una zona non prevista per l’installazione. In particolare le varie zone personalmente le divido in 2 parti, una adibita a segnali di ingresso, e una dedicata ai segnali di uscita ovvero sensori che danno input al PLC e attuatori come le elettrovalvole che producono movimenti dati dagli output del PLC.

La zona 40 è un esempio di come si posso trovare diversi generi di componente nella sessa zona.

Iniziare un progetto elettrico STEP 2

Al secondo punto è necessario stabilire i canoni con i quali si ha intenzione di effettuare la numerazione, una delle possibilità e a dire la verità quella che preferisco è indicare il numero di pagina a tre cifre e un contatore aggiuntivo a 2 cifre che aumenta colonna per colonna.

Es:

A pagina 010 e colonna 5 il probabile filo che troveremo sarà il 01005

i componenti installati prenderanno come per il numero del filo il numero di pagina e un contatore aggiuntivo a una cifra, in quanto generalmente si indica un componente per ogni colonna.

Es:

Per un selettore a pagina 010 e colonna 5 il probabile nome del componente potrebbe essere S0105

Questo sistema permette di organizzare l’impianto in modo da individuare immediatamente in fase di test le pagine di schema relative ai componenti installati, come spiegato nei post precedenti.

Successivamente stabilite queste priorità, si possono individuare quante pagine risultano necessarie alle varie parti di impianto, contando quanti componenti servono al bordo macchina e quanti ne servono nel quadro elettrico, con i dovuti margini.

Per quanto riguarda il quadro elettrico suggerisco di dividere le pagine prestabilite in diversi sottogruppi come ad esempio, una parte relativa all’ingresso linea e alla distribuzione della potenza ad esempio 10 pagine, successivamente una parte relativa alla distribuzione delle linee di alimentazione a 24 V AC ad esempio altre 10 pagine, altre 10 pagine per la distribuzione della 24 V DC e così via, successivamente un certo numero di pagine per i motori asincroni e una parte per gli azionamenti ed inverter.

In questo modo in modo ordinato sarà possibile individuare i vari componenti, potrebbe essere possibile suddividere il quadro elettrico in ulteriori zone per tipologia come è stato precedentemente indicato, ma in impianti medio piccoli non risulta essere a mio parere conveniente per i vincoli strutturali che si vengono a creare.

In parti successive sarà quindi possibile includere ad esempio la parte relativa alle emergenze e sicurezze, parti relative agli I/O diretti al quadro elettrico e così via.

Questo ci permetterà di organizzare tutto l’impianto, e le connessioni tra una parte e l’altra dello schema elettrico.

L'importanza della numerazione ed organizzazione dello schema elettrico e dell'impianto elettrico industriale

Iniziamo con la premessa che per eseguire un impianto elettrico industriale a regola d'arte ci sono diverse strade e alcune fondamentali regole da seguire.
La prima fondamentale regola è che l'impianto deve essere correttamente dimensionato, la seconda a mio parere è che il cablaggio deve essere numerato secondo criteri facilmente intuibili.
Il progettista dell'impianto, ha quindi in carico la responsabilità di dimensionare correttamente l'impianto e di creare una numerazione dei fili, dei cavi e dei componenti il più semplice possibile.
Nel precedente post ho spiegato le regole principali per eseguire le varie numerazioni, l'organizzazione in zone della macchina, la numerazione dei cavi e delle scatole a seconda della zona nelle quali vengono installate.
In questo post invece spiegherò perché la numerazione dei fili e dei componenti deve seguire la regola del numero di pagina, quello che descrivo non è comunque l'unico sistema e nemmeno il più corretto per effettuare questo tipo di numerazione ma a mio parere è il migliore.

Mettiamo il caso che uno schema sia composto da un grosso numero di pagine supponiamo 200, districarsi all'interno dello schema potrebbe risultare un impresa impossibile, ma se ad esempio il teleruttore K1334 non si accende seguendo la regola del numero di pagina sapremo che a pagina 133 troveremo la bobina del teleruttore e che sotto di essa saranno descritte le pagine nelle quali si trovano i contatti.

La regola consiste nel numerare i componenti e i fili con il numero di pagina e dove è possibile di colonna rispetto alle pagine nella quali sono disegnati, ma non finisce qui, solitamente la numerazione delle pagine è a 3 cifre quindi per comodità e per mantenere uno standard le pagine dello schema di cui sopra inizieranno dalla 100 in su.

Ad esempio aprendo una scatola di derivazione oppure il quadro elettrico potrebbe risultare possibile trovare il filo 12305, e sicuramente a pagina 123 troveremo il filo in questione con indicate le varie connessioni.

Questo metodo permette al personale addetto al cablaggio di individuare sempre in modo facile e veloce la pagina dello schema alla quale stanno lavorando, quindi la logica cablata di quel determinato componente o filo.
Il sistema risulta inoltre molto utile in fase di collaudo, in quanto se un componente all'interno del quadro non funziona e il tecnico intende controllarne il cablaggio, sarà sufficiente leggere il numero del componente e si individuerà la pagine, inoltre se invece il problema di cablaggio o il guasto è già chiaro basterà leggere il numero del filo.
Gli stessi principi sono applicabili in fase di assistenza e quindi nella delicatissima fase di ricerca di un guasto, magari insieme al cliente, che potrebbe non essere esperto in materia elettrica.
Il personale non addetto non dovrebbe mettere mano agli impianti, ma si sa come vanno queste cose, la macchina non funziona il cliente ha bisogno che ritorni a funzionare al più presto, ed il risultato sarà che il cliente si trasformerà nelle braccia del tecnico addetto all'assistenza...
Quindi con un impianto correttamente numerato in tutte le sue parti, senza dimenticare la numerazione dei morsetti e delle morsettiere, sarà più semplice ogni futura operazione di controllo o modifica.
Lo schema in fine deve sempre rispettare realmente le varie connessioni per consentire in ogni caso la rintracciabilità di tutti i componenti e di tutte le parti dell'impianto.

Legenda per la lettura dello schema elettrico

L'immagine precedente descrive il metodo di costruzione e la legenda per la lettura dello schema elettrico.
Questo serve per facilitare il personale addetto al cablaggio, ed i tecnici che dovranno lavorare sulla macchina, che ritrovandosi in mano a volte schemi elettrici prodotti da diversi progettisti, potrebbero trovare difficoltà nella lettura e nell'orientarsi attraverso le pagine dello schema.

Di seguito elenco i punti cardine a mio parere per una buona progettazione e per rendere lo schema facilmente fruibile al personale addetto.

• In prima istanza il progettista deve decidere la struttura generale dello schema, diciamo che le varie normative già da anni prescrivono i tratti generali con i quali deve essere composto uno schema, ma il progettista ha ancora largo margine sulla strada da seguire
• Il metodo descritto e utilizzato da me è quello di comporre lo schema secondo un diagramma ad albero, come ad esempio:

• A01 identifica l'impianto elettrico in quanto a volte può capitare di dover unire più impianti, ovvero più macchine tra di loro per poter comporre un'automazione complessa. quindi potremmo trovare di seguito A02, A03 se iniziassimo a supporre di dover connettere più impianti tra di loro.
• All'interno di questa prima radice troviamo una serie di pagine numerate che avranno contenuti relativi all'impianto A01 e di seguito quelli che vengono definiti i luoghi di montaggio come ad esempio E01, X10, X13, ecc.
• E01 ad esempio risulterà essere il quadro elettrico dell'impianto A01 gli elementi di seguito come X10 o X13 sono le scatole di derivazione.
• I luoghi di montaggio seguono una numerazione che come criterio tiene conto della macchina nel suo insieme e la divide in varie zone ed è facilmente intuibile come nella zona 1 le scatole e le pulsantiere si chiamino ad esempio X10, P17 nella zona 2 la scatola di derivazione si chiamerà X29 e nella zona 3 troveremo la scatola di derivazione X31 e così via, quindi il numero di zona darà il primo numero alla zona di montaggio.
• Chiaramente all'interno di ogni luogo di montaggio ci saranno delle pagine che descriveranno unicamente ciò che viene derivato da quella scatola, come ad esempio sensori ed elettrovalvole. La numerazione della pagina terrà quindi conto di possibili future modifiche, lasciando quindi le riserve necessarie.
• La numerazione dei componenti e dei fili terrà quindi conto delle regole descritte nella pagina di legenda  per la lettura dello schema come anche la numerazione dei cavi, dei connettori e delle morsettiere secondo zona di montaggio, senza dimenticare i casi particolari dettagliatamente descritti in legenda.
• Un'altro punto estremamente importante per rendere fruibile lo schema è il corretto funzionamento dei riferimenti incrociati, ovvero i rimandi tra le pagine delle varie connessioni. Questo lavoro viene facilitato da tutti i produttori di CAD dedicati alla progettazione elettrica come ad esempio Eplan, Ige-xao, Spac, Cadelet, questi sono i più famosi ma ce ne sono molti altri, comunque gli errori sono sempre in agguato, quindi al progettista tocca tenere sempre d'occhio il buon funzionamento degli stessi per permettere ai tecnici di seguire lo schema.
• Un'ultimo appunto e quello relativo agli I/O del PLC che vengono distribuiti all'interno dello schema elettrico nei vari luoghi di montaggio, per poi produrre un resoconto riassuntivo delle connessioni I/O in una zona adibita a questa funzione. Questo permette di disegnare ed inserire tutti i simboli dei componenti installati nelle varie zone, all'interno delle zone di montaggio nello schema, la cosa risulta utilissima in quanto, se una zona contiene fisicamente 5 finecorsa e 6 elettrovalvole, queste saranno graficamente disegnate e verranno descritte tutte le connessioni a loro relative in pochissime pagine nella zona di montaggio dedicata.

Avviamento motore asincrono trifase nelle moderne automazioni

Nel semplice esempio indicato nell'immagine allegata è indicato come viene eseguito il cablaggio di un avviamento motore asincrono trifase in un moderno impianto elettrico industriale.

L'automazione moderna oltre alla parte elettromeccanica di potenza e la parte di logica cablata comprende rispetto ai vecchi impianti ormai superati da decenni il PLC ovvero Programmable logic controller, un tipo di computer industriale utilizzato per sostituire l'obsolete, e onerosa, logica cablata. In commercio ce ne sono di molte marche, tra i più famosi produttori ci sono Siemens, Schneider, ABB, Mitsubishi, Panasonic, Fanuc, Fagor, e la lista potrebbe allungarsi all'infinito.

Nella maggior parte dei casi, quindi anche la semplice accensione di un motore, verrà gestita da un software che ne valuterà la possibile accensione o meno.

Pariamo dall'analisi della colonna n° 1 della pagina di schema:

1. In essa è disegnata la parte di potenza relativa al motore in questione, si parte con il salvamotore, dimensionato a seconda dei dati di targa del motore, i produttori di questa tipologia di prodotti ci aiutano fornendo prodotti dimensionati per le principale taglie di motori in commercio. a fianco del simbolo del salvamotore sono indicati 2 contatti ausiliari utilizzati uno per diseccitare il teleruttore adibito all'accensione del motore e l'altro come INPUT o ingresso di controllo per il PLC che quindi agirà secondo logica programmata.
2. Successivamente sono disegnati i contatti di potenza del teleruttore, ed anche in questo caso i produttori ci aiutano nel dimensionamento con il medesimo principio sopra descritto
3. Un connettore l'XC19 si interpone tra la parte relativa al cablaggio interno al quadro e la parte relativa al cablaggio bordo macchina si può notare come il connettore abbia la parte femmina connessa dal lato quadro elettrico e la parte maschio connessa dal lato bordo macchina per evitare possibili parti esposte in tensione.
4. Sotto al connettore è indicata una linea trasversale ai fili chiamata W113 che indica il cavo multipolare utilizzato per collegare il motore al connettore, in piccolo a fianco dell'intersezione è indicato il numero del filo che viene utilizzato per  la connessione in questione. Questo è uno dei metodi utilizzati per indicare i cavi negli schemi elettrici, a mio parere uno dei più intuitivi. Avremo quindi il filo 1 del cavo W113 connesso da una parte al connettore XC19 pin 1 e all'altro capo il filo numero 1 verrà connesso al morsetto U1 del motore asincrono trifase.
5. In parallelo al motore in fine è connesso un filtro trifase RC a stella utilizzato per addolcire i picchi di tensione e gli archi causati dal teleruttore in fase di apertura e chiusura dei contatti generalmente questi picchi di tensione in gergo vengono definiti "Spike" e possono provocare disturbi alle sensibili parti elettroniche a bordo dei moderni impianti elettrici industriali.

Analisi della colonna n° 4:

1. Il primo componente che incontriamo è un contatto aperto riquadrato in modo tratteggiato, questo relè chiamato K1 fa parte di una scheda di interfaccia con molti relè che nello schema ha il nome di A1620 essa viene utilizzata come tramite tra le uscite "OUTPUT" del PLC e il teleruttore. Queste schede di interfaccia vengono utilizzate poter connettere al PLC carichi di una certa consistenza oppure carichi in corrente alternata, in quanto la maggior parte dei moderni PLC non sopporta la connessione di carichi che superino poche decine di mA in corrente continua.
2. Sotto il contatto di interfaccia è rappresentata la bobina del teleruttore con un rettangolo ed il nome di K1134 i quali contatti di potenza sono stati descritti precedentemente e sono indicati nella colonna 1
3. Sotto la bobina c'è un primo contatto ausiliario N.O. del salvamotore indicato in colonna 1 con il nome di Q1131 che permetterà alla bobina di diseccitarsi in caso di apertura del salvamotore che chiaramente potrebbe intervenire a causa di un cortocircuito o di un sovraccarico è un aggiunta per quanto riguarda la certezza dello sgancio di tutte le fasi in caso di intervento del salvamotore.

Analisi della colonna n°8:

1. Come primo componente abbiamo indicato un contatto N.C. sempre di Q1131, connesso ad un ingresso o INPUT del PLC. Questo tipo di cablaggio permette al PLC di conoscere lo stato del salvamotore e quindi al software di interagire di conseguenza,come ad esempio: In caso di intervento della termica verrà garantita l'apertura dell relè ausiliario K1 della scheda A1620 comandato da un OUTPUT del PLC come spiegato in precedenza, oppure verrà segnalato all'operatore che la termica in questione è intervenuta a causa di un guasto.

Nel prossimo post verranno indicati i criteri per la numerazione in un complesso impianto elettrico.