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.

Applicazione elettrotecnica del sistema trifase

L'applicazione elettrotecnica di un sistema trifase può essere sostanzialmente ridotta a 3 sistemi monofase con un punto in comune, il neutro.
La chiave di lettura di questo sistema è comprendere solamente che ogni fase esprime una differenza di potenziale sfasata di 120° rispetto all'altra.
Pensiamo allo stemma della Mercedes "la famigerata stella", il centro di questa stella ha come potenziale 0 e in sostanza è il neutro, invece i raggi dello stemma sono la rappresentazione delle tensioni sfasate di 120° l'una dall'altra.

In un sistema equilibrato, cioè con 3 tensioni uguali e sfasate di 120° potremo dire che:
Misurando tra fase e neutro la tensione quindi tra N ed A, troveremo un valore che nel caso dell'Italia convenzionalmente sarà 230V quindi con un rapporto uguale a radice quadrata di 3 otterremo il valore della tensione di linea o concatenata ovvero tra A e B che nel caso Italiano
sara convenzionalmente 400V

in quanto 230 x RADQ3 = 398

Le 3 tensioni alternate sinusoidali sfasate ed equivalenti produrranno quindi un campo magnetico rotante che permetterà al classico motore asincrono di ruotare.

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.

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.