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 5

Arrivati a questo punto è possibile iniziare il vero e proprio progetto.

È quindi necessario cerare le varie zone, i moderni CAD CAE ovvero cad dedicati al disegno elettrico, ci aiutano. Ad esempio il software Eplan P8 permette di creare la così detta struttura del progetto.

Non e indispensabile utilizzare un CAD dedicato, ma la gestione di un complesso impianto elettrico può risultare ingestibile con un prodotto non indicato.

Questo non è nient’altro che un diagramma ad albero, delle famose zone descritte nei precedenti post, nelle quali sono contenute le pagine dove lo schema è effettivamente disegnato.

Un’ altro punto importante è la struttura del cartiglio, a mio parere ogni pagina deve contenere 8 colonne entro le quali disegnare questo permetterà di non inserire troppi componenti per ogni singola pagina a patto che sotto ogni colonna si inserisca ad esempio un singolo ingresso connesso ad un sensore.

Come decritto nella fase precedente dividendo in otto parti il cartiglio e utilizzando una pagina ad esempio per disegnare 8 ingressi oppure 8 uscite, risulterà possibile ottenere un ordinato elenco degli I/O.

È comunque possibile non elencare gli I/O ovvero ingressi e uscite di seguito o consecutivamente nello schema, potrebbe risultare più conveniente distribuirli all’interno dello schema a seconda delle esigenze, questo comunque è un aspetto che per il momento è possibile trascurare.

Iniziando quindi a disporre i componenti nelle varie zone ci troveremo con il dover creare delle linee di alimentazione dedicate alla zona, che successivamente dovranno essere disegnate nella parte dedicata alla distribuzione delle varie alimentazioni, distribuzione che in seguito dovrà essere correttamente dimensionata.

Successivamente possiamo disporre la serie di ingressi ai quali verranno connessi i sensori trascurandone tranquillamente il percorso che effettivamente i conduttori seguiranno.

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.

Iniziare un progetto elettrico STEP 1

Come iniziare un nuovo progetto per un’automazione:

Al primo punto a mio parere è necessario studiare una struttura sulla quale costruire l’impianto elettrico.

Bisogna stabilire se ad esempio dobbiamo connettere una o più macchine o impianti elettrici tra di loro. Dato che nella maggior parte dei casi è una possibilità non trascurabile gli impianti possono essere strutturati in questo modo:

A01 = impianto elettrico della macchina 1

A02 = impianto elettrico della macchina 2

A03 = impianto elettrico della macchina 3

Stabilito il primo step relativo agli eventuali impianti da connettere tra di loro sarà necessario definire le varie zone nelle quali i componenti verranno installati nell’impianto che desideriamo progettare, questo punto non necessariamente determina un numero finito di componenti installati in ogni singola zona, ma solamente il luogo dove ci potrebbe essere la necessità di installare un gruppo di componenti elettrici.

Ad esempio:

E01 = Quadro elettrico principale

X10 = Scatola di derivazione 10

X20 = Scatola di derivazione 20

ECC

Nell’immagine seguente si può intuire come inserire varie scatole in varie zone adibite a diverse funzioni.

È quindi facile intuire come nelle varie zone verranno installati in linea di massima i componenti relativi alle funzioni indicate nel disegno

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.

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.