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Il seguente lavoro è una rielaborazione tratta dal libro “PLC Controllori Logici Programmabili Programmazione, applicazioni ed esercitazioni” di M. Barezzi, pubblicato dalla Editrice San Marco, a cui si rimanda per eventuali approfondimenti.

 

 

1. Introduzione

Il PLC, acronimo di Programmable Logic Controller (Controllore a Logica Programmabile), è l'elemento base del sistema di controllo di macchine e processi industriali. Un sistema di controllo e di misura di un processo industriale può essere descritto come un insieme di dispositivi interconnessi e comunicanti tra loro attraverso una o più reti di comunicazione. Ogni dispositivo è un'entità fisica indipendente capace di realizzare una o più funzionalità.Il PLC nasce come elemento sostitutivo della logica cablata elettronica e dei quadri di controllo a relè e si è qualificato da tempo come elemento insostituibile nell'automazione di fabbrica (il primo modello commerciale fu sviluppato nel 1969 dalla Modicon per la General Motors Hydramatic Division).In pratica lo si può considerare come un particolare computer dotato di particolari circuiti (interfacce I/O) in grado di dialogare con dispositivi quali pulsanti, sensori, azionamenti e apparecchiature elettroniche in genere.Diversamente dai normali personal computer è pensato per lavorare in ambienti difficili, quali sono quelli industriali, dove è facile trovare elevate temperature, un elevato grado di umidità, disturbi elettrici, vibrazioni e sostanze aggressive.Negli ultimi anni sono state emanate norme CEI (Comitato Elettrotecnico Italiano) che si occupano dei PLC; in particolare vale la pena ricordare la norma CEI 65-23 (conforme alla norma internazionale IEC 1131 1 a parte ripresa integralmente dalla norma europea EN 61131-1) che fornisce le informazioni generali sui controllori programmabili, la norma CEI 65-39 (conforme alla norma internazionale IEC 1131 2 a parte ripresa integralmente dalla norma europea EN 61131-2) che dà le definizioni e le prove delle apparecchiature e, infine, la norma CEI 65-40 (conforme alla norma internazionale IEC 1131 3 a parte ripresa integralmente dalla norma europea EN 61131-3) che prende in considerazione i linguaggi di programmazione.

 

 

 

 

 

Fig. 1 - a) Esempio di controllore logico programmabile compatto (monoblocco) SYSMAC CPM2A - b) Esempio di controllore logico programmabile modulare SYSMAC CQM1 (Omron).

 

La logica cablata, realizzata mediante dispositivi discreti come relè, temporizzatori e contatori, presenta in particolare le seguenti caratteristiche:

 

•  difficilmente modificabile e di costosa realizzazione;

 

•  deterioramento delle parti meccaniche in movimento;

 

•  falsi contatti sulle saldature;

 

•  danneggiamento delle bobine dei relè;

 

•  di difficile diagnostica;

 

•  difficile da interfacciare con computer, stampanti, terminali, ecc.;

 

•  inidonea per sistemi di controllo complessi.

 

I punti indicati precedentemente fanno sì che la logica cablata mal si presta a realizzare le moderne automazioni.La logica di controllo nei PLC è invece realizzata tramite una serie di istruzioni che costituiscono il programma (software), che viene installato nella memoria di programma presente nell'apparecchiatura (hardware) durante la fase di programmazione. Quando successivamente il PLC è chiamato a realizzare l'automazione eseguendo il programma, le informazioni che provengono dall'impianto arrivano sugli ingressi (input) e vengono lette; quindi, in relazione alle istruzioni presenti nel programma, sono attivate le uscite (output).

 

In particolare, i PLC presentano le seguenti caratteristiche principali:

 

•  facile da programmare, consentendo di modificare velocemente, secondo le mutate esigenze dell'impianto, il software senza intervenire sulla parte hardware (collegamenti, moduli, ecc.);

 

•  facile da ampliare e modificare;

 

•  di facile manutenzione (componenti modulari);

 

•  di semplice interfacciabilità con dispositivi come personal computer, stampanti, terminali, per la creazione di report, analisi, stampa, ecc.; è inoltre possibile realizzare reti locali (LAN) nelle quali è possibile controllare mediante personal computer impianti ove operano vari PLC e con essi scambiare dati, oppure eseguire il collegamento alla rete Internet via modem;

 

•  robustezza, per poter lavorare in ambiente di tipo industriale;

 

•  maggiore affidabilità;

 

•  di ridotte dimensioni;

 

•  di rapida risposta;

 

•  pensato per il controllo anche di sistemi complessi;

 

•  di facile riutilizzo per altre applicazioni, qualora l'impianto dove è installato sia smantellato;

 

•  con costi competitivi che si sono ridotti, con il passare degli anni, sempre di più, rendendo il PLC adatto per un numero di applicazioni sempre maggiori: dalle più semplice, che vede il PLC utilizzato negli ambienti domestici (domotica), alle più complesse, sviluppate per gli ambienti industriali.

 

Le citate caratteristiche ne fanno la principale apparecchiatura utilizzata come sistema di controllo nella moderna automazione industriale.

 

Caratteristiche

Logica cablata

Logica programmabile

 

Elettromeccanica

Elettronica

PLC

PC

Prezzo per funzione

Abbastanza basso

Basso

Basso

Abbastanza alto

Dimensioni fisiche

Voluminose

Molto compatte

Molto compatte

Abbastanza compatte

Velocità operativa

Lenta

Molto veloce

Veloce

Abbastanza veloce

Immunità ai disturbi elettrici

Eccellente

Buona

Buona

Piuttosto buona

Installazione

Elevati tempi per la progettazione e l'installazione

Elevati tempi per la progettazione

Semplice da programmare e da installare

Elevati tempi per la programmazione, installazione non sempre semplice

Capacità di complicate operazioni

No

Facilità di cambiamento funzioni

Molto difficile

Difficile

Molto semplice

Piuttosto semplice

Manutenzione

Difficile per l'elevato numero dei contatti

Difficile se i circuiti integrati sono saldati

Semplice, poche schede standard

Difficile, poche schede disponibili sul mercato fatte su ordinazione

 

 

 

2. Criteri di scelta di un controllore logico programmabile

 

Dopo aver optato, fra le diverse soluzioni tecnologiche, per l'automatizzazione di un processo industriale con un controllore programmabile, è opportuno considerare, per la sua scelta, i seguenti punti:

 

•  numero e tipo di segnali che si devono elaborare, ovvero il numero degli I/O e segnali analogici e/o digitali necessari per realizzare l'automazione; si tenga inoltre conto di un 20% in più per eventuali futuri ampliamenti; nella scelta occorre considerare anche il numero massimo per un determinato tipo di controllore al fine di evitare la sostituzione dell'apparecchiatura in presenza di modifiche all'impianto;

 

•  disponibilità di moduli speciali: moduli di ingresso veloce, controllo assi, moduli master per bus di campo, moduli per il collegamento in rete con altri PLC o PC (possibilità questa utile per la diagnosi dei guasti e per la risoluzione delle problematiche di interfacciamento uomo/macchina), lettori per codici a barre;

 

•  tipo di istruzioni disponibili in relazione al tipo di software applicativo che si vuole realizzare; quindi, oltre alla presenza delle istruzioni base, la possibilità di utilizzare istruzioni avanzate che possono facilitare la realizzazione di software complessi;

 

•  volume dell'elaborazione che deve svolgere il PLC, ovvero la quantità di memoria presente nel controllore (K parole di memoria) e la possibilità di espanderla;

 

•  tempo di ciclo del PLC, al fine di verificare se il controllore è sufficientemente veloce per l'automazione che si intende realizzare;

 

•  tipo di sensori e attuatori, ovvero la possibilità di collegamento agli ingressi di sensori in corrente alternata o continua e, in questo caso, se del tipo NPN o PNP; sulle uscite, la possibilità di scelta tra il tipo a relè (funzionano in AC o DC e garantiscono l'isolamento galvanico, ma hanno una limitata vita operativa meccanica), a transistor (DC) e a tiristore (AC) (hanno un funzionamento statico e, pur non fornendo un isolamento galvanico e richiedendo valori di tensione di funzionamento più precisi, hanno maggiore affidabilità e minore tempo di risposta);

 

•  tipo di morsettiere disponibili (a vite, a molla, ecc.) al fine di facilitare il cablaggio e la manutenzione (morsettiere staccabili);

 

•  tipo di memorie installabili, per esempio RAM tamponate, EPROM, EEPROM, Memory card, ecc.;

 

•  verifica delle caratteristiche ambientali, in relazione ad esempio alla temperatura ambiente, alla presenza di vibrazioni, alla pressione atmosferica, all'umidità, all'altitudine del luogo di installazione, al grado di protezione;

 

•  assistenza tecnica, ovvero la possibilità di ricorre, in caso di necessità, a tecnici specializzati sul modello utilizzato, nonché la possibilità di corsi di formazione;

 

•  per quanto riguarda la vita operativa, si consiglia di scegliere modelli immessi recentemente sul mercato al fine di evitare un'obsolescenza precoce;

 

•  linguaggi di programmazione, ovvero la possibilità di programmare il PLC con diversi linguaggi di programmazione, in relazione alla preparazione tecnica del personale addetto alla programmazione; vale la pena ricordare che l'aggiornamento del personale ha un suo costo ed è da preferire un sistema di programmazione che prevede un comune personal computer dotato di apposito software interfacciato con il PLC;

 

•  costo delle apparecchiature e verifica del rapporto qualità prezzo; normalmente i costruttori di macchine si specializzano su alcune marche, al fine di ridurre i costi di acquisto, di utilizzo o di programmazione;

 

•  costo delle interruzioni del funzionamento dell'impianto, legato alla reperibilità dei pezzi di ricambio non solo nel luogo in cui la macchina è costruita, ma anche dove la macchina sarà installata, nonché i tempi di consegna dei pezzi di ricambio;

 

La scelta di un PLC (marca, modello, ecc.), da parte di un costruttore di macchine o impianti automatici, in realtà può essere definita dal cliente, il quale preferisce un determinato modello o marca per fiducia, per preparazione tecnica del personale addetto alla conduzione della macchina o dell'impianto o, infine, per motivi legati all'esportazione in Paesi dove è più facile trovare i pezzi di ricambio (e a costi minori) di una determinata marca. Per facilitare la configurazione dei PLC i costruttori mettono a disposizione programmi o file. Ad esempio la Omron fornisce, per i PLC CJ1, il file, da utilizzare con il foglio elettronico Microsoft Excel. Il configuratore permette di selezionare i moduli disponili alla data di rilascio del file e verificare la correttezza della configurazione.

 

 

Fig. 2 - Esempio di utilizzo del configuratore per l'indirizzamento degli I/O dei PLC Omron CJ1 mediante il foglio elettronico Microsoft Excel (Omron).

 

 

 

3. Installazione e manutenzione dei controllori logici programmabili

 

Un controllore logico programmabile è costituito da una parte hardware e da una parte software, che esigono diverse procedure di installazione e manutenzione.Per la messa in opera di un PLC, al fine di garantire un corretto funzionamento, oltre alla sicurezza dell'impianto e del personale ad esso preposto, è necessario considerare alcuni aspetti: la corretta installazione, la protezione contro i disturbi di natura elettrica e, infine, l'ambiente (temperatura, pressione, ecc.) con le sue caratteristiche critiche.Prima dell'installazione, è importante leggere sul manuale del controllore le istruzioni per il montaggio, in quanto, se è vero che esistono alcuni aspetti sempre validi, bisogna tenere conto anche delle caratteristiche specifiche di ogni PLC. Il controllore viene collocato in genere in armadi elettrici, e normalmente, si trova con altre apparecchiature elettroniche ed elettromeccaniche (relè, contattori, convertitori di frequenza, ecc.), appartenenti a circuiti di comando e di potenza.L'installatore deve attenersi, nella realizzazione dell'impianto di una macchina industriale, alle indicazioni fornite dalle norme CEI 44-5, versione italiana della norma europea EN 60204-1, equivalente alla Pubblicazione IEC 204-1: “Sicurezza del macchinario. Equipaggiamento elettrico delle macchine. Parte 1: Regole generali”.

 

 

 

3.1 Installazione cablaggio dei conduttori

 

La disposizione dei conduttori all'interno del quadro elettrico diventa elemento fondamentale per garantire un'elevata immunità dai disturbi elettromagnetici e, quindi, porre al riparo il controllore da eventuali malfunzionamenti. Nel cablaggio interno all'armadio, la disposizione dei conduttori gioca un ruolo importante ai fini della sicurezza dai disturbi. Risulta opportuno, come consigliato da alcuni manuali dei PLC (per esempio Omron), suddividere i vari conduttori in gruppi.

 

Gruppo 1 (alta sensibilità):

 

•  conduttori schermati per dati e ingressi ad alta velocità (per encoder incrementali);

 

•  conduttori schermati per segnali analogici;

 

•  conduttori non schermati per tensioni continue e alternate con valori inferiori o uguali a 60 V;

 

•  conduttori schermati per tensioni continue e alternate con valori inferiori o uguali a 230 V.

 

Gruppo 2:

 

•  conduttori non schermati per tensioni continue e alternate con valori maggiori di 60 V e inferiori o uguali a 230 V.

 

Gruppo 3:

 

•  conduttori non schermati per tensioni continue e alternate con valori maggiori di 230 V e inferiori o uguali a 1 kV.

 

I gruppi di conduttori citati precedentemente vanno disposti separatamente nel quadro elettrico, utilizzando apposite canalette o fasci di cavi separati. T ra i conduttori di segnale e i cavi di potenza con tensione maggiore di 500 V va sempre mantenuta una distanza minima di 100÷300 mm (ad esempio, 300 mm nel PLC Omron C20). Se l'installazione richiede l'impiego di cavi schermati, si devono collegare gli schermi ad un'apposita sbarra di intercettazione. Lo schermo dovrebbe continuare sino alle apparecchiature collegate (per esempio, sensori), ma non deve essere collegato ad esse. Per esempio, se il PLC Omron CJ1 ha le linee I/O (all'esterno del quadro elettrico) installate in prossimità di cavi di alimentazione di potenza pari a 400 V, 10 A o a 220 V, 20 A, questi ultimi devono essere collocati ad una distanza di almeno 300 mm se le rispettive canalizzazioni sono parallele; se i cavi devono essere inseriti nella stessa canalizzazione, nel punto di collegamento all'apparecchiatura, occorre schermarli con una piastra metallica collegata a terra (R

 

 

 

Fig. 3 - a) Distanze minime contro i disturbi elettrici - b) Distanze minime per il cablaggio esterno dei conduttori (Omron).

 

Al fine di facilitare il montaggio e la rimozione del PLC, è opportuno che le canaline siano poste ad una distanza minima di circa 40 mm dal PLC, mentre i cavi di collegamento tra i dispositivi devono essere allentati di circa 30 mm per avere la possibilità di sfilare le morsettiere dei moduli I/O in caso di sostituzione degli stessi. Per quanto riguarda la disposizione dei conduttori all'esterno del quadro (e all'interno dello stesso edificio), risulta opportuno stendere i cavi su supporti metallici porta cavi. I punti di giunzione dei supporti porta cavi (per esempio, passerelle) devono essere collegati galvanicamente fra di loro e vanno effettuati collegamenti verso la terra locale ogni 20÷30 m.

 

Nello stesso supporto porta cavi si possono stendere insieme:

 

•  conduttori non schermati per segnali digitali con tensione minore o uguale a 60 V;

 

•  conduttori schermati per dati e segnali analogici;

 

•  conduttori schermati per segnali fino a 230 V.

 

I conduttori con tensioni superiori a 230 V devono essere disposti in supporti porta cavi separati.

 

 

Fig. 4 - Esempio della disposizione di un PLC CJ1 con unità base e di espansione I/O (Omron).

 

Per quanto riguarda la posa dei cavi fuori degli edifici, vanno rispettate le norme di protezione antifulmine e di messa terra. In particolare, per la protezione antifulmine all'esterno dell'edificio, occorre stendere i cavi in tubi di metallo messi a terra da entrambi i lati, oppure in canali porta cavi in cemento completamente armato, oppure in cavi antifulmine. Per quanto riguarda i cavi, questi devono essere normalmente schermati. Lo schermo deve essere capace di condurre corrente e va collegato a terra ad entrambe le estremità. Per i conduttori di segnali analogici, si devono impiegare all'esterno cavi con doppio schermo. Lo schermo interno va collegato a terra solo ad un'estremità. Oltre a quanto già esposto, occorre prevedere per i conduttori di segnale appositi elementi di protezione dalle sovratensioni (VDR e scaricatori a gas inerte); questi dispositivi vanno disposti all'entrata dei cavi nell'edificio o almeno nell'armadio elettrico. Naturalmente, le misure protettive antifulmine richiedono un esame specifico per ogni impianto. Può essere opportuno bilanciare i potenziali tra due apparecchiature collegate; nel caso di impiego di cavi schermati, occorre stendere un conduttore equipotenziale con una impedenza minore, uguale al 10% di quella dello schermo del cavo. Se i carichi collegati alle uscite sono di tipo induttivo, come contattori, relè ed elettrovalvole, occorre installare in parallelo al carico un soppressore di disturbi formato da un gruppo RC (AC o DC), o un VDR (AC o DC) o un diodo (DC). Non si devono utilizzare, per l'illuminazione del quadro elettrico, normali lampade fluorescenti, essendo causa di forti disturbi. Qualora non si possa fare a meno di questo tipo di lampada, diventa necessario attuare i seguenti provvedimenti: collocare una griglia metallica di schermatura sopra la lampada, utilizzare un cavo di alimentazione schermato e far uso di un interruttore di comando in capsula metallica, di un filtro di rete o di un conduttore di rete schermato. Per facilitare il cablaggio, esistono apposite plafoniere precablate che incorporano un filtro antidisturbo ed uno starter di tipo elettronico. Bisogna prevedere, per l'alimentazione delle unità di programmazione (per esempio, un personal computer portatile), in ogni quadro elettrico contenente un PLC, almeno una presa a 220/230 V AC, da utilizzare in caso di manutenzione, alimentata dalla rete e collegata al conduttore di protezione dell'armadio. Si ricorda di non inserire o rimuovere parti di PLC (moduli, CPU, ecc.) quando il sistema è alimentato, al fine di evitare un loro eventuale danneggiamento. L'alimentazione di un PLC può venire effettuata sia in DC sia in AC, a seconda del tipo di controllore scelto e in base al tipo di alimentazione disponibile. Normalmente, vengono alimentati a 24 V DC o a 115/240 V AC, dove gli ingressi e le uscite possono essere alimentati a diverse tensioni e tipo di corrente.

 

3.2 Morsetti di interfaccia

I PLC lavorano in collaborazione con apparecchi periferici dai quali ricevono ed ai quali inviano dei segnali elettrici. Questi apparecchi (per esempio, interruttori e finecorsa), collegati agli ingressi dei controllori, inviano segnali di comando, mentre apparecchi (per esempio contattori per il comando di motori), collegati alle uscite, ricevono segnali elaborati dal PLC per il comando di utilizzatori. I dispositivi di interfaccia sono utilizzati, in questo caso, per collegare i controllori programmabili e gli apparecchi periferici.

Fig. 5 - a) Esempi di morsetti di interfaccia per montaggio su guida DIN - b) Esempi di uso dei morsetti di interfaccia con un PLC con I/O digitali funzionanti a 24 V DC (Siemens).

Questi dispositivi possono svolgere le seguenti funzioni:

•  collegamento di apparecchi ed impianti con differenti livelli di segnale, per esempio sistemi elettronici, a potenziale diverso tra di loro e sistemi elettronici con apparecchi elettromeccanici;

•  separazione galvanica tra ingresso e uscita del morsetto di interfaccia e, quindi, tra i diversi circuiti collegati ad esso;

•  nessuna trasmissione di sovratensioni causate da manovre di apertura di apparecchi elettromeccanici e da disturbi atmosferici;

•  amplificazione di deboli segnali di comando, permettendo, per esempio, l'accoppiamento di uscite di sistemi elettronici a bassa caricabilità (uscite a transistor) con apparecchi elettromeccanici. Un caso tipico sono le bobine dei normali contattori che, altrimenti, non potrebbero comandare direttamente a causa del loro elevato assorbimento di corrente;

•  ridotto assorbimento della bobina (0,5 W a 24 V, 1 W a 110 V o a 220 V, ad eccezione del morsetto con 2 contatti di lavoro che assorbe 0,8 W a 24 V);

•  ingombro ridotto, pari a 12,5 mm per l'esecuzione ad un contatto, 17,5 mm per l'esecuzione con due contatti di lavoro e 22,5 mm per l'esecuzione con un contatto in scambio.

Sono disponibili morsetti di interfaccia di ingresso, con tensioni di comando in corrente alternata e continua a 24 V, 110 V e 220 V con un contatto di lavoro, e due esecuzioni di interfaccia di uscita, con tensione di comando di 24 V sia in corrente alternata sia in corrente continua, con uno o due contatti di lavoro o con un contatto di scambio. Questi morsetti sono in genere disponibili per il fissaggio su guida profilata, per un facile montaggio all'interno dei quadri elettrici. Un diodo LED indica la presenza della tensione di comando al relè e, quindi, lo stato di funzionamento dell'interfaccia; il ponte raddrizzatore permette il comando della bobina con corrente continua o alternata e, contemporaneamente, limita le sovratensioni generate alla disinserzione della bobina. La durata meccanica degli apparecchi è di 20 milioni di cicli di manovra, mentre la corrente di impiego dei contatti è di 1,5 A in categoria AC11.

3.3 Condizioni ambientali

Affinché il controllore possa operare in modo corretto, devono essere garantite alcune condizioni ambientali, quali la temperatura di funzionamento e l'umidità relativa fissate dal costruttore. Infatti, molti modelli non devono lavorare a temperature inferiori a 0 °C o maggiori di 60 °C e vanno protetti da brusche variazioni di temperatura che possono dar luogo a fenomeni di condensa. L'umidità relativa dell'ambiente in cui operano non deve essere minore del 30% o maggiore dell'80%. Per quanto concerne la temperatura di funzionamento, è opportuno installare il controllore con i fori per l'aerazione posti in modo da favorire lo scambio termico per convezione. In genere, tale posizione corrisponde a quella orizzontale.

Fig. 6 - Montaggio di un PLC su più file (Siemens).

Se tale installazione non fosse realizzabile, si può sistemare il controllore verticalmente, avendo però cura di ridurre la temperatura massima ammissibile all'interno del quadro elettrico di circa un terzo (per esempio, da 60 a 40 °C). Sia nel montaggio orizzontale sia in quello verticale, è opportuno rispettare le distanze minime tra le unità che compongono il controllore (PLC modulari) al fine di garantire un corretto raffreddamento. Nel montaggio orizzontale, infine, è bene installare l'unità centrale nella parte bassa del quadro elettrico, onde evitare che questa venga investita dal calore prodotto dalle altre unità. Il controllore deve essere protetto da gas corrosivi o infiammabili, polveri, particelle di sale o ferro (che, da sole o mischiate a vapori, possono diventare conduttrici), spruzzi di acqua, olio o sostanze chimiche. È perciò necessario che le schede elettroniche siano chiuse in un armadio elettrico che abbia un grado di protezione di almeno IP54, che eviti cioè la penetrazione di polvere e liquidi. Questo tipo di protezione presenta però l'inconveniente di impedire lo smaltimento del calore che si viene a produrre all'interno del quadro elettrico; si ricorre allora ad un sistema di ventilazione, impedendo così che la temperatura superi i 60 °C. Quando il controllore lavora in ambienti non ostili (assenza di polvere, vapori, ecc.), può essere installato in armadi elettrici con opportune feritoie che consentano lo scambio diretto dell'aria calda che c'è all'interno dell'armadio con l'aria esterna più fredda. Questo scambio termico può avvenire spontaneamente, in quanto l'aria calda tende a salire verso l'alto, oppure può essere effettuato forzatamente con opportuni ventilatori; in alcuni casi, si rende necessario usare filtri protettivi, disposti in genere nella parte bassa del quadro elettrico. L'impiego di filtri richiede una manutenzione periodica, in quanto il loro intasamento provoca una notevole riduzione del flusso dell'aria, con un conseguente aumento della temperatura interna. Qualora l'ambiente sia ostile, è necessario proteggere il PLC con armadi aventi un certo grado di protezione (come si è detto, almeno IP54); in questo caso, il calore prodotto all'interno riscalda le pareti dell'armadio le quali, per convezione e irraggiamento, scambiano il calore con l'esterno. Può essere necessario installare dei ventilatori che, facendo circolare l'aria all'interno, rendono più uniforme la temperatura; si previene così la formazione di sacche d'aria calda, che spesso creano problemi alle schede elettroniche. Talvolta si utilizzano degli scambiatori di calore aria-aria che permettono di raffreddare l'interno dell'armadio senza che vi sia una via di comunicazione tra l'aria interna e quella esterna, consentendo così un elevato grado di protezione. Qualora la quantità di calore sia molto elevata, si può ricorrere a scambiatori aria-acqua o a condizionatori che consentano di portare la temperatura all'interno dell'armadio anche a valori inferiori a quelli dell'ambiente esterno, garantendo sempre un elevato grado di protezione.

Fig. 7 - Tecniche di raffreddamento di un armadio elettrico: a) Aperto - b) In esecuzione chiusa.

Nel caso in cui l'altitudine del luogo di installazione dell'armadio elettrico sia superiore ai 1000 m, devono essere usate apparecchiature elettroniche adeguate o declassate secondo le indicazioni del costruttore per tenere conto della riduzione della rigidità dielettrica dell'aria e del suo ridotto effetto raffreddante. Se il quadro elettrico dovesse, invece, lavorare in ambienti con basse temperature, si possono utilizzare resistenze anticondensa, che permettono di mantenere una temperatura positiva (>0 °C) all'interno dei quadri ed evitano dannose formazioni di condensa, dovute alle differenti temperature determinate dal funzionamento dei componenti elettrici ed elettronici. Le suddette resistenze hanno un corpo in alluminio con grandi alette, al fine di garantire un buon irradiamento del calore; possono essere dotate di un ventilatore che migliori l'efficacia della resistenza riscaldante, aumentando la convezione dell'aria ed evitando così l'accumulo del calore attorno alla resistenza.

Fig. 8 - a) Esempio di diagramma per il calcolo della potenza dissipata o assorbita da un armadio elettrico - b) Esempio di posizionamento di alcuni condizionatori e scambiatori per quadri elettrici (Kelvin).

è possibile calcolare la potenza raffreddante W di un condizionatore necessaria in un armadio elettrico con la seguente formula pratica:

W = S × k × D t

dove:

S = l'intera superficie libera dell'armadio [m 2 ]

k = coefficiente di scambio termico [circa 5 W × m 2 × h × °C per gli armadi in lamiera]

D t = differenza di temperatura tra l'interno e l'esterno dell'armadio.

Mentre quando la temperatura dell'armadio è superiore alla temperatura esterna si ha un vantaggio, nel caso inverso (temperatura esterna superiore a quella interna) la potenza che l'armadio riceve dall'ambiente dovrà essere tolta dal condizionatore insieme alla potenza prodotta dalle apparecchiature elettriche. I costruttori di quadri elettrici forniscono delle tabelle e/o programmi per personal computer che consentono di determinare la portata di un ventilatore o la potenza raffreddante di un condizionatore per armadi, in base alla potenza interna dispersa in calore ed alla differenza di temperatura fra l'interno e l'esterno del quadro. Nella definizione della portata dei ventilatori, è sempre bene considerare una riduzione del rendimento fino al 20% in seguito alla progressiva saturazione dei filtri (lavabili in acqua o con un soffio di aria compressa). È bene, infine, evitare che il controllore sia esposto alla luce solare diretta e che lavori in ambienti con forti vibrazioni o urti superiori ai livelli indicati dai costruttori.

 

Fig. 9 - Tipi di scambio termico tra le apparecchiature e i conduttori posti all'interno del quadro elettrico e l'ambiente esterno.

 


continua...

12 days ago
 
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