sicurezza delle persone e delle macchine

Schneider Electric

7.10 Le funzioni e i prodotti di sicurezza7.11 Conclusione

Sicurezza delle persone e delle macchine

186

b Rete “ASI Safety at work”Safety at Work costituisce una delle novità più significative e rivoluzionarieintrodotte dall'AS-i: è ora possibile cablare su un unico cavo, sia I/Odistribuiti che i circuiti di sicurezza, utilizzando prodotti certificati fino allacategoria 4 della norma EN-954-1. Ciò può permettere di abbandonare completamente il cablaggiotradizionale, a favore di una soluzione più flessibile e, molto spesso,economicamente vantaggiosa informazioni riguardanti il processo.

Il sistema AS-Interface “Safety at work” soddisfa le esigenze dellamaggior parte delle applicazioni di sicurezza, quali ad esempio:

- Controllo della funzione di arresto di emergenza con contatti adapertura istantanea (categoria 0).

- Controllo della funzione di arresto di emergenza con contatti adapertura temporizzata (categoria 1).

- Controllo di interruttori con o senza interblocco.- Controllo di barriere luminose, ecc...

Le opzioni relative alla sicurezza quali ad esempio il controllo di unpulsante di marcia, possono essere configurate per tutte le funzionipredefinite certificate.

La sicurezza viene integrata nella rete ASI aggiungendo un controllore disicurezza e delle interfacce di sicurezza che saranno collegate, senzadifferenziazione, sullo stesso «cavo giallo» con i componenti standard.

Le informazioni di sicurezza vengono scambiate soltanto tra il controlloredi sicurezza e le interfacce di sicurezza; ciò rimane trasparente per tutti glialtri componenti standard. Partendo da questo principio, una rete ASIesistente può essere aggiornata con componenti di sicurezza, senzadover sostituire i componenti installati (come le stazioni master, gliingressi/uscite, le alimentazioni, ecc...)

I circuiti di sicurezza vengono interrogati immediatamente e senzacablaggio aggiuntivo dalla stazione master standard ASI comunicante coni controllori di sicurezza su bus ASI (il noto cavo giallo profilato).

La configurazione della rete « ASI Safety at work » e la selezione dellediverse funzioni di sicurezza si effettuano in modo semplice e intuitivo.Tutte le informazioni necessarie sono contenute nella documentazionefornita dai costruttori.

7.11 Conclusione

La sicurezza delle macchine è un’esigenza essenziale dell’Unione Europeae condiziona la circolazione dei prodotti nei Paesi membri. Il progettista, fin dall’inizio del progetto, avrà tutto l’interesse ad utilizzarestrumenti di analisi come quelli del metodo AMDEC che gli consentirannodi trovare le soluzioni più pertinenti ed economiche.

Effettuata questa analisi, la valutazione dei rischi potrà essere realizzatarapidamente e in modo approfondito in conformità con le norme in vigore.

L’approccio sistematico sopra descritto garantisce la riuscita dell’analisidei rischi.

Si otterrà in questo modo lo schema di sicurezza più adatto, con unasemplice scelta dei componenti più adatti per realizzare la funzione.

I fornitori come Schneider Electric ofrono una gamma completa diprodotti e soluzioni, perfettamente adatti alla realizzazione della funzionedi sicurezza.

A Fig. 32 ASI Safety at work

188

8capitoloDialogo uomo/macchinaPresentazione:– Interfaccia uomo/macchina

nelle diverse fasi del ciclo di vita della macchina

– Soluzioni di comando e visualizzazione ON/OFF o con terminali di dialogo

– Software di configurazione dei monitor

Schneider Electric

8. Dialogo uomo/macchinaSommario

189

1

2

3

4

5

6

7

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9

10

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12

M

b 8.1 Informazioni di dialogo uomo/macchina . . . . . . . . . . . . . . . . . pagina 190

b 8.2 Interfacce di dialogo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . pagina 192

b 8.3 Comando e segnalazione ON/OFF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . pagina 192

b 8.4 Comando e segnalazione ON/OFF:

l’offerta Schneder Electric. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . pagina 195

b 8.5 Le interfacce di dialogo evolute . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . pagina 195

b 8.6 Comunicazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . pagina 199

b 8.7 Software di sviluppo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . pagina 200

b 8.8 Conclusione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . pagina 201

Schneider Electric

8.1 Informazioni di dialogo uomo/macchinaDialogo uomo/macchina

190

Nella funzione di dialogo uomo/macchina, l’operatore riveste un ruoloimportante. In funzione delle informazioni di cui dispone deve effettuaredelle azioni che condizionano il buon funzionamento delle macchine e degliimpianti senza compromettere la sicurezza e la disponibilità. è quindiindispensabile che la qualità di progettazione delle interfacce e dellafunzione di dialogo sia tale da garantire all'operatore la possibilità di uncomando sicuro in qualsiasi circostanza.

8.1 Le informazioni di dialogo uomo/macchina

b I flussi di informazioni di dialogo uomo/macchinaIl dialogo uomo-macchina consiste in un flusso di informazioni circolantiin due sensi (C Fig.1):

- Macchina –> Uomo- Uomo –> Macchina

Questi due flussi di informazioni sono contemporaneamente indipendentie legati tra loro.

v Indipendentiperchè possono presentare livelli di ricchezza diversi.

È compito del progettista del sistema di automazione definire questi livelliin funzione del processo e delle esigenze dell'utente: ad esempio segnaliON-OFF dall'operatore verso la macchina, messaggi alfanumerici osinottici animati dalla macchina verso l'operatore.

v Legatiperchè un intervento dell'operatore su un'interfaccia di comando si traducea livello del sistema di automazione in un'azione ben definita enell'emissione di una informazione che dipende dall'esecuzione corretta omeno di questa azione. L'intervento dell'operatore può essere volontario(arresto della produzione, modifica dei dati, ecc…), o successivo ad unmessaggio emesso dalla macchina (allarme, fine ciclo, ecc…)..

b Il ruolo dell’operatoreL’interfaccia operatore raggruppa tutte le funzioni necessarie ad unoperatore per comandare e controllare il funzionamento di una macchinao di un impianto.

A seconda delle esigenze e della complessità del processo l'operatorepuò essere portato ad eseguire:

v Delle azioni corrispondenti all'esecuzione normale del processo- comandare la messa in moto e l'arresto, fasi queste che possono

eventualmente comportare procedure di avviamento o arresto gestitedal sistema di automazione o effettuate in modo manuale o semi-automatico sotto la responsabilità dell'operatore,

- effettuare i comandi e le regolazioni necessari al normale svolgimentodel processo controllandone lo stato e l'evoluzione.

v Delle azioni legate ad eventi imprevisti- individuare una situazione anomala e intraprendere un'azione

correttiva prima che l'evolversi della situazione provochi un aggravarsidei problemi (in caso, ad esempio, di preallarme di sovraccarico di unmotore, ristabilire condizioni di carico normali prima che intervenga ilrelè di protezione),

- affrontare un guasto del sistema interrompendo la produzione oattivando il modo di marcia "degradata" che sostituisce tutti o partedei comandi automatici con comandi manuali per continuare laproduzione,

- garantire la sicurezza delle persone e del materiale intervenendo senecessario sui dispositivi di sicurezza.

A Fig. 1 Il dialogo uomo/macchina

Schneider Electric191

Lo scopo di questi paragrafi è mostrare l'importanza del ruolo dell'operatore.In funzione delle informazioni di cui dispone quest'ultimo può essereportato a prendere decisioni e intraprendere azioni che esulano dalleprocedure di comando in condizioni normali e che possono influiredirettamente sulla sicurezza e sulla disponibilità degli impianti. Il sistema di dialogo non deve quindi essere un semplice mezzo di scambio di informazioni tra uomo e macchina, ma deve essereconcepito in modo tale da facilitare il compito dell'operatoreconsentendogli di garantire un comando sicuro in qualsiasi circostanza.

b Qualità di interfaccia del dialogoLa qualità di interfaccia della funzione di dialogo può essere misurata conla facilità con la quale un operatore può percepire e comprendere unevento e con l'efficacia con la quale può reagire a questo evento.

v PercezioneQualsiasi cambiamento nel funzionamento di una macchina si traduce in genere nella modifica o comparsa di un'infomazione su una spia disegnalazione, un display o un monitor. Questo evento deve per primacosa essere percepito dall'operatore, qualunque siano le condizioniambientali (luce ambiente, ecc...).

Per attirare l'attenzione dell'operatore è possibile utilizzare mezzi diversi:lampeggiamento dell'informazione, cambio di colore, segnale acustico,protezione contro i riflessi, ecc...

v ComprensionePer evitare qualsiasi richio di azione che possa compromettere la sicurezza,l'informazione percepita dall'operatore deve essere sufficientementeleggibile e precisa, in modo da poter essere immediatamente compresa egestibile.

In questo senso hanno un'importanza ugualmente fondamentale sial'ergonomia di lettura dei componenti che la concezione della funzione:

- per le spie luminose: rispetto del colore previsto dalla normativa,cadenze di lampeggiamento lente o veloci nettamente differenziate fraloro, ecc...,

- per i display: testi precisi nella lingua dell'utente, distanza di leggibilitàappropriata ecc...,

- per i monitor: utilizzo di simboli normalizzati, opzione di zoom perconsentire una vista dettagliata della zona oggetto del messaggio.

v ReazioneA seconda della rilevanza del messaggio visualizzato dalla macchinal'operatore può essere indotto ad intervenire rapidamente agendo su unoo più pulsanti o tasti della tastiera. Questa azione è facilitata da:

- una siglatura chiara per consentire una facile identificazione deipulsanti e dei tasti, mediante, ad esempio, marcatura dei pulsanti consimboli normalizzati,

- un'ergonomia curata con tasti di grandi dimensioni e superfici ampie,tasti ad effetto tattile, ecc...

8

Schneider Electric

8.2 Interfacce di dialogo8.3 Comando e segnalazione ON/OFF

Dialogo uomo/macchina

192

8.2 Interfacce di dialogo

Il dialogo uomo/macchina ha subito in questi ultimi anni una notevoleevoluzione. La funzione elementare assegnata al pulsante è stata arricchitada interfacce che ricorrendo all’elettronica hanno permesso di arricchire ildialogo, personalizzandolo e apportando nuove funzioni, come ad esempiola configurazione dei parametri o l’aiuto alla diagnostica.

La tabella (C Fig.2) illustra l’offerta e le funzioni associate alle interfacceuomo/macchina.

8.3 Comando e segnalazione ON/OFF

b Pulsanti e lampade spiav Gamme standard• FunzioniInterfacce di dialogo perfettamente adatte alle applicazioni in cui gliscambi di informazioni tra operatore e macchina sono ridotti e limitatia segnali di tipo ON-OFF (ordini di marcia, segnalazioni di stato, ecc).

Componenti elettromeccanici dalla messa in opera semplice, robusti edaffidabili, ergonomici e adatti a tutte le condizioni ambientali, possonoessere dotati di teste di comando circolari o quadrate.

È comunque facile identificarli grazie ad un codice colore normalizzato.Il loro utilizzo è intuitivo o riflesso (esempio: arresto di emergenza).

Per questo motivo, sono utilizzati per operazioni legate direttamente allasicurezza e che a questo titolo implicano un comando semplice e diretto.

PROGETTAZIONE MESSA IN SERVIZIO UTILIZZO MANUTENZIONE

Prodotto

BP Sì Sì Sì

Dialogo integrato Sì Sì Sì

Dialogo Software di Sì Sì Possibileoperatore creazione

Supervisione Software di Sì Sì Possibilecreazione

Funzione

BP, Supervisione, BP, Supervisione,Comando Dialogo Dialogo

operatore operatore

Dialogo integrato(Supervisione e

Diagnostica Dialogo operatoreda considerare)

Dialogo integrato(Supervisione e

Regolazione Dialogo operatoreda considerare)

Software diSoftware di dialogo Softwarecreazione operatore, di regolazionee altri software Software di su PC

supervisione

A Fig. 2 Offerte e funzioni associate alle interfacce uomo/macchina

Schneider Electric

8.3 Comando e segnalazione ON/OFF

193

La norma EN 60204-1 precisa il codice dei colori al quale devono essere conformile lampade spia e i pulsant. Esempio:- spia di colore rosso: Emergenza - condizioni pericolose che richiedono

un'azione immediata (pressione/temperatura fuori dai limiti di sicurezza, sovracorsa, rottura accoppiamento, ecc…),

- spia di colore giallo: Anormale - condizione anormale che può portaread una situazione pericolosa (pressione superiore ai limiti normali, sganciamento

di un dispositivo di protezione, ecc…),- spia di colore bianco: Neutro - informazione generale (presenza della tensione di

alimentazione, ecc…),- pulsante di colore rosso: Emergenza - azionare in caso di condizione

pericolosa (arresto d'emergenza,ecc…),- pulsante di colore giallo: Anormale - azionare in caso di condizioni anormali

(intervento per riavviare un ciclo automatico interrotto, ecc..).

I pulsanti sono utilizzati per i comandi generali di avviamento e di arrestoe per il controllo dei circuiti di sicurezza (arresti di emergenza).

Sono disponibili nei diamteri 16, 22 e 30 mm (Norme NEMA), in diversimodelli (C Fig 3):

- testa con ghiera metallica cromata per tutti i tipi di applicazioni in ambienti industriali severi a regime intensivo,

- in plastica per applicazioni in ambienti agressivi: industria chimica,agroalimentare.

• Testa di comandoÈ disponibile una grande varietà di teste di comando:

- pulsanti con pulsante a filo ghiera, sporgente, ad incasso, concappuccio di protezione,,

- a fungo, - a doppia azione, - a fungo ad aggancio, - “arresto di emergenza”,- selettori a leva corta e leva lunga, a chiave, 2 o 3 posizioni fisse o con

ritorno,- a stelo in metallo (comando omnidirezionale),- pulsanti luminosi con pulsante a filo ghiera, sporgente, con cappuccio

di protezione.La concezione modulare delle unità di comando e segnalazione consenteuna grande flessibilità d'impiego.

Le lampade spia e i pulsanti luminosi sono dotati di lampadine a filamentoo di diodi elettroluminescenti (LED). Sono ad alimentazione diretta conriduttore di tensione o con trasformatore incorporato.

Le unità di comando possono ricevere da 1 a 6 contatti NO o NC,compatibili con gli ingressi 24 V dei controllori programmabili.

• Robustezza e affidabilitàI pulsanti e le lampade spia sono sottoposti a condizioni d’impiego chepossono essere molto severe e la durata dei pulsanti è dell’ordine di 1milione di manovre; questi prodotti sono quindi sottoposti a provenormalizzate di tenuta agli urti in conformità con la norma IEC 60947-5-5. A titolo esemplificativo un pulsante deve essere in grado di supportareun’energia di 5.5 Joule senza presentare usura: la serie di pulsantiHarmony supporta 17 Joule.

v Pulsanti e lampade spia per collegamento su circuiti stampati(C Fig. 4)La gamma diametro 22 mm è disponibile in versione "collegamento sucircuiti stampati". Questi prodotti sono adatti alla realizzazione di supportidi dialogo in quantità ripetitive con uno schema identico. Le teste dicomando e di segnalazione sono quelle della gamma standard.I blocchi elettrici, specifici per queste versioni, sono dotati di uscitedi contatti che ne consentono la saldatura su circuito stampato.

8

A Fig. 3 Pulsanti della gamma Harmony(Schneider Electric)

A Fig. 4 Pulsanti e lampade spia per circuitistampati

Schneider Electric

8.3 Comando e segnalazione ON/OFFDialogo uomo/macchina

194

• Pulsanti a tasto e lampade spia a testa quadrataQuesti apparecchi si montano con passo di 19,05 mm (3/4 di pollice)in fori di diametro 16 mm. Consentono la composizione di insiemi dicomando di dimensioni ridotte nei casi in cui lo spazio disponibile èlimitato e possono inoltre essere associati a tastiere di programmazione.

I pulsanti a tasto sono ad effetto tattile. Possono essere dotati di uncontatto argentato o dorato.

• Lampade spia a diodo elettroluminescente (C Fig. 5)Le lampade spia a LED per montaggio 8 e 12 mm sono consigliatesoprattutto quando lo spazio disponibile è ridotto o quando gli elementidi segnalazione sono in numero rilevante (ridotta potenza dissipata).

Assicurano notevoli vantaggi: eccellente tenuta agli urti, alle vibrazioni e allesovratensioni, lunga durata (>100.000 h), consumi ridotti che consentonouna compatibilità diretta con le uscite dei controllori programmabili.

v Colonne luminose singole e colonne luminose componibili (C Fig.6)Le colonne luminose singole e componibili sono elementi di segnalazioneottica o acustica utilizzati per visualizzare gli stati di funzionamento di unamacchina e gli allarmi ad una grande distanza e a 360°.

• Colonne luminose singoleComprendono un solo elemento luminoso, in vetro o a scarica conlampadina "flash", incolore o di colore verde, rosso, arancione o blu.

• Colonne luminose componibiliCostituiscono un'unità a composizione variabile mediante assemblaggiodei seguenti elementi: tubi in vetro o a scarica con lampadina "flash" osegnalatore acustico. Gli elementi luminosi o sonori sono sovrapponibilimediante semplice incastro. Il loro collegamento elettrico viene effettuatoautomaticamente durante la fase di incastro.

• Norma IEC 60204-1La norma IEC 60204-1 definisce i codici colore corrispondenti aimessaggi da visualizzare:Segnalazione luminosa

- Rosso: emergenza (azione immediata)- Giallo/Arancione: anormale (controllo e/o intervento)- Verde: condizione normale (opzionale)- Blu: azione obbligatoria (richiesta l’azione dell’operatore)- Bianco: controllo (opzionale)

Luci lampeggianti- Per una distinzione o un’informazione particolare - Attirare maggiormente l’attenzione- Esigere un’azione immediata- Indicare una discordanza tra il comando e lo stato reale- Indicare un cambiamento in corso (lampeggiamento durante la transizione)

Flash e dispositivi a luci ruotanti- Un segnale di potenza più elevato per un’informazione di priorità

superiore o a distanza (secondo CEI 60073)

Segnalatori acustici (buzzer) e sirene- Consigliati in ambienti molto disturbati da luci o acusticamente o quando

si richiede una maggior disponibilità dell’operatore

v Manipolatori (C Fig.7)I manipolatori sono destinati principalmente al comando degli sposta-menti su uno o due assi mediante contattori, in caso ad esempio dimovimenti di traslazione/direzione o salita/discesa sulle piccole macchineda sollevamento.

Prevedono in genere da 2 a 8 direzioni, con 1 o 2 contatti per direzione,con o senza ritorno allo zero.

Alcuni manipolatori possono essere dotati di un contatto "uomo morto"in cima alla leva.

A Fig. 5 Lampade spia a LED

A Fig. 6 Colonne luminose singole e componibili

A Fig. 7 Manipolatori

Schneider Electric

8.4 Comando e segnalazione ON/OFF:l’offerta Schneider Electric

8.5 Le interfacce di dialogo evolute

195

8.4 Comando e segnalazione ON/OFF: l’offerta Schneider Electric

b La gamma Harmony (marchio Telemecanique)La Fig. 8 mostra alcuni prodotti della gamma Harmony di componenti dicomando e segnalazione. Questi prodotti si distinguono tra l’altro per:

- semplicità: elementi agganciabili per un assemblaggio facile e sicuro,- tecnologia: tecnologia LED utilizzata per tutte le funzioni luminose,- flessibilità: prodotti modulari capaci di evolvere con il sistema di

automazione,- robustezza: prestazioni meccaniche nettamente superiori ai livelli

normativi,- compattezza: dimensioni “fuori-tutto” più ridotte del mercato,- ampie possibilità di collegamento: capicorda Faston 2.8 x 0.5,

o da saldare, linguette, morsetti a vite-serrafilo.


Lo sviluppo dell’elettronica e della comunicazione hanno favorito lacomparsa di interfacce di dialogo operartore con funzioni performanti euser-friendly.

Queste interfacce consentono la configurazione dei prodotti e la letturadelle informazioni relative ad un azionatore, quali ad esempiol’assorbimento di corrente, la temperatura, la velocità, ecc...

L’operatore può inoltre scegliere la lingua di utilizzo medianteun’operazione di configurazione preliminare.

b Pannelli di controllo specifici integrati ai prodottiGli strumenti specifici di dialogo integrati nei prodotti offrono funzioninotevoli perfettamente adattabili alle esigenze di regolazione in impiego oltre che ad un’assistenza efficace alla diagnostica.

Il variatore di velocità Altivar ATV 71 di Telemecanique monta un pannellodi questo tipo (C Fig.9).

v Caratteristiche principali- Schermo grafico con visualizzazione personalizzabile.- Testo in chiaro con 6 lingue disponibili (inglese, cinese, tedesco,

spagnolo, francese e italiano) con possibilità di estensione ad altrelingue.

- Pulsante di navigazione per un facile accesso e utiizzo dei menu.- Menu “Simply Start” per un avvio rapido e l’utilizzo di tutte le

prestazioni dell’Altivar 71.- Tasti “funzione” per le scelte rapide, l’aiuto in linea o configurabili.- Visualizzazione permanente dei parametri di funzionamento del

motore.

v Funzionalità principali- Chiarezza di visualizzazione con testi su 8 linee e visualizzazioni

grafiche (C Fig.10).- Leggibilità fino a 5 m.- Flessibilità dovuta alla possibilità di montaggio su porta d’armadio

con grado di protezione IP 54 o IP 65, per una connessione multi-punto a più variatori.

8

A Fig. 8 L’offerta Harmony

A Fig. 9 Pannello di comunicazione dell’AltivarATV-71

A Fig. 10 Esempio di messaggio Altivar ATV-71

Schneider Electric

8.5 Le interfacce di dialogo evoluteDialogo uomo/macchina

196

- Memorizzazione di 4 configurazioni per trasferimento in altri variatori.- Facilità d’impiego grazie ai tasti funzione per le scelte rapide, gli

accessi diretti e l’aiuto in linea, la visualizzazione dei valori minimi emassimi dei parametri.

- Ergonomia grazie al tasto di navigazione che permette di navigarecon facilità e rapidità nel menu pop-up.

- Personalizzazione dei parametri, delle videate, della barra dicontrollo, creazione di un menu utente personalizzato, ecc...

- Protezione dei parametri, gestione della loro visibilità e blocco mediantepassword per un accesso semplificato e sicuro alle vostre configurazioni.

Il pannello di controllo integra numerose macro-configurazioni progettateper rispondere ad una grande varietà di applicazioni ed impieghi:movimentazione, sollevamento, utilizzo generale, connessione a bus ereti, regolazione PID, master, slave, ecc...

Le macro-configurazioni possono essere facilmente modificate.

Ricche e varie, le funzioni disponibili con il pannello di controllo integratofacilitano la messa a punto e la diagnostica delle macchine.

b Terminali grafici touch-screenA differenza dei pannelli di controllo integrati ai prodotti, i terminali graficitouch-screen sono prodotti generici utilizzabili per qualsiasi applicazione.

Come visto in precedenza i terminali con display di visualizzazionevengono utilizzati nelle fasi di messa in servizio e utilizzo.

A seconda della versione e del software associato possono svolgere unruolo importante nella fase di manutenzione.

I terminali comunicano con il processo mediante bus di comunicazione esono parte integrante della catena di dialogo e di trasmissione dati.

Per illustrare tutte le funzioni offerte dai terminali grafici touch-screenè sufficiente esaminare l’offerta Magelis di Schneider Electric.

I terminali grafici della gamma Magelis (con touch screen LCD da 5.7’’ a 12.1’’ e tastiera tattile o touch screen da 10.4’’) permettono di accederein modo molto semplice alle soluzioni grafiche di comando e/o gestionedei sistemi automatizzati. La connessione e l'apertura garantiscono i piùampi standard di mercato grazie alla possibilità di connessione direttasulla rete Ethernet TCP/IP.

v Caratteristiche significative• Gamma innovativa specifica per gli ambienti più gravosi

- Robusti e compatti.- Comando sicuro ed ergonomico mediante tastiera o touch screen.- Display ad elevata luminosità che assicurano quindi un’ottima leggibilità.

• Manutenzione e diagnostica via Web- Comando a distanza con Internet Explorer.- Accesso alle informazioni di diagnostica delle stazioni operatore

attraverso pagine HTML.- Telediagnostica.- Invio automatico di messaggi e-mail.

• Aperti ed evolutivi- Possibilità di connessione di PLC (diversi marchi).- Comunicazione OPC (diversi marchi). - Integrabili alle reti TCP/IP.- VB Script integrato.

• Interfacce HMI innovative e performanti- Stazioni di comando decentralizzate.- Accesso centralizzato alle stazioni locali, piccole sale di comando.- Possibilità di utilizzo su scala mondiale grazie alle numerose lingue

supportate.

Schneider Electric


197

La Fig. 11 presenta un estratto dell’offerta Magelis di Schneider Electric.

Magelis XBT R, STerminali grafici compatti a schermo matriciale

- da 4 a 8 linee di visualizzazione, da 5 a 20 caratteri- Simboli semi-grafici- Tasti e password

« ZENSHIN »Terminali grafici disponibili con schermo touch-screen 5.7” - 7.5” - 10.4"

Magelis XBT GK

Terminali grafici disponibili con schermo touch-screen 5.7 - 10.4”

Magelis XBT GTTerminali grafici con schermo touch screen a colori, disponibili con schermo 3.8-5.7-7.4-10.4-12.1-15”

8

• Caratteristiche principali dei terminali grafici touch screenMagelis XBT G

- Visualizzazione Dimensioni schermo LCD 3.8” 5.7” 7.4” 10.4” 12.1” 15”

- FunzioniRappresentazione delle variabili alfanumeriche, bitmap, bargraph,vumetro, pulsante, spia, orologio, girografo, tastiera.Curve con report cronologico.Funzione di cronodatazione allarmi integrata.

- ComunicazioneEthernet integrato 10 BASE-T (RJ45).Protocolli telecaricabili Uni-Telway, Modbus, Modbus TCP/IP.

- Compatibilità con controllori programmabili Schneider ElectricTwido, Nano, Modicon TSX Micro, Modicon Premium, ModiconQuantum.

- Software di configurazioneVijeo Designer VJD SPU LFUCD V10M (sotto Windows 2000 e XP).

- Alloggiamento scheda Compact Flash

- Tensione d’alimentazione 24 V =

• Terminali grafici Magelis XBT F- Visualizzazione Dimensioni schermo LCD 10.4”

Tipo TFT 256 colori

- Programmazione mediante tastiera10 tasti dinamici con LED,12 tasti statici con LED + etichette,12 tasti servizio,12 tasti alfanumerici + 3 accessi alfanumerici.

A Fig. 11 Alcuni prodotti della gamma Magelis di Schneider Electric

INREVISIONE

Schneider Electric

8.5 Le interfacce di dialogo evoluteDialogo uomo/macchina

198

- Possibilità di comando da touch-screen

- FunzioniRappresentazione delle variabili alfanumeriche, bitmap, bargraph,vumetro, potenziometro, selettore,Ricette: 125 registrazioni max. con 5000 valori,16 curveFunzione di cronodatazione allarmi integrata.

- ComunicazioneEthernet integrato 10 BASE-T/100BASE-TX (RJ45),Bus e reti Fipway, Modbus Plus e protocolli terzi,Protocolli telecaricabili Uni-Telway, Modbus, Modbus TCP/IP.

- Compatibilità con controllori programmabili Schneider ElectricTwido, Nano, Modicon TSX Micro, Modicon Premium, ModiconQuantum.

- Software di configurazione XBT L1003M (sotto Windows 98, 2000e XP)

- Tensione d’alimentazione 24 V =

b PC industriali v Caratteristiche tecniche I PC industriali sono particolarmente robusti e adatti agli ambientiindustriali più gravosi, con presenza di polvere, umidità, vibrazioni edinterferenze elettromagnetiche. I PC industriali possono essere compatti o modulari: è possibile infatti scegliere il modello più adatto alle vostreesigenze fra 4 diverse famiglie di prodotto. Le Fig. 12a e 12b mostrano alcuni prodotti dell’offerta Schneider Electric.

A Fig. 12a L’offerta di PC industriali Magelis i PC (Compact IPC)

INREVIS

IONE

Schneider Electric

8.5 Le interfacce di dialogo evolute8.6 Modi di comunicazione

199

8

A Fig. 12b PC industriali modulari. Vedere i cataloghi prodotto per informazioni dettagliate sui diversi modelli.

8.6 Comunicazione

I modi di comunicazione tradizionali, bus e seriale, sono integrati edisponibili normalmente sulla maggior parte dei prodotti. Si basano sull’utilizzo di driver integrati ai software di configurazione.Generalmente sono disponibili anche i diversi tipi di reti.

b Protocolli supportatiI protocolli supportati sono tutti i protocolli dell’offerta Schneider Electric:Uni-TE (Uni-Telway), Modbus, Modbus TCP-IP, FipWay, Modbus Plus.Sono disponibili anche protocolli terzi.Funzioni: grafica, ergonomia di comando, tipi di azioni sul sistema diautomazione.

v Factory Cast (su modulo Ethernet dei PLC) (C Fig.13)Funzioni di diagnostica a distanza con un semplice Internet browser:

- Accesso protetto alla diagnostica sistema e applicazione,- Visualizzazione e regolazione numerica o grafica dei dati,- Invio di messaggi e-mail,- Personalizzazione e creazione di pagine Web per una diagnostica

adatta alle esigenze dell’utente.

v FactoryCast HMIFunzioni di diagnostica identiche a quelle di FactoryCast oltre a nuovefunzioni HMI integrate in un modulo controllore:

- Database tempo reale e acquisizione dati controllore programmabile(1 000 variabili),

- Calcoli per pre-elaborazione dati,- Gestione allarmi avanzata con invio e-mail,- Archiviazione dati in database relazionali (SQL, Oracle, MySQL),- Un server Web personalizzabile dall’utente per la realizzazione ad hoc

di un’interfaccia adatta alle sue esigenze.

v FactoryCast GatewayNuova offerta di gateway web intelligenti e compatti che integrano in unsolo involucro:

- Le interfacce di comunicazione rete e i collegamenti seriali Modbus oUni-Telway.

- Una funzione di accesso remoto, server RAS.- Una funzione notifica allarmi mediante e-mail.- Una funzione Web personalizzabile dall’utente.

Magelis Modular iPC

Magelis Modular IPC facilita la messa in opera.È disponibile in due versioni e due modelli 12” e 15” con touch screen e/o tastiera.

Magelis iDisplay

Monitor industriali a schermo piatto 12”, 15”, 19” con porta USB per l'utilizzo con qualunque PC.

v PC Industriali modulari Magelis IPC

I PC modulari della Fig. 12b offrono modularità e flessibilità.

Questa gamma consente di scegliere la soluzione più adatta alle esigenze

di Interfaccia Uomo/Macchina in ambiente Windows.

Estremamente flessibile assicura rapidità di evoluzione e di manutenzione:

A Fig. 13 Esempio di diagnostica a distanza

INREVISIONE

Schneider Electric

8.7 Software di sviluppoDialogo uomo/macchina

200

8.7 Software di sviluppo

L’offerta di terminali è completata da un’offerta di software specifici per laconfigurazione e l’adattamento dei terminali all’applicazione desiderata.

A tale proposito presentiamo i prodotti Magelis di Telemecanique,un’offerta hardware e software completa e coerente che permetteall’utente di realizzare l’applicazione desiderata in un tempo minimo.

I software forniti consentono inoltre la comunicazione con prodotti terzi di altri produttori garantendo quindi una flessibilità e un’apertura ottimali.

b Software di configurazione VSD Lite

Visualizzatori e terminali Magelis (Windows 2000 e XP).

Il software di configurazione XBTL1001/L1003 consente di realizzareapplicazioni di dialogo operatore destinate alla gestione di sistemi diautomazione per:

- tutti i visualizzatori XBTN/R/H/HM e i terminali XBTP/PM/E e N, R, RTcon software XBTL1001,

- tutti i visualizzatori XBTN/R/H/HM e i terminali XBTP/PM/E e F con software XBTL1003.

Le applicazioni create con il software XBTL1001/L1003 sono indipendentidal protocollo utilizzato. La stessa applicazione di dialogo operatore puòessere utilizzata con i controllori programmabili degli altri principaliproduttori del mercato.

v ConfigurazioneIl software di configurazione XBTL1001/L1003 consente di creare in modosemplice diversi tipi di pagine: pagine applicazione (eventualmentecollegabili tra loro), pagine allarmi, pagine aiuti, pagine ricette, ecc...

b Vijeo Designer, configurazione dell’interfaccia di dialogoper XBTGT/GTW/GK/LPC Il software di configurazione Vijeo Designer (C Fig.14) consente dielaborare in modo semplice e rapido dei progetti di dialogo operatore.Disponibile in due versioni, Sviluppo (Build Time/Run Time) e Impiego(Run Time) è compatibile con tutti i terminali della gammaXBTGT/GTW/GK/LPC.

L’ergonomia della versione ‘Build Time’ ricorda strumenti quali VisualStudio. Supporta i sistemi operativi Windows 2000, XP Professional,VISTA di Microsoft.

La versione ‘Run Time’, pezzo forte della soluzione, è disponibile in dueformati:

- Un formato PC, che viene eseguito automaticamente quando l’utentedella versione ‘Build Time’ vuole simulare la sua applicazione su PC. eche offre anche una simulazione delle variabili controllore.

- Un formato proprietario, caricato se necessario in modo trasparente,quando l’utente che ha finito la messa a punto del suo progettodesidera installarla sul terminale XBTGT/GTW/GK/LPC.

INREVIS

IONE

Schneider Electric

8.7 Software di sviluppo8.8 Conclusione

201

b Vijeo CitectVijeo Look 2.6 (C Fig.15) è un software di supervisione SCADA(Supervision Control And Data Acquisition) destinato ai tecnici dicomando, responsabili di produzione e integratori di sistemi diautomazione che ricercano semplicità di configurazione unita aprestazioni potenti. Vijeo Citect offre un supporto a CPU multiple, unafunzione " Cerca/ Sostituisci " multi progetti ed un servizio Web XMLintegrato. Vijeo Citect utilizza la potenza delle macchine e dei sistemi aCPU multiple per offrire prestazioni eccelllenti in perfetta simbiosi tra ilWeb e l’interfaccia di dialogo uomo-macchina (HMI).

Per maggiori dettagli consultare le schede tecniche di Schneider Electric .

8.8 Conclusione

Il dialogo uomo/macchina è probabilmente il settore dei sistemi diautomazione che negli ultimi anni ha subito la maggiore evoluzione.

Grazie all’apporto tecnologico dell’elettronica e dell’elaborazione delsegnale, le interfacce sono diventate sempre più sofisticate e conviviali.

Una scelta accurata dell’interfaccia di dialogo e della sua configurazioneconsente all’utente di comandare il processo con sempre maggior rigorerealizzando funzioni di diagnostica e manutenzione preventiva,aumentando la produttività e riducendo i tempi di manutenzione.

8A Fig. 14 Software Vijeo Designer

A Fig. 15 Software Vijeo Look

INREVISIONE

202

9capitoloRetiindustrialiPresentazione:– Esigenze e offerte esistenti– Tecnologie – Politica Schneider Electric

Schneider Electric

9. Reti industrialiSommario

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3

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7

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M

b 9.1 Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . pagina 204

b 9.2 Storia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . pagina 204

b 9.3 Le esigenze e le risposte del mercato . . . . . . . . . . . . . . . . . . . pagina 205

b 9.4 Tecnologie delle reti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . pagina 207

b 9.5 Le reti consigliate da Schneider Electric . . . . . . . . . . . . . . . . . pagina 209

b 9.6 Ethernet TCP/IP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . pagina 210

b 9.7 Servizi Web e Transparent Ready . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . pagina 213

b 9.8 Bus Can Open. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . pagina 220

b 9.9 Sinergia Ethernet e Can Open . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . pagina 228

b 9.10 Bus AS-Interface (AS-I) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . pagina 228


Schneider Electric

9.1 Introduzione9.2 Storia

Reti industriali

204

Questo capitolo affronta il tema delle tecniche di cablaggio necessarie alfunzionamento di un sistema di automazione. Generalmente si considerano duecategorie:

- I circuiti correnti forti che generalmente trasportano l’energia della rete eche garantiscono quindi la connessione dei componenti di potenza dallarete di alimentazione fino al carico. Questo argomento non sarà trattatoin questo capitolo ma invitiamo il lettore a consultare i capitolisull’alimentazione e la messa in opera.

- I circuiti correnti deboli che collegano l’insieme dei componenti diacquisizione, dialogo, elaborazione e comando potenza con la macchinae il processo.

9.1 Introduzione

Tradizionalmente il cablaggio delle apparecchiature elettriche è garantitoda collegamenti filo a filo.

La norma internazionale macchine IEC 60 204-1 e quella delle installazioni.proprie di ciascun Paese, definiscono regole precise sulle sezioni, sullaqualità dell’isolante e sugli identificativi di riferimento con colori normalizzati.La maggior parte di questi collegamenti sono realizzati mediante cavisingoli flessibili di sezione compresa tra 1.5 e 2.5mm2 (AWG 16 e 14)protetti alle estremità da terminali.

Queste soluzioni hanno soddisfatto, fino al precedente decennio, tutte leesigenze, sia per i segnali ON/OFF che per i segnali analogici necessari agliasservimenti che talvolta richiedono cablaggi schermati per evitare i disturbielettromagnetici.

L’ingresso delle tecnologie digitali nell’industria ha avuto un impattonotevole sulla progettazione e sulla realizzazione delle apparecchiatureelettriche che ha subito l’influenza degli standard propri dal settoreinformatico ed automobilistico.

Lo scambio di informazioni digitali ha imposto collegamenti con reti dicomunicazione che richiedono l’utilizzo di connettori e connessioniprecablati. Il lavoro di realizzazione di un apparecchiatura elettrica diventaquindi molto più semplice: gli errori di cablaggio vengono ridotti e lamanutenzione semplificata.

Questo capitolo è dedicato alle reti di comunicazione utilizzate nell’industriadal momento che le tecnologie dei collegamenti convenzionali sono ormaiben conosciute.

9.2 Storia

Nel 1968 la società Modicon inventa il concetto di controlloreprogrammabile. Un unico prodotto risponde ad una grande moltiplicità diesigenze e apporta un’economia di scala. La sua grande flessibilitàd’impiego garantisce notevoli guadagni in tutte le fasi di vita dell’impianto.Anche le reti fanno la loro comparsa gradualmente, inizialmente sotto formadi collegamenti seriali. Successivamente i protocolli di comunicazione, insiemidi convenzioni e regole, formalizzano gli scambi di informazionmi sulla rete.Nel 1979 Modbus (contrazione di MODicon BUS), diventa di fatto unostandard industriale, continuando ancora oggi a permettere di comunicaretra loro milioni di dispositivi di automazione.

Dopo alcuni anni si è verificata una rapida adozione del bus di campo.Vera e propria spina dorsale dei sistemi di automazione il bus di campo sidelinea come un mezzo estremamente potente di scambi, di visibilità e diflessibilità per le apparecchiature ad esso collegate, portando ad uncambiamento progressivo delle architetture:

- eliminazione dei cavi d’ingressi/uscite,- scomparsa o decentralizzazione delle interfacce d’I/O,- decentralizzazione e ripartizione dell’intelligenza delle macchine,- interconnessione con Internet.

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9.2 Storia9.3 Le esigenze e le risposte del mercato

205

Gli anni ‘70 vedono la nascita della rete Ethernet nel Centro Ricerche Xeroxa Palo Alto (universalmente noto come PARC). Solo una decina di anni dopoEthernet diventa lo standard internazionale che tutti conosciamo, integrato dibase in quasi tutti i computer. Le prime applicazioni sono state ditrasferimento file e messaggi e di trasmissione di pagine WEB. Negli anni ‘90l’affermazione dell’informatica in tutti i settori dell’impresa ha fatto nascerel’esigenza di collegare tra loro i diversi settori industriali.

Il World Wilde Web inventato dal CERN nel 1989 fu sviluppato in origineper consentire la condivisione di informazioni tra i diversi gruppi di lavorodi ricercatori in ambito internazionale. Il mondo del WWW è un sistema dicondivisione ipertestuale mondiale di documenti e collegamenti. Il protocollo HTTP è un protocollo semplice utilizzato da un navigatore(browser) per accedere alle pagine web registrate su un server. Questepagine sono programmate con appositi linguaggi, quali HTML o XML. Il World Wilde Web Consortium (W3C), creato nel 1994, gesticel’evoluzione tecnica del web (vedere il sito http://www.w3.org/)

Nel 1996 Schneider Electric promuove la rete Ethernet industriale percollegare i livelli “impresa” e “officina” con i controllori programmabili,sviluppando la filosofia “Transparent Ready”. Questa soluzione semplicesi basa sull’aggiunta di strumenti e protocolli industriali, tra i qualiModbus, agli elementi standard di Ethernet.

9.3 Le esigenze e le risposte del mercato

In base all’effetto congiunto delle esigenze e dei vincoli dell’utenza, delletecnologie e degli standard, le architetture attuali si strutturano in quattrolivelli distinti e collegati da reti (C Fig. 1).

9

A Fig. 1 Esempio di livelli di architettura

Schneider Electric

9.3 Le esigenze e le risposte del mercatoReti industriali

206

Prima di analizzare le tecnologie delle reti di comunicazione, è necessariopresentare una sintesi delle principali esigenze alle quali i diversi livelliforniscono una risposta pertinente. Le caratteristiche riportate nellatabella della Fig. 2 verranno trattate in dettaglio nei paragrafi seguenti.

Come primo approccio prendiamo in considerazione i due principali assidella tabella sopra riportata:

- il numero d’informazioni da trasmettere,- il tempo di risposta necessario.

Questo ci permette di posizionare le principali reti in commercio (C Fig.3).

Livello Esigenze Volume Tempo Distanza Topologia Numero Collegamentod’informazioni di risposta rete d’indirizzida trasmettere

Impresa Scambio di dati. File 1mn Mondo Bus, stella Illimitato Elettrico,Sicurezza informatica. Mbit ottico, radioStandard tra pacchetti applicativi.

Officina Sincronizzazione dei PLC1 della Dati da 50 a 500 ms da 2 a 40 Km Bus, stella da 10 a 100 Elettrico,stessa isola di automazione Kbit ottico, radioscambi d’informazioni in modalitàclient/server con gli strumentidi gestione (HMI, supervisione).

Prestazioni tempo reale.

Macchina Architettura distribuita. Data da 5 a 100 ms da 10 m a 1 Km Bus, stella da 10 a 100 Elettrico,Integrazione funzionale Kbit (ciclo del PLC) ottico, radioe transparenza degli scambi.Topologia e costi di connessione.

Sensore Semplificazione del cablaggio, Dati da 1 a 100 m Nessun da 10 a 50 Elettricodistribuzione delle alimentazioni bit vincolo radiodei sensori e azionatori.Ottimizzazione dei costi di cablaggio.

A Fig. 2 Le esigenze e i limiti di comunicazione

A Fig. 3 Principali reti industriali

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9.4 Tecnologie delle reti

207

9.4 Tecnologie delle reti

Qui di seguito affronteremo l’argomento in modo conciso; per dettagli piùapprofonditi fare riferimento alla ricca bibliografia sull’argomento.

b Topologia delle retiUna rete di comunicazione industriale è costituita da controlloriprogrammabili, interfacce uomo/macchina, computer, moduli d’I/Ointerconnessi da cavi elettrici, fibre ottiche, collegamenti radio o elementid’interfaccia quali schede rete o gateway. La disposizione fisica della rete,cioè il modo in cui sono collegati fra loro i diversi nodi che lacompongono, è detta topologia fisica o architettura della rete.

Quando si considera la circolazione delle informazioni si usa il terminetopologia logica.

Generalmente si distinguono le seguenti topologie:- a bus (C Fig.4),- a stella (C Fig.5),- ad albero, - ad anello, - a maglia.

• Topologia bus Questa organizzazione è una delle più semplici. Tutti gli elementi sonodirettamente collegati allo stesso mezzo trasmissivo lineare: il bus. Si tratta di una topologia facile da realizzare e dove il guasto di un nodo odi un elemento non disturba il funzionamento degli altri dispositivi collegati.

Le reti del livello macchina e sensori, detti bus di campo, utilizzano questatopologia.

La topologia a bus si realizza collegando tra loro gli apparecchi inconcatenamento oppure utilizzando una morsettiera di collegamento(TAP) al cavo principale (C Fig.4).

• Topologia a stellaLa topologia a stella è oggi la più diffusa, ed è quella utilizzata da Ethernet.Presenta il vantaggio di essere molto flessibile per gli interventi di gestionee riparazione. Le stazioni sono connesse ad un nodo centrale che puòessere un semplice ripetitore (hub) o un dispositivo intelligente (switch orouter). Uno dei vantaggi è dato dal fatto che se vi è un’interruzione suuna delle connessioni della rete ne risentirà solo l’apparecchio collegato aquel segmento mentre tutti gli altri contineranno ad operare normalmente.

• Altre topologie (C Fig.6)- La topologia ad anello riprende la topologia fisica della stella ed

offre una maggiore disponibilità della rete.- La topologia a maglia è poco utilizzata nell’industria e presenta

l’inconveniente di un numero elevato di collegamenti che aumenta inbase al numero di nodi (non adatta a reti medio-grandi).

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A Fig. 4 Topologia delle reti

A Fig. 5 Topologia delle reti a stella

A Fig. 6 Altre topologie di reti

Ad anello A maglia

La topologia ad anello riprende la topo-logia fisica della stella offrendo una mag-gior disponibilità della rete.

La topologia a maglia è poco utilizzatanell’industria e presenta l’inconvenientedi un numero elevato di collegamenti.

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9.4 Tecnologie delle retiReti industriali

208

b ProtocolloPer protocollo di rete si intende un insieme di più regole che determinanole modalità di funzionamento di un determinato sistema di comunicazione.Inizialmente per protocollo si intendeva quello che veniva utilizzato percomunicare sullo stesso livello tra due apparecchiature diverse. Perestensione si utilizza talvolta questo termine ancora oggi per indicare leregole di comunicazione tra due livelli su uno stesso apparecchio.

Il modello OSI (Open System Interconnexion) è stato creatodall’International Standard Organization che ha curato l’edizione dellanorma ISO 7498 con lo scopo di offrire una base comune alla descrizionedi qualsiasi rete informatica. Il modello OSI suddivide la rete in 7 livelli OSI(o layers), numerati da 1 a 7. I livelli OSI si basano sui seguenti principi:

- ogni livello supporta un protocollo indipendentemente dagli altri livelli,- ogni livello procura dei servizi al livello immediatamente superiore,- ogni livello richiede i servizi del livello immediatamente inferiore,- il livello 1 descrive il collegamento (il supporto di comunicazione),- il livello 7 procura dei servizi all’utente o ad un’applicazione.

In fase di comunicazione, l’utente di una rete utilizza i servizi del livello 7attraverso un programma. Il livello configura e arricchisce l’informazioneche riceve dal programma rispettando il suo protocollo. Poi la invia allivello inferiore su una richiesta di servizio. Ad ogni livello l’informazione subisce configurazioni ed aggiunte infunzione dei protocolli utilizzati; infine viene trasmessa attraverso il mezzodi connessione e ricevuta da un altro nodo della rete. L’informazionepercorre tutti i livelli di questo nodo in senso inverso per finire alprogramma del corrispondente, spogliata delle diverse aggiunte legate aiprotocolli.

Il modello OSI a 7 livelli (C Fig.7) è stato implementato da diversicostruttori, senza tuttavia riscuotere successo commerciale. Il mercato èinfatti fortemente orientato verso il modello a 4 livelli TCP/IP più facile dacomprendere e utilizzare e per il quale esistevano già implementazioniportatili. Il modello conserva tuttavia un interesse teorico, benché i 4 livellidel modello TCP/IP non abbiano gli esatti equivalenti nel modello OSI. Nel paragrafo dedicato a Ethernet descriveremo i 4 livelli del modello OSI.

N° Livello ISO Funzione del livello Esempi

7 Applicazione È l’interfaccia con l’utente e fa pervenire le richieste al livello di presentazione. HTTP, SMTP, POP3, FTP,Modbus

6 Presentazione Definisce il modo in cui i dati saranno rappresentati. Converte i dati HTML, XMLper garantirne l’interpretazione da parte di tutti i sistemi.

5 Sessione Garantisce le comunicazioni e i corretti collegamenti tra i sistemi. ISO8327, RPC, Netbios Definisce l’apertura delle sessioni sugli apparecchi della rete.

4 Trasporto Consente di stabilire una comunicazione da un’estremità all’altra. TCP, UDP, RTP, SPX,Gestisce la segmentazione e il riassemblaggio dei dati, il controllo del flusso oltre al ATPrilevamento di errori e la ripresa in seguito ad errore.

3 Rete Si occupa dell’instradamento o routing dei pacchetti (datagrammi) attraverso la rete. IP, ICMP, IPX, WDS

2 Collegamento Permette di stabilire, a partire dal supporto fisico, un collegamento esente da errori. ARCnet , PPP, Ethernet,Token ring

1 Fisico Definisce i protocolli di scambio di bit e gli aspetti elettrici, meccanici CSMA, RS-232,e funzionali dell’accesso alla rete. 10Base-T, ADSL

A Fig. 7 I livelli ISO

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9.4 Tecnologie delle reti9.5 Le reti consigliate da Schneider Electric

209

b TramaLa trama (C Fig.8) è l’insieme delle informazioni trasmesse in un unicoblocco attraverso la rete. Viene anche chiamata pacchetto. Ogni tramarispetta la stessa organizzazione di base e contiene informazioni dicontrollo, quali i caratteri di sincronizzazione, gli indirizzi delle stazioni, unvalore di controllo errore, oltre ad una quantità variabile di dati.

9.5 Le reti consigliate da Schneider Electric

Allo scopo di rispondere a qualsiasi tipo di esigenza, razionalizzando alcontempo la propria offerta, Schneider Electric ha scelto tre reti dicomunicazione (C Fig.9) per realizzare le implementazioni presentatenell’introduzione di questa guida.

b Ethernet Modbus TCPLa grande diffusione di Ethernet nel settore delle imprese e su Internet ne hafatto uno standard di comunicazione fondamentale. Il suo utilizzo generaliz-zato ha permesso di ridurre i costi di connessione, aumentando le prestazioni,l’affidabilità e le funzioni offerte. La sua rapidità non limita le applicazioni e lasua architettura consente facili evoluzioni. I prodotti e i software restanocompatibili e in questo modo i sistemi hanno una durata ottimale nel tempo. Ilprotocollo “Modbus”, protocollo standard largamente utilizzato nell’industria,fornisce un livello applicazione semplice e poco oneroso.

9

A Fig. 8 Composizione di una trama

A Fig. 9 I livelli di comunicazione presi in considerazione da Schneider Electric

Schneider Electric

9.5 Le reti consigliate da Schneider Electric9.6 Ethernet TCP/IP

Reti industriali

210

b Can OpenCan Open è la versione industriale del bus CAN. Creato per il settoreautomobilistico, questo protocollo di rete ha dimostrato la sua flessibilità edisponibilità da oltre 10 anni in diverse applicazioni, quali leapparecchiature mediche, i treni, gli ascensori oltre a diverse macchine einstallazioni. L’ampia diffusione di questa tecnologia ha confermatoSchneider Electric nella sua scelta.

b As-InterfaceLe macchine moderne hanno una grande quantità di sensori e attuatori espesso notevoli vincoli in materia di sicurezza. AS-Interface è la rete per illivello di campo (sensori/attuatori) conforme alle esigenze dei sistemi diautomazione e controllo industriali. Presenta il vantaggio di offrire uncollegamento rapido e un unico cavo per la trasmissione delleinformazioni e l’alimentazione.

9.6 Ethernet TCP/IP

b Descrizione generaleIl principio di accesso al mezzo fisico (cavo) di Ethernet si basa su unmeccanismo di rilevamento collisione. Ogni stazione viene identificata dauna chiave assegnata in modo univico, chiamata indirizzo MAC; questogarantisce che tutte le postazioni su una rete Ethernet abbiano indirizzidiversi tra loro. Questa tecnologia di accesso al mezzo trasmissivo,conosciuta con il nome di Carrier Sense Multiple Access with CollisionDetection o CSMA/CD, garantisce che una sola stazione alla voltatrasmetta un messaggio sul bus.

Le successive evoluzioni di Ethernet hanno fatto nascere lo standard IEEE802.3 (vedere il sito www.ieee.org): quest’ultimo definisce soltanto lecaratteristiche dei livelli fisici e il modo in cui le informazioni hanno accessoalla rete (mentre la trame dati devono essere definite da livellicomplementari). La Fig. 10 specifica i diversi livelli. I protocolli indicativengono descritti nei paragrafi seguenti.

Ethernet è presente nell’industria da diversi anni senza tuttavia averriscosso un gran successo. Questo perchè era percepito come nondeterminista sia dai fornitori che dai clienti. Le esigenze reali di questiultimi hanno fatto scemare l’interesse per questa tecnologia a vantaggiodelle reti proprietarie. Infine la combinazione di protocolli, industriali eInternet, ha contribuito a farlo accettare.

A Fig. 10 I diversi livelli


b Il livello fisicoIl livello fisico si occupa della spedizione delle trame sul mezzotrasmissivo. A questo livello sono anche definite le caratteristiche fisichedella comunicazione, quali le convenzioni sul tipo di collegamentoutilizzato per le comunicazioni (cavi, ìfibra ottica o radio), e tutti i dettaglirelativi come i connettori, i tipi di codifica o di modulazione, il livello deisegnali, le lunghezze d’onda, la sincronizzazione e le distanze massime dicollegamento.

b Il livello collegamento dati (Datalink)Il livello collegamento dati stabilisce il cammino di comunicazione piùaffidabile possibile tra nodi della rete direttamente connessi tramite unmezzo trasmissivo. Specifica il controllo di accesso al mezzo e lemodalità di trasmissione dei pacchetti sul livello fisico, in particolare lasequenza (le sequenze di bit che segnano l’inizio e la fine dei pacchetti).Le intestazioni delle trame Ethernet, ad esempio, contengono dei campiche indicano a quale macchina della rete è destinato un dato pacchetto.

b Il livello rete (Network layer)Nella sua definizione originale il livello rete risolve il problemadell’instradamento o routing dei pacchetti attraverso una sola rete. Conl’avvento della nozione d’interconnessione delle reti, a questo livello sonostate aggiunte delle funzioni e in particolare l’instradamento dei dati dauna rete sorgente ad una rete destinataria. Ciò implica generalmente ilrouting dei pacchetti attraverso una rete di reti, conosciuta con il nome diInternet.

Tra i protocolli Internet, IP assicura il miglior’instradamento o routing deipacchetti, per l’inoltro da una sorgente verso una destinazione, qualunquesia la sua localizzazione nel mondo. Il routing IP è permesso grazie alladefinizione di un principio d’indirizzamento IP che garantisce e obbligal’unicità di ogni indirizzo IP. Ogni stazione è infatti identificata da unproprio indirizzo IP. Il protocollo IP include anche altri protocolli, comel’ICMP (utilizzato per trasferire dei messaggi di diagnostica legati alletrasmissioni IP) e l’IGMP (utilizzato per gestire i dati multicast). ICMP eIGMP sono situati sopra IP, ma partecipano alle funzioni del livello rete,cosa che spiega l’incompatibilità tra i modelli Internet e OSI.

Il livello rete IP può trasferire dei dati per numerosi protocolli di livello superiore.

b Il livello trasportoI protocolli di livello trasporto possono risolvere problemi come l’affidabilitàdegli scambi («I dati sono arrivati a destinazione?»), l’adattamentoautomatico alla capacità delle reti utilizzate e il controllo di flusso.Garantisce inoltre che i dati arrivino nell’ordine corretto. Tra i protocolliTCP/IP quello di trasporto determina anche a quale applicazione ciascunpacchetto dati deve essere consegnato.

TCP (Trasmission Contro Protocol) è un protocollo di trasporto, progettatoper fornire un flusso di byte affidabili e orientato alla connessione.Assicura l’arrivo dei dati senza alterazione e nell’ordine corretto, conritrasmissione in caso di perdita, ed eliminazione dei dati duplicati.Gestisce inoltre i dati «urgenti» (pushed data) da consegnare senzaaspettare (anche se tecnicamente non sono emessi fuori banda). TCP prova a fornire tutti i dati correttamente e in sequenza; questo è ilsuo scopo e principale vantaggio su UDP, anche se questo puòrappresentare uno svantaggio per applicazioni di trasferimento in temporeale, con tassi di perdita elevati per il livello rete. UDP (User Data Protocol) è un protocollo che fornisce un flusso di bytenon affidabile e non connesso, utile per inviare dati senza connessione(client- server). Questo non significa che UDP sia particolarmente pocoaffidabile, ma solo che non verifica l’arrivo a destinazione dei pacchetti e il

9

Schneider Electric

9.6 Ethernet TCP/IPReti industriali

212

loro arrivo nell’ordine corretto. Un’applicazione che abbia bisogno diqueste garanzie, deve assicurarle lei stessa, oppure utilizzare TCP. UDP viene generalmente utilizzato da applicazioni di diffusione, qualiGlobal Data o le applicazioni multimediali (audio e video, ecc...) per lequali il tempo richiesto da TCP per gestire le ritrasmissioni e laprogrammazione dei pacchetti non è disponibile, o per applicazioni basatesu meccanismi semplici di domanda/risposta come le richieste SNMP, perle quali il sovracosto legato alla realizzazione di una connessione affidabilesarebbe sproporzionato rispetto all’esigenza.

Sia TCP che UDP sono utilizzati da molte applicazioni; il numero di portaindica se utilizzano TCP o UDP.Modbus TCP utilizza i servizi TCP. Factorycast permette di utilizzare UDP.

b Il livello applicazioneÈ nel livello applicazione che sono situate la maggior parte delleapplicazioni di rete tra le quali:

HTTP (World Wilde Web), FTP (trasferimento di file), SMTP (messaggeria),SSH (connessione a distanza protetta), DNS (ricerca di corrispondenza tranomi e indirizzi IP) e molte altre.

Le applicazioni funzionano generalmente su TCP o UDP, e sono spessoassociate ad una porta ben definita. Esempi:

- HTTP porta TCP 80 o 8080,- Modbus porta 502,- SMTP porta 25,- FTP porta 20/21.

Le porte sono state assegnate dall’Internet Assigned Numbers Authority.

v Il protocollo HTTP (HyperText Transfer Protocol) È il protocollo utilizzato per trasmettere pagine Web tra un server e unbrowser. HTTP è il protocollo del livello applicazione per il Web dal 1990.

I Web server caricati sui prodotti Transparent Ready permettono unaccesso facilitato ai prodotti situati ovunque nel mondo da un sempliceweb browser come Internet Explorer, Netscape Navigator o altri.

v BOOTP/DHCPÈ utilizzato per fornire automaticamente gli indirizzi IP ai prodotti. In questo modo si evita di dover gestire individualmente gli indirizzi diogni singolo prodotto riportando la gestione ad un server dedicato diassegnazione indirizzi IP.

Il protocollo DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) assegnaautomaticamente i parametri di configurazione ai prodotti. DHCP èun’estensione di BOOTP. I componenti del protocollo BOOTP/DHCP sono 2:

- il server che il calcolatore che fornisce l’indirizzo IP,- il client che richiede l’indirizzo IP.

I prodotti Schneider Electric possono essere:- client BOOTP/DHCP che permettono di recuperare automaticamente

l’indirizzo IP proveniente da un server,- server BOOTP/DHCP che permettono al prodotto di assegnare gli

indirizzi IP alle stazioni della rete.

Questi protocolli standard BOOTP/DHCP consentono di offrire il serviziodi sostituzione di prodotti guasti (FDR, Faulty Device Replacement).

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9.6 Ethernet TCP/IP9.7 Servizi Web e Transparent Ready

213

v File Transfer Protocol (FTP)FTP o Protocollo di trasferimento file è il servizio che fornisce gli elementifondamentali per il trasferimento dei file. Fornisce gli elementi base ditrasferimento di file. FTP viene utilizzato da molti sistemi per lacondivisione di file tra host.

v TFTP: Trivial File Transfer Protocol È un protocollo semplificato di trasferimento file che consente inoltre ditelecaricare il codice ad un prodotto. Consente ad esempio di trasferire ilcodice di avviamento (boot code) da una stazione di lavoro senza unitàdisco o di collegarsi e telecaricare degli aggiornamenti di firmware diprodotti della rete. I prodotti Transparent Ready implementano FTP eTFTP per trasferire alcune informazioni tra i prodotti.

v NTP (Network Time Protocol) NTP è un protocollo utilizzato per sincronizzare gli orologi e quindi l’ora diun prodotto (client o server) a partire da un server fornitore. In base allarete utilizzata, fornisce a partire dall’ora universale (UTC), una precisioneche va da qualche millisecondo su una rete locale (LAN) a più decine dimillisecondi su una rete estesa (WAN).

v SMTP (Simple Mail Transfert Protocol) Fornisce un servizio di trasmissione E-mail. Permette l’invio di E-mail traun mittente e un destinatario attraverso un server SMTP.

v SNMP (Simple network management protocol)La comunità Internet ha sviluppato questo standard per consentire lagestione dei diversi componenti di una rete attraverso un sistema unico. Il sistema di gestione della rete può scambiare delle informazioni con iprodotti agenti SNMP. Questa funzione consente al gestore di visualizzarelo stato della rete e dei prodotti, di modificare la loro configurazione e di controllare gli allarmi in caso di guasto. I prodotti Transparent Readysono compatibili SNMP e possono essere integrati naturalmente in unarete amministrata via SNMP.

v COM/DCOM (Distributed Component Object Model) ou OLE(Object Linking and Embedding).

Si tratta delle tecnologie che consentono una comunicazione trasparentetra le applicazioni Windows. Vengono utilizzate nel software data serverOFS (OLE for Process Control Factory Server).

9.7 Servizi Web e Transparent Ready

Come detto precedentemente i servizi universali non consentono unutilizzo industriale. I costruttori di componenti hanno quindi completato iservizi universali di Internet con funzioni specifiche ai sistemi diautomazione e controllo.

Schneider Electric ha sviluppato un’offerta di prodotti specifici che offronouna comunicazione “trasparente” tra tutti i livelli precedentemente illustratiil WEB. Schneider Electric ha investito molto sull’integrazione delletecnologie web2 nei suoi prodotti e servizi. La sua offerta si fonda su duepilastri:

- La rete Ethernet industriale. - I componenti WEB.

Lo scopo è di offrire dei “Servizi”, funzioni che consentono al Cliente dieseguire delle task particolari, come inviare un’informazione da uncontrollore programmabile ad un altro o attivare un allarme.

2 Il termine "tecnologia web" è sinonimo di "tecnologia Internet" e riguarda: iprotocolli internet, i linguaggi di programmazione quali Java, html, xml, ecc... oltreagli strumenti che hanno rivoluzionato il modo di condividere le informazioni.

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9.7 Servizi Web e Transparent ReadyReti industriali

214

b Ethernet industrialeOltre ai protocolli Ethernet universali (HTTP, BOOTP/DHCP, FTP, ecc...), i prodotti Schneider Electric sono in grado di fornire otto tipi di servizi dicomunicazione:

- Servizio di messaggeria Modbus TCP.- Servizio di scambio ingressi/uscite distribuiti: I/O Scanning.- Servizio di sostituzione apparecchio guasto: FDR (Faulty Device

Replacement).- Servizio di amministrazione rete: Agent SNMP.- Servizio di distributione dati globale: Global Data.- Servizio di gestione della banda passante.- Servizio di sincronizzazione dell’ora: NTP.- Servizio di notifica eventi SMTP (E-mail).

La Fig. 11 mostra il posizionamento di questi servizi rispetto ai diversilivelli delle reti.

I servizi di comunicazione sono raggruppati in tre classi:- Classe 10: servizi base di comunicazione Ethernet.- Classe 20: servizi di gestione comunicazione Ethernet (livello rete e

livello prodotto).- Classe 30: servizi avanzati di comunicazione Ethernet.

La tabella della Fig. 12 descrive i diversi servizi:

b Servizio di messaggeria: Ethernet Modbus TCPModbus è il protocollo di trasmissione dati, standard di fatto dal 1979,ampiamente utilizzato nell’industria. Modbus TCP/IP altro non è che latrasposizione del protocollo bus su rete Ethernet, implementatoutilizzando il protocollo Modbus TCP. Si tratta di un protocollo ormai collaudato, disponibile per tutte leapparecchiature in commercio, che non richiede componenti proprietariné acquisto di alcuna licenza. Le specifiche sono disponibili gratuitamente sul sito www.modbus-ida.org.

A Fig. 11 Servizi e reti

A Fig. 12 I servizi di comunicazione Ethernet


La sua semplicità consente a qualunque dispositivo di campo, quale adesempio un modulo d’ingressi/uscite, di comunicare su Ethernet senzabisogno di un potente microprocessore o di molta memoria. Grazie alla notevole portata di Ethernet (100 Mbit/s), le prestazioni diEthernet Modbus TCP sono eccellenti e lo rendono adatto per leapplicazioni in tempo reale, quali l’elaborazione d’ingressi/uscite.

Il protocollo applicazione è identico su Modbus seriale, Modbus Plus oEthernet Modbus TC; questo permette di smistare i messaggi da una reteall’altra senza bisogno di conversione di protocollo. Con Modbus TCP/IP è disponibile la funzione di routing IP che permette aprodotti situati ovunque nel mondo di comunicare senza limiti di distanza.

L’organizzazione IANA (Internet Assigned Numbers Authority) ha riservato aEthernet Modbus TC, la porta TCP 502. In questo modo Modbus è diventatoun protocollo standard di Internet. La dimensione massima dei dati è di 125parole o registri in lettura e di 100 parole o registri in scrittura.

b Servizio di scambio d’ingressi/uscite distribuiti: I/O Scanning

Questo servizio consente di gestire lo scambio di stati tra ingressi/uscitedistribuiti su rete Ethernet. Con una semplice configurazione e senza unaprogrammazione specifica, gli ingressi/uscite vengono elaborati in modotrasparente attraverso richieste di lettura/scrittura secondo il protocolloclient/server Ethernet Modbus TCP. Questo principio di elaborazione attraverso un protocollo standardconsente di comunicare con qualsiasi prodotto che supporti EthernetModbus TCP. Questo servizio consente di definire due zone di parole, una riservata allalettura degli ingressi, l’altra alla scrittura delle uscite (C Fig.13). I periodi di refresh sono indipendenti dal ciclo controllore.

In funzionamento, il modulo garantisce:

- La gestione delle connessioni TCP/IP con tutti i componenti a distanza.- L’elaborazione dei prodotti e la ricopiatura degli ingressi/uscite nella

zona di parole configurata. - Il controllo delle parole di stato che consente di verificare il corretto

funzionamento del servizio direttamente dall’applicazione controllore.- L’applicazione di valori di ripristino preconfigurati in caso di problemi

di comunicazione.

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A Fig. 13 Servizio di scambio d’ingressi/uscite distanti

Schneider Electric


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Sul sito Web Modbus-IDA (www.modbus-ida.org) è possibile consultarel’offerta di prodotti hardware e software che implementano il protocolloI/O Scanning su qualsiasi tipo di prodotto collegabile alla rete EthernetModbus TCP.

b Servizio di sostituzione apparecchio guasto: FDR (Faulty Device Replacement

Il servizio di sostituzione di un prodotto guasto utilizza la tecnologiastandard di gestione indirizzo (BOOTP, DHCP) e il servizio di gestione fileFTP o TFTP (Trivial File Transfer Protocol) facilitando la manutenzionedelle apparecchiature collegate su Ethernet Modbus TCP.

Questo servizio consente di sostituire un prodotto guasto con un prodottonuovo garantendone la localizzazione, la riconfigurazione e il riavviamentoautomatico mediante il sistema. Le fasi principali sono le seguenti:

- Un prodotto con servizio FDR integrato si guasta.- Un prodotto simile preconfigurato con il nome identificativo (Device

name) dell’apparecchio guasto viene reinstallato sulla rete. A secondadei prodotti l’indirizzamento può essere effettuato con appositiselettori o switch (I/O distribuiti Advantys STB, o Advantys OTB) omediante la tastiera integrata al prodotto (variatori di velocità Altivar 71).

- Il server FDR rileva il nuovo prodotto, a cui attribuisce un indirizzo IP ea cui trasferisce i parametri di configurazione.

- Il prodotto sostituito verifica che i parametri siano perfettamentecompatibili con le sue caratteristiche ed entra in funzione.

b Servizio di amministrazione rete: SNMPIl protocollo SNMP (Simple Network Management Protocol) consente, apartire da una stazione Agent di rete, di controllare tutti i componentidell’architettura Ethernet e di garantirne quindi la diagnostica rapida incaso di problemi. Questo servizio consente:

- D’interrogare i componenti della rete, quali le stazioni PC, i router, icommutatori, i bridge o i prodotti terminali per visualizzarne lo stato.

- Di ottenere statistiche dalla rete alla quale sono collegati i prodotti.

Questo software agent di rete rispetta il modello tradizionale client/server.Per evitare tuttavia la confusione con gli altri protocolli di comunicazioneche utilizzano questa terminologia, si parla piuttosto di gestore di rete o diAgent SNMP.

I prodotti Transparent Ready possono essere gestiti da qualunquegestore di rete SNMP, tra i quali HP Openview o IBM Netview enaturalmente da ConnexView. Il protocollo standard SNMP (SimpleNetwork Management Protocol) consente l’accesso agli oggetti diconfigurazione e gestione contenuti nelle librerie MIB (ManagementInformation Base) dei prodotti. Le libvrerie MIB devono rispettare alcunistandard per essere accessibili da tutti i prodotti in commercio, ma inbase alla complessità dei prodotti, i costruttori possono ampliare ildatabase MIB personalizzato. La libreria MIB Transparent Ready contieneoggetti di gestione specifici ai servizi di comunicazione TransparentReady quali Modbus, Global data, FDR, ecc... Questi oggetti facilitanol’installazione, la messa in opera e la manutenzione dei prodotti.


I prodotti Transparent Ready supportano 2 livelli di gestione rete SNMP: - L’interfaccia MIB II Standard che permette di accedere ad un primo

livello di gestione della rete. Il gestore pitrà identificare i prodotti checostituiscono l’architettura e recuperare informazioni generali sullaconfigurazione e sul funzionamento delle interfacce Ethernet TCP/IP.

- L’interfaccia MIB Transparent Ready che permette di migliorare lagestione dei prodotti Transparent Ready. Presenta un insieme diinformazioni che consentono al sistema di gestione della rete disupervisionare tutti i servizi Transparent Ready. Può essere scaricatadal server FTP di qualsiasi modulo Ethernet Transparent Ready di uncontrollore programmabile.

b Servizio di distribuzione dati Globali: Global Data (C Fig.14)

Il servizio Global Data garantisce la distribuzione in multicast di datiin tempo reale tra stazioni appartenenti ad uno stesso gruppo didistribuzione. Consente di sincronizzare applicazioni a distanza o dicondividere un database comune tra più applicazioni distribuite. Gli scambi si basano su un protocollo standard di tipoPubblicazione/sottoscrizione che garantisce prestazioni ottimali con uncarico minimo sulla rete. Il protocollo RTPS (Real Time Publisher Subscriber) promosso daModbus-IDA (Interface for Distributed Automation) è già uno standardadottato da diversi costruttori; 64 stazioni possono partecipare agliscambi attraverso Global Data all’interno di uno stesso gruppo didistribuzione. Ogni stazione può:

- pubblicare una variabile di 1024 byte. Il periodo di pubblicazione èconfigurabile da 1 a n periodi della task master del controllore,

- sottoscrivere da 1 a 64 variabili.

La validità di ogni variabile è controllata da bit di stato (Health Status bits)legati ad un timeout di refresh, configurabile tra 50 ms e 1 s. L’accesso ad un elemento di variabile non è possibile. La dimensione totale delle variabili sottoscritte raggiunge i 4 K bytecontigui. Per ottimizzare ulteriormente le prestazioni della rete Ethernet, iGlobal Data possono essere configurati con l’opzione “multicast filtering”che attraverso gli switch della gamma ConneXium garantisce la diffusionedei dati solo sulle porte Ethernet alle quali è collegata una stazioneabbonata al servizio Global Data. Se gli “switch” non vengono utilizzati, iGlobal Data vengono emessi in “multicast” su tutte le porte dello“switch”. 9

A Fig. 14 Global Data

Schneider Electric


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b Servizio NTP di sincronizzazione dell’oraIl servizio di sincronizzazione dell’ora si basa sul protocollo NTP (NetworkTime Protocol). Consente di sincronizzare l’ora di una stazione client oserver su Ethernet TCP/IP a partire da un server NTP o da un’altra fontedi riferimento (radio, satellite, ecc...).

I moduli di comunicazione Ethernet Modbus TCP: 140 NOE 771 11 deicontrollori Modicon Quantum Unity V2.0 (o successiva) e TSX ETY 5103dei controllori Modicon Premium Unity V2.0 (o successiva) dispongono diun componente client NTP. Questi moduli sono in grado di collegarsi adun server NTP utilizzando una richiesta client (unicast), per aggiornare lapropria ora locale. L’orologio del modulo viene aggiornato periodicamente(da 1 a 120 secondi) con un errore inferiore a 10 ms per i processoricomuni e inferiore a 5 ms per i processori ad elevate prestazioni. Se ilserver NTP non è raggiungibile il modulo Ethernet Modbus TCP si rivolgead un server NTP di emergenza (standby).

b Servizio SMTP di notifica mediante e-mailIl servizio SMTP di notifica mediante e-mail è programmabile. Consente all’applicazione controllore di segnalare un evento al verificarsidi determinate condizioni. Il controllore programmabile crea un messaggioe-mail automaticamente e in modo dinamico, per avvisare un destinatariodefinito, collegato alla rete in locale o a distanza. L’e-mail può contenere variabili, allarmi e/o eventi. È importante ricordareche questo servizio è disponibile con gli ultimi moduli di comunicazioneEthernet per controllori programmabili Modicon Premium e ModiconQuantum, oltre che con gli ultimi processori con collegamento Ethernetdegli stessi controllori, utilizzati con il software Unity Pro. Un servizio piùcompleto e indipendente dall’applicazione controllore è disponibile con ilmodulo server Web attivo FactoryCast HMI.

Il servizio utilizza un meccanismo semplice ed efficace: intestazionipredefinite di messaggi sono collegate al corpo dell’e-mail, a sua voltacreato dinamicamente a partire dalle ultime informazioni dell’applicazionecontrollore. Al verificarsi di condizioni predeterminate, l’applicazionecontrollore prepara il messaggio. Attraverso un blocco funzione vieneselezionata una delle 3 intestazioni predefinite e quindi creato unmessaggio e-mail contenente delle variabili e del testo (fino a 240 byte)che viene quindi inviato direttamente dal controllore programmabile.Ciascuna delle tre intestazioni contiene i seguenti elementi predefiniti:

- La lista dei destinatari del messaggio e-mail. - Il nome del mittente e oggetto del messaggio.

Queste informazioni vengono definite e aggiornate da un amministratoreautorizzato che utilizza le pagine Web di configurazione.

b I servizi Web (C Fig.15)

Il livello di servizio di un server Web è definito da 4 classi di serviziidentificate con una lettera:

v Classe A Definisce le apparecchiature Transparent ready senza servizi WEB.

v Classe B È il livello web di base. Fornisce la possibilità di gestire pagine WEBstatiche preconfigurate in un’apparecchiatura Transparent Ready.Consente di offrire servizi di diagnostica e controllo apparecchiatura apartire da un WEB browser standard.


v Classe C È il livello Web configurabile. Consente la personalizzazione del sito WEBdi un’apparecchiatura Transparent Ready con pagine WEB definitedall’utente in funzione delle proprie esigenze applicative specifiche. Di conseguenza la diagnostica e il controllo del processo client puòessere effettuato a partire da un WEB browser standard. L’offerta Factory Cast fornisce questo livello di funzione Web ecomprende anche gli strumenti per facilitare la gestione e la modifica deisiti WEB integrati.

v Classe D È il livello Web attivo. Consente di realizzare l’elaborazione specificadirettamente nell’apparecchiatura Transparent Ready server WEB.Questa capacità di elaborazione consente di effettuare dei pre-calcoli, di gestire un database tempo reale, di comunicare con databaserelazionali e di inviare e-mail. Tutto questo permette di ridurre edottimizzare la comunicazione tra il navigatore e il server. L’offerta Factory Cast HMI fornisce questo livello di funzione Web ecomprende anche gli strumenti per la configurazione delle elaborazionida effettuare nell’apparecchiatura server Web.

v I prodotti Transparent ReadySi identificano con una lettera che definisce il livello di servizi Web,seguita da un numero che definisce il livello di servizio di comunicazioneEthernet. Ad esempio:

- Il prodotto di classe A10 corrisponde ad un prodotto senza servizioWeb e con i servizi di base Ethernet.

- Il prodotto di classe C30 corrisponde ad un prodotto che dispone diun server Web configurabile e dei servizi avanzati di comunicazioneEthernet.

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A Fig. 15 I servizi web

Schneider Electric

9.7 Servizi Web e Transparent Ready9.8 Bus Can Open

Reti industriali

220

I servizi offerti da una classe superiore comnprendono naturalmente tutti iservizi supportati da una classe inferiore. I prodotti Transparent Ready sisuddividono in 4 grandi gruppi:

- Componenti di campo (semplici o intelligenti) tipo sensori e attuatori.- Controllori e controllori programmabili.- Applicazioni HMI (Interfaccia Uomo/Macchina).- Gateway e server dedicati.

La tabella della Fig. 16 consente di scegliere i prodotti Transparent Readyin funzione delle classi di servizio desiderate.

9.8 Bus Can Open

b Descrizione generaleIl bus CAN (Controller Area Network) è un bus sistema seriale sviluppatoda Bosch per il settore automobilistico. Venne presentato con Intel nel1985 con l’obbiettivo di ridurre la quantità di cavi all’interno dei veicoli (fino a 2 Km di cavi per veicolo) facendo comunicare i diversi dispositivi di comando su un unico bus e non più su linee dedicate, dal momentoche lo scopo era di ridurre il peso dei veicoli.

L’elevata immunità ai disturbi elettromeccanici unita all’affidabilità dellatrasmissione in tempo reale ha suscitato l’interesse delle industrie. Nel 1991 nasce il consorzio CIA (= CAN in Automation) con l’obbiettivo di promuovere l’applicazione CAN nell’industria (vedere il sito:http://www.can-cia.de/).

Nel 1993 il consorzio CIA pubblica le specifiche CAL (CAN ApplicationLayer) che descrivono i meccanismi di trasmissione senza tuttaviaprecisare quando e come utilizzarli. Nel 1995, il consorzio CiA pubblica ilprofilo di comunicazione CANopen base DS-301.

La Fig. 17 mostra i diversi standard che definiscono protocolli di livello 7(definiti nello standard CAN):

- Can Open.- DeviceNet.- CAL.- SDS.- CAN Kingdom.

A Fig. 16 La scelta dei prodotti Transparent Ready


Nel 2001 la pubblicazione da parte del CIA del profilo DS-304 permetteinfine di integrare su un bus Can Open standard (CANsafe) componenti disicurezza di livello 4.

La Fig. 17 mostra le caratteristiche tecniche di Can Open.

b I vantaggi di Can Openv Can Open utilizza trame corteGrazie alla sua elevata immunità ai disturbi elettromagnetici (EMI) Can Open consente alla macchina o all’installazione di effettuare unlavoro preciso, anche in un ambiente fortemente perturbato. Le trame corte Can Open e il collegamento “CANground” offrono lestesse possibilità ad ogni apparecchio collegato alla rete garantendo laprotezione contro i disturbi elettetromagnetici.

v Can Open garantisce affidabilità di trasmissione Quando un apparecchio Can Open trasmette i dati il sistema genera edelabora automaticamente la priorità del messaggio. È impossibileperdere un telegramma per problemi di collisione o perdere tempoaspettando il prossimo dato non attivo (idle) della rete. Can Open consente una notevole affidabilità nella trasmissione di dati:questo è uno dei motivi per cui Can Open viene ampiamente utilizzatonelle apparecchiature mediche che richiedono reti affidabili.

v Can Open elimina le perdite di tempoLe perdite di tempo sono sempre sinonimo di sprechi in tempo e denaro.CANopen è stato progettato per ridurre al massimo le perdite di tempo.Il meccanismo di controllo degli errori di Can Open garantisce unadistanza di Hamming pari a 6, offrendo un ottimo livello di rilevamentoerrori e di correzione. Con una probabilità di un errore non rilevato in1000 anni3 Can Open è la più affidabile delle reti per macchine einstallazioni.

3 1 bit di errore ogni 0.7 s a 500 Kbit/s, 8 h al giorno, 365 giorni all’anno

Nel caso in cui la rete rilevi una condizione di errore, il watch-dogè la prima possibilità di controllo dello stato dell’apparecchiatura.Ogni messaggio di diagnostica contiene l’origine e il motivo dell’erroreper consentire un intervento rapido riducendo le perdite di tempo. Per migliorare la diagnostica delle apparecchiature Can Open complessee per tenere sotto controllo la rete è disponibile una diagnosticasupplementare. Inoltre, per aiutare a rilevare gli errori aleatori, è disponibile una funzionedi report cronologico degli errori.

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A Fig. 17 I livelli del bus CAN

Schneider Electric

9.8 Bus Can OpenReti industriali

222

v Can Open: Prestazioni e flessibilitàIl motivo principale che porta a scegliere una rete sono le sue prestazioni e lasua capacità di adattarsi esattamente alle caratteristiche dell’applicazione.Can Open fornisce un dispositivo unico per l’adattamento della trasmissionedi dati. Basato sul modello produttore/consumatore, Can Open consentetrasmissioni in diffusione generale, punto a punto, cambiamento di stato eciclico. I dati vengono trasmessi solo se necessario, o in funzione di unabase tempi specifica. Gli oggetti dati di processo (PDO) possono essere confi-gurati singolarmente. È possibile cambiare i parametri in qualsiasi momento.

• A proposito di prestazioniBenché Can Open sia molto flessibile, la risposta della rete è rapida.In meno di 1 ms possono essere elaborati 256 punti d’I/O digitali a 1 Mbit/s4.Profibus-DP richiede circa 2 ms a 12Mbit/s per lo stesso tipo di scambiodi dati. Oltre alla risposta rapida è possibile cambiare il controllo dellepriorità dei messaggi. Can Open permette di adattare la trasmissione deidati alle caratteristiche specifiche dell’applicazione.

4 Source: Grid Control

v Can Open è sinonimo di riduzione dei costiCan Open unisce facilità d’installazione e apparecchiature a basso costo. A differenza di molti bus di campo Can Open non richiede un collegamentoequipotenziale tra gli apparecchi. Una connessione non corretta non generasolo errori di comunicazione, ma può anche causare danni agli apparecchi sul bus.

I componenti per Can Open vengono prodotti su grande scala conconseguente riduzione del prezzo. Schneider Electric offre ai suoi Clientitutti questi vantaggi in termini di riduzione dei costi.Con Can Open è possibile ottenere una riduzione pari al 10-20 % delprezzo rispetto agli altri bus di campo.

b Presentazione del funzionamento di CANCAN è un bus di comunicazione seriale per applicazioni di controllo intempo reale, basato su un modello pubblicazione-sottoscrizione. Un nodo trasmittente o editor invia un messaggio ad altri nodi riceventi.CAN è basato sul meccanismo di trasmissione diffusa (broadcast) cheutilizza un protocollo di trasmissione orientato al messaggio.

Il contenuto del messaggio è contrassegnato da un identificatore univocoper tutta la rete. I nodi destinatari filtrano i messaggi del bus in base aicriteri d’invio verificando se il messaggio è di propria pertinenza. Se il messaggio è pertinente viene elaborato, altrimenti viene ignorato. Ildestinatario diventa quindi a sua volta un mittente (C Fig.18).

Lo schema della Fig. 18 ci mostra la modalità di invio (push) del modellopubblicazione-sottoscrizione. CAN può anche supportare la modalità diricezione(pull) del modello pubblicazione-sottoscrizione. Un client puòinviare un messaggio a partire da una richiesta di trasmissione a distanza.La richiesta di trasmissione a distanza (RTR “Remote TrasmissioneRequesf”) è una trama CAN che comporta le “flags” (bit di stato) RTR.Quando il produttore riceve una richiesta di questo tipo trasmette larelativa risposta (C Fig.19).

In un’architettura “broadcast”, i diversi nodi della rete possono trasmetterecontemporaneamente. CAN risolve il problema con 2 meccanismi. Inprimo luogo un mittente controlla il bus per verificare l’eventuale presenzadi un’altro nodo già in trasmissione. Se il bus di comunicazione è libero, ilnodo comincia ad emettere. Più nodi possono cominciare ad emettere,ma mai contemporaneamente; una tecnica di aggiuducazione nondistruttiva garantisce che i messaggi vengano trasmessi in ordine dipriorità e che nessuno di essi vada perso.Il problema viene risolto con uno schema di priorità.

A Fig. 18 Il funzionamento di CAN

A Fig. 19 I modi « push » e « pull » del modellopubblicazione-sottoscrizione


Una trama CAN (C Fig.20) inizia con un campo di inizio sequenza (SOT“Start Of Trame”). Seguono undici bit di identificazione, dal più significativoal meno significativo. Il bit seguente è il bit di richiesta trasmissione remota,seguito da 5 bit di controllo e fino a 8 byte di dati utili. I bit di controllosono: l’ID esteso (IDE), un bit riservato e 3 bit del codice di lunghezza inbyte dei dati utili della parte dati (DLC). I dati utili sono seguiti da unasequenza di verifica della trama (FCS “Frame Check Sequence”) fino a 8byte. L’emettitore trasmette un bit recessivo di riconoscimento (ACK)che viene sovrascritto dai bit dominanti emessi dai nodi destinatari chehanno ricevuto con successo il messaggio trasmesso.

Il bit di fine sequenza (EOF “End Of Frame”) indica la fine del messaggio.

Il bit IFS (“Intermission Frame Space”) del bus deve rimanere inposizione recessiva prima che parta la sequenza successiva. Se nessunnodo è pronto ad emettere, il bus rimarrà nello stato in cui si trova. La codifica dei bit possiede 2 valori, dominante e recessivo. Se 2 nodiemettono contemporaneamente, il nodo ricevitore vedrà solo il valoredominante. Nella codifica binaria il valore ‘0’ è dominante e il valore ‘1’è recessivo. Quando un nodo emette viene sempre rilevato dal bus. Se emette un valore recessivo e riceve un bit dominante, interrompel’emissione e continua a ricevere il bit dominante. Questo semplicemeccanismo evita le collisioni sul bus CAN. Il messaggio con l’identificatore minore è prioritario sul bus.

CAN è un bus sistema ad accesso multiplo con rilevamento della per lagestione delle collisioni e delle priorità dei messaggi (CSMA/CD+AMP).Dal momento che le collisioni non si verificano mai, il bus CAN vienespesso descritto come CSMA/CA (accesso multiplo con ricezione diportante ed elusione di collisione).

La sequenza del messaggio descritta nella Fig. 21 è un frame di base.Per applicazioni che richiedono un numero maggiore di identificatori èstata creata la sequenza CAN estesa.

I messaggi di formato esteso possiedono 18 bit di identificazionesupplementari situati nell’intestazione dopo i bit di controllo. In questomodo la gamma viene estesa da 211 a 229 identificatori diversi. I due tipi di trame possono coesistere in un solo bus.

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A Fig. 20 Trama CAN

A Fig. 21 Trama base di un messaggio CAN

Schneider Electric


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CAN possiede più meccanismi diversi per rilevare messaggi non corretti:

- verifiche a ridondanza ciclica: la sequenza di verifica della trama (FCS)contiene il controllo a ridondanza ciclica (CRC). Il ricevitore verifica ilCRC della trama e confronta il risultato con la FCS. Se non sonouguali, significa che la trama contiene un errore CRC.

- verifiche della sequenza: il ricevitore rileva gli errori nella struttura dellatrama. Se la trama ha una struttura difettosa di conseguenza conterrà un errore di formato.

- verifiche di errore di riconoscimento: se il nodo ricevitore riceve una trama senza errori emette un bit di riconoscimento (ACK) dominante. Se il trasmettitore non riceve il bit di riconoscimento dominante emetteun errore di riconoscimento.

- verifica bit e compattazione dei bit: CAN utilizza la codifica NRZ.

b Presentazione di Can OpenCan Open definisce un livello di applicazione e un profilo dicomunicazione basato su CAN.

v Can Open definisce i seguenti oggetti di comunicazione(messaggi)

- Oggetto dati di processo (PDO).- Oggetto dati di servizio (S00).- Oggetto gestione rete (NMT).- Oggetto funzione speciale (SYNC, EMCY, TIME).

v Proprietà- Trasmissione dei dati seriali, basata su CAN.- Fino a 1 Mbit/s.- Efficacia di circa il 57 %.- Fino a 127 nodi (apparecchiature).- Possibilità di più stazioni master.- Interoperabilità di diverse apparecchiature di costruttori diversi.

v Dizionario degli oggettiAl centro della tecnica Can Open vi è il dizionario degli oggetti (C Fig.22),un’interfaccia tra il programma applicazione e l’interfaccia di comunicazione.

A Fig. 22 Dizionario degli oggetti Can Open


• Oggetti dati di processo (PDO)Gli oggetti dati di processo (PDO) vengono utilizzati per la loro rapidità eflessibilità di scambio dati. Un PDO può trasportare dati utili fino a 8 byte,il massimo per una trama CAN. La trasmissione di un PDO funzionasecondo il modello producer-consumer o produttore-utilizzatore di CANesteso con trasferimenti sincronizzati. Il trasferimento sincronizzato dei PDO si basa sul trasferimento dei messaggi SYNC sul bus CAN. Un PDO viene inviato ciclicamente dopo un numero configurabile (da 1 a240) di messaggi SYNC ricevuti. È inoltre possibile raggiungere ladisponibilità delle variabili del processo applicazione ed inviare un PDOalla successiva ricezione di un messaggio SYNC. Questo processo è detto trasferimento sincronizzato aciclico.

• Oggetti dati di servizio (SDO)Gli oggetti dati servizio (SDO) sono previsti per la trasmissione deiparametri. Gli SDO forniscono un accesso al dizionario dell’oggetto delleapparecchiature distanti. Un SDO non ha limiti di lunghezza. Se i dati utilinon si adattano alla trama CAN vengono divisi in più trame CAN. OgniSDO viene azzerato.

La comunicazione SDO utilizza la comunicazione punto a punto, con unpunto che funge da server e gli altri da client.

• Oggetti di controllo gestione della rete (NMT)Gli oggetti gestione rete (NMT) cambiano gli stati, o controllano gli stati diun dispositivo Can Open (C Fig.23). Un messaggio NMT è un messaggiocon identificatore CAN 0; i messaggi NMT hanno quindi il livello di prioritàpiù alto. Il messaggio NMT comprende sempre 2 byte di dati utili nellatrama CAN. Il primo byte contiene il comando NMT codificato. Il secondobyte contiene l’ID del nodo.

Dopo aver premuto il tasto di messa in servizio, un dispositivo CANopenavvia l’inizializzazione. Terminata l’inizializzazione il dispositivo fornisce unoggetto NMP di avviamento per avvisare il master.

Con oggetti NMT è implementato il protocollo di rilevamento di collisioneper il controllo dello stato dell’apparecchiatura.

• Oggetti funzioni speciali (SYNC, EMCY, TIME)Can Open deve avere un produttore SYNC per sincronizzare le azioni deinodi Can Open. Un produttore SYNC emette (periodicamente) l’oggettoSYNC con identificatore 128. Questo può generare un ritardo (“Pte”)dovuto alla priorità di questo messaggio.

L’errore interno di un’apparecchiatura può generare un oggetto di emergenza(EMCY). La reazione dei client EMCY dipende dalle applicazioni. Lo standard Can Open definisce più codici di emergenza. L’oggetto di emergenza viene trasmesso in una trama CAN unica da 8 byte.

Per trasmettere l’ora del giorno a più nodi Can Open può essere utilizzatauna trama CAN con l’ID CAN 256 e 6 byte di dati utili .

L’oggetto tempo (TIME) contiene la data e l’ora nell’oggetto di tipo Time-Of-Day.

• Meccanismi di controllo (Watchdog)Can Open possiede 2 metodi di controllo dello stato delle apparecchiature.Un gestore di rete può esaminare regolarmente ogni apparecchio adintervalli di tempo configurabili. Questo metodo viene chiamato “Nodeguarding” ed utilizza banda passante.

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A Fig. 23 Gli oggetti gestione rete (NMT) sotto Can Open

Schneider Electric


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Un altro meccanismo è l’invio regolare di un messaggio da parte di ciascunapparecchio. Rispetto al Node guarding questo metodo consente unrisparmio della banda passante.

• Lunghezza della rete e portata

La lunghezza viene limitata dalla portata dovuta al sistema di priorità alivello bit (C Fig.24)

Nelle pubblicazioni su Can Open la lunghezza massima più comunemente incontrabileper una portata di 1 Mbit/s è di 40 m. Questa è calcolata senza isolamento elettrico,come utilizzata nei prodotti Can Open di Schneider Electric. Tenendo contodell’isolamento elettrico, la lunghezza minimima del bus è di 4 m a 1 Mbit/s.Tuttavia, l’esperienza ha dimostrato che in pratica la lunghezza massima è di 20m.

Limitazione di lunghezza delle derivazioni.

È necessario tenere conto delle limitazioni riguardanti le derivazioni fissatedai parametri riportati nella tabella della Fig. 25.

(1) L max.: lunghezza massima di una derivazione.(2) EL max. a stella locale: valore massimo della lunghezza totale delle

derivazioni nello stesso punto in caso di utilizzo di una scatola diderivazione multiporta per realizzare una topologia a stella locale.

(3) Intervallo min.: Distanza minima tra 2 scatole di derivazione.Lunghezza massima delle derivazioni nello stesso punto. Valore calcolabile caso per caso per ciascuna derivazione: l’intervallominimo tra due derivazioni è uguale al 60% della lunghezza totale dellederivazioni nello stesso punto.

(4) EL max. (m) di tutti i bus: valore massimo della lunghezza totale di tuttii segmenti e delle derivazioni sul bus.

Portata1000 800 500 250 125 50 20 10

(Kbit/s)

Lunghezza20 25 100 250 500 1000 2500 5000

max. (m)

A Fig. 24 Il procedimento di priorità mediante bit

A Fig. 25 Tabella dei limiti di lunghezza riguardanti le derivazioni


b Associazione secondo le classi di conformitàSchneider Electric ha definito le classi di conformità per le apparecchiaturemaster e slave Can Open analogamente a quanto fatto per EthernetModbus TCP e i servizi Web. Le classi di conformità definiscono idispositivi compatibili con un’apparecchiatura e garantiscono unacompatibilità ascendente delle funzioni di ogni classe (C Fig.26).

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A Fig. 26 Tabella di scelta delle classi di conformità

Schneider Electric

9.8 Bus Can Open9.9 Sinergia Ethernet e Can Open9.10 Bus AS-Interface (AS-I)

Reti industriali

228

La tabella della Fig. 27 illustra le migliori soluzioni di associazione deiprodotti disponibili in base alle classi di conformità.

È tuttavia possibile utilizzare un apparecchio slave con un master diclasse di conformità inferiore (ad esempio S20 con M10), o unapparecchio master con uno slave di classe di conformità superiore (adesempio M10 con S20), utilizzando solo gli apparecchi supportati dallaclasse di conformità di livello inferiore.

9.9 Sinergia Ethernet e Can Open

Un profilo comune di comunicazione (DS-301) definisce tra l’altrol’allocazione degli identificatori COB-ID per ciascun tipo di messaggio.

I diversi oggetti associati sono descritti da profili propri a ciascunagamma di prodotti, quali I/O digitali (DS-401), I/O analogici, variatori divelocità (DS 402), encoder.

CAN in Automation e Modbus-IDA hanno collaborato per creare unanorma che consenta una trasparenza totale tra Can Open e EthernetModbus TCP. Questa collaborazione ha prodotto la specifica CiADSP309-2, che definisce gli standard delle comunicazioni tra una reteEthernet Modbus TCP e un bus Can Open. La specifica definisce tral’altro i servizi di "mapping" che consentono ad apparecchiature CanOpen di comunicare su una rete Ethernet Modbus TCP attraverso ungateway (C Fig.28).

L’accesso alle informazioni di un apparecchio Can Open è possibilein lettura e in scrittura per numerose funzioni di controllo.

9.10 Bus AS-Interface (AS-I)

b Descrizione generaleOggi le macchine integrano numerosi sensori ed azionatori e presentanospesso l’esigenza di ottimizzare la funzione di sicurezza. AS-Interface è la rete di cablaggio di tutti i dispositivi di campo(sensori/azionatori) in grado di rispondere alle esigenze dei sistemi diautomazione industriali.

Con AS-Interface il trasporto di dati e potenza avviene tramite un unicocavo bifilare. I componenti utilizzati su AS-Interface possono esserefacilmente sostituiti durante le operazioni di manutenzione; il nuovoslave riceve automaticamente l’indirizzo del prodotto sostituito.

AS-Interface è un’alternativa economica alla soluzione tradizionale dicablaggio parallelo tra i controllori programmabili e i dispositivi di campo.

L'intera offerta Schneider Electric è conforme allo standard definito daAS-international Organization, potente organizzazione internazionaleimpegnata nello sviluppo costante e nella diffusione di AS-i. AS-Interface è un sistema aperto che garantisce l'intercambiabilità el'interoperabilità tra i diversi prodotti del mercato.

ClasseS10 S20 S30

di conformità

Associazione RestrizioneM10

possibile d'utilizzo

M20

M30

A Fig. 27 Classe di conformità e migliori soluzioni di associazione prodotti

A Fig. 28 Comunicazione di Can Open in una rete Eternet Modbus TCP


AS-Interface è uno standard collaudato e pratico che ha dimostrato da oltre10 anni la sua facilità d’impiego e la sua affidabilità in diversi settori (trasportosu nastro, movimentazione, assemblaggio) come illustrato nella Fig. 29.

Caratteristico di AS-Interface è il cavo giallo (C Fig.30) piatto e profilatoche consente di agganciare a scatto e in qualsiasi punto qualunqueprodotto partner in modo semplice e protetto contro le inversioni dipolarità. Una presa vampiro speciali permette il collegamento e lospostamento di un sensore/azionatore senza alcun utensile aggiuntivo.

AS-Interface è esclusivamente un bus di campo tipo master/slave,comprendente un "master" (PC, API, Controllore …) incaricato di garantirela gestione degli stati dei sensori/attuatori e di trasmetterli al sistema diautomazione. Tra i vantaggi offerti da ASì vi è la flessibilità nella configurazione:

che si tratti di una struttura a linea, a stella o ad albero, AS-i non ponealcuna limitazione nella struttura o nella topologia di rete.

Per dieci anni AS-i è stata utilizzata solo per il cablaggio deisensori/azionatori ON/OFF. Alcuni fornitori proponevano anche versionianalogiche lente per le misure di temperatura o livello, ma i prodotti eranoproprietari e il numero di indirizzi limitato a 31 rendeva marginalel’interesse di queste applicazioni.

Il consorzio ha così lanciato la nuova versione V2 che raddoppia il numerodi indirizzi arrivando ad un totale di 62 slave ON/OFF possibili per master.Tuttavia la grande evoluzione risiede nella capacità di ricevere componentidi tipo analogico consentendo quindi il cablaggio misto di dispositivianalogici e digitali. In questo caso il numero di slave collegabili si riducerestando comunque nei limiti di fattibilità. Questo profilo permette dicollegare qualunque sensore/azionatore analogico su qualsiasi stazionemaster AS-i.

9

A Fig. 29 AS-Interface

12

12

A Fig. 30 Componenti dell’AS-Interface

Interfaccia IP20

Interfaccia IP67

Componente di controllo

Componente di dialogo

Controllore di sicurezza

Interfaccia di sicurezza

Alimentazione potenza

Master AS-I

1

21

2

Schneider Electric

9.10 Bus AS-Interface (AS-I)Reti industriali

230

Questa nuova versione introduce inoltre dei cambiamenti a livello delladiagnostica rete. Nella prima versione venivano rilevati solo i difetti dellarete mentre la V2 rileva anche tutti i difetti interni ai moduli.

Naturalmente la compatibilità della versione V2 e della nuova versione V1sulla stessa rete è garantita.

b I vantaggi di AS-Interface (C Fig.31)

Semplicità La semplicità del sistema di cablaggio è dovuta a:• L’utilizzo di un unico cavo per collegare tutti i

componenti (sensori ed attuatori) del sistema diautomazione.

• Funzione di gestione delle comunicazioni integrata ai prodotti.

Riduzione dei costi I costi possono essere ridotti fino al 40 % mediante:• Riduzione dei tempi di progettazione, installazione,

messa a punto, messa in servizio ed evoluzioni.• Guadagno di spazio nelle cassette, grazie a

prodotti più compatti e all’eliminazione dicassette intermedie dal momento che la maggiorparte delle funzioni può essere delocalizzatasulla macchina.

• Eliminazione delle canalizzazioni dei cavi dicontrollo e riduzione delle canaline.

Sicurezza AS-Interface consente di aumentare l’affidabilità, ladisponibilità operativa e la sicurezza:

• Gli errori di cablaggio non sono più possibili.• Nessun rischio di errori di connessione.• Forte immunità alle interferenze elettromagnetiche

(EMC).• Le funzioni di sicurezza della macchina possono

essere totalmente integrate nell’AS-Interface.

A Fig. 31 I vantaggi di AS-Interface


b I componenti di AS-InterfaceI prodotti AS-i sono suddivisi in famiglie (C Fig.32); per ulterioriinformazioni o dettagli consultare i cataloghi prodotti di Schneider Electric.

9

Le interfacce per Consentono a qualunque prodotto standard (sensore, azionatore, avviatore, ecc...) di essere collegato su unaprodotti generici rete AS-Interface.

Permettono una grande libertà nella scelta e sono particolarmente adatti alle modifiche e miglioramenti dellemacchine che venivano precedentemente realizzate in cablaggio convenzionale.Queste interfacce sono disponibili per montaggio in cassette (IP20) o montaggio diretto sulla macchina (IP67).

Le interfacce déedicate Le interfacce dedicate (moduli di comunicazione...) consentono la comunicazione con il cavo AS-Interface.e componenti I componenti dedicati integrano un’interfaccia e possono quindi essere collegati direttamente sul cavo AS-

Interface.Consentono un cablaggio molto rapido, ma offrono una scelta meno ampia rispetto ai componenti generici.

Il master È il componente centrale del sistema; la sua funzione è la gestione degli scambi di dati con le interfacce e icomponenti (chiamati anche slave) ripartiti nell’installazione. Può ricevere:31 interfacce o componenti in versione V1 (tempo ciclo 5ms)62 interfacce o componenti in versione V2 (tempo ciclo 10ms)Il master può essere:integrato in un controllore programmabile, ad esempio sotto forma di un’estensione, oppure collegato al bus dicampo, si tratta allora di un gateway.

L’alimentazione È un’alimentazione bassissima tensione da 29.5 a 31.6V per le interfacce e i componenti alimentati attraversoAS-Interface il cavo AS-Interface. È protetta contro le sovratensioni e i cortocircuiti.

Su una linea AS-Interface è possibile utilizzare solo questo tipo di alimentazione.Poiché il cavo AS-Interface è limitato in corrente, talvolta è necessario aggiungere un’alimentazionesupplementare per alcuni circuiti, in particolare per gli azionatori.

Il cavo piatto Il cavo giallo, collegato all’alimentazione di potenza, garantisce le due seguenti funzioni:- Trasmissione dei dati tra il master e gli slave.- Alimentazione dei sensori e degli azionatori.Il cavo nero, collegato all’alimentazione ausiliaria 24V, fornisce la potenza agli azionatori, ma anche ai sensori coningressi isolati.Il profilo meccanico di questi cavi rende impossibili le inversioni di polarità; il materiale utilizzato consente unaconnessione rapida ed affidabile dei diversi componenti. In caso di sconnessione di un prodotto, ad esempio permodifica dell’apparecchiatura, il cavo torna alla sua forma originale.Questi cavi supportano 8A massimo e sono disponibili in due versioni:- In gomma per le applicazioni standard.- In TPE per le applicazioni ove i cavi sono sottoposti a spruzzi di olio.

Soluzioni di sicurezza Le informazioni standard del processo possono essere trasmesse allo stesso tempo e sullo stesso mezzo dellesu AS-Interface informazioni relative alla sicurezza fino ad un livello 4 dello standard EN 60954-1.(Vedere il capitolo 6 L'integrazione nell’AS-Interface viene realizzata mediante aggiunta di un controllore di sicurezza e di componenti dedicato alla sicurezza) di sicurezza collegati sul cavo giallo AS-Interface.

Le informazioni di sicurezza vengono scambiate solo tra il controllore di sicurezza e i suoi componenti; questo ètrasparente per le altre funzioni standard. In questo modo, è possibile aggiungere su un’installazione AS-iesistente un sistema di sicurezza.

Il terminale d’indirizzamento Poiché i componenti sono collegati in parallelo sul bus AS-Interface, è necessario assegnare un indirizzo diversoa ciascuno di essi. Questa funzione è garantita da un terminale che si collega singolarmente ai diversi componenti.

A Fig. 32 I componenti di Asi-Interface

Schneider Electric

9.10 Bus AS-Interface (AS-I)

232

b Principio di funzionamento della rete AS-iv Collegamento Il sistema di collegamento utilizzato viene comunemente chiamato «presavampiro». Il connettore comporta due aghi che effettuano il collegamentoelettrico mediante perforazione dell’isolante del cavo. Le due parti del connettore vengono in seguito avvitate una sull’altra pergarantire la qualità della connessione. Questo tipo di connettore (C Fig.33) è normalizzato e consente di realizzare facilmente qualsiasi tipo diapparecchiatura con livello di protezione fino a IP67.

v Modulazione dei segnaliLa rete As-i funziona senza bisogno di terminatore qualunque sia la topologiautilizzata. Il principio utilizza la modulazione della corrente basata su unacodifica Manchester; due induttanze situate nell’alimentazione convertonoquesto segnale in tensione sinusoidale. La forma del segnale generato evita dischermare il cavo (C Fig.34).

v Lunghezza della reteLa lunghezza della rete è condizionata dalla deformazione del segnale edalla caduta di tensione in linea. La distanza massima tra due slave nondeve superare i 100m (C Fig.35). Questa distanza può essere aumentataaggiungendo dei ripetitori con i seguenti limiti:

- due ripetitori al massimo per linea,- la distanza massima con il master non deve superare i 300m,- l’utilizzo di una terminazione passiva consente di aumentare la

distanza da 100m a 200m,- una terminazione attiva consente di raggiungere i 300m.

Reti industriali

A Fig. 33 Principio del collegamento As-i

A Fig. 34 Forma dei segnali corrente e tensione

A Fig. 35 Lunghezze limite della rete As-i


v Principio del protocolloIl principio di comunicazione si basa su un protocollo ad un solo master. Il sistema master interroga gli slave a turno, questi ultimi rispondonoinviando i dati richiesti (C Fig.36). Quando tutti gli slave sono statiinterrogati, il ciclo si ripete e continua all’infinito. Il tempo di ciclo dipende dalnumero di slave del sistema che è facilmente determinabile.

As-i utilizza diversi metodi per garantire la sicurezza del trasferimento dati.Il segnale viene verificato dal ricevitore, se non ha la forma richiesta nonviene preso in considerazione. L’utilizzo di un bit di parità associato ad unmessaggio breve (7 e 14 bit) garantisce l’integrità logica dell’informazione. Il tempo morto del master provoca l’azzeramento(C fig.37).

La durata di un bit è di 6 µs. Alla velocità di 166.67 Kbit/s, aggiungendotutti i bit di pausa, il tempo di ciclo massimo non supererà i 5082 µs.

• Ogni ciclo si divide in tre parti- scambio dati,- gestione del sistema,- aggiornamento/inserimento di uno slave.

Il profilo AS-Interface del master determina le sue esatte capacità.Generalmente AS-Interface possiede le seguenti funzioni:

- inizializzazione del sistema,- identificazione degli slave collegati,- trasmissione dei parametri slave agli slave,- garanzia dell’integrità degli scambi dati ciclici con gli slave,- gestione delle diagnostiche del sistema (stato di funzionamento degli

slave, controllo del blocco di alimentazione, ecc...),- comunicazione di tutti gli errori rilevati al controlllore del sistema

(controllore programmabile, ecc...),- riconfigurazione degli indirizzi degli slave se il sistema subisce una

qualunque modifica.Gli slave decodificano le domande provenienti dal master e rispondendoimmediatamente. Tuttavia, uno slave non risponderà a comandi errati oinappropriati provenienti dal master. Le capacità funzionali di uno slavesono definite dal suo profilo AS-Interface.

9

A Fig. 36 Trame master e slave

A Fig. 37 Costituzione del tempo di risposta


b Topologia e cablaggio di AS-InterfaceLa mancanza di limitazione permette qualsiasi tipo di configurazione e dicollegamento tra sensori e azionatori; la Fig. 38 illustra alcune tipologie.

b Le versioni di AS-InterfaceLa prima versione (V1) è stata seguita dall’evoluzione V2.1 con le seguentifunzioni aggiuntive:

- possibilità di collegare un massimo di 62 slave, mentre la versione V1ne accettava solo 31,

- possibilità di trasmettere un messaggio "guasto periferico" al mastersenza inibire lo slave che conserva la possibilità di funzionare quandola continuità di servizio è fondamentale,

- elaborazione degli slave analogici.

b ProfiloIl profilo di un’apparecchiatura AS-Interface determina le sue capacità. Due prodotti AS-Interface con le stesse funzioni e lo stesso profilofunzionano esattamente allo stesso modo, qualunque sia il costruttore esono intercambiabili all’interno di uno stesso sistema. Il profilo è fissato di base con due o tre caratteri programmatinell'elettronica interna dell’apparecchiatura e non è modificabile. Ad oggi l'associazione AS-i ha definito oltre 20 profili, qui di seguitodescritti.

9.10 Bus AS-Interface (AS-I)Reti industriali

A Fig. 38 Tipi di reti possibili


La tabella della Fig. 39 mostra le compatibilità tra le diverse versioni

v Profili del master I profili del master definiscono le capacità proprie di ciascun master AS-i.Sono disponibili quattro tipi di profili del master: M1, M2, M3, M4;quest’ultimo è compatibile con le versioni precedenti.

v Profili dello slave Tutti gli slave dispongono di un profilo; questo significa che sonoconsiderati periferiche "As-i" con circuito ASIC integrato. Fanno parte di questa categoria i componenti dedicati (quali gli azionatoriintelligenti) e le interfacce (che collegano dei componenti tradizionali alsistema AS-Interface). I profili, simili a schede d'identità, sono stati definitiper distinguere gli azionatori e i sensori suddividendoli in grandi famiglie.Il sistema dei profili è particolarmente utile quando si tratta di sostituireuno slave. Ad esempio, due azionatori prodotti da costruttori diversi, macon lo stesso profilo, sono funzionalmente intercambiabili senzaprogrammazione, né indirizzamento.

9.11 Conclusione

L’impiego di reti di comunicazione nelle architetture di un sistema diautomazione industriale consente di aumentare la loro flessibilità e quindidi rispondere alle esigenze di adattamento delle macchine e delleinstallazioni. Per effettuare una buona scelta tra la moltitudine di reti dicomunicazione esistenti, sono necessarie conoscenze specifiche. La scelta può essere effettuata seguendo alcuni semplici criteri: apertura, standardizzazione e adeguamento.

- Scegliere una rete aperta, invece di una rete proprietaria, consente dirimanere liberi dalla scelta dei suoi fornitori di prodotti di automazione.

- Scegliere una rete standardizzata a livello internazionale consente digarantirne la perennità e l’evoluzione.

- Scegliere un buon equilibrio tra le esigenze della macchina odell’installazione e le prestazioni della rete consente di ottimizzare ilproprio investimento.

Quest’ultimo punto è quello che, verosimilmente, richiede unaconoscenza precisa dell’offerta delle reti di comunicazione che per lungotempo è stata percepita come complessa, sia per la selezione che per lamessa in opera o la manutenzione. Tutti i fornitori hanno lavorato perovviare a questa difficoltà. Schneider Electric ha, da parte sua, deciso diproporre solo reti di comunicazione realmente aperte, basate su standardinternazionali e adatte alle esigenze dei diversi livelli di architettura di unsistema di automazione, definendo delle classi d’implementazione checonsentano di effettuare una scelta semplice e ottimale.

9

Slave V2.1 con Slave V2.1 conSlave V1 Slave analogico

indirizzamento standard indirizzamento esteso

Compatibile ma iMaster V1 Compatibile guasti di periferica Non compatibile Non compatibile

non sono segnalati

Master V2 Compatibile Compatibile Compatibile Compatibile

A Fig. 39 Le versioni di As-Interface: le compatibilità

236

10capitoloElaborazione dei dati e software– Presentazione di esempi concreti

di architetture (schema, prodotti e software)– Progettazione e generazione applicazioni

Schneider Electric

10. Elaborazione dei dati e sofwareSommario

237

1

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5

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11

12

M

b 10.1 Definizione. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . pagina 238

b 10.2 Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . pagina 238

b 10.3 Programmazione, configurazione e linguaggi. . . . . . . . . . . . . pagina 239

b 10.4 Categorie di applicazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . pagina 240

b 10.5 Unity Application Generator (UAG):

Design e progettazione delle applicazioni. . . . . . . . . . . . . . . . pagina 254

b 10.6 Definizioni delle principali abbreviazioni utilizzate . . . . . . . . . pagina 256

Schneider Electric

10.1 Definizione10.2 Introduzione

Elaboraziione dei dti e software

238

Nelle pagine che seguono viene trattata la funzione di elaborazione introdottanel primo capitolo, completata da una presentazione dei software utilizzatinell’impresa e dalle relative interazioni con i software di elaborazione deisistemi di automazione e controllo. Diversamente da altri capitoli non verranno approfonditi concetti qualii sistemi, i linguaggi di programmazione, ecc... Invitiamo i lettori interessati a consultare la ricca bibliografia in materia.

10.1 Definizione di controllore programmabile

Un controllore programmabile (PLC) è un sistema elettronico a funzionamentodigitale specializzato nella gestione e nel controllo in tempo reale diprocessi industriali e terziari.

Il PLC esegue una serie di istruzioni introdotte nella memoria sotto formadi programma inviando degli ordini verso gli attuatori (parte operativa).

Un controllore programmabile o PLC (dall’inglese Programmable LogicController) è un dispositivo simile ad un computer, utilizzato perautomatizzare processi quali, ad esempio, il comando delle macchine suuna catena di montaggio di uno stabilimento. Laddove i vecchi sistemi di automazione utilizzavano centinaia o migliaiadi relè e camme è ora sufficiente un solo controllore programmabile. I Tecnici di automazione sono i tecnici programmatori dei controlloriprogrammabili.

10.2 Introduzione

I controllori programmabili (PLC) sono nati negli anni 70. La loro primafunzione consisteva nel garantire le logiche sequenziali necessarie alfunzionamento delle macchine e dei processi. Il loro costo elevato ha fatto sì che inizialmente venissero limitati ai grandisistemi. La funzione di elaborazione è stata poi profondamente modificata dallesuccessive evoluzioni tecnologiche:

- I linguaggi di programmazione si sono unificati e sono statistandardizzati dalla norma IEC 61131-3 che fornisce una definizionedei diversi tipi.

- L’approccio sistema si è generalizzato, le nozioni di schemi hanno lasciato il posto ai blocchi funzione.

- La generalizzazione del digitale consente di elaborare sia le grandezzedigitali che quelle analogiche, previa conversione analogico/digitale.

- La diminuzione del costo dei componenti elettronici consente, ancheper applicazioni semplici, di sostituire i sistemi a relè con controlloriprogrammabili.

- I bus di comunicazione utilizzati per gli scambi di dati sostituiscono vantaggiosamente il cablaggio convenzionale.

- Le tecnologie software impiegate nell’office e nell’impresa vengonoutilizzate sempre più nei sistemi di automazione industriali.

- Anche le interfacce di dialogo uomo/macchina evolvono diventandoprogrammabili per offrire maggior flessibilità.

Schneider Electric

10.3 Programmazione, configurazione e linguaggi

239

10.3 Programmazione, configurazione e linguaggi

Un programma d’automazione è costituito da una successione di istruzioniche devono essere eseguite in un certo ordine dal processore del PLC. Il termine programma viene spesso utilizzato come sinonimo di software.Benché la maggior parte dei software sia composta da programmi, questirichiedono spesso i file di risorse contenenti dati di ogni tipo che nonfanno parte del programma.

Questo concetto permette di introdurre il termine configurazione.Configurare consiste non nel programmare, ma nel fornire al software idati e i parametri necessari ad un corretto funzionamento.

A titolo esemplificativo, un sistema di trattamento delle acque può,andando dal semplice al complesso, essere costituito da un programmasemplice per mantenere il livello dell’acqua in un serbatoio tra due livelli,aprendo e chiudendo una valvola elettrica. Un sistema leggermente piùcomplesso potrebbe comportare una bilancia sotto il serbatoio (comeingresso) e un controllore di flusso per consentire all’acqua di scorrere aduna data portata. Un’applicazione industriale, quale il trattamento delleacque di scarico, comanda diversi serbatoi. Ogni serbatoio deve soddisfare più condizioni, quali:

- Essere riempito tra due limiti min. e max. - Avere un pH compreso in una data gamma. - Avere una certa portata.

b Linguaggi normalizzatiLa Commissione Elettrotecnica Internazionale (CEI) o InternationalElectrotechnical Commission (IEC) in inglese, ha elaborato la norma IEC 61131 specifica per i controllori programmabili che nel capitolo 3 (IEC 61131-3) definisce i diversi linguaggi di programmazione:

• IL (Instruction List) Il linguaggio List è il linguaggio testuale di livello inferiore nello standard,molto vicino al linguaggio di tipo assemblativo; si lavora il più vicinopossibile al processore utilizzando l’unità aritmetica e logica, i relativiregistri e accumulatori.

• ST (Structured Text)Il linguaggio testuale ST rappresenta il passaggio alla programmazionestrutturata ed assomiglia al linguaggio C utilizzato per i computer.

• LD (Ladder Diagram)Il linguaggio grafico Ladder assomiglia agli schemi elettrici e permette ditrasformare rapidamente un vecchio programma di relè elettromeccanici.Questo tipo di programmazione offre un approccio visivo del problema.

• FBD (Function Bloc Diagram)L’FBD si presenta sotto forma di diagramma: è un insieme di blocchi,collegabili tra loro, che collegano qualsiasi tipo di funzione, dalla piùsemplice alla più sofisticata.

• GRAFCET (acronimo di « GRAphe Fonctionnel de CommandeEtapes/Transitions »).È un modo di rappresentazione e di analisi di un sistema di automazioneparticolarmente adatto ai sistemi ad evoluzione sequanziale, ossiascomponibili in tappe. Nella programmazione di un controlloreprogrammabile è possibile scegliere di programmare in SFC, in modomolto vicino al G (il Grafcet IEC848 divenne una norma internazionale nel1988 con il nome di « Sequential Function Chart » (SFC)). Ad ogni azione è associato un programma scritto in IL, ST, LD o FBD.

10

Schneider Electric

10.4 Categorie di applicazioneElaboraziione dei dti e software

240

10.4 Categorie di applicazione

Le evoluzioni tecnologiche legate al mutare delle esigenze degli utentihanno fatto nascere una vasta gamma di controllori programmabilicaratterizzati:

- dalla parte hardware con la potenza di elaborazione, il numero e lecaratteristiche degli ingressi/uscite, la velocità di esecuzione, i moduliapplicazione intelligenti (comando assi, comunicazione, ecc...)

- dalla parte software che, oltre al linguaggio di programmazione,dispone di funzioni più elaborate e di capacità di comunicazione e di interazione con gli altri software dell’impresa.

Questi software verranno presentati attraverso applicazioni tipo cheserviranno ad orientare il lettore nelle scelte. Si consiglia quindi diconsultare la documentazione specifica di ogni prodotto.

Nell’introduzione di questa guida sono state presentate le nozioni diarchitettura di automazione e di implementazioni, in base al profilo delcliente. Le soluzioni presentate possono essere suddivise in quattrocategorie:

A - Soluzioni «Tecnico elettrico»

Le applicazioni sono semplici, autonome e fisse. I criteri di scelta sarannoguidati dalla facilità di adozione ed utilizzo dei prodotti, dal costocontenuto della soluzione e dalla semplicità di manutenzione.

B - Soluzioni «Tecnico di automazione-tecnico meccanico»

Le applicazioni sono esigenti nelle prestazioni meccaniche (precisione,rapidità, asservimento di movimenti, cambiamento di gamma, ecc...); lascelta dell’architettura e dell’elaborazione saranno condizionateessenzialmente dalla ricerca di prestazioni elevate.

C - Soluzioni «Tecnico di automazione »

I sistemi di automazione sono complessi per il volume e la diversità delleinformazioni da elaborare, quali la regolazione, le interconnessioni tracontrollori programmabili, il numero degli ingressi/uscite, ecc...

D - Soluzioni «Tecnico di automazione-tecnico di produzione»

I sistemi di automazione della produzione devono integrarsinell’architettura informatica dello stabilimento. Devono potersiinterfacciare e scambiare con i software di produzione, di gestione, ecc...

Riposizioniamo nella Fig. 1 le diverse categorie insieme alle implementazionipresentate nel capitolo 1.

A Fig. 1 Categorie di applicazione e profili utente


b Soluzioni “Tecnico elettrico”Le soluzioni semplici utilizzano alcuni relè elettromeccanici per realizzarele sequenze di automazione. Le ultime generazioni di piccoli controllori, difacile impiego, diventano competitivi offrendo alcuni ingressi/uscite e nuovepossibilità senza richiedere alcuna nozione specifica in programmazione.

Le applicazioni tipo si trovano nei seguenti settori:- Industriale: macchine semplici e funzioni complementari dei sistemi

decentralizzati.- Edilizia e servizi: gestione illuminazione, accessi, comando, controllo

dei locali, riscaldamento, ventilazione, climatizzazione.

v Applicazione di un controllore programmabile ZelioLa configurazione qui di seguito presentata è adatta alle applicazioni

specificate nella tabella della Fig. 2.

L’utilizzo di un variatore di velocità permette di far variare progressivamentela velocità del motore (C Fig.3); per esigenze di comando in ON/OFF siassocerà un contattore al relativo relè termico.

Questo sistema è composto dai seguentio elementi: - un controllore programmabile Zelio Logic,- un’alimentazione Phaseo corrente continua 24V DC,- un variatore di velocità Altivar 11, - un interruttore automatico magneto-termico GV2 per la funzione di protezione,- una colonna luminosa XVB per la funzione di segnalazione,- un interruttore Vario VCF per la funzione di sezionamento.

Le variabili del variatore (tempo, velocità, controllo) sono configurabilidirettamente sull’Altivar 11 o mediante software Powersuite.

La programmazione del controllore programmabile Zelio può essereeffettuata direttamente sul modulo o con il software Zeliosoft installato suun PC. La videata Zeliosoft mostrata dalla Fig. 4 presenta una logicarealizzata con blocchi funzione FDB (Function Bloc Diagram).

10A Fig. 3 Schema di applicazione basato su un

controllore programmabile Zelio

Applicazione Descrizione Esempio

Stazione di pompaggio mobile Questa applicazionepermette di riempire esvuotare serbatoi.L’utilizzo di un variatore divelocità facilita l’adattamentoalla viscosità dei fluidi.

Porta automatica Permette l’apertura e lachiusura di porte e cancellidi stabilimenti.

Finestra elettrica Permette di regolare l’ariain una serra.

A Fig. 2 Esempi applicativi di un controllore programmabile Zelio

A Fig. 4 Copia di videata del software Zeliosoft

Schneider Electric


242

v Applicazione di un controllore programmabile Twido

L’utilizzo di un controllore programmabile Twido permette la realizzazionedi applicazioni semplici che potranno essere controllate a distanzautilizzando un modem collegato sulla rete telefonica (RTC). La tabelladella Fig. 5 fornisce alcuni esempi applicativi:

v Schema tipo Il sistema viene sviluppato a partire da un controllore programmabile Twido (C Fig.6). Il controllo e la visualizzazione sono garantiti da un terminale Magelis. La sicurezza è garantita da un arresto di emergenza sull’interruttoreprincipale.


Ventilazione Controllo di un sistema diventilazione in un edificioindustriale. La misura della temperaturacontrolla la messa in servizioe l’arresto della ventilazione.

Riscaldamento Controllo di un sistema di riscaldamento di un immobile.

Controllo a distanza Controllo di una fontanadi una fontana in un edificio di una

compagnia di servizi. Il sistema è controllato a distanza tramite modem.

Controllo della pulizia L’applicazione controlla edel filtro in uno stabilimento pulisce il filtro di unodi distribuzione acque stabilimento di

distribuzione acque con una sequenza di pulizia ad aria, seguita da un risciacquo ad acqua. È inoltre possibile controllare il sistema a distanza tramite modem.

A Fig. 5 Esempi applicativi di un controllore programmabile Twido

A Fig. 6 Schema applicativo basato su un controllore Twido


Il cablaggio viene realizzato filo a filo. Il PLC controlla l’avviatore egestisce i messaggi del modulo di allarme.

Il sistema comprende i seguenti componenti:- Un controllore programmabile Twido Modular (PLC).- Un’alimentazione Phaseo a corrente continua (PS).- Un avviatore TeSys-U (SC).- Un terminale alfanumerico Magelis XBT-N (HMI).- Un motore trifase standard.

E i seguenti software:- Software di programmazione Twidosoft Version 2.0.- Software di configurazione Magelis XBTL1003M V4.2.

La videata Twidosoft riportata nella Fig. 7 mostra una programmazione inlogica Ladder reversibile in List. Il software integra un importante set diistruzioni e un browser integrato permette l’accesso diretto a tutti glioggetti.

b Soluzioni “Tecnico di automazione-tecnico meccanico”Alcune applicazioni richiedono prestazioni che è difficile ottenere senzaassociare strettamente le funzioni di elaborazione, di acquisizione e dicomando di potenza. Per questo motivo l’asservimento viene elaboratodirettamente dalla funzione comando potenza, sia in analogico chemediante bus rapidi (Canopen, ecc...) o bus specializzati (Sercos, ecc...).Questo tipo di architettura si trova anche su alcuni variatori di velocità permotori sincroni (sistemi ad anello) e asincroni .

L’esigenza di poter associare un’elaborazione sequenziale di variabilianalogiche e digitali ha spinto i costruttori ad aggiungere sui variatori divelocità:

- delle schede d’ingressi/uscite,- delle schede di comunicazione,- delle schede di elaborazione tipo controllore.

Queste soluzioni vengono utilizzate anche nelle applicazioni industriali enelle infrastrutture.

Questa soluzione verrà illustrata presentando un variatore di velocità concontrollore programmabile integrato.

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A Fig. 7 Copia di videata del softwareTwidosoft

Schneider Electric


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v Elaborazione integrata ad un variatore di velocitàUna scheda opzionale programmabile (C Fig. 8) permette di trasformarei variatori di velocità Altivar in vere e proprie isole di automazione. Questa scheda, chiamata “Controller Inside”, integra tutte le funzioni di uncontrollore programmabile:

- Il software di programmazione Codesys offre le funzioni dei linguaggi grafici normalizzati IEC 61131-3.

- L’elaborazione il più vicino possibile al comando motore assicura larapidità necessaria ai movimenti.

- Il bus Can Open master permette di comandare altri variatori (Altivar 31, Altivar 61 o Altivar 71) e di scambiare tutti i dati necessari.

- La scheda dispone di ingressi/uscite propri e può accedere a quellidell’Altivar.

- Le funzioni di visualizzazione del terminale grafico vengonomemorizzate per informare e configurare i parametri.

- La supervisione è disponibile via Ethernet e Modbus (o altre reti dicomunicazione).

CoDeSys è uno strumento di programmazione utilizzabile in Windowsche supporta i cinque linguaggi standardizzati dalla norma IEC 61131-3.CoDeSys produce un codice nativo per la maggior parte dei processoricomuni e può essere utilizzato su diversi controllori programmabili. Combina la potenza dei linguaggi di programmazione avanzati, quali C oPascal, e le funzioni dei sistemi di programmazione dei controlloriprogrammabili. Il kit di programmazione comprende un manuale,un’assistant in linea ed è disponibile in tre lingue (tedesco, inglese efrancese).

CoDeSys viene utilizzato da numerosi costruttori; Schneider Electric l’haadottato per i variatori di velocità Altivar e Lexium.

v Applicazioni La tabella della Fig. 9 fornisce alcuni esempi applicativi di un variatore divelocità con scheda Controller Inside integrata.

v Schema tipo

A Fig. 8 Variatore di velocità Altivar e relativascheda controllore programmabile


Rete di infrastrutture Utilizzato nelle stazioni dipompaggio per fornireacqua potabile alle utenze.

Macchine speciali Diverse applicazioni:- macchine di bobinatura - macchine automatiche diassemblaggio- macchine per la lavorazione del legno.

Nastri trasportatori Utilizzato in coordinamentocon i movimenti disollevamento e dellenavette.

A Fig. 9 Esempi applicativi di una scheda Controller Inside


Per non rendere troppo complessa la presentazione di questa soluzione,nella Fig. 10 la parte potenza e la relativa alimentazione non sono staterappresentate.

Il sistema illustrato comprende:

• Hardware- una scheda Controler Inside installata in un Altivar 71, dove il variatore

è la stazione master del bus Canopen,- un variatore ATV31 e ATV71 con interfaccia integrata Can Open, - un servoazionamento Lexium 05 con interfaccia integrata Can Open.

Il dialogo operatore è gestito da un terminale grafico Magelis XBT-GTcollegato all’isola tramite connessione Modbus

- I/O distribuiti Advantys STB.

• Software- un software di programmazione PS1131 (CoDeSys V2.3), - un software di configurazione PowerSuite per gli ATV31, ATV71 e

Lexium 05,- un software di configurazione Vijeo-Designer V4.30 per Magelis,- un software di configurazione Advantys Configuration Tool V2.0.

b Soluzioni “Tecnico di automazione”I moderni sistemi di automazione sono molto esigenti per quantoconcerne il numero e il tipo d’ingressi/uscite. Devono essere in grado dielaborare le sequenze del sistema di automazione e fornire le informazioninecessarie alla gestione e alla manutenzione. La complessità dei sistemi impone tempi di progettazione e di messa inopera relativamente lunghi e onerosi.

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A Fig. 10

Schneider Electric


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Per ridurre i costi i costruttori propongono una doppia soluzione: - Offerte modulari di prodotti software e hardware, per consentire al Cliente di

ammortizzare i costi di formazione su tutte le applicazioni.- Software capaci di accelerare la produttività, gestire le funzionicronologiche e facilitare la manutenzione e l’evolutività dei sistemi.

Questo tipo di soluzione di automazione viene utilizzata nei processiindustriali con più macchine collegate o nelle infrastrutture. La tabella della Fig. 11 illustra alcuni casi di utilizzo.

v Applicazioni Non è nostra intenzione sviluppare un’applicazione completa, maillustrarne il principio presentandone una parte significativa.

Un controllore Premium viene utilizzato per controllare un’isola localecomposta da I/O Advantys STB, quattro variatori di velocità e modulid’ingressi/uscite esterni. Ogni elemento è collegato su bus Can Open.Questa implementazione può essere facilmente estesa aggiungendo altrivariatori o I/O supplementari. Il controllore è collegato all’isola tramite busModbus/TCP. I variatori e i motori sono alimentati a 230V AC.Per fornire l’alimentazione 24V DC viene utilizzata un’alimentazione esterna.

v Schema tipoUno schema tipo è illustrato nella Fig. 12.


Apparecchio di Utilizzato su processimovimentazione con più sistemi di nastri

trasportatori e coninformazioni esterne.

Macchine per imballaggio, Utilizzato sulle macchine tessili, macchine per il taglio emacchine speciali la piegatura inserite in

una linea di produzione.

Pompe e ventilatori Utilizzato per sistemi dicircolazione delle acque,di refrigerazione asservitia misure esterne quali laportata.

A Fig. 11 Illustrazione delle applicazioni “Tecnico di automazione”

A Fig. 12 Schema tipo di un’applicazione "Tecnico di automazione"


Lista dei componenti del sistema:- un controllore programmabile TSX Premium (PLC),- un’alimentazione Phaseo corrente continua (24V),- un variatore di velocità ATV31,- I/O Advantys STB, - un modulo d’ingressi/uscite protetti IP67 Advantys FTB, - un motore trifase a gabbia.

Software:- un software Unity Pro V2.0.2 di programmazione controllori (PLC),- un software di configurazione I/O Advantys V1.20, - un software PowerSuite V2.0 di configurazione variatori ATV31.

v Il software Unity Pro Unity Pro è il software comune di programmazione per la messa a puntoe l’utilizzo dei controllori Modicon Premium, Atrium e Quantum.Riprendendo le funzioni base di PL7 e Concept, Unity Pro apre le portead un insieme completo di nuove funzioni per una maggior produttività ecollaborazione tra software (C Fig.13).

• Le caratteristiche principali di Unity Pro- Interfacce grafiche Windows 2000/XP.- Icone e barre strumenti personalizzabili.- Profili utente.- Progettazione grafica delle configurazioni harware.- Convertitori integrati PL7 e Concept.- Generazione automatica delle variabili di sincronizzazione su Ethernet

(Global Data).- I 5 linguaggi IEC61131-3 sono supportati di base con editor grafici.- Integrazione e sincronizzazione di editor, programma, dati, blocchi

funzione utente.- Funzione “drag & drop” di recupero e utilizzo oggetti della libreria.- Funzione Import/Export XML e riallocazione automatica dei dati.- Automatizzazione delle task ripetitive mediante macro VBA.- Sistema di ridondanza Hot Standby “plug & play”.

Unity Pro offre un insieme completo di funzioni e strumenti checonsentono di ricalcare la struttura dell’applicazione sulla struttura delprocesso o della macchina. Il programma è suddiviso in moduli funzionali.Assemblati e gerarchizzati, questi moduli formano la finestra funzionale eraggruppano:

- Le sezioni di programma.- Le tabelle di animazione.- Le videate operatore.- I collegamenti ipertestuali (hyperlink).

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A Fig. 13 Esempi di videate del software Unity Pro

Schneider Electric


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Le funzioni elementari utilizzate in modo ripetitivo sono inseribili in blocchifunzione utente (DFB) in linguaggio IEC 61131-3.

Per creare una base di riferimenti applicativi, Unity Pro gestisce dellelibrerie progetto e applicazione, in locale o su server.

Dotato di circa 800 funzioni di base, Unity Pro può essere arricchito epersonalizzato (variabili, tipi di dati, blocchi funzione).

Unity Pro comporta inoltre:- Delle variabili simboliche indipendenti dalla memoria fisica.- Tipi di dati strutturati definiti dall’utente (DDT).- La gestione della versione dei blocchi funzione DFB e DDT nella libreria.- Una libreria di oggetti grafici pre-animati per le videate operatore.- I dati di programmazione protetti in scrittura e/o lettura per evitare le

modifiche.- La possibilità di sviluppo di blocchi funzione in C++ con l’opzione

Unity EFB Toolkit.

Localizzati nella libreria sul PC locale o su server a distanza, gli oggettidell’applicazione e le loro proprietà possono essere utilizzati e condivisida tutti i programmi. Qualsiasi modifica di un oggetto della libreria vieneautomaticamente riportata nei programmi che lo utilizzano:

- I moduli funzionali sono riutilizzabili nell’applicazione o tra progetti mediante semplice import/export XML.

- I blocchi funzione sono recuperabili dalla libreria mediante “drag & drop”.- Tutte le istanze ereditano automaticamente (in base alla scelta utente)

le modifiche apportate nella libreria.- Funzione “drag & drop” per la selezione e la configurazione degli

oggetti grafici delle videate operatore.

Un simulatore controllore su PC integrato nel software Unity Propermette di perfezionare al massimo l’applicazione prima della suainstallazione sul posto, riproducendo fedelmente il comportamento delprogramma. Nella simulazione è possibile utilizzare tutti gli strumenti dimessa a punto:

- Esecuzione passo-passo del programma.- Punto di arresto e di visualizzazione.- Animazioni dinamiche per visualizzare lo stato delle variabili e la logica

in fase di esecuzione. Le videate di utilizzo facilitano la messa a puntograzie a finestre che rappresentano lo stato delle variabili sotto formadi oggetti grafici: spie di segnalazione, curve di tendenza, ecc...

Come per la configurazione, anche per la messa a punto dei moduliintelligenti sono disponibili apposite videate: le funzioni offerte sonoadatte al tipo di modulo utilizzato (ingressi/uscite “ON/OFF”, analogico,conteggio, comunicazione, ecc...).

Un report cronologico delle azioni operatore viene archiviato in un filestandard e protetto da Windows. Appositi collegamenti ipertestualipermettono di collegare all’applicazione tutti i documenti e gli strumentinecessari all’intervento in utilizzo o manutenzione.

• Gli strumenti di diagnostica Unity Pro fornisce una libreria di blocchi di diagnostica applicazione ( DFBs).Integrati nel programma, consentono, a seconda della loro funzione, dicontrollare le condizioni permanenti di sicurezza e l’evoluzione delprocesso nel tempo.

Una finestra di visualizzazione visualizza in chiaro e in modo cronologico,tramite cronodatazione alla sorgente, tutti i difetti sistema e applicazione.Un semplice clic su questa finestra permette di accedere all’editor diprogramma nel quale si è verificato l’errore (ricerca delle condizionimancanti alla sorgente).


Le modifiche in linea possono essere raggruppate in modo coerente sulPC e trasferite direttamente nel controllore programmabile in un’unicaoperazione affinchè possano essere elaborate nello stesso ciclo.

I collegamenti ipertestuali integrati nell’applicazione consentono l’accesso,in locale o a distanza, alle risorse utili (documentazione, strumentocomplementare, ecc...) per ridurre al minimo i tempi d’arresto.

Una gamma completa di funzioni permette di controllare l’utilizzo:- Funzione cronologica delle azioni operatore su Unity Pro in un file

protetto.- Profilo utente con selezione delle funzioni accessibili e protezione

tramite password.

La Fig. 14 presenta alcuni esempi di videate e di finestre funzionali per unaccesso diretto e grafico ai diversi elementi dell’applicazione.

L’architettura client/server di Unity Pro rende accessibili le risorse delsoftware attraverso interfacce di programmazione in VBA, VB o C++. Due esempi:

- Automatizzazione delle task ripetitive (programmazione,configurazione, traduzione, ecc...).

- Integrazione di applicazioni specifiche (generatore di codice, ecc...).

• Gli scambi con gli altri softwareIl formato XML (C Fig. 15), standard universale W3C per lo scambio didati su Internet, è stato adottato come formato sorgente delle applicazioniUnity Pro quali variabili, programmi, ingressi/uscite, configurazione, ecc...

Mediante semplice import/export, è possibile scambiare tutta o partedell’applicazione con gli altri software del progetto (CAD, ecc...).

Unity Developer’s Edition (UDE) e le relative interfacce di programmazionein linguaggio C++, Visual Basic e VBA consentono lo sviluppo di soluzionisu misura, come la realizzazione di interfacce con un CAD perprogettazione elettrica, un generatore di variabili, un programmacontrollore, o l’automatizzazione delle operazioni ripetitive nellaprogettazione. Numerosi editor di software hanno utilizzato UDE per semplificare lo scambio di dati con Unity Pro. La tabella della Fig. 16 presenta alcuni esempi:

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A Fig. 14 Videate di utilizzo e finestre funzionalidi Unity Pro

A Fig. 15 Utilizzo del formato XMLin Unity Pro

Applicazioni Società Prodotto

Electrical CAD ECT Promise

Electrical CAD EPLAN EPLAN

Electrical CAD IGE-XAO SEE Electrical Expert

Electrical CAD AutoDesk AutoCAD Electrical

Electrical CAD SDProget SPAC Automazione

Process Simulation Mynah Mimic

Change Management MDT Software AutoSave

Applicazione Generator TNI Control Build

SCADA/Reporting Iconics GENESIS BizViz Suite

SCADA EuropSupervision Panorama

SCADA Arc Informatique PCVue32

Graphical User Interface ErgoTech ErgoVU

SCADA Areal Topkapi

SCADA Afcon P-CIM

MES Tecnomatix/UGS XFactory

Historian/RtPM OSISoft PI

Web Services Anyware PLC Animator

A Fig. 16 Editor di software che utilizzano l’interfaccia UDE

Schneider Electric


250

• Compatibilità con le applicazioni esistentiDi base le applicazioni PL7 e Concept IEC 61131 vengono importate inUnity Pro mediante un convertitore integrato. L’aggiornamento delsistema operativo, fornito con Unity Pro, è possibile sulla maggior partedei controllori programmabili Modicon Premium e Quantum.

Gli ingressi/uscite a distanza, i moduli intelligenti, le interfacce dicommunicazione e i bus di campo restano compatibili con Unity Pro.

b Soluzioni “Tecnico di automazione- tecnico di produzione”Qui di seguito affrontiamo le architetture più complesse, con diversi PLCcomunicanti tra loro e con stazioni di supervizione (SCADA). Queste architetture si interfacciano anche con i sistemi di gestionedell’impresa.

L’ottimizzazione dei sistemi impone un approccio globale che consenta dimettere in relazione i diversi settori aziendali. Distinguiamo due tipi diapproccio:

- Approccio tempo reale (real time): in fase di impiego caratterizza il collegamento ai sistemi CRM di gestione dei rapporti con i clienti, ai sistemi di gestione degli stock e della produzione aziendale (MES) e aisistemi di gestione contabile-amministrativa per l’ottimizzazione dei flussi.

- Approccio collaborativo in ambiente di scambio (Collaborative automation):i software supportano l’interazione tra le diverse parti che svolgono unruolo attivo nelle fasi di progettazione, realizzazione, utilizzo emanutenzione, con l’obbiettivo di ridurre i tempi e i costi dellostrumento di produzione, migliorandone al contempo la qualità.

La diversità delle applicazioni rende complessa la comprensione del loroposizionamento. Le esigenze di interelazione e interscambio tra i diversisoftware portano ad un approccio collaborativo di tutte le applicazioni.

v Il tempo reale e i software aziendali Nella Fig. 17 vengono illustrati i software più frequentemente utilizzati inofficina o stabilimento di produzione. È possibile distinguere quattro livelli:

A Fig. 17 I quattro livelli dell’impresa


• Il livello impresa (corporate level)È caratterizzato da un elevato flusso di informazioni e dall’affermazionedefinitiva degli standard dell’office (office automation) e di Internet. I software funzionano su PC o su server più potenti.

• Il livello officinaÈ caratterizzato principalmente da strumenti di supervisione e da PLC chegestiscono il processo. Ethernet si è imposto come standard di comunicazionetra computer e controllori programmabili.

• Il livello macchinaL’approccio tempo reale condiziona la scelta degli strumenti dicomunicazione. PC industriali e controllori programmabili si ripartiscono leapplicazioni, i collegamenti vengono realizzati tramite bus di campo(CanOpen per Schneider Electric) oppure tramite Ethernet associato alivelli applicativi specifici.

• Il livello sensoreQui il bus As-i, particolarmente adatto a questo tipo di utilizzo, fa ormaiconcorrenza ai collegamenti diretti “filo a filo”.

v Progettazione e realizzazione “collaborativa”I software dei controllori programmabili presentati nelle pagine precedentisono confinati al controllo di insiemi progettati separatamente per lavorarein modo autonomo. Talvolta possono tuttavia richiedere collegamenti dicomunicazione.

Per consentire di lavorare in parallelo sulla progettazione e la realizzazionedei software di programmazione sono stati sviluppati nuovi strumenti cheaiutano gli sviluppatori semplificando e velocizzando il loro lavoro grazie afunzioni di tracciabilità delle modifiche e al monitoraggio automatico.

Considerando infatti il ciclo di vita di una macchina o di un processo, apartire dal suo studio fino a fine vita, (C fig.18) è facile comprendere comel’ampia gamma di funzioni implicate richieda l’interazione fra settori diversi.Questa collaborazione è resa possibile da software per l’automazione qualiCAD meccanici ed elettrici, ERP, MES, SCADA, ecc...

Cuore dell’offerta Schneider Electric, Unity Pro e UAG (generatore diapplicazioni) offrono una piattaforma hardware e software basatasull’apertura e la comunicazione tra le diverse applicazioni, coprendo tuttele esigenze, dalla fase di progettazione iniziale fino alla manutenzione (Fig. 18).

Avendo già parlato nelle pagine precedenti del software Unity Pro,dedicheremo più avanti un paragrafo al funzionamento di UnityApplication Generator o UAG.

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A Fig. 18 I due software Unity Pro e UAG

Schneider Electric


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Per consentire la collaborazione tra le applicazioni sono stati sviluppatidiversi software complementari. La tabella della Fig. 19 presenta lefunzioni di ciascun software.

L’utilizzo dei principali standard informatici quali Ethernet TCP/IP, Web,OPC, SOAP, XML, ecc..., facilita la collaborazione verticale a tutti i livellidell’impresa e permette:

- una migliore visibilità delle informazioni in tempo reale.- un’interoperabilità tra il processo e i sistemi informativi (MES, ERP,

ecc...).- gli scambi con le utility di progettazione (CAD).

UDE: Unity Developer’s EditionUnity Developer’s Edition (UDE) è un vero e proprio programma dedicatoagli sviluppatori informatici in VBA, VB o C++ per lo sviluppo diapplicazioni in ambiente Unity. Consente l’integrazione di prodotti terzioltre che lo sviluppo di soluzioni ad hoc.

UAG: Unity Application GeneratorUAG è uno strumento di progettazione basato su oggetti riutilizzabili (PID,valvole, motore, ecc...) e conforme alla norma ISA 88. UAG genera il codice controllore dei PLC dell’architettura e i grafici dellasupervisione SCADA. Offre un unico database progetto comune ai diversielementi garantendo quindi la coerenza dell’applicazione.

La programmazione unica delle informazioni garantisce rapidità e coerenzatra gli ambienti.

Grazie a questo approccio progettuale strutturato e modulare, UAG offreuna riduzione significativa dei costi di sviluppo e facilita la convalida e lamanutenzione dei progetti di automazione.

OFS: OPC Factory System

Componenti Funzione

Unity Pro Software di sviluppo applicazioni monocontrollore in ambiente collaborativo

UAG Sviluppo di applicazione multicontrollore e SCADA basato suUnity Application oggetti riutilizzabili. Generator Conforme alle norme ISA S88

UDE Software per sviluppo in linguaggiUnity Developer Edition informatici VBA, VB, C++

OFS Server OPC di Schneider Electric che mette inOPC Factory System relazione gli ambienti (desktop e PLC)

Factory Cast Assicura il passaggio di informazioni tra PLCEnvironnement Web e desktop

CITEC SCADA Software SCADA

AMPLA Software MES

Modulo Ethernet Moduli che utilizzano i servizi Factory Cast

Software diconfigurazione eregolazione parametri

XBT L1000 Creazione di dialogo operatore (HMI)

Vijeo designer Creazione di dialogo operatore (HMI)

Vijeo Look Mini SCADA

Power Suite Configurazione variatori Altivar e avviatori Altistart e Tesys U

A Fig. 19 Software complementari


OFS, adattamento di OPC (OLE for Process Control) all’ambienteSchneider Electric, è un software di comunicazione che consente alleapplicazioni informatiche client di accedere semplicemente e in modostandard ai dati dei controllori programmabili grazie al server OPC.OPC si basa sulla procedura standard OLE/COM dei software Microsoftpiù utilizzati e può gestire applicazioni client diverse sullo stesso PC o suPC collegati in rete grazie alle funzioni Windows COM o DCOM.

La fondazione OPC è un’interfaccia operativa che raggruppa moltesocietà del mondo del controllo industriale con l’obbiettivo di gestire leevoluzioni di OPC garantendo la compatibilità l’apertura tra softwarediversi.

Le evoluzioni sono condizionate dalle seguenti esigenze: - fornire alle applicazioni informatiche un’interfaccia basata su standard

aperti, capace di offrire un accesso semplice e standardizzato ai datidel processo di automazione della produzione.

- favorire una trasparenza universale tra applicazioni di controllo eautomazione, MES, applicazioni gestionali e di ufficio.

- proporre un’interfaccia standard per lo sviluppo di applicazioni Client/Server interoperative.

- consentire l’accesso al server locale o remoto.- fornire informazioni disponibili in tempo reale.

Factory Cast: sistemi e architetture Web Insieme di componenti software consentono alle applicazioni dicomunicare tramite Internet rispondendo ai seguenti requisiti:

- comunicazione tra applicazioni. - compatibilità con il web e Internet.- utilizzo di soluzioni non proprietarie standardizzate.- facilità di implementazione.

Le applicazioni devono essere in grado di comunicare qualunque sia: - il linguaggio con il quale sono state sviluppate.- il sistema operativo utilizzato.

La tecnologia, compatibile con l’utilizzo di Internet, si basa su unprotocollo standard SOAP XML (Simple Object Access Protocol) utilizzatocon HTTP e consente la comunicazione tra le applicazioni.

Una descrizione standard dei servizi e delle interfacce è fornita da WSDL(Web Service Description Language), il linguaggio utilizzato per descriverei web services.

Il modello “WEB SERVICES” è indipendente dalle piattaforme, dailinguaggi e dai sistemi operativi utilizzati.

SCADA: software di supervisione sinottica dei processiSCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) è un softwareindustriale progettato per ottimizzare la gestione di un impianto diproduzione. Consente il comando in tempo reale di un’officina diproduzione in base alle esigenze di produzione e ai mezzi disponibili.

Schede EthernetI diversi tipi di schede Ethernet disponibili consentono di realizzarearchitetture moderne, aperte alle diverse tecnologie software più recenti,fornendo strumenti utili a realizzare le funzioni di controllo necessarie agliutenti. Questo rende inoltre possibile organizzare «oggetti» in modototalmente compatibile con gli ambienti MES e ERP.

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Schneider Electric

10.5 UAG: Generatori di applicazioniElaboraziione dei dti e software

254

10.5 Unity Application Generator (UAG): Design e generazione delleapplicazioni

Unity Application Generator (UAG) è un software di progettazione egenerazione delle applicazioni PLC e HMI/SCADA. Basato su oggetti standard riutilizzabili (librerie applicazione) utilizza ununico database di progetto centralizzato. UAG viene utilizzato dalle applicazioni monocontrollore, ma èparticolarmente indicato nelle architetture multicontrollore. UAG utilizza tutta la potenza di Unity Pro associandola strettamente aisistemi di supervisione Monitor Pro, I-FIX o altri.

b Una riduzione significativa dei tempi di sviluppoUAG e i suoi componenti consentono agli sviluppatori di entrareimmediatamente in sintonia con le esigenze del Cliente (C Fig.20). Il riutilizzo degli oggetti, la facilità di aggiornamento e di test permettonouna riduzione dal 20 al 30 % dei tempi di progettazione che può tradursiin diversi mesi per i progetti più rilevanti.

b Principali caratteristiche di UAG- Un unico database PLC/HMI/SCADA. - Oggetti standard riutilizzabili (librerie applicazione).- Configurazione delle applicazioni del processo.- Generazione incrementale per gli SCADA.- Mapping globale delle risorse.- Applicazione PLC (codice, variabili, configurazione, comunicazione,

ecc...).- Applicazione SCADA (simboli, mimic, variabili, attributi, allarmi,

ecc...).- Gestione dei protocolli di comunicazione (Ethernet, ModBus+).- Interfaccia grafica XML.

A Fig. 20 Riduzione dei tempi di sviluppo


b Funzionamento di UAGUnity Application Generator è costituito da tre strumenti (C Fig.21).

L’insieme dei tre strumenti è riassunto nel grafico della Fig. 22.

v L’editor di oggetti ScoDUnity Application Generator (UAG) è uno strumento di progettazionebasato su oggetti riutilizzabili e moduli di controllo. Un modulo di controllodescrive un’unità di processo e include tutti gli aspetti della funzione diautomazione:

- la logica del PLC.- la rappresentazione per l’operatore nel sistema di supervisione- le proprietà meccaniche ed elettriche dell’unità- la manutenzione e la riparazione.

La rappresentazione sotto diversi aspetti di questi elementi in UAG sichiama Smart Control Device (SCoD), ed è l’equivalente dei moduli dicontrollo della norma ISA 88.

L’istanza di un controllo ha una rappresentazione fisica equivalente. Può essere:

- un componente reale, che può essere preso e ispezionato, come unmotore, una valvola o un sensore di temperatura

- un elemento di controllo utilizzato per regolare altre funzioni quali unanello PID, un temporizzatore o un contatore.

I moduli di controllo sono definiti e utilizzati in librerie applicazione, mentrel’editor SCoD è lo strumento che crea, modifica e raggruppa i controlliclient specifici negli oggetti (SMart Control Device).

La definizione delle regole e delle proprietà all’interno dell’editor SCoDbasato sull’interfaccia DFB/EFB comprende:

- l’interfaccia grafica utente (GUI)- la configurazione obbligatoria dell’istanza ScoD- la configurazione opzionale dell’istanza ScoD- l’eredità dell’istanza ScoD- le relazioni, semplici e complesse, ereditate dal modulo selezionato e

dagli altri ScoD- la definizione dei dati riportata da e verso l’HMI- la definizione dei dati legati al modello topologico- le informazioni specifiche all’HMI come gli allarmi, le unità di misura,- i livelli di accesso:

per modulo, in riferimento alle informazioni specifiche dell’HMI (ad es. ActivesX e simboli), per modulo, in riferimento alle informazioni specifiche del controllore programmabile (blocchi funzione DFB/EFB)

- la documentazione ScoD.

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Strumento Applicazione Libreria

SCoD Editor Librerie Specifica dei moduli di controllo,importazione dei blocchi funzioneDFBs o EFBs, specifica degliattributi e definizione delleconfigurazioni dello schermo(all’interno di UAG).

UAG Customization Personalizzazione Definizione dei profili utente perun progetto che include: le regoledi naming, i cataloghi dellespecifiche hardware, le librerie, ecc...

Unity Application Progetto Studio del progetto, analisiGenerator funzionale e generatore di

applicazioni.

A Fig. 21 Gli strumenti UAG

A Fig. 22 Sinottico UAG

Schneider Electric

10.5 UAG: Generatori di applicazioniElaboraziione dei dti e software

256

Prendiamo una valvola come esempio di Smart Control Device. Unavalvola viene generalmente utilizzata comme dispositivo d’isolamento perimpedire o permettere lo scorrimento di un liquido o di un gas in uncondotto. Generalmente è legata a tre segnali digitali:

- il contatto di finecorsa aperto e chiuso- il segnale per l’azionatore.

È disponibile un’ampia gamma di valvole standard, dalle più piccoleazionate da solenoidi alle più grandi azionate da motori.

Le proprietà vengono assegnate dal PLC in funzione dei diversi tipi divalvole.

Di default la valvola è inserita come “Energize-to-Open”, benchè l’utenteabbia la possibilità di specificare “Energize-to-Close”.

Il tempo di funzionamento “Travel Time-out” deve essere compreso in unintervallo [min Value max Value].

La Fig. 23 rappresenta una videata dell’editor.

v UAG Customisation EditorL’editor di configurazione UAG (C Fig.24) permette di definire unlinguaggio comune tra i diversi utenti (utilizzo, automazione,manutenzione). Descrive la lista degli elementi utilizzati e la lorodefinizione, gli oggetti (SCoD) e le specifiche delle interfacceuomo/macchina (HMI).

La personalizzazione comincia con i seguenti elementi:

- lista delle librerie ScoD- lista dei moduli hardware autorizzati- livello di accesso- definizione dei nomi degli elementi del processo- proprietà specifiche dei componenti HMI o SCADA.

Prendiamo nuovamente ad esempio una valvola. L’utente ha bisogno di definire esattamente la valvola per non confonderlacon un’altra nel sistema composto interamente da valvole. Deciderà distandardizzare la struttura del nome dei componenti del suo sistema:<posizione su 4 digit> <abbreviazione inglese su 3 digit> <tipo dielemento da 1 a 6>. Una data valvola avrà quindi un unico nome, adesempio: 2311VAL4.

Allo stesso modo sarà possibile definire tutti gli altri elementi:- la localizzazione ScoD corrispondente alla valvola- la sezione del programma nel controllore programmabile- i moduli hardware associati del controllore programmabile- ecc...

La standardizzazione è definita, nelle applicazioni PLC e HMI, per tutti glioperatori e gli specialisti dei sistemi di automazione e dei processi. Ilprogetto segue le regole senza eccezioni. La formazione del personaleaddetto alla manutenzione può essere effettuata con questi strumenti.Conoscendo il numero di valvole la gestione del progetto è facilitata.

v Generatore di applicazioniUnity Application Generator è un software di progettazione e di analisifunzionale che genera le applicazioni per i PLC e i sistemi di supervisioneSCADA (C Fig.25).

A Fig. 23 L’editor di oggetti SCoD

A Fig. 24 L'editor di elementi "CustomisationEditor"

A Fig. 25 Software Unity Application Generator


Due task indipendenti consentono di generare il modello fisico e ilmodello tipologico:

- il modello fisico mostra il processo con una struttura ad albero, come illustrato nella Fig. 25.

- il modello tipologico descrive i componenti hardware del processo diautomazione, inclusi i controllori programmabili (PLC), gli I/O, le reti, iPC, ecc..., comme illustrato nella videata della Fig. 26.

b UAG e la norma ISA88 v Norma ISA 88: Organizzazione « avanzata » del Controllo ProcessoIl “Controllo avanzato” è incentrato sull’algoritmo di base che consente dimigliorare i comportamenti dei dispositivi di controllo automatico. Prende inoltre in considerazione le problematiche organizzative edeconomiche, arrivando fino a rivedere le apparecchiature, i metodi e irisultati dei processi produttivi.

La norma ANSI/ISA-88 propone dei concetti efficaci per l’organizzazionefunzionale delle applicazioni con l’obbiettivo di raggiungere il grado dirobustezza che consenta il continuo adattamento dei sistemi oggetto dellanormativa.

La norma si focalizza su più punti essenziali:- la flessibilità, la riduzione della complessità e dei tempi di sviluppo e il

controllo dei processi- l’approccio basato su oggetti standard riutilizzabili- la separazione della procedura e del processo.- la separazione del controllo del processo e del sistema di

automazione delle apparecchiature.

Informazioni complete su questa norma sono disponibili sul sito http://www.s88.nl.

Unity Application Generator utilizza la terminologia della norma ISA 88 peril controllo batch « Part 1: Models and Terminology ». Adottando la struttura di questa norma, l’utente di UAG ha la possibilità discomporre le task del suo processo “batch” in conformità con le regolenormative, ricomponendo successivamente il processo servendosi diUAG e degli elementi definiti.

10

A Fig. 26 Modello tipologico

Schneider Electric

10.6 Definizione delle principali abbreviazioni utilizzate

Elaboraziione dei dti e software

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10.6 Definizione delle principali abbreviazioni utilizzate

DCS Distributed Control System

HMI Human Machine Interface

PLC (programmable logic controler) equivalente ad API (controlloreprogrammabile industriale).

SCADA (supervisory control and data acquisition) o software disupervisione sinottica dei processi (vedere paragrafo SCADA).

UAG Unity Application Generator.

MES Manufacturing execution system (abbreviato in MES) è un sistemainformatico il cui obiettivo è automatizzare la raccolta in tempo reale deidati di produzione di una parte o dell’intero stabilimento. I dati raccolticonsentiranno successivamente di realizzare un certo numero di attività dianalisi:

- tracciabilità, genealogia,- controllo della qualità,- controllo di produzione,- programmazione,- manutenzione preventiva e curativa.

L’ISA ha normalizzato e standardizzato la struttura dei pacchettiapplicativi MES.

Spesso un sistema MES si situa tra la parte automazione dello stabilimento ei sistemi ERP di pianificazione delle risorse d’impresa, tipo SAP.

ERP in inglese Enterprise Ressources Planning, acronimo che tradotto initaliano significa “Pianificazione delle risorse d’impresa”. Software per la gestione di tutti i processi di un’impresa e di tutte lefunzioni di quest’ultima, quali la gestione delle risorse umane, la gestionecontabile e finanziaria, l’aiuto decisionale, oltre alla vendita, alladistribuzione, all’approvvigionamento, al commercio elettronico (e-commerce).

CRM Customer Relationship Management, acronimo che tradotto initaliano significa “Gestione delle relazioni con i clienti (abbreviato GRC);rappresenta un nuovo paradigma nel settore del marketing d’impresa.

Il concetto di CRM ha come obiettivo la creazione e il mantenimento diuna relazione reciprocamente vantaggiosa tra un’impresa e i propri clientiin un’ottica di fidelizzazione dei clienti attraverso un’offerta di qualità delservizio che non potranno trovare altrove.

L’immagine spesso utilizzata per illustrare questo concetto è quella dellarelazione tra un piccolo commerciante e i suoi clienti. La fedeltà di questiultimi viene ricompensata, poiché il commerciante conosce le loroaspettative ed è in grado di soddisfarle e anticiparle (come il panettiereche vi mette da parte la vostra forma di pane preferita cotta secondo ivostri gusti e vi fa credito).

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11capitoloRealizzazionePresentazione delle diverse fasi di costruzione di un’apparecchiatura elettrica,delle regole di qualità e delle norme necessarie

Schneider Electric

11. RealizzazioneSommario

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b 11.1 Progettazione di un’apparecchiatura. . . . . . . . . . . . . . . . . . . pagina 262

b 11.2 Scelta di un fornitore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . pagina 263

b 11.3 Stesura degli schemi e dei programmi . . . . . . . . . . . . . . . . . pagina 264

b 11.4 Metodologia di programmazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . pagina 266

b 11.5 Scelta di una tecnologia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . pagina 267

b 11.6 Progettazione dell’apparecchiatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . pagina 268

b 11.7 Costruzione dell’apparecchiatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . pagina 269

b 11.8 Il montaggio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . pagina 272

b 11.9 Aiuto all’installazione degli apparecchi . . . . . . . . . . . . . . . . . pagina 273

b 11.10 Prove su piattaforma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . pagina 274

b 11.11 Messa in servizio di un’apparecchiatura . . . . . . . . . . . . . . . . pagina 277

b 11.12 Manutenzione dell’apparecchiatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . pagina 279

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11.1 Progettazione di un’apparecchiaturaRealizzazione

262

I sistemi di automazione utilizzano dei componenti che facilitanol’installazione, il cablaggio e il collegamento dei componenti di automazione. Questi prodotti devono rispondere ad alcune norme locali e internazionalioltre che a norme specifiche in materia di sicurezza del materiale e diprotezione delle persone.

La realizzazione di un’apparecchiatura comprende 3 fasi:- la progettazione (schema, scrittura del programma, scelta del materiale,

studio dell’impianto),- la costruzione (montaggio, cablaggio, verifiche, posa in cassetta o

armadio),- l’installazione (passaggio dei cavi, collegamenti, messa in servizio).

Per realizzare correttamente queste tre fasi, sono necessarie delle riflessionipreliminari per assicurarsi:

- dell’analisi dei potenziali problemi che potrebbero avere un impatto sullasicurezza e/o disponibilità dell’apparecchiatura (vedere capitolo 7Sicurezza),

- dell’attuazione di azioni preventive e/o di modifiche dello schema delsistema di automazione inizialmente immaginato,

- della capacità dell’eventuale subappaltatore di rispettare queste esigenze,- della conformità dell’apparecchiatura alle esigenze.

Obiettivo di questo capitolo è presentare le regole di messa in opera deicomponenti del sistema di automazione e i prodotti Schneider Electric chefacilitano la realizzazione di tali apparecchiature.

Una metodologia e delle regole dell’arte basate sull’esperienza e descritte perciascuna delle tre fasi consentiranno una realizzazione delle apparecchiaturesempre più sicura ed economica.

11.1 Progettazione di un’apparecchiatura

La riuscita nella realizzazione di un automatismo si basa essenzialmentesull'analisi di precise specifiche tecniche.

Gli strumenti utilizzati per la progettazione, il disegno degli schemi, la sceltadei componenti e la loro installazione possono essere diversi a secondadella complessità dell'impianto e delle scelte dei tecnici che realizzano illavoro. D'altra parte la collaborazione tra un tecnico meccanico, un tecnicoelettrico ed un tecnico di automazione può rivelarsi sufficiente quando sitratta di realizzare un automatismo semplice. La realizzazione diapparecchiature per macchine più complesse, quali isole di produzione ocomando processo, richiede invece l’intervento di specialisti pluridisciplinali.La realizzazione è strettamente legata alla gestione del progetto che non ètuttavia oggetto di questa guida.

b Le specifiche tecnicheÈ importante che le specifiche tecniche della parte comando contenganotutti gli elementi necessari alla realizzazione del progetto. È strettamentelegato alle specifiche tecniche della parte operativa (meccanica e azionatori).Le informazioni in esso contenute servono:

– alla scelta della soluzione da mettere in opera,– alla realizzazione propriamente detta,– alle prove del funzionamento,– alla definizione dei costi e dei calendari previsionali,– di riferimento per la ricezione.

Per facilitare l'espressione delle esigenze dei clienti, si consiglia unacomposizione tipo delle specifiche tecniche contenente informazioni:

- sulle generalità: presentazione dell'applicazione, norme e consigli, eventuali imposizioni di materiali,

- sulle caratteristiche della rete di alimentazione, ecc...- sull'impiego: disposizione degli organi di comando, tipi d'impiego,

frequenza d'impiego, ecc...,- sulle caratteristiche funzionali: funzioni da realizzare, possibili estensioni,

dialogo uomo-macchina, periferiche, ecc...,.

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11.1 Progettazione di un’apparecchiatura11.2 Scelta di un fornitore

263

– sulle caratteristiche generali: temperatura, igrometria, vibrazioni, urti, atmosfera corrosiva, polveri, ecc...,– sui software specifici: ad esempio software di aiuto alla diagnostica, la supervisione, i protocolli di comunicazione, ecc...,– sulle regolazioni: tipi, procedure, marcature,– sulle procedure di prova ricezione in loco,– i documenti di accompagnamento.– qualsiasi altra informazione in grado di condizionare la realizzazione dell’apparecchiatura, come, ad esempio, l’imballaggio per il trasporto.

11.2 Scelta di un fornitore

Per la realizzazione di un’apparecchiatura, è nell’interesse delcommittente scegliere un installatore quadrista certificato ISO 9000.

La scelta di un fornitore certificato permetterà di semplificare il dialogo,limitare i controlli, ottenere un dossier dell’apparecchiatura perfettamenteaggiornato, garantire una messa in servizio senza problemi e facilitare leoperazioni di manutenzione. In questo modo verrà anche assicurato ilcontrollo dei costi.

b La norma ISO 9000Le apparecchiature diventano sempre più sofisticate, le tecnologie semprepiù avanzate, i vincoli delle normative sempre più rigorosi.

Tutto questo crea difficoltà di controllo nella gestione di tutte le fasi.

Il committente deve avere la certezza che l’apparecchiatura realizzatacorrisponda esattamente alle sue specifiche tecniche e al capitolato e che vengano effettivamente prese tutte le precauzioni riguardanti larealizzazione dell’apparecchiatura.

In particolare, gli inevitabili cambiamenti che interverranno nella realizzazionedovranno essere perfettamente compresi ed interpretati dal tecnicoquadrista; il personale addetto agli interventi sull’apparecchiatura dovràavere una formazione adeguata e i prodotti non conformi dovranno essereidentificati e isolati.

Vi è quindi un importante e costante rapporto “Cliente - Fornitore”.

Il fornitore deve dimostrare al Cliente la sua competenza e il suo know-how in materia di qualità dell’offerta e dimostrare il completo controllo deiprocessi di realizzazione.

Il committente deve essere certo delle capacità di chi gli fornirà il servizioe poter contare su un’organizzazione seria in grado di portare a termine ilsuo compito nel modo migliore.

Obiettivo della norma ISO 9000 e delle certificazioni di qualità èsemplificare la relazione Cliente-Fornitore con una corretta gestione dellaqualità.

b Quality management: gli aspetti gestionali della qualitàIl controllo della qualità precisa l’impegno dell’azienda nel garantire che ilil prodotto uscito dai suoi stabilimenti, nel nostro caso l’apparecchiorealizzato secondo le specifiche tecniche/capitolato del committente, siaeffettivamente conforme alle esigenze.

Il modo in cui l’azienda gestisce i suoi processi produttivi influisceevidentemente sul prodotto finale. La certificazione ISO 9000 garantisceche il fornitore è in grado di offrire con regolarità beni e servizi rispondentialle esigenze ed aspettative del committente e conformi ai regolamentiapplicabili.

La norma internazionale ISO 9000 è costituita dalle norme contrattuali dicertificazione della qualità ISO 9001, 9002 e 9003.

11

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11.2 Scelta di un fornitore11.3 Stesura degli schemi e dei programmi

Realizzazione

264

La differenza tra i documenti ISO 9001, ISO 9002 e ISO 9003 dipendesemplicemente dal campo di applicazione:

- ISO 9001 è il modello utilizzato quando l’assicurazione della qualitàviene applicata nelle diverse fasi che comprendono la progettazione,lo sviluppo, la fabbricazione/produzione, l’installazione e l’assistenzapost-vendita;

- ISO 9002 è il modello utilizzato quando l’assicurazione della qualitàviene applicata solo alle fasi di fabbricazione/produzione, installazionee assistenza post-vendita;

- ISO 9003 è il modello utilizzato quando l’assicurazione della qualitàviene applicata alle fasi di controllo e collaudo finali per garantire che iprodotti e i servizi soddisfino le esigenze specificate.

Il Cliente sceglierà il Fornitore che riterrà più adatto a fornire le prestazionidesiderate. Generalmente è consigliabile valutare imprese in possessoalmeno di certificazione di qualità ISO 9002.

11.3 Stesura degli schemi e dei programmi

b Gli schemi di comando e di potenzaGli schemi di comando e di potenza vengono solitamente realizzati conl'aiuto di un software grafico associato a database contenenti simboligrafici o schemi standard.

Gli schemi possono essere:– totalmente realizzati a partire da questi database,– o adattati partendo dallo schema di un'applicazione simile già

esistente.I programmi dei controllori programmabili possono essere sviluppatianche utilizzando software di aiuto alla programmazione.

Le apparecchiature complesse utilizzano nella maggior parte dei casi unoo più controllori programmabili multifunzione.

b Modi di marcia e di arrestoI modi di marcia e arresto di un sistema automatizzato sono stati analizzatidall'ADEPA ( Agence Nationale pour le Developpement de la ProductionAutomatisée) e classificati in una guida grafica, la GEMMA (Guide d’Etudedes Modes de Marches et d’Arretes). Questa guida, indipendente dallatecnologia di comando, consente di definire i modi o gli stati difunzionamento del sistema rispettando un vocabolario preciso, i possibilicollegamenti tra questi modi o stati, e le condizioni di evoluzione.

La guida GEMMA divide i modi di marcia e di arresto in tre tipi diprocedure.

b Le procedure di funzionamento: analisi funzionaleÈ la descrizione analitica del funzionamento della macchina:

- marcia di produzione normale,- marcia di preparazione o marcia di chiusura, - marcia di verifica,- procedure di arresto,- repertorio dei dati di ingressi e uscite,- identificazione delle elaborazioni da effettuare per strutturare la

programmazione di eventuali controllori programmabili.


b Le procedure di guastoRiguardano gli stati di marcia o di arresto consecutivi ad un guastodel sistema:

- arresto di emergenza, - marcia degradata, ecc...

b Sicurezza di funzionamentov Esigenze normativeLa sicurezza di funzionamento dei sistemi di automazione consiste nellaloro capacità a funzionare:– senza pericolo per le persone e per i beni (sicurezza),– senza arresto della produzione collegato ad un funzionamento difettoso(continuità di servizio).

La sicurezza deve essere presa in considerazione dal punto di vistadell'analisi dei rischi, della regolamentazione e delle norme in vigore. Lo studio della sicurezza di funzionamento si basa su una procedura divalutazione dei rischi da applicare in successione: al prodotto, al processo(parti operative e comando) e all'impiego.Per ulteriori dettagli consultare il Dossier Sicurezza delle macchine Vol. 1 e2 a cura della formazione tecnica Schneider Electric.

La legislazione europea si basa sulla Direttiva Macchine (89/392/CEE)che definisce le esigenze essenziali riguardanti la progettazione e lacostruzione delle macchine e degli impianti industriali per la liberacircolazione dei beni nella Comunità Europea.

v MAGEC: uno strumento di analisiUno strumento di analisi quale la MAGEC (Analisi delle modalità di guasto,effetti e analisi di criticità, dall'inglese FMECA - Failure Mode, Effects, andCriticality Analysis) consente, con un procedimento sistematico, di valutaretutti gli aspetti relativi ai guasti studiando le soluzioni appropriate.

L’obiettivo del metodo MAGEC è di valutare l’impatto, o la criticità, dellemodalità di guasto dei componenti di un sistema sull’affidabilità, ladisponibilità e la sicurezza del sistema stesso.Il procedimento consiste nel censire le modalità di guasto dei componentivalutadone quindi gli effetti sull’insieme delle funzioni di un sistema.

Questo metodo è caldamente consigliato a livello internazionale e vieneutilizzato sistematicamente in tutte le industrie a rischio (industrianucleare, spaziale, chimica), con lo scopo di effettuare analisi preventivedella sicurezza di funzionamento per prevedere il comportamento alguasto dei sistemi e adottare le contromisure necessarie.

Prima di applicare il metodo MAGEC è necessario conoscere in modopreciso il sistema e le sue caratteristiche generali. Queste informazionisono generalmente il risultato dell’analisi funzionale, dell’analisi dei rischied eventualmente dell’esperienza maturata.

In un secondo tempo è necessario valutare gli effetti dei modi di guasto.Gli effetti delle modalità di guasto di una dato elemento vengono studiatiinnanzitutto sui componenti direttamente interfacciati con quest’ultimo(effetto locale) e progressivamente (effetti di zona) nei confronti delsistema e del suo ambiente (effetto globale).

È importante notare che quando si analizza un modo di guasto di un datoelemento, si presume che tutti gli altri elementi siano in funzionamentonominale.

Questo metodo di analisi si basa sul principio, ampiamente verificato,della non simultaneità dei guasti.

In un terzo tempo è consigliabile classificare gli effetti dei modi di guastoper livello di criticità, rispetto ad alcuni criteri di sicurezza difunzionamento precedentemente definiti a livello del sistema in funzionedegli obiettivi prefissati (affidabilità, sicurezza, ecc...).

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11.3 Stesura degli schemi e dei programmi11.4 Metodologia di programmazione

Realizzazione

266

I modi di guasto di un componente sono suddivisi per livello di criticità deiloro effetti e sono, di conseguenza, gerarchizzati.

Questa tipologia permette di identificare gli elementi più criticiproponendo quindi le azioni e le procedure necessarie per porvi rimedio.La fase d’interpretazione dei risultati e di stesura dei consigli costituiscel’ultima tappa della procedura MAGEC.

Per limitare queste procedure allo stretto necessario si consiglia dieffettuare analisi funzionali. Questo approccio permette di rilevare lefunzioni più critiche, limitando quindi la procedura di analisi “fisica” ai solicomponenti che realizzano le funzioni critiche.

Il metodo MAGEC fornisce:- un’altra visione del sistema, - dei supporti di riflessione, di decisione e di miglioramento, - delle informazioni da gestire a livello degli studi di sicurezza di

funzionamento e delle azioni da intraprendere.

11.4 Metodologia di programmazione

b Problematica della programmazioneNell’impresa viene utilizzato un numero sempre più grande di software.La diversità delle applicazioni impone un approccio collaborativo a partiredalla progettazione di una nuova unità di produzione.

Un’analisi globale che coinvolga un insieme di attività condurrà allaprogettazione, alla scrittura, alla messa a punto e alla realizzazione delsoftware al Cliente.

In generale la progettazione segue 3 grandi fasi:- Fase di analisi (funzionale) o di progettazione.- Specificazione: il quaderno dei carichi è l’approccio tradizionale. - Realizzazione.

v Metodo di analisi e di progettazioneScopo di un metodo di analisi e di progettazione è quello di formalizzarele tappe preliminari di sviluppo di un sistema allo scopo di renderloconforme alle esigenze del Cliente. Per fare questo si parte dall’esigenzaespressa, eventualmente completata da informazioni di esperti nel campoe di realizzazioni simili.

La fase di analisi permette di elencare i risultati ottenuti, in termini difunzionalità, di prestazioni, di robustezza, di manutenzione, di sicurezza,d’estensibilità, ecc...

La fase di progettazione permette di descrivere in modo molto chiaro,nella maggior parte dei casi utilizzando la modellizzazione, il futurofunzionamento del sistema, allo scopo di facilitarne la realizzazione.

La tendenza attuale nel campo dell’automazione è di ricorrere allaprogrammazione con oggetti, ereditata dall’informatica, che offrenumerosi vantaggi: sicurezza di codice, possibilità di riutilizzo, protezionedelle informazioni, qualifica e ricezione più rapida.

v Strumenti di programmazioneL’evoluzione delle esigenze e l’aumento dei dati da elaborare hannoportato alla creazione di software moderni e produttivi.

Con il termine software si indica un insieme di programmi informatici checonsentono di generare i codici controllore.

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11.4 Metodologia di programmazione11.5 Scelta di una tecnologia

267

Generalmente le funzioni offerte da un software di automazione sono:- design generale del progetto, tappe o fasi di realizzazione,- convenzioni di naming dei dati e dei sottoprogrammi,- strutturazione dei dati,- aiuto all’editing di programmi in diversi linguaggi,- compilazione o generazione,- aiuto ai test e controllo delle correzioni,- librerie di oggetti riutilizzabili in più progetti,- documentazione,- gestione delle versioni successive o delle varianti di uno stesso

programma,- aiuto alla messa in servizio.

Un software di automazione facilita la collaborazione tra i diversiprogrammatori oltre che la manutenzione nel tempo dei programmi.

11.5 Scelta di una tecnologia

Le tecnologie disponibili per la realizzazione di apparecchiature di automazionesono principalmente: elettromeccanica, pneumatica o elettronica (controlloriprogrammabili, micro e mini-computer, schede elettroniche standard ospecifiche). Nella realizzazione delle apparecchiature, le reti e i bus dicampo acquistano sempre più importanza e condizionano notevolmentela scelta dei materiali.

Per ulteriori informazioni a riguardo, consultare la guida sui Bus di campo acura della Formazione Schneider Electric o le specifiche tecniche N° CT197.

Si distinguono tre criteri di scelta:- i criteri di fattibilità che eliminano le tecnologie non in grado di

soddisfare il quaderno dei carichi..- i criteri di ottimizzazione il cui obiettivo è quello di ridurre al minimo il

costo globale durante il ciclo di vita dell'apparecchio (acquisto,realizzazione, messa a punto, flessibilità, immobilizzazione, gestionedella produzione, manutenzione, ecc...),

- i criteri economici di fattibilità che consentono di realizzarel’apparecchiatura ottimizzando i costi.

Eventuali procedure e analisi MAGEC preliminari consentiranno di sceglierela tecnologia più adatta.

b Scelta dei componentiOccorre tenere conto di diversi fattori:– temperatura ambiente (eventuale declassamento del materiale), polveri,

vibrazioni, ecc...,– coordinamento degli apparecchi che costituiscono le partenze di

potenza,– selettività tra i dispositivi di protezione fino all'interruttore automatico

generale,– tempo di ciclo macchina desiderato,– numero di cicli di manovre,– categoria d'impiego (AC-1, AC-3, ecc...),– norme (petrolchimica, ENEL, marina, ecc...).11.6

Conception de l’équipement

11

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11.6 Progettazione dell’apparecchiaturaRealizzazione

268

11.6 Progettazione dell’apparecchiatura

b Progettazione computerizzataNel campo della progettazione dei sistemi di automazione, il softwarefornisce un aiuto considerevole. Oltre alla realizzazione dello schema,accompagna il progettista durante tutto il progetto, a partire dallaregistrazione della richiesta del cliente per il preventivo, fino alla messa inservizio e l'aiuto alla manutenzione.

Oltre agli elevati guadagni in termini di produttività ottenuti nellaprogettazione dei sistemi, questo metodo migliora la qualità degli schemie dei programmi, facilitando il loro aggiornamento in caso di evoluzione.

Un software CAD propone principalmente:

v Un database di simboli intelligentiOgni simbolo è dotato di comportamento (master, slave), di una funzioneelettrica (sezionamento, commutazione, ecc…), di morsetti di connessione.È collegato ad una famigla di attrezzature (sezionatori, contattori, ecc…) eassociato ad un metodo di identificazione. Può ricevere riferimenti variabiliproposti dal software o programmati dall'utente.

Questa base garantisce inoltre la coerenza di tutte le informazioni e guidal'utente nella loro programmazione.

Una base hardware contenente le informazioni tecniche e commerciali perfacilitare la scelta dei componenti, la stesura delle nomenclature, deipreventivi e degli acqusti.

Schemi standardizzati (definizione unifilare, struttura di automazione, schemidi potenza e di comando, dimensioni d'ingombro, nomenclature, ecc…).

Un archivio di schemi (elementi componibili partenze-motore potenza ecomando, movimenti di sollevamento, ecc…).

Consente di rispondere rapidamente ad un a richiesta di offerta (schemiunifilari) e semplifica la realizzazione degli schemi.

v Una gestione delle informazioni proprie ad un impiantoelettrico

– collegamenti equipotenziali,– rilevamento dei numeri già esistenti,– controllo dei corto-circuiti,– gestione delle morsettiere,– codifica del materiale,– composizione automatica e controllo dell'unicità dei riferimenti,– riferimenti incrociati,– gestione delle capacità dei contattori ausiliari e dei numeri di morsetti,– aiuto alla determinazione delle dimensioni d'ingombro..

b Determinazione delle dimensioni d’ingombroPer definire le dimensioni d'ingombro di un'apparecchiatura vengonoimpiegati tre metodi.

v Metodo d’installazione direttaQuesto metodo viene utilizzato per le apparecchiature di dimensioniridotte con montaggio diretto su piastre standard, disponibili presso icostruttori.

Ad esempio, l'installazione degli apparecchi avviene direttamente su unapiastra d'installazione che riproduce in scala 1 la trama della piastraperforata Telequick®. Le dimensioni d'ingombro dell'apparecchiaturapossono essere così determinate in modo rapido ed economico.

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11.6 Progettazione dell’apparecchiatura11.7 Costruzione dell’apparecchiatura

269

v Metodo mediante calcolo delle superficiConsente di determinare rapidamente e con precisione le dimensionid'ingombro dell'apparecchiatura.

Il procedimmento è il seguente:totalizzare le superfici degli apparecchi che costituisconol'apparecchiatura sono riportate nei cataloghi) e moltiplicare il totaleottenuto per il coefficiente di aumento di volume seguente:

- 2.2 per un totale massimo di 34.2 dm2,- 2.5 per un totale superiore a 34.2 dm2.

Le specifiche tecniche di alcuni clienti richiedono l'applicazione di uncoefficiente maggiore per avere uno spazio disponibile per eventualimodifiche.

Il risultato ottenuto indica la superficie totale utile dell'apparecchiatura.

Alcune regole di scelta, fornite dai costruttori come Telemecanique,facilitano la ricerca dei riferimenti delle piastre, montanti, profilati e cassettea partire dalla superficie utile. Queste regole indicano anche la potenzatermica che le pareti dell'involucro possono dissipare.

v Metodo computerizzatoÈ adatto ai servizi specializzati nello studio delle apparecchiature diautomazione.

Questa funzione di aiuto all'installazione, integrata al software CAD,propone a partire dallo schema e da una base Hardware schemi eillustrazioni delle dimensioni d'ingombro.

v Dossier di produzioneLa documentazione completa deve essere raccolta prima della messa inproduzione. Definisce:– la lista di tutti i documenti, con un sommario,– le cassette: installazione, forature, accessori, ecc...– gli armadi: installazione, schema dei telai, forature, ecc...– i posti di comando: forature, accessori, ecc...– gli schemi elettrici,– i programmi,– la nomenclatura del materiale,– gli schemi con indicazione delle dimensioni d'ingombro.

11.7 Costruzione dell’apparecchiatura

Numerosi costruttori di materiale elettrico sviluppano degli ausiliari diequipaggiamento per la realizzazione dei loro prodotti. È il caso specificodi Telemecanique che propone il sistema Telequick® (C Fig.1).

Questo sistema raggruppa i prodotti indispensabili per la realizzazionedi un'apparecchiatura e per una facile e rapida realizzazione di tutti icomponenti di automazione.

Tenuto conto delle loro caratteristiche specifiche, abbiamo classificatoi prodotti che li compongono in quattro diverse funzioni per Incassare,Strutturare, Ripartire e Collegare.

b La funzione “incassare”Per proteggere il materiale contro gli urti e le intemperie e per resisterealle più dure condizioni d'impiego incontrabili in ambiente industriale,le apparecchiature devono essere montate in cassette o armadi.Questi involucri devono quindi offrire tutte le funzionalità atte a ridurrei tempi di monatggio e d'intervento.

In base al grado di protezione richiesto, gli involucri rispondono a specifichenormative e a codici IP di classificazione del grado di protezione (IP significa"International Protection").

11

A Fig. 1 Piastra perforata TelemecaniqueTelequick®

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11.7 Costruzione dell’apparecchiaturaRealizzazione

270

Il codice IP è descritto dalla pubblicazione 60529 della CommissioneElettrotecnica Internazionale (in Italia CEI EN 60529).

Questo codice permette di descrivere il grado di protezione fornito dagliinvolucri contro l’accesso a parti pericolose, la penetrazione di corpi solidiestranei e contro gli effetti dannosi dell’acqua per mezzo di cifre e letteredescritte in seguito.

La prima cifra, che va da 0 a 6, indica simultaneamente la protezionedelle persone contro l’accesso a parti pericolose e la protezione deimateriali contro la penetrazione dei corpi estranei.

La seconda cifra caratteristica del codice IP, sempre da 0 a 6, indica ilgrado di protezione contro gli effetti dannosi della penetrazione dell’acqua.

Il codice IP comprende anche alcune lettere supplementari, messe diseguito agli altri caratteri, che aggiungono una informazione particolare.

Il Dossier tecnico n° 7 Involucri e gradi di protezione espone in modoesauriente l’argomento.

Il costruttore dell’apparecchiatura finale ha dunque la responsabilità dellaconformità alla norma del prodotto finito. Ma il costruttore dell’involucrodeve indicare nella sua documentazione dove devono essere montati icomponenti all’interno affinché il grado di protezione dichiarato siamantenuto. Infine, l’installatore che effettua il collegamento del sistema (passaggio deicavi), lo fissa e in certi casi ne adatta gli ausiliari (pulsanti, apparecchi dimisura,.....) deve fare attenzione a mantenere il grado di protezionespecificato.

Schneider Electric offre una gamma completa di cassette, armadi(C Fig.2) ed accessori conformi agli indici di protezione IP normalizzati.

b La funzione “strutturare”Per garantire l'associazione meccanica dei componenti tra di loro,esistono gamme di prodotti perfettamente adatti che consentono dimontare e di fissare correttamente i componenti di automazione. Questi prodotti montati tra di loro costituiscono la strutturadell'apparecchiatura, e grazie ai diversi modi di montaggio consentonouna grande flessibilità d'impiego, una vasta scelta di possibilità dimontaggio oltre ad un'economia non trascurabile sulla realizzazione.

b La funzione “ripartire”v Ripartizione dell’alimentazione elettricaNella realizzazione di apparecchiature, la realizzazione dei prodotti deveunire sicurezza, semplicità, rapidità di montaggio e collegamento.La manutenzione e le eventuali modifiche di queste apparecchiaturedevono essere facili da realizzare gravando il meno possibile sullacontinuità d'impiego dell'impianto.

Per rispondere a questi criteri esistono i ripartitori la cui funzione baseconsiste nel derivare una corrente principale verso più circuiti secondari.(per ulteriori informazioni, consultare il catalogo generale Schneider Electric).

Alcuni modelli vengono inoltre progettati anche come supporto ai prodotticonsentendo quindi eventuali interventi sotto tensione (ad esempiocollegamento o scollegamento di una partenza motore).

È il caso, in particolare, della tecnologia Tego Power di Telemecanique(C Fig.3).

A Fig. 2 Armadio AA3 Telemecanique

A Fig. 3 Partenze-motore con il sistema Tego Power e Quickfit di Telemecanique


v Ripartizione dei segnali deboliNei loro cataloghi i diversi costruttori propongono interfacce e sistemi dicollegamento per i diversi segnali di comando:

- interfacce per segnali digitali (C Fig.4),- interfacce per segnali analogici,- interfacce per sonde termiche,- interfacce di cablaggio,- componenti periferici di automazione,- interfaccia per bus di campo.

v La funzione “collegare”Questa funzione raggruppa i prodotti necessari al cablaggio e alcollegamento delle apparecchiature.

• Le morsettiere (C Fig.5)Sono conformi alle norme UTE e rispondono alle principali omologazioni.Sono realizzate in poliammide a colori che consente il loro impiegoa temperature comprese tra -30 e +100°C.

La tenuta al fuoco è conforme alla norma NF C 20-455. Sono siglabili con barrette di caratteri agganciabili e adatte al collegamentodi conduttori di sezione massima 240 mm2.

Soddisfano qualsiasi esigenza:– ampia gamma di correnti, da qualche Ampere (circuiti di comando, di

segnalazione, elettronici, ecc...) a diverse centinaia di Ampère (collegamenti potenza),

– blocchi unipolari o multipolari fissi o ad innesto,– collegamenti a vite, a bullone, a clip, saldati o a molla– blocchi per funzioni specifiche come basi portafusibili o per

componenti elettronici, morsetti sezionabili, collegamento del conduttore di protezione, ecc.,

– montaggio su profilati, su piastre perforate o su circuiti stampati.

• I terminali di cablaggioL'impiego di terminali presenta numerosi vantaggi:

- semplificazione del cablaggio; l'aggraffatura della boccola in rame è realizzata automaticamente alla chiusura del collegamento nel morsetto,

- perfetta tenuta alle vibrazioni,- assenza di scorrimento dei cavi flessibili,- risparmio di tempo nelle operazioni di esecuzione e di collegamento,- stesse linguette porta-riferimenti e stessi riferimenti qualunque sia la

sezione dei cavi. Ogni linguetta può ricevere 7 anelli di identificazione (lettere o cifre).

I terminali Telemecanique possiedono inoltre:- un manicotto di colore diverso per ogni sezione,- 3 lunghezze di boccole, a seconda dei modelli,

Sono disponibili terminali precablati:in base alla norma NF C 63-023

- senza portaetichette per sezioni da 0.25 a 6 mm2,- con portaetichette integrati per sezioni da 0.25 a 6 mm2,- con portaetichette estraibili per sezioni da 4 a 50 mm2.

in base alla norma DIN 46228- manicotto di un altro colore per sezione diversa da quella della norma

francese,- senza portaetichette per sezioni da 0.25 a 50 mm2.

• I supporti e le canaline di cablaggioIl ruolo dei supporti e delle canaline di cablaggio consiste nel canalizzarei cavi per formare reti orizzontali e verticali sullo stesso piano degliapparecchi.

Il cablaggio si effettua interamente dal Iato anteriore, facilitando leriparazioni e le modifiche.

11

A Fig. 5 Blocco di giunzione Telemecanique

9 8 7 6 5 4 3 2 1

10

10987654321

A Fig. 4 Interfaccia digitale ABS2

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11.7 Costruzione dell’apparecchiatura11.8 Il montaggio

Realizzazione

272

Sono realizzati in PVC e la loro caratteristica principale è quella di nonavere alcuna parte metallica a contatto con i conduttori che racchiudono.

• Le canaline (C Fig.6)Possiedono feritoie laterali di sbocco e dei fori sul fondo. Si fissano verticalmente o orizzontalmente su piedini di supporto dotatidi un dispositivo di fissaggio un quarto di giro. Questi piedi di supporto sono agganciabili sui profilati combinati o omegada 35 mm, oltre che sulle piastre forate. Sono disponibili diverse dimensioni di canaline che possono ricevere fino a700 cavi da 1,5 mm 2. Un coperchio di chiusura si incastra sulle canaline. Lecanaline e i supporti utilizzano lo stesso portaetichette.

11.8 Il montaggio

I componenti di automazione e di distribuzione sono progettati per esseremontati su strutture o telai. Scopo di questo paragrafo è ricordarealcune definizioni, segnalare alcune "finezze" o "regole d'arte" e attirarel'attenzione sulle precauzioni da prendere durante il montaggio degliapparecchi.

b TelaioÈ un insieme costituito da due montanti verticali perforati, zigrinati o meno.

Il montaggio dell'apparecchiatura, a seconda del metodo di fissaggio, sieffettua mediante aggancio o avvitamento su:-profilati orizzontali,-piastre perforate,-piastre piene,-un misto composto da profilati e piastre.

In base alle dimensioni dei profilati o delle piastre e soprattutto al pesodell'apparecchiatura, si consiglia di utilizzare:

-profilati combinati o omega da 35 mm,-profilati omega da 75 mm,-montanti a "C" utilizzati come supporti di apparecchi al posto dei profilatiorizzontali,-piastre perforate dotate, sul Iato posteriore, di un profilato orizzontaleutilzzato come rinforzo.

I telai sono in genere montati in cassette o armadi monoblocco.

b StrutturaÈ un insieme costituito da uno o più telai sovrapposti o affiancati, fissatoal suolo da un dispositivo traversa/piede di struttura o fissato al murodall'alto mediante montanti. Una struttura può anche essere installata inun armadio componibile dotato sulla parte superiore di un sistema disbarre orizzontale per alimentare ciascuno dei telai.

b Apparecchi su porta o piastra

Alcuni dispositivi di comando o di visualizzazione sono montati sulle portedelle cassette o su piastre. Per preservare l'ergonomia degli apparecchi,la loro disposizione deve rispettare alcune regole che dipendonodal loro tipo (comando o visualizzazione) e dall'altezza dal suolo.

A Fig. 6 Canalina Telemecanique

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11.8 Il montaggio11.9 Aiuto all’installazione degli apparecchi

273

Questa disposizione deve tener conto del numero di accessorida installare:-pochi accessori: ripartizione sull'asse orizzontale della zona interessata,-numerosi accessori: ripartizione sull'insieme della zona interessata.

Alcune porte e piastre comprendono rinforzi o accessori interni chelimitano le possibilità d'installazione. Inoltre è necessario verificare la profondità degli elementi disposti sullaporta rispetto a quelli montati su telaio e tener conto del loro peso.

b Fissaggio degli apparecchiPer il fissaggio e il montaggio dell'apparecchiatura su telai o struttureconviene in genere adottare il seguente principio: tutti i fissaggidegli apparecchi devono poter essere effettuati dal Iato anteriore.Nella maggior parte dei casi, infatti, le apparecchiature si presentanoin cassetta o in armadio, ed è evidente che le modifiche o le aggiuntedi altri apparecchi risulteranno più facili se i fissaggi sono accessibilidal Iato anteriore.

Le Fig. 7a e 7b mostrano due esempi di montaggio degli apparecchi.

11.9 Aiuto all’installazione degli apparecchi

Per facilitare il lavoro degli installatori e rispettare i gradi di protezioneSchneider Electric mette a disposizione software e prodotti specifici che consentono di integrare facilmente pulsanti e interfacce di dialogouomo/macchina (gamma Tego Dial).

Il software facilita la definizione dell’ergonomia, mentre i kit di montaggio efissaggio consentono di ridurre notevolmente i tempi di studio e direalizzazione.

b Il cablaggioIl metodo di cablaggio detto "a schema dei circuiti, rappresentazionesviluppata", si basa sull'impiego sistematico delle siglature dei morsettidegli apparecchi riportate sullo schema dei circuiti. È applicabile alcablaggio dei circuiti di potenza e di comando di tutte le apparecchiaturea base di contattori, qualunque sia la loro complessità.

Questo metodo di collegamento si traduce per l'utente in un guadagnodi tempo.

Lo schema dei circuiti è caratterizzato da:– rapidità di esecuzione: guadagno di tempo nella progettazione,– chiarezza: semplice raffigurazione dei circuiti elettrici,– facile interpretazione: cablaggio intuitivo,– efficacia nell'impiego: facilità di comprensione, ricerche, modifiche oriparazioni.Può essere accompagnato da uno schema di disposizione o installazionedel materiale che facilita la localizzazione degli elementi.Può essere inoltre completato da uno schema dei collegamenti esterni.

11

A Fig. 7b Fissaggio dei prodotti su piastraperforata 8

KM2

KM1

KM3

KM2

A Fig. 7a Fissaggio dei prodotti su guida 35 mm

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11.9 Aiuto all’installazione degli apparecchi11.10 Prove su piattaforma

Realizzazione

274

b Come realizzare il cablaggio con l’aiuto dello schemadei circuitiQualunque sia il circuito di potenza o il circuito di comando, chi effettuail cablaggio legge il riferimento dei morsetti dell'apparecchio sullo schemadei circuiti ed esegue i collegamenti di sezione appropriata tra i riferimenticorrispondenti sull'apparecchiatura.

Ad esempio, saranno collegati:- il morsetto 2 del sezionatore Q1 e il morsetto 1 del fusibile F1,- il morsetto 22 del contatto KM3 e il morsetto 57 del contatto KA1.

11.10 Prove su piattaforma

Lo scopo delle prove su piattaforma è quello di correggere gli eventuali erroricommessi durante la costruzione dell'apparecchiatura e di effettuarele regolazioni preliminari alla messa in servizio. È quindi necessario verificare che:

– il materiale sia quello previsto sugli schemi e che sia stato correttamente montato,

– il collegamento sia conforme agli schemi,– il funzionamento corrisponda alle esigenze delle specifiche tecniche.

Alcune di queste verifiche devono essere effettuate con l'apparecchiaturasotto tensione. È quindi obbligatorio rispettare i seguenti punti:

– le prove su piattaforma devono sempre essere effettuate da personale qualificato e abilitato ad intervenire sul materiale elettrico sotto tensione,– devono essere prese tutte le precauzioni d'impiego per garantire la sicurezza delle persone, conformemente alla normativa in vigore.

b Controllo di conformità del materialeQuesto controllo corrisponde ad un esame dell'aspetto fisicodell'apparecchiatura e consiste nel verificare che:

– siano presenti i documenti contrattuali (schema, nomenclatura, installazione, ecc...) ,

– il materiale montato sul telaio sia quello indicato sui documenti,– la disposizione e il montaggio del materiale siano quelli riportati sui

documenti,– il materiale non abbia subito deterioramento meccanico,– i riferimenti dei diversi elementi siano riportati sugli apparecchi,

e gli elementi montati sulle porte abbiano le apposite etichette di identificazione,

– la tensione di ciascun apparecchio corrisponda alla tensione d'impiego,– le lampadine dei LED siano installate e corrispondano alla tensione

d'impiego,– il calibro degli apparecchi corrisponda a quello indicato sugli schemi,– il calibro e il tipo di fusibili sia conforme (in regola generale, i fusibili

standard sono installati dal piattaformista),– le morsettiere abbiano i riferimenti corretti, siano montate e siano di

sezione sufficiente a consentire un facile collegamento del cablaggio esterno. In particolare è necessario verificare il buon isolamento dei morsetti di massa rispetto ai morsetti vicini (corretta posizione delle pareti isolanti),

– le distanze tra morsetti, apparecchi e masse, così come i perimetri di sicurezza, siano rispettati,

– le caratteristiche dei diversi componenti siano conformi al loro impiego,

– le regole di costruzione o le specifiche realtive al comando siano rispettate.

Una prova del controllo, su uno specifico documento o anche sulloschema d'installazione, vistato dall'operatore, dovrà provare chel'operazione è stata realmente effettuata.


b Controllo del serraggio dei collegamenti e regolazionipreliminari

Prima di procedere alla prova elettrica dell'apparecchiatura, è necessarioassicurarsi che tuttti i collegamenti comando e potenza siano perfettamentechiusi. Questa operazione è importante poichè un collegamento malchiuso può provocare diversi incidenti: riscaldamento anomalo, caduta ditensione, corto-circuito.

L'operatore può in seguito regolare il valore della corrente di sgancio deirelè di protezione termica visualizzando, sul quadro di regolazione diciascuno di essi, la corrente indicata sullo schema, a fianco della potenzadei motori.

b Controllo d’isolamentoLa qualità dell’isolamento di un dispositivo si misura in megaohm (= 106 Ω) mediante un megaohmetro.

L'isolamento viene misurato:– tra due conduttori isolati uno dall'altro,– o tra un conduttore isolato dalla terra e dalle masse da una partee le masse messe a terra dall'altra.

Con gli apparecchi e i circuiti sensibili scollegati si verifica l'isolamentodel collegamento di ogni circuito tra i morsetti da una parte e tra i morsetti ela terra di protezione dall'altra. Si verifica inoltre l'isolamento dei conduttoridai dispositivi di interruzione, da una parte e dall'altra di questi ultimi.

La tabella della Fig. 8 indica i valori di tensione da utilizzare per la misuradell'isolamento e il valore della resistenza d'isolamento da ottenere.

b Prove dielettricheSi tratta di una prova che consente di verificare la rigidità dielettricadell'insieme dell'apparecchiatura ad una tensione alternata definitain funzione della tensione nominale d'isolamento del circuito.

La rigidità dielettrica si esprime con la resistenza ad una tensione di provaapplicata tra i conduttori attivi e la massa del telaio. La prova vieneconsiderata soddisfacente quando non si verificano perforazioni né aloni.

L'apparecchio utilizzato è un ponte di perforazione che emette unatensione alternata di valore regolabile ad una frequenza compresa tra 45 e 55 Hz. Questo apparecchio può fornire una tensione elevata ad una corrente molto bassa.

Al momento della sua applicazione, la tensione di prova non devesuperare il 50% del valore indicato nella tabella riportata nella Fig. 9.

11

Tensione nominale Tensione continua Resistenze d’isolamentodel circuito prova d’isolamento in MΩ

< 48 V 250 V Superiore o pari a 0.25

Tensione compresa 500 V Superiore o pari a 0.5

tra 48 e 500 V

Tensione superiore a 500 V 1 000 V Superiore o pari a 1

A Fig. 8 Tensione prova d’isolamento

Tensione nominale Tensione prova dielettricad’isolamento (tensione efficace)

< = 60 V 1 000 V

Tensione compresa tra 61 e 300 V 2 000 V

Tensione compresa tra 301 e 660 V 2 500 V

A Fig. 9 Tensione prova dielettrica

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11.10 Prove su piattaformaRealizzazione

276

Viene poi aumentata progressivamente fino a raggiungere in qualchesecondo il valore specificato. Questa tensione viene poi mantenuta per unminuto.

Quando l'apparecchiatura comprende apparecchi a base elettronica,le prove dielettriche non possono essere effettuate a posteriori.

Per evitare distruzioni, queste prove devono essere realizzate sia per ilmontaggio che per il cablaggio.

b Verifica del circuito di potenzaQuesta verifica, che si effettua con l'apparecchiatura fuori tensione,consente di assicurarsi che il collegamento potenza sia conforme alloschema.

Nella maggior parte dei casi, dal momento che l'operatore non dispone dimotori, viene effettuata mediante una spia-test.

b Verifica del circuito di comandov Controllo cavo per cavoLo scopo di questa verifica, che generalmente viene effettuata conl'apparecchiatura sotto tensione, è quello di assicurarsi che il cablaggiodel circuito di comando sia conforme allo schema. Consente inoltre di controllare il corretto funzionamento degli apparecchi.

Per procedere alle prove in completa sicurezza, è indispensabile separaretotalmente, per tutta la durata delle prove, il circuito di potenza dalcircuito di comando. D'altra parte, si consiglia di isolare gli insiemielettronici, come i variatori di velocità e i controllori programmabili,in modo da evitare l'iniezione di tensioni in grado di generare distruzioniparziali o totali.

La verifica del cablaggio si effettua "linea per linea". Deve esserecontrollata l'azione di ogni contatto, compresa quella dei contatti esternimediante corto-circuito dei morsetti corrispondenti.

Devono essere inoltre verficate le continuità delle masse.

In caso di apparecchiature di piccole dimensioni, il controllo cavo per cavopuò essere effettuato fuori tensione, con una spiatest o un ohmmetro.

v Prova d’insiemeLa prova d'insieme consiste nel simulare tutte le fasi di funzionamentodella macchina o del processo, nell'ordine in cui si devono realizzare,e nel controllare gli asservimenti e le sicurezze.

È necessario prevedere un'alimentazione di potenza sufficiente e realizzaregli intercollegamenti e i collegamenti su piastre di prova che sostituisconogli ausiliari di controllo esterni con interruttori, pulsanti, ecc...

Lo scopo della prova d'insieme è quello di assicurarsi che il funzionamentodell'apparecchiatura sia quello descritto nelle specifiche tecniche.

Consente inoltre di verificare le incidenze di una manovra erratanel comando della macchina o del processo, del deterioramentodell'elemento esterno (finecorsa, rilevatore, ecc...).

I programmi sono caricati nei controllori programmabili e testati nel modo piùcompleto possibile simulando gli ingressi ON/OFF con contatti e gli ingressianalogici mediante dei segnali. Questa simulazione consente di correggeregli eventuali errori di programmazione e di ridurre notevolmente i tempi dimessa in servizio.

Per le apparecchiature con variatori di velocità elettronici, la simulazionedeve essere completata da una prova dinamica con i motori dell'impianto,o, in mancanza di questi, con un motore di prova con caratteristiche simili.

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11.10 Prove su piattaforma11.11 Messa in servizio di un’apparecchiatura

277

Si consiglia di redigere un verbale o un rapporto di prova riportando leregolazioni (valori) e le modifiche effettuate (programmi e hardware),indicando in modo preciso gli elementi che non è stato possibile verificare oche sono stati verificati solo parzialmente.

Questo documento faciliterà il lavoro nella fase di messa in servizio.

Schemi, tabulati e nomenclature verranno modificati per rispecchiareesattamente l’apparecchio che verrà messo in servizio.

Prima della spedizione i collegamenti di armadi e cassette vengono smontati. Se necessario sotto gli elementi pesanti verranno posti degli spessori per evitarequalsiasi rischio di deformazione delle strutture o degli armadi durante il trasporto.

La parte inferiore degli armadi verrà pulita accuratamente per evitare lapenetrazione all’interno dell’apparecchiatura di qualsiasi corpo estraneo(rondella, filo, ecc...) .

11.11 Messa in servizio di un’apparecchiatura

Prima della spedizione tutti gli apparecchi in uscita dalla fabbrica vengonocollaudati da specialisti, quindi regolati o tarati con la massima precisione.

Si devono evitare modifiche della regolazione, tranne che per i relè diprotezione e i contatti ausiliari temporizzati la cui regolazione può essereeffettuata in loco in base alle condizioni di funzionamento.

Come per le prove su piattaforma, la messa in opera di un'apparecchiaturain loco comporta lavori effettuati sotto tensione. Si devono quindi applicarele stesse regole: intervento di personale qualificato e abilitato, nel rispettodella regolamentazione in materia di sicurezza.

b Installazionev Alla consegna dell’apparecchiaturaÈ necessario verificare:

– che gli involucri non abbiano subito colpi,– che la parte mobile dei contattori a rotazione non sia stata deformata

o spostata,– che un corpo estraneo non si sia introdotto nell'intraferro del circuito

magnetico o tra i contatti o tra i morsetti,– che la parte mobile dei contattori e dei sezionatori, così come i

dispositivi di sganciamento dei relè di protezione, funzionino liberamente,– l'efficacia dei dispositivi di chiusura (cassette, armadi),– la tenuta stagna delle guarnizioni (per i prodotti a tenuta stagna),– il buono stato degli ausiliari di comando, di segnalazione e degli

apparecchi di misura montati sulle porte,– la presenza degli schemi aggiornati, delle istruzioni di messa in

servizio, dei manuali degli apparecchi ed eventualmente la presenzadel verbale delle prove su piattaforma.

Prima del collegamento dei conduttori esterni:– verificare la tensione e la frequenza della o delle reti di alimentazione

dei circuiti di potenza e di comando,– verificare che il tipo e il calibro dei fusibili e dei relè di protezione

siano adatti ai ricevitori da proteggere.v Fissaggio e collegamento dell’apparecchiatura

- Determinare la sezione dei cavi di collegamento in funzione dellacorrente consumata dalle macchine comandate. Per limitare le cadutedi tensione, aumentare la sezione dei fili e dei cavi che alimentano icircuiti di comando e di potenza in caso di lunghezza elevata dellalinea o di comando effettuato a bassissima tensione.

- Sugli insiemi dotati di pressacavi, la guaina dei conduttori dovràessere infilata nell'anello di gomma del pressacavo. Il serraggiodi quest'ultimo deve immobilizzare completamente il cavo.

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11.11 Messa in servizio di un’apparecchiaturaRealizzazione

278

- Effettuare i collegamenti esterni seguendo scrupolosamente lo schema.

- Rispettare le regole d'installazione in vigore.A tal fine sulle cassette, sugli armadi e sugli ausiliari di comando è previsto un morsetto con riferimento di identificazione per il collegamento delle masse al conduttore esterno di protezione.

- Si consiglia, sugli apparecchi utilizzati in ambienti particolarmente corrosivi o tropicali, di passare uno strato di vernice isolante sui morsetti dopo il collegamento.

v Regolazione dei relè termici di protezioneLe tacche del quadro in Ampere corrispondono alla corrente consumatadal motore. La regolazione si ottiene visualizzando, a fianco all'indice,il valore indicato sul quadro e corrispondente alla corrente consumata(leggere sulla piastra segnaletica del motore la corrente di pieno caricocorrispondente alla tensione della rete).

Nel caso di un avviatore stella-triangolo, quando il relè è collegatodirettamente in serie con gli avvolgimenti del motore il valoredi regolazione deve corrispondere a I / 3, I dal momento che la correnteviene consumata dal motore.

Poichè i relè termici di protezione sono compensati, non è necessariaalcuna correzione della regolazione in funzione della temperaturaambiente, nei limiti indicati sulle schede tecniche.

Generalmente le regolazioni vengono effettuate su piattaforma e quindiriportate nel rapporto di prova.

Dopo aver effettuato il collegamento della linea di alimentazione e quellodi tutti i circuiti esterni di potenza e di comando, è possible procederealle prove d’insieme dell’apparecchiatura.Queste prove si effettuano in due tempi:

b Prova a vuotoIl suo scopo è quello di verificare che tutti i collegamenti (ausiliari dicomando e di segnalazione, sensori, interruttori di sicurezza, ecc...) sianostati correttamente effettuati e siano conformi allo schema. Per realizzarequesta prova è necessario impedire l'alimentazione di tutti i ricevitori:

- sollevando dalle loro basi i fusibili che proteggono il circuito di potenza,

- alimentando solo la parte controllo, lasciando fuori tensione la partepotenza.

Con il circuito di comando alimentato in questo modo, l'azionamentodell'ausiliario di comando avviamento deve generare la chiusura del o deicontattori asserviti, così come, sulle appareccchiature più complesse,l'avviamento del ciclo automatico. A questo stadio, si consiglia dimanovrare manualmente gli apparecchi esterni (in particolare le sicurezze),o di simulare il loro funzionamento, provocando quindi volontariamente esistematicamente tutte le anomalie di comando e di funzionamento perverificare l'efficacia dei circuiti di comando, di asservimento, di sicurezzae di segnalazione.

b Prova in caricoCon il circuito potenza alimentato, si effettua una prova d'insieme in caricoper controllare l'esattezza del collegamento e il funzionamento dei diversiricevitori. Questa prova può essere completata da una serie di test perverificare che l'apparecchiatura automatica garantisca lo svolgimentodelle diverse funzioni meccaniche dell'impianto.

Il know-how dell’addetto alla messa in servizio, completato dagli elementidel dossier dell’apparecchio (elenchi degli automatismi, guida alla messain servizio, manuale istruzioni, ecc...) consentirà una corretta messa inservizio dell’apparecchiatura.

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11.11 Messa in servizio di un’apparecchiatura11.12 Manutenzione dell’apparecchiatura

279

b Riparazione Data la varietà delle apparecchiature di automazione, non è possibiledefinire una procedura di riparazione comune a tutti gli schemi.

Per garantire un intervento efficace sono indispensabili esperienza ebuona conoscenza dell’apparecchiatura e delle funzioni da realizzare.

Conoscere le procedure MAGEC realizzate in fase di progettazionepotrebbe essere utile nella ricerca dei guasti.

11.12 Manutenzione dell’apparecchiatura

Nella fase di progettazione dell’apparecchiatura le procedure MAGECavranno permesso di definire le operazioni di manutenzione e la loroperiodicità:

- sostituzione delle spazzole dei motori a collettore, - pulizia dei filtri, - sostituzione delle parti usurabili,- alimentazione dei materiali di consumo,- ecc...

I dispositivi elettronici ed elettromagnetici non richiedono praticamentealcuna manutenzione. Ci preme tuttavia precisare alcuni punti importanti.

v L’elettromagnete del contattoreSe il circuito magnetico è rumoroso, controllare:

– la tensione della rete d'alimentazione. Un elettromagnete vibra quando è alimentato ad una tensione alternata inferiore a quella per la quale è stato previsto,

– che nessun corpo estraneo si sia introdotto nelle parti fissa e mobile del circuito magnetico,

– la pulizia delle superfici rettificate. Queste non devono mai essere verniciate, raschiate o levigate.

Se sono particolarmente sporche, pulirle con benzina o un prodottosgrassante appropriato.

v La bobina del contattoreSe è necessario sostituire una bobina (in caso di cambiamento di tensionedel circuito di comando ad esempio), la nuova bobina deve essere definita infunzione della tensione reale di alimentazione del circuito di comando.Questa consente quindi:

– la chiusura del contattore quando la tensione raggiunge l'85 % del suo valore nominale,

– l'apertura del contattore quando la tensione diventa inferiore al 65 % del suo valore nominale,

– di sopportare permanentemente una tensione corrispondente al 110 % del valore nominale.

Il deterioramento di una bobina può essere provocato:– dalla chiusura incompleta del circuito magnetico, in seguito ad unincidente meccanico o ad una tensione del circuito di comando inferioreall'85 % del valore nominale. Questo genera a corrente alternata ladiminuzione della riluttanza del circuito magnetico e a corrente continual'inefficacia del sistema di riduzione dei consumi il cui contatto non si èaperto. Ne consegue anche un'insufficiente pressione sui poli che siscaldano in modo anomalo e che possono saldarsi se la corrente chepassa è quella consumata da un motore all'avviamento.– da un circuito di comando non adatto,– da una tensione d'alimentazione superiore al 110 % del valore nominale.

In ogni caso la bobina si deteriora perchè l'energia dissipataper effetto Joule è superiore a quella normale. Per evitare simili incidenti,è necessario utilizzare bobine adatte alla tensione misurata ai morsettidi alimentazione delle apparecchiature.

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11.12 Manutenzione dell’apparecchiaturaRealizzazione

280

v I poli del contattoreLa conoscenza della potenza controllata e della categoria d'impiego(ad esempio interruzione di motori a gabbia avviati) consente dideterminare la durata elettrica dei contatti di un contattore dato o disceglierlo in funzione del numero di manovre programmato.

v Contattore monobloccoI poli di un contattore monoblocco non richiedono manutenzione.

Ad esempio, in categoria AC-3, un contattore che alimenta il motore di uncompressore avviato 6 volte all'ora per 24 ore al giorno avrà una duratadi: 2500000 = 17360 giorni, cioè circa 50 anni senza manutenzione.

Dopo aver effettuato numerose interruzioni i contatti possono sembrareusurati.

Solo la verifica periodica della quota di compressione o il controllo,su alcuni calibri, dell'indicatore di usura generale consentono di valutareil grado di usura.

Durante il periodo d'impiego non procedere mai a regolazioni della quotadi compressione. Quando questa è compresa tra il 20 e 50 % della quotainiziale, è necessario cambiare i contatti.

In seguito a questa operazione:– è necessario allineare i contatti rispettando la quota iniziale dicompressione,– si consiglia la pulizia laterale mediante raschiamento delle camere

di soffiaggio,– è indispensabile verificare la coppia di serraggio delle viti.

v I contatti ausiliari del contattoreNon è necessaria alcuna manutenzione, né regolazione, tranne per quantoconcerne la durata della temporizzazione sui contatti ausiliari temporizzati.

v I relè termiciNessuna manutenzione. L'unico eventuale intervento riguardala regolazione del valore della corrente di sganciamento che devedipendere dalla corrente consumata dal ricevitore.

v Le cassetteIngrassare periodicamente le cerniere e i dispositivi di chiusura.

Sulle cassette e sugli armadi stagni, verificare l'efficacia dei dispositividi tenuta stagna (guarnizioni, pressacavo, morsettiera).

Utilizzare un aspiratore per pulire, eliminare l'aria compressa.

v Radiatori degli apparecchi elettroniciGli apparecchi che utilizzano componenti elettronici di potenza, sonodotati di radiatori, molto spesso con ventilazione forzata.

A seconda dell’ambiente in cui è installato l’apparecchio e delle polveripresenti nell’atmosfera, si consiglia di pulire periodicamente le alette perevitare il loro intasamento.

b Regole di manutenzione essenziali Per evitare incidenti, arresti di funzionamento e facilitare il controllo dellamacchina, e assolutamente necessario evitare di:

- lasciare aperti un armadio o una cassetta senza motivo, soprattutto in ambienti polverosi,

- levigare o ingrassare i contatti,- utilizzare dei solventi,- modificare un pezzo o sostituirlo con un pezzo di ricambio non adatto,


- riarmare un relè di protezione senza aver ricercato ed eliminato lacausa dello sganciamento,

- sostituire un fusibile e rimettere sotto tensione l'apparecchiatura senzaaver eliminato il difetto,

- dimenticare di tenere sempre aggiornata la documentazione anche in caso di una minima variazione dell’apparecchiatura o della programmazione.

11

282

12capitolo Eco-progettazioneIl rispetto dell’ambiente è un approccio globaleche interessa l’intero ciclo di vita di un prodotto,dalla scelta dei materiali in fase di progettazione,alla valutazione dei consumi energetici, al riciclaggio dei componenti a fine vita

Schneider Electric

12. Eco-progettazioneSommario

283

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

M

b 12.1 Prefazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . pagina 284

b 12.2 I concetti e le direttive principali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . pagina 285

b 12.3 Le norme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . pagina 286

b 12.4 L’eco progettazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . pagina 287

b 12.5 La durata . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . pagina 287

b 12.6 Regole principali dell’eco progettazione . . . . . . . . . . . . . . . . . pagina 288


b 12.8 Applicazioni. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . pagina 291

Schneider Electric

12.1 PrefazioneEco-progettazione

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12.1 Prefazione

L’eco-progettazione è la considerazione dei fattori ambientali nellaprogettazione e nello sviluppo di prodotti e servizi. L’eco-progettazione è inserita al pari di altri importanti requisiti chesolitamente si considerano nei processi di progettazione (aspettativa deiclienti, controllo dei costi, fattibilità tecnica, ecc...) (C Fig.1).

Questo procedimento interessa diversi tipi di soggetti economici: fornitori,produttori, distributori, consumatori e acquirenti pubblici e privatidesiderosi di proporre o di scegliere, a parità di servizio, prodotti piùefficienti in una dimensione economica così come in quella ambientale.

Situandosi a monte delle decisioni, l’eco-progettazione è unprocedimento preventivo caratterizzato da una visione globale: è unapproccio ambientale multicriteria (acqua, aria, suolo, rumore, rifiuti,energia, materie prime, ecc...) che prende in considerazione l’intero ciclodi vita di un prodotto: estrazione delle materie prime, produzione,distribuzione, utilizzo e trattamento a fine vita (disassemblaggio,riciclabilità). Tutti i differenti impatti ambientali che possono essere generati dalprodotto lungo il suo ciclo di vita sono valutati in modo da evitare loscambio tra le diverse categorie d’impatto: questa caratteristica dell’eco-progettazione costituisce in qualche modo la sua firma.

Quanto sopra è estratto della definizione di eco-progettazionedell’Ademe, organizzazione pubblica francese impegnata nellasalvaguardia dell’ambiente e nel controllo energetico.

In questa guida proponiamo una metodologia generale di eco-progettazione,utilizzabile per qualsiasi nuovo sviluppo di prodotti/servizi, oltre che perqualunque evoluzione di prodotti esistenti.

b IntroduzioneLa missione di Schneider Electric è di agire come impresa responsabilenei confronti dell’ambiente. A livello di prodotti/servizi questo approccio si traduce necessariamentecon la scelta dell’eco-progettazione nello sviluppo di nuovi prodotti cosìcome nella riprogettazione e nel miglioramento di prodotti esistenti, al finedi ridurre l’impatto sull’ambiente per l’intero ciclo di vita dei prodotti.

Per raggiungere questo obiettivo in questa guida ci è sembrato utile:- ricordare la politica ambientale di Schneider Electric, il cui scopo

principale è quello di promuovere il rispetto di tutte le risorse naturali edi migliorare in modo dinamico e costante le condizioni di unambiente pulito per la soddisfazione di tutti;

- dare un rapido sguardo alle principali normative europee con le quali dovremo confrontarci per poterle anticipare;

- fornire al progettista una metodologia che possa aiutarlo nell’eco-progettazione di prodotti/servizi;

- fornire un panorama degli strumenti informatici offerti da Schneider Electric (software EIME) per aiutare i progettisti nell’approccio di eco-progettazione.

b La politica ambientale di Schneider ElectricPer Schneider Electric il fatto di agire come impresa responsabile neiconfronti dell’ambiente e ancor di più della società contribuisce almiglioramento delle prestazioni, favorendo decisioni mirate a lungotermine, oltre che l’adesione di tutti i soggetti interessati: collaboratori,clienti, fornitori, azionisti.

A Fig. 1 Parametri di progettazione

Schneider Electric

12.1 Prefazione12.2 I concetti e le direttive principali

285

Schneider Electric vuole quindi essere identificata, in tutti i Paesi in cui èpresente, come un’impresa “socialmente responsabile”; questo implica,tra l’altro, il rispetto di una politica ambientale dinamica ed ambiziosa, icui elementi fondamentali sono i seguenti:

• Integrare la protezione dell’ambiente nella gestione- Prendendo le disposizioni necessarie affinché il rispetto dell’ambiente

sia, all’interno di Schneider Electric, una parte integrante della culturaaziendale e un approccio naturale in tutte le attività.

- Incentivando la politica di protezione ambientale all’interno dell’azienda, attraverso azioni di sensibilizzazione, formazione e comunicazione conformi alla politica ambientale di Schneider Electric.

- Fornendo a Clienti, fornitori e partner, un’informazione precisa epuntuale.

• Garantire uno sviluppo industriale sostenibile nel rispettodell’ambiente

- Riducendo, con un procedimento dinamico e costante, l’impatto deiprodotti/servizi sull’ambiente, per l’intero ciclo di vita delprodotto/servizio.

- Sviluppando nuovi prodotti/servizi e processi di fabbricazione piùrispettosi dell’ambiente, con un’attenzione particolare all’anticipazione.

- Utilizzando nuove tecniche che consentano di meglio preservare lerisorse naturali e di controllare i consumi energetici dei prodotti.

- Dedicando particolare attenzione alla riciclabilità dei prodotti a partire dalla fase di progettazione.

- Conformandosi alle direttive in vigore o addirittura anticipando la loro uscita.

• Ottenere la certificazione ambientale ISO 14001 per tutti i siti industriali Schneider Electric

- Basandosi su un sistema di gestione ambientale fondato sullo standard internazionale ISO 14001.

- Costruendo e gestendo i siti industriali Schneider Electric in linea conl’immagine locale dell’azienda, in conformità con le normative invigore, spingendosi eventualmente anche oltre. Eliminando oriducendo i rifiuti e investendo nella loro valorizzazione.

- Migliorando in modo continuo gli attuali processi di fabbricazione perottimizzare il loro impatto sull’ambiente.

12.2 I concetti e le direttive principali

b I concetti principali

v Il concetto dello “Sviluppo sostenibile” (Sustainabledevelopment) costituisce dal 1987 un riferimento indiscutibile in materiadi rispetto ambientale. Per sviluppo sostenibile si intende uno sviluppo che soddisfa i bisogni iattuali senza compromettere la capacità delle generazioni future disoddisfare i propri bisogni.

v Il Sesto programma comunitario di azione per l’ambientedell’Unione Europea con cui l'Unione europea (UE) definisce le prioritàe gli obiettivi della politica ambientale europea fino al 2010 e oltre,descrivendo in modo particolareggiato i provvedimenti da adottare percontribuire alla realizzazione della strategia in materia di svilupposostenibile da essa elaborata. I principi su cui si basa sono i seguenti:principio di precauzione, di prevenzione dei problemi d’inquinamento allafonte, di priorità alle misure preventive e “principio dell’inquinatorepagante” (Trattato di Amsterdam).

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12.2 I concetti e le principali direttive12.3 Le norme

Eco-progettazione

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v La strategia della politica integrata dei prodotti (Integrated ProductPolicy - IPP) priorità del Sesto programma comunitario di azione perl’ambiente si impernia sulle tre tappe del processo decisionale checondizionano l'impatto ambientale del ciclo di vita dei prodotti, cioèl'applicazione del principio "chi inquina paga" la determinazione dei prezzidei prodotti, la scelta consapevole dei consumatori e la progettazioneecologica dei prodotti.

b Le direttive principaliLe principali direttive che si basano su questi concetti e che sono in corsodi discussione a livello di Comunità Europea, sono le seguenti:

v La direttiva EUP (Energy Using Product) si basa sul concetto dell’IPPed ha come obiettivo l’armonizzazione delle specifiche di progettazionedelle apparecchiature elettriche ed elettroniche al fine di garantire la lorolibera circolazione, riducendo al minimo il loro impatto sull’ambienteper tutto il ciclo di vita del prodotto e migliorando l’efficacia dell’utilizzodelle risorse per garantire un livello elevato di protezione dell’ambiente,compatibile con lo sviluppo sostenibile.

v La direttiva WEEE (Waste of Electrical and Electronic Equipmenty-Rifiuti da Apparecchiature Elettriche ed Elettroniche) ha comeobiettivo l’adozione di strategie per la gestione e la riduzione dei rifiutigenerati dalle apparecchiature elettriche ed elettroniche. Secondo quantoprevisto da questa normativa i produttori sono responsabili del riciclaggioe del riutilizzo (dal 70 all’80 % del peso) delle apparecchiature al momentodello smaltimento a fine vita.v La direttiva RoHS (Restriction of Hazardous Substances)

- impone restrizioni limitando l’utilizzo di alcune sostanze consideratepericolose per l’ambiente e soprattutto per la salute. I metalli pesanti:piombo (Pb), mercurio (Hg), cadmio (Cd), cromo esavalente (Cr6) e iritardanti di fiamma bifenili polibromurati (PBB) e l’etere di difenilepolibromurato (PBDE).

Nei prodotti sono ugualmente da evitare un certo numero di altresostanze non interessate da questa direttiva. Il PVC rimane nel mirinodelle istanze comunitarie ed è già oggetto di regolamentazioni locali alivello di utilizzo e di riciclaggio.

12.3 Le norme

A queste direttive europee si aggiungono un certo numero di norme chemirano a regolamentare l’impatto ambientale e la tutela dell’ambientenella progettazione dei prodotti. Tra queste citiamo:b Le norme ISO, NF, EN

- ISO 140xx: serie di norme sui sistemi di gestione ambientale.- ISO TC 61: materie plastiche, aspetti legati all’ambiente.- Guide ISO 64: guide per l’inclusione degli aspetti ambientali nelle

norme di prodotto.- norma francese NF FD X30 310: approccio ambientale nella

progettazione dei prodotti.- EN da 13428 a 13432: imballaggi, aspetti legati all’ambiente.

Questa lista non esaustiva fornisce un panorama delle regolamentazioni inmateria di tutela ambientale nella progettazione dei prodotti. Queste regolamentazioni si aggiungono quindi alle norme e direttivegeneralmente prese in considerazione dai progettisti, quali:

- DBT: Direttiva bassa tensione.- IEC 60 947- 2: norma apparecchiatura bassa tensione – interruttori

automatici.- IEC 60 947- 4 - 1: norma contattori e avviatori.

All’insieme di queste norme e direttive si aggiungono alcuni decreti e norme alivello nazionale (pile, imballaggi, ecc...).

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12.3 Le norme12.4 L’eco-progettazione12.5 La durata

287

L’ecoprogettazione traduce quindi la volontà di Schneider Electric di agirecome impresa responsabile nei confronti dell’ambiente, sviluppando nuoviprodotti/servizi e processi di fabbricazione più rispettosi, in conformitàcon le direttive e norme sopra menzionate, anticipandone ove possibilel’entrata in vigore.

12.4 L’eco-progettazione

L’eco-progettazione, componente importante dello sviluppo sostenibile, è,come già visto nella prefazione, un approccio pro-attivo rivolto al Clienteche può essere definito nel seguente modo:

- progettazione di prodotti/servizi che soddisfino al meglio le esigenzedei Clienti, con un ridotto impatto ambientale sull’intero ciclo di vita.

È un procedimento di progresso dinamico e continuo che può consentire,grazie ad un impegno comune a monte (tecnica, marketing, formazione,ecc...) di trasformare un limite in opportunità. È sicuramente questa la strategia che dobbiamo tutti impegnarci a seguire.

Questo approccio, da applicare nella fase progettuale di nuovi prodotticome nell’evoluzione di prodotti esistenti, implica per il progettista, lavalutazione di un criterio supplementare:

- l’impatto ambientale minimo della soluzione studiata considerandol’intero ciclo di vita del prodotto o servizio (C Fig.2).

In conformità con la direttiva EUP (Energy Using Products) la scelta dellasoluzione “ottimale” rispondente ad un’esigenza del Cliente, dovrà quindicorrispondere ad un giusto equilibrio tra i diversi criteri di progettazione:

- prestazione, costo, qualità, ambiente, industrializzazione, ecc...,sempre nel totale rispetto degli aspetti di sicurezza e di salute.

12.5 Ciclo di vita di un prodotto

L’eco-progettazione ha dunque come obiettivo la progettazione di prodotti eservizi eco-compatibili, con riduzione dell’impatto ambientale sull’intero ciclo di vita . Come si può definire il ciclo di vita di un prodotto o servizio?La durata di un prodotto si intende “dalla culla alla tomba”, ossia dalla estrazione delle materie prime necessarie alla creazione del prodotto fino al momento in cui tutti i materiali che compongono il prodotto ritornano alla terra, passando per tutte le fasi di vita di un prodotto intercorrelate quali fabbricazione/montaggio, distribuzione, utilizzo, valorizzazione e recupero a fine vita. Ogni fase del ciclo di vita di un prodotto ha, beninteso, un impatto sull’ambiente; impatto che si deve cercare di ridurre al minimo. Obiettivo dell’eco-progettazione è quindi considerarecontemporaneamente l’insieme delle diverse fasi della vita del prodotto,prestando attenzione al fatto che il minor impatto ambientale di una dellefasi non avvenga a discapito delle altre fasi. Per poter stimare i risultati di tutti gli impatti è quindi necessaria un’analisi completa e dettagliata di tutte le fasi del ciclo di vita del prodotto: la metodologia LCA fornisce una panoramica delle caratteristiche ambientali del prodotto. Per realizzare quest’analisi utilizzeremo il software EIME.La fase diottimizzazione del sistema di fine vita può creare limitazioni importanti e deve quindi essere presa in considerazione a partire dalla fase diprogettazione del prodotto.La valorizzazione a fine vita deve, secondo la norma, rappresentare unapercentuale del 70 %-80 % del prodotto (in peso) e può assumere leseguenti diverse forme:

- riparazione/rimessa a livello del prodotto;- riutilizzo dei componenti;- riciclaggio dei materiali;- valorizzazione energetica.

Il ciclo di vita di un prodotto è schematizzo nella Fig. 3.

12

A Fig. 2 Equilibrio tra i criteri di progettazione

A Fig. 3 Durata di un prodotto

Schneider Electric

12.6 Regole principali dell’eco-progettazioneEco-progettazione

288

12.6 Regole principali dell’eco-progettazione

Nel rispetto del concetto di “sviluppo sostenibile” e delle diversenormative vigenti in materia, è possibile definire alcune regole generali chepermetteranno di guidare il progettista negli studi di eco-progettazione:

- Tutela e utilizzo efficace delle risorse naturali.- Riduzione al minimo delle emissioni (effetto serra, rumore, ecc...).- Riduzione al minimo dei rifiuti (fase di produzione, fine vita). - Eliminazione o riduzione al minimo dell’uso di sostanze pericolose.- Riduzione dei consumi energetici.

Tuttavia, come già detto in precedenza, queste regole generali che miranoad ottenere prodotti più rispettosi dell’ambiente non devono sostituirsi alleregole abituali di progettazione, ma al contrario aggiungersi ad esseottimizzando la risposta ad una specifica esigenza del Clienterispondendo all’insieme dei criteri di:

- prestazione, costo, qualità, ambiente, industrializzazione, ecc...

Inoltre, prima di qualsiasi studio di ecoprogettazione, una tappaessenziale consiste nella ricerca di ottimizzazione della funzione che sivuole garantire. Per questo è utile porsi le seguenti domande:

- Come soddisfare al meglio l’esigenza del Cliente: prodotto/servizio?- È possibile accompagnare l’offerta prodotto con un’offerta di servizi

rispettosa dell’ambiente?- È possibile passare da un’offerta prodotti ad un’offerta servizi?- È possibile sviluppare nuovi concetti?- Alcuni componenti possono essere comuni a più prodotti o gamme di prodotti?- È necessario integrare nuove funzioni?- È possibile utilizzare materiali attivi?

Una volta terminata la fase di ottimizzazione della funzione è consigliabileinteressarsi da vicino alle diverse fasi del ciclo di vita di un prodotto(scelta dei materiali, produzione, distribuzione, utilizzo, fine vita) per lequali può rivelarsi necessario seguire le regole base.

b La scelta dei materialiAttarverso la scelta dei materiali il progettista può influenzare l’impatto del prodotto sull’ambiente. Quindi, conformemente alle regole generali dieco-progettazione sopra riportate, questa scelta dovrà tener conto di uncerto numero di criteri basati essenzialmente sulla riduzione del consumodi materie prime e sulla riduzione dell’impatto ambientale dei materiali.

• Riduzione del peso e del volume del materiale utilizzato- ottimizzazione del volume e del peso dei pezzi e dei prodotti,- riduzione del numero di pezzi.

• Scelta di materiali atossici o poco tossici- in fase di estrazione, produzione, utilizzo, eliminazione (fine vita).

• Scelta di materiali prodotti ricorrendo alle risorse rinnovabili- con l’obbiettivo di non esaurire le risorse naturali non rinnovabili.

• Scelta di materiali a basso consumo energetico- in fase di estrazione delle materie prime, del trattamento e dell’uso

del materiale.

• Utilizzo di materiali ricliclati- l’impatto ambientale sarà in questo caso quello del riciclaggio e non

più quello dell’elaborazione.

• Utilizzo di materiali riciclabili- nell’ottica della valorizzazione di fine vita del prodotto.

Nel rispetto dei criteri di tutela ambientale i materiali scelti dovranno tuttaviasoddisfare le esigenze abituali del prodotto dal punto di vista meccanico,elettrico, dei costi, di fabbricazione (stampaggio, taglio, ecc...).


b La produzioneLa produzione è una fase importante del ciclo di vita di un prodotto, danon trascurare in uno studio di eco-progettazione. Le scelte in fase di progettazione possono avere un impatto notevole suiprocessi industriali e quindi sugli impatti ambientali di questa fase.

È quindi necessario prendere in considerazione un certo numero di criteridi ottimizzazione della produzione già a partire dalla fase progettuale.

• Riduzione dei rifiuti di produzione (acqua, suolo, aria)- scelta di tecniche di produzione che riducono al minimo lo scarto di

nell’ambiente.Esempio: se possibile evitare i trattamenti di finitura delle superfici

• Minimizzazione dei consumi energetici in ogni fase produttiva- scelta di tecniche di produzione, montaggio e assemblaggio a basso

impatto energetico,- riduzione degli scarti (lavorazione, taglio, stampaggio, ecc...).

Esempio:- progettazione di pezzi che riducono le cadute di materiale,- riutilizzo degli stampi (stampaggio),- riduzione degli sfridi.

• Riduzione del numero delle fasi di produzioneEsempio:- riduzione del numero di pezzi diversi

• Riduzione dei trasporti tra le diverse fasi di produzione- riduzione del volume dei trasporti tra stabilimenti (pezzi, componenti),- riduzione dei consumi energetici legati ai trasporti.

• Utilizzo di nuove tecniche di produzione- nuove tecniche con impatto ambientale ridotto rispetto alle tecniche

classiche: tecniche di tipo BAT (Best Available Technique).

b La distribuzioneAnche la distribuzione dei prodotti è una fase del ciclo di vita di unprodotto che può avere un impatto ambientale importante. Per questo motivo è necessario tenere conto, a partire dalla fase diprogettazione del prodotto, degli aspetti di ottimizzazione degli imballaggie del sistema di distribuzione stesso.

In conformità con le norme (EN 13428-13432) e con il decreto pubblicatosulla Gazzetta Ufficiale del 25/07/98 i criteri da seguire sono:

• Diminuzione del peso e del volume degli imballaggi- riduzione del volume e del peso dei prodotti.

• Ottimizzazione della funzione imballaggio. Riduzione del numero di imballaggi- imballaggi comuni a più prodotti.

• Scelta di imballaggi più puliti- contenuto minimo di metalli pesanti (piombo cadmio, mercurio, ecc...).

• Progettazione di imballaggi riutilizzabili/riciclabili- riciclaggio dal 50 al 65 % del peso,- evitare gli imballaggi eterogenei (cartone, gommapiuma, ecc...).

• Ottimizzazione /riduzione dei trasporti- minimizzazione dei pesi e dei volumi da trasportare.

• Scelta di sistemi di trasporti a basso impatto energetico

Come sempre questi criteri dovranno essere rispettati senza tralasciare lefunzionalità base dell’imballaggio, quali la protezione e la sicurezza.

12

Schneider Electric

12.6 Regole principali dell’eco-progettazioneEco-progettazione

290

b L’utilizzoLa fase di utilizzo è una fase del ciclo di vita dei prodotti il cui impattoambientale può rivelarsi importante, in particolare per i consumi elettrici.In quest’ottica può essere determinante seguire alcuni criteri base:

• Riduzione dei consumi energetici unitari del prodotto in fase d’uso- consumo contatti elettrici (resistenza di contatto, saldature, ecc...),

nelle bilame,- consumo dispositivi di comando (elettromagneti, ecc...),- potenza dissipata nei componenti elettronici, ecc...).

• Riduzione delle fughe e degli scarti - riduzione del rumore,- riduzione delle fughe (SF6 ad esempio).

• Aumento della durata dei prodotti• Manutenzione e riparazione facilitate

- aumento dell’affidabilità dei prodotti,- collegamento Cliente (pre-allarme, ecc...),- modularità dei prodotti.

Un altro punto importante nell’uso dei prodotti è l’impiego di fontienergetiche pulite e rinnovabili; tuttavia il ruolo del progettista a questoproposito non sembra essere decisivo.

b Fine vitaCome già detto la valorizzazione a fine vita di un prodotto deve rappresentareuna parte importante (dal 70 al 80 % del suo peso ) ed è a carico delproduttore. Quindi è necessario progettare il prodotto in un’ottica difacilitazione di questa fase.

Per questo motivo è necessario, ancora una volta, tener conto di alcunicriteri fondamentali:• Facilità di disassemblaggio del prodotto

- evitare l’impiego di sistemi di imballaggio non smontabili,- modularità del prodotto.

• Riutilizzo dei componenti- favorire la modularità del prodotto.

• Riparazione/rimessa a nuovo del prodotto (2ª mano)• Riciclaggio dei materiali

- marcatura dei pezzi in plastica (vedere direttiva tecnica FT 20 050),- riduzione del numero di materiali diversi.

• Scelta di materiali non tossici (incenerimento)• Facilità di smontaggio dei componenti tossici e/o a trattamento

specifico- garantire facilità di accesso e smontaggio rapido di pile, relè mercurio,

schede elettroniche, schermi LCD, ecc...

• Facilità di messa in sicurezza del prodotto (molle sotto tensione, ecc...)• Istruzioni per lo smaltimento/riciclaggio del prodotto a fine vita

I criteri di progettazione forniti, validi per le diverse fasi di vita di unprodotto, insieme agli esempi applicativi che ne derivano non hanno lapretesa di risolvere tutti i possibili casi di eco-progettazione.Il loro scopo principale è semplicemente quello di spingere il progettistaalla riflessione.

La suddivisione dei diversi criteri di progettazione per ogni singola fasedel ciclo di vita del prodotto (scelta dei materiali, produzione, distribuzione,utilizzo, fine vita) non deve tuttavia far dimenticare che lo scopo finale è diridurre l’impatto globale del prodotto sull’intero ciclo di vita. È quindi essenziale, come già detto, che il minor impatto ambientale diuna delle fasi non avvenga a discapito delle altre fasi.

Schneider Electric

12.6 Regole principali dell’eco-progettazione12.7 Conclusione12.8 Applicazioni

291

Per raggiungere questo obiettivo è necessaria un’analisi dettagliata delciclo di vita del prodotto (LCA). Per realizzare quest’analisi utilizzeremo ilsoftware EIME (C paragrafo 12.8).

12.7 Conclusione

L’impegno ambientale di Schneider Electric passa attraversol’applicazione di un procedimento di eco-progettazione che consiste nel:

- promuovere la tutela di tutte le risorse naturali;- migliorare in modo dinamico e continuo le condizioni di un ambiente

pulito per la soddisfazione dei Clienti, degli utenti dei prodotti, delpersonale e delle zone e comunità dove sono ubicati gli stabilimenti.

Questo approccio di progresso dinamico e continuo può contribuire allaprestazioni aziendali e appare quindi come un’opportunità da cogliere.L’eco-progettazione, il cui obiettivo è la progettazione di prodotti/serviziche soddisfino al meglio le esigenze dei Clienti con un ridotto impattoambientale sull’intero ciclo di vita del prodotto, sarà quindi l’approcciocomune di Schneider per qualsiasi nuovo progetto di sviluppo di prodottie servizi, oltre che per le evoluzioni di prodotti esistenti.

12.8 Applicazioni

b Il software EIMEIl software EIME (Environmental Information and Management Explorer) èuno strumento di aiuto alla progettazione di prodotti ecocompatibili, gestitoin comproprietà da Alcatel, Alstom, Legrand, Schneider Electric eThomson Multimedia.

Consente di valutare l’impatto ambientale di un prodotto lungo tutto il suociclo di vita e guida i progettisti nelle scelte di materiali e di progetto. È facilmente accessibile da qualsiasi parte del mondo; il suo database(materiali, processi, ecc..) è comune a tutti i progettisti Schneider Electricnel mondo.

Le principali caratteristiche di questo software sono le seguenti:- Aiuto alla scelta dei materiali e dei processi.- Informazioni sulla conformità alla legislazione vigente.- Valutazione dell’impatto ambientale (o Analisi del Ciclo di Vita ACV).- Aiuto all’identificazione dei punti deboli.- Confronto di due opzioni di progettazione.

Il profilo ambientale del prodotto ottenibile con il software EIME è una baseessenziale per la comunicazione ambientale prodotto destinata ai Clienti.

b La gamma Altivar 71, un esempio di eco-progettazione

La funzione principale della gamma Altivar 71 (C Fig.4) è il comando e lavariazione della velocità di rotazione di un motore elettrico asincrono.

La gamma Altivar 71 comprende variatori da 0.37 a 18 kW funzionanti contensioni da 200 e 500 V in monofase o trifase.

12

A Fig. 4 L’ATV71 ha ricevuto il 2° premio“Eco-prodotto per lo svilupposostenibile”

Schneider Electric

12.8 ApplicazioniEco-progettazione

292

Il prodotto utilizzato per realizzare lo studio è l’Altivar 71 da 0.75 kW,500 V (rif. ATV71 H075N4), perchè rappresentativo dell’intera gamma. Gli altri variatori della gamma sono realizzati con la stessa tecnologia econ lo stesso processo di fabbricazione.

L’analisi ambientale è stata realizzata in conformità con la norma ISO14040 (Gestione Ambientale - Valutazione del Ciclo di Vita – Principi e lineeguida) che prende in considerazione le diverse fasi dell’intero ciclo di vitadel prodotto.

v Materiali costitutiviIl peso dei prodotti della gamma variano da 2.680 g a 9.000 g. Il peso dell’Altivar 71 da 0.75 kW 500 V è di 2.680 g al netto dell’imballo.

I materiali che compongono l’Altivar 71 sono mostrati nella Fig. 5 :

Al momento dell’uscita sul mercato Schneider Electric garantisce che icomponenti della gamma Altivar 71 da 0.37 a 18 kW non contengonosostanze vietate dalla legislazione in vigore (lista disponibile su richiesta) .

La gamma ATV 71 non comprende pile, né accumulatori. Il sito di progettazione dei variatori ATV 71 è certificato ISO 14001 agaranzia dell'impegno in tema di ecoprogettazione e tutela ambientale.

v ProduzioneLa gamma ATV 71 è prodotta in uno stabilimento Schneider Electric cheimplementa un sistema di Gestione Ambientale certificato ISO 14001.

Il costante miglioramento dei processi produttivi permette di ridurre inmedia del 5 % il consumo energetico annuale del sito.

Lo smaltimento/riciclaggio completo dei rifiuti permette di raggiungere untasso di valorizzazione pari al 99 %.

v DistribuzioneGli imballaggi sono stati progettati per ridurne peso e volume, nel rispettodella direttiva dell’Unione Europea 94/62/CE in materia di imballaggi. Il peso totale dell’imballaggio è di 1.080 g, composti per la maggior parteda cartone e da un sacchetto in polietilene riciclabile. Non vengonoutilizzati né gommapiuma, né graffette.

I flussi di distribuzione dei prodotti sono ottimizzati grazie a centri didistribuzione locali, vicini alle zone commerciali.

v UtilizzoI variatori della gamma Altivar 71, da 0.37 a 18 kW, non richiedonoprecauzioni di utilizzo particolari (rumore, emissioni).L’energia elettrica consumata dipende dalle condizioni di messa in opera edi utilizzo dei prodotti.

A Fig. 5 Materiali che compongono l'ATV71 (*) La categoria “Diversi” comprende tutti gli elementi presenti con unapercentuale inferiore all’1% (guaine termoretraibili, elastomero EPDM,ecc...)


La potenza consumata varia da 44 W a 620 W. L’Altivar 71 da 0.75 kW 500 V consuma 44 W, meno del 6 % dellapotenza totale che attraversa il prodotto.

v Fine vitaA fine vita i variatori della gamma Altivar 71, da 0,37 a 18 kW, devonoessere smantellati per assicurare il riciclaggio e il recupero dei diversicomponenti.Il potenziale di riciclaggio è superiore all’80 %. Questa percentualecomprende i metalli ferrosi, le leghe in rame e alluminio e le plastichemarcate.

I prodotti di questa gamma integrano delle schede elettroniche da smontare eestrarre e da smaltire presso le filiere di trattamento specializzate. Istruzioni dettagliate per lo smaltimento delle apparecchiature a fine vitavengono fornite insieme ai prodotti.

v Impatti ambientaliL’Analisi del Ciclo di Vita (ACV) è stata realizzata utilizzando il softwareEIME (Environmental Impact and Management Explorer) versione1.6 e ilsuo database versione 5.4 (C Fig.6).

L’ipotesi di durata del prodotto è di 10 anni di utilizzo e il modello dienergia elettrica è il modello europeo.

Il perimetro analizzato è composto da un Altivar 71 da 0.75 kW 500 V.

Gli impatti ambientali sono stati analizzati per le fasi di produzione(manufacturing o M) comprensiva del trattamento delle materie prime, didistribuzione (D) e di utilizzo (U).

L’analisi degli impatti ambientali è stata realizzata confrontando gli impattidi un modello precedente realizzato senza eco-progettazione con quelli diun prodotto con “eco-progettazione”. Quest’ultimo presenta una riduzionedi peso (27 %) e di volume (19 %) rispetto alla gamma precedente.

Le plastiche utilizzate sono riciclabili al 100 % grazie alla scelta deimateriali e alla nuova estetica del prodotto.

Queste modifiche hanno permesso di ridurre l’impatto globale delprodotto sull’ambiente.

b Profilo Ambientale Prodottov Approccio sistemaIl variatore di velocità consente un risparmio energetico ottimizzando icicli di utilizzo dei motori elettrici asincroni.

In regime transitorio i variatori della gamma Altivar 71, da 0.37 a 18 kWpossono far diminuire di oltre la metà il consumo energetico diun’installazione.

I valori degli impatti ambientali forniti nella pagina precedente sono validisolo nel quadro precisato e non possono essere utilizzati direttamente perstabilire il bilancio ambientale dell’installazione.

v GlossarioEsaurimento delle risorse naturali Raw Material Depletion (RMD)

Questo indicatore quantifica il consumo di materie prime per l’intero ciclodi vita del prodotto. Viene espresso con una frazione che indica ilrapporto tra le risorse naturali esaurite ogni anno e l’insieme delle risorseannuali di questa materia.

12

A Fig. 6 Confronto ACV degli impatti tra l’Altivar71 - 0.75 kW 500 V con eco-progettazione e senza eco-progettazione

Schneider Electric

12.8 ApplicazioniEco-progettazione

294

• Esaurimento dell’acquaWater Depletion (WD)Questo indicatore calcola il consumo di acqua utilizzata, potabile o disorgente industriale. Si esprime in m3.

• Potenziale di riscaldamento globale (Effetto serra) Global Warming Potential (GWP)Il riscaldamento globale del pianeta risulta dall’aumento dell’effetto serradovuto all’assorbimento dell’irraggiamento solare riflesso dalla superficieterrestre da alcuni gas detti “ad effetto serra”. L’unità di misura è il CO2 equivalente (gr.).

• Potenziale di riduzione dello strato di ozono (distruzione dello stratodi ozono) Ozone Depletion (OD)Questo indicatore specifica il contributo al fenomeno di distruzione dellostrato di ozono dovuto all’emissione di alcuni gas specifici.

Questo effetto viene calcolato in CFC-11 equivalenti (gr.).

• Potenziale di formazione fotochimica dell’ozono Photochemical Ozone Creation (POC)Questo indicatore quantifica il contributo al fenomeno dello “smog”(ossidazione fotochimica di alcuni gas che produce ozono) e vieneespresso in C2H4 equivalente (etilene equivalente).

• Acidificazione dell’ariaAir Acidification (AA)La presenza di sostanze acide nell’atmosfera è provoca dalle piogge. Un tasso elevato di acidità delle piogge può provocare il deperimentoprogressivo delle foreste.

Il contributo all’inquinamento acido dell’aria viene calcolato utilizzando ipotenziali di acidificazione delle sostanze e viene espressa in H+ equivalente.

296

NcapitoloNoteContenuto:- Formule pratiche estratte dalle leggi elettriche

e meccaniche.- Tabelle delle grandezze principali.- Unità di misura, simpboli principali,

tabelle di conversione delle unità più utilizzate.- Regimi di neutro.

Schneider Electric

N. NoteSommario

297

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

N

b N.1 Grandezze e unità di misura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . pagina 298

b N.2 Corrente a carico niminale dei motori asincroni . . . . . . . . . . pagina 299

b N.3 Formule eletriche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . pagina 300

b N.4 Calcolo delle resistenze di avviamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . pagina 302

b N.5 Formule meccaniche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . pagina 303

b N.6 Formule fondamentali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . pagina 304

b N.7 I regimi del neutro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . pagina 305

b N.8 Azionamento delle macchine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . pagina 306

b N.9 Tabelle di conversione delle unità più utilizzate . . . . . . . . . . . pagina 308

Schneider Electric

N.1 Grandezze e unità di misuraNote

298

Sotto multipli delle unità

Prefisso Simbolo Fattoreche precede l'unità di moltiplicazione

01diced –1

01citnec –2

01millim –3

micro µ 10–6

01nonan –9

01pocip –12

Esempi: Cinque nanofarad = 5 nF = 5.10–9FDue milliampere = 2 mA = 2.10–3AOtto micrometri = 8 µm = 8.10–6m

Multipi delle unità

Prefisso Simbolo Fattoreche precede l'unità di moltiplicazione

01adaced 1

01hotte 2

01kolihc 3

01Magem 6

01Gagig 9

01Taret 12

Esempi: Due megajoule = 2 MJ = 2.106 JUn gigawatt = 1 GW= 109 WTre kilohertz = 3 kHz= 3.103 Hz

Descrizione Simbolo Descrizione Simbolograndezza letterale unità di misura

accelerazione α radiante al secondo quadrato rad/s2

angolareaccelerazionein caduta libera g metro al secondo quadrato m/s2

accelerazione lineare a metro al secondo quadrato m/s2

angolo piano α, β, γ radiante radgrado (d'angolo) ...°minuto (d'angolo) ...'secondo (d'angolo) ..."

capacità C farad Fcampo magnetico H ampere al metro A/mcostante tempo – secondo s

diametro d metro mdifferenza di U volt Vpotenzialedurata di un periodo T secondo s

riscaldamento ∆θ kelvin o grado Celsius K o °Cenergia W joule Jspessore d metro mflusso magnetico φ weber Wbforza F newton Nforza elettromotrice E volt Vfrequenza f hertz Hzvelocità di rotazione n giri al secondo giri/s

scorrimento g %altezza h metro m

impedenza Z ohm Ωinduttanza propria L henry Hinduttanza mutua M henry Hinduzione magnetica B tesla Tintensità di corrente I ampere Aelettrica

larghezza b metro mlunghezza I metro m

Descrizione Simbolo Descrizione Simbolograndezza letterale unità di misura

massa m chilogrammo kgmomento di una coppia T o C newton metro N.mmomento di una forza M newton metro N.mmomento d'inerzia J o I chilogrammo metro quadrato kg.m2

peso P newton Npressione p pascal Paprofondità h metro mpotenza attiva P watt Wpotenza apparente S voltampere VApotenza reattiva Q voltampere reattivo VAR

quantità di calore Q joule Jquantità di elettricità Q coulomb o C o(carico elettrico) ampere ora A.h

raggio r metro mreattanza X ohm Ωriluttanza R ampere per Weber A/Wrendimento η %resistenza R ohm Ωresistività ρ ohm metro/metro quadrato Ω.m/m2

superficie (area) A o S metro quadrato m2

temperatura Celsius θ grado Celsius °Ctemperatura T kelvin Ktermodinamicatempo t secondo (di tempo) s

minuto (di tempo) minharo

giorno dtensione U volt Veccitazione W joule J

velocità angolare ω raggio al secondo raggio/svelocità lineare v metro al secondo m/svolume V metro cubo m3

Senza dimensione

N.1 Grandezze e unità di misura

Schneider Electric

N.2 Courant à charge nominale des moteurs asynchrones

299

V096V005V044V514V004V032PHWkV042V022PHWkAAAAAA AA

0,37 0,5 3,9 3,6 0,37 0,5 2 0,98 – 0,99 1 –0,55 0,75 5,2 4,8 0,55 0,75 2,8 1,5 – 1,36 1,21 –0,75 1 6,6 6,1 0,75 1 3,6 1,9 2 1,68 1,5 –1,1 1,5 9,6 8,8 1,1 1,5 5,2 2,5 2,5 2,37 2 –1,5 2 12,7 11,7 1,5 2 6,8 3,4 3,5 3,06 2,6 –

1,8 2,5 15,7 14,4 2,2 3 9,6 4,8 5 4,42 3,8 –2,2 3 18,6 17,1 3 4 11,5 6,3 6,5 5,77 5 –3 4 24,3 22,2 3,7 5 15,2 – – – – –4 5,5 29,6 27,1 4 5,5 – 8,1 8,4 7,9 6,5 –4,4 6 34,7 31,8 5,5 7,5 22 11 11 10,4 9 –

5,2 7 39,8 36,5 7,5 10 28 14,8 14 13,7 12 –5,5 7,5 42,2 38,7 9 12 – 18,1 17 16,9 13,9 –6 8 44,5 40,8 11 15 42 21 21 20,1 18,4 12,17 9 49,5 45,4 15 20 54 28,5 28 26,5 23 16,57,5 10 54,4 50 18,5 25 68 35 35 32,8 28,5 20,2

22 30 80 42 40 39 33 24,230 40 104 57 55 51,5 45 3337 50 130 69 66 64 55 4045 60 154 81 80 76 65 46,855 75 192 100 100 90 80 58

75 100 248 131 135 125 105 75,790 125 312 162 165 146 129 94110 150 360 195 200 178 156 113132 180 – 233 240 215 187 135147 200 480 222 260 236 207 128

160 220 – 285 280 256 220 165185 250 600 – – – – –200 270 – 352 340 321 281 203220 300 720 388 385 353 310 224250 350 840 437 425 401 360 253

280 380 – – – – – –315 430 – 555 535 505 445 321335 450 1080 – – – – –355 480 – 605 580 549 500 350375 500 1200 – – – – –

400 545 – 675 650 611 540 390450 600 1440 800 – – – –500 680 – 855 820 780 680 494560 – – 950 920 870 760 549630 – – 1045 1020 965 850 605

710 – – 1200 1140 1075 960 694800 1090 – – 1320 1250 1100 –900 1220 – – 1470 1390 1220 –

N

N.2 Corrente a carico nominale dei motori asincroni

Schneider Electric

N.3 Formule elettricheNote

300

Resistenza di un conduttore

R = ρ

con R : resistenza del conduttore in ohmρ : resistività del conduttore in ohm-metrol : lunghezza del conduttore in metriS : sezione del conduttore in metri quadrati

Resistività

con ρθ : resistività alla temperatura θ in ohm-metroρ : resistività alla temperatura θ0 in ohm-metro∆θ : θ - θ0 in gradi Celsiusα : coefficiente di temperatura in gradi Celsius alla

potenza meno uno

Legge di JouleW = RI2t in monofase

con W : energia consumata in jouleR : resistenza del circuito in ohmI : corrente in amperet : tempo in secondi

Reattanza induttiva di un'induttanza singola

con XL : reattanza induttiva in ohmL : induttanza in henryω : impulso = 2 π ff : frequenza in hertz

Reattanza capacitiva di una capacità singola

con XC : reattanza capacitiva in ohmC : capacità in faradω : impulso = 2 π ff : frequenza in hertz

Legge di Ohm

Circuito a resistenza singola U = RI Circuito a reattanza singola U = XI Circuito a resistenza e reattanza U = ZI

con U : tensione ai morsetti del circuito in voltI : corrente in ampereR : resistenza del circuito in ohmX : XL o XC reattanza del circuito in ohmZ : impedenza del circuito in ohm

Per la determinazione di Z, vedere qui di seguito.

Potenza attiva

in continua P = UIin monofase P = UIcosϕin trifase P = UI 3cos ϕ

con P : potenza attiva in wattU : tensione in volt (in trifase tensione tra fasi)I : corrente in amperecos ϕ : fattore di potenza del circuito

Potenza reattiva

in monofase Q = UIsinϕ = UI 1− cos2 ϕ

in trifase Q = UI 3sinϕ = UI 3 1− cos2 ϕ

con Q : potenza reattiva in voltampere reattivoU : tensione in volt (trifase: tensione tra fasi)I : corrente in amperecos ϕ : fattore di potenza del circuito

Potenza apparentein monofase S = UI

in trifase S = UI 3

con S : potenza apparente in voltampereU : tensione in volt (trifase: tensione tra fasi)I : corrente in ampere

Fattore di potenza

cos ϕ =

Rendimento

η =

Corrente consumata da un motore

in monofase I =P

Uηcosϕ

in trifase I =P

U 3ηcosϕ

in continua I =P

Uη

con P : potenza attiva in wattI : corrente consumata dal motore in ampereU : tensione in volt (trifase: tensione tra fasi)η : rendimento del motorecos ϕ : fattore di potenza del circuito

XC = 1Cω

XL= Lω

potenza attivapotenza apparente

potenza utilepotenza attiva consumata

lS

ρθ = ρ 1+ α∆θ( )

N.3 Formule elettriche


P =I =

U = R =

wat

ts

volts

amperesohms

Legge di Ohm

Circuiti a resistenze e reattanzeCircuiti a resistenze

SimboliU = Tensione in voltI = Corrente in ampereR = Resistenza in ohmP = Potenza in watt

PR

UR P

U

PI2R I

U2

P

U2

RR I2

U I

P R UI

PI

R3

R2

R

Z

Z

R XC

R

R

R1 R2 R3

R

R2

R1

R

R3

R1

R2

R1

R

XL

R

XL

XC

R = R1 + R2 + R3

R = 11

R1+ 1

R2

+ R3 =R1 . R2R1 + R2

+ R3

Z = R2 + XC2

R = 11

R1+ 1

R2

=R1 . R2R1 + R2

R = 11

R1+ 1

R2+ 1

R3

=R1 . R2 . R3

R1 . R2 + R2 . R3 + R1 . R3

R

Z = R2 + XL2

XL

Z

Z = 11R

2+ 1

XL

2=

R . XL

R2 + XL2

Z

XC

R

Z

Z

XL

XC

Z = 11R

2+ 1

XL– 1

XC

2=

R . XL . XC

XL2 . XC

2 + R2 XL – XC2

Z = 11R

2+ 1

XC

2=

R . XC

R2 + XC2

Z = R2 + XL – XC2

N

Schneider Electric

N.4 Calcolo delle resistenze di avviamentoNote

302

Per motori a gabbia

Resistenza statorica

In trifase

R = 0,055

ove R: valore ohmico della resistenza per fase in ohmU: tensione della rete in voltIn: corrente nominale del motore in ampere

I media = 4,05 In

Per comandare una resistenza, indicare: la durata di messa sottotensione della resistenza e il numero di avviamenti all'ora.Solitamente, consideriamo 12 avviamenti all'ora di 10 secondi ciascuno,di cui 2 consecutivi a partire dallo stato freddo.

Resistenza per avviamento stella-triangolo 3 tempi

R =

ove R: valore ohmico della resistenza per fase in ohmU: tensione della rete in voltIn: corrente nominale del motore in ampere

I medio = 1,5 In

Per comandare una resistenza, indicare: il tempo di interruzionedella resistenza e il numero di avviamenti all'ora.Generalmente, prevediamo 2 avviamenti consecutivi di 3 secondidistanziati di 20 secondi.

Autotrasformatore

Durante l'avviamento.

U motore = k U lineaC motore = k2 CI linea ≠ k2 II motore = k I

ove k: rapporto dell'autotrasformatore U uscita / U lineaC: coppia in avviamento direttoI: corrente in avviamento diretto

Per comandare un autotrasformatore indicare:– che si tratta di un autotrasformatore a intraferro (se possibile);– il picco di corrente del motore in avviamento diretto (dato dalcostruttore del motore);– il valore della tensione all'uscita rispetto alla tensione della rete, inpercentuale;– la durata di messa sotto tensione dell'autotrasformatore e il numerodi avviamenti all'ora.

Generalmente si prevedono delle registrazioni a 0,55 Un e 0,65 Un e 5avviamenti all'ora di 8 secondi. Senza precise caratteristiche del motore,prendiamo:

= 6.

Per motori ad anelli

Resistenza unitaria (1)

In trifase

Ru =

ove P: potenza nominale in kilowattIr: corrente rotorica nominale in ampereRu: in ohm

cioè

Ru =

ove P: potenza nominale in cavalliIr: corrente rotorica nominale in ampere

Valore della resistenza al primo tempo

R(1) = - r

ove R(1): valore della resistenza per faseRu: resistenza unitariar: resistenza interna del motore1o picco: picco di corrente desiderato all'avviamento

Valori intermedi della resistenza

R(n) = - r

ove R(n) : valore della resistenza per fase per questo tempoR(n-1): resistenza al tempo precedenter: resistenza interna del motorePicco: picco di corrente desiderato al tempo corrispondente

Picco all'ultimo tempo

Picco =

ove Picco: picco di corrente ottenutoR(n-1): resistenza al tempo precedenter: resistenza interna del motore

Altra caratteristica

I media = Ir +

ove I media: corrente termicamente equivalenteIr: corrente rotorica nominaleIp: picco di corrente

Per comandare una resistenza, indicare: la durata di messa sottotensione della resistenza, il numero di avviamenti all'ora eeventualmente la possibilità di frenatura in contro-corrente .

(1) La resistenza unitaria è il valore teorico della resistenza per fase dainserire nel circuito rotorico per ottenere, con rotore bloccato, la coppianominale. È indispensabile per determinare la resistenza di avviamento.

UIn

333 PIr2

245 PIr2

Ru + r1o picco

R(n-1) + rPicco

R(n-1) + rr

Ip - Ir3

0,28 UIn

IdIn

N.4 Calcolo delle resistenze di avviamento

Schneider Electric

N.5 Formule meccaniche

303

Coppia nominale

Tn =

ove Tn : coppia nominale del motore in newton-metroPn : potenza nominale del motore in wattωn : velocità angolare nominale del motore in

radianti al secondo

Coppia acceleratrice

Ta = Tm - Tr

ove Ta : coppia acceleratrice in newton-metroTm : coppia motore in newton-metroTr : coppia resistente in newton-metro

Durata avviamento

Durata avviamento dalla velocità 0 alla velocità ωn con unacoppia acceleratrice costante Ta

ove t : tempo di avviamento in secondiJ : momento di inerzia totale delle masse in movimento (mo-

tore + carico) in chilogrammi-metro quadratoωn : velocità angolare nominale in radianti al secondoTa : coppia acceleratrice in newton-metroPn : potenza nominale del motore in watt

Ta/Tn : rapporto della coppia acceleratrice alla coppia nominaledel motore

In caso di coppie di accelerazione che variano con la velocità, vengonogeneralmente utilizzate formule pratiche proprie alle diverse applicazioniper adattarsi a casi di coppie acceleratrici costanti per consentire calcolirapidi approssimativi.Ad esempio, la coppiadi accelerazione nel caso di un avviamentorotorico può essere assimilata, per calcolo approssimativo, ad unacoppia costante equivalente:

ove

Tm mini. : coppia motore immediatamente prima della messa in corto-circito di una sezione di resistenza

Tm max. : coppia motore immediatamente dopo la messa in corto-circuito di questa sezione

Tr : coppia resistente presunta costante

t =

Jω = J'ω'

Velocità angolare

ω =

ove ω : velocità angolare in radianti al secondon : velocità di rotazione in giri al minuto

Frequenza di rotazione a vuoto

Velocità di sincronismo di un motore asincrono

ω = o n =

ove ω : velocità angolare in radianti al secondon : velocità di rotazione in giri al minutof : frequenza della rete in hertzp : numero di coppie di poli del motore

Raggio di inerzia

cilindro pieno cilindro vuoto

ove r : raggio giratorer1 : raggio esternor2 : raggio interno

Momento d'inerzia di un corpo di massa m

J = mr2

ove J : momento d'inerzia in chilogrammi-metro quadratom : massa in chilogrammir : raggio giratore in metri

Qualche volta è espresso dalle seguenti formule:

Momento di inerzia in rapporto alla velocità ω

ove Jω : momento di inerzia in chilogrammi-metro quadrato in rapporto alla velocità angolare ωJ'ω' : momento di inerzia in chilogrammi-metro quadrato in

rapporto alla velocità angolare ω'

r12

r2 =2

r12 + r2

2

r2 =2

2πn60

60fp

2pfp

J = o oMD2

4GD2

4PD2

4

ω2

ω'2

Pn

ωn

Jωn

Ta

o t =Jωn

2

Pn

1

(Ta/Tn)

Ta = Tm min + – Tr3

Tm max. – Tm min.

r1

r2

r1

N

N.5 Formule meccaniche

Schneider Electric

N.6 Formule fondamentaliNote

304

Cinematica (movimento rettilineo)Lounghezza l

Velocità

v = = in m/s

Accelerazione

a = in m/s2

Dinamica (movimento rettilineo)Forza

F = m a in N (newton)

Forza di messa in movimento

F = m a

Eccitazione

W = F x l in J (joule)

Potenza

P = = = Fv in W (watt)

1 watt =

Energia

W = 1/2 mv2

l’energia cinetica è caratterizzata dalla velocità del corpo

Cinematica (movimento circolare)Arco

Θ in radiante, con Θ =

Velocità angolare

ω = = in rad/s

ω = n in giri/min

Velocità

v = = rω ω in rad/s

Accelerazione angolare

α = = in rad/s2

Accelerazione tangenziale

a T = r α α in rad/s2

a in m/s2

Dinamica (movimento circolare)Coppia

T = Fx r in N.mo J/rad

Coppia di messa in movimento

C = J

J = momento d’inerzia in kgm2

Eccitazione

W = CΘ in J (Joule)

Potenza

P = = Cω in W (watt)

P = C N in giri/min

Energia

W = 1/2 mr2 ω2 = 1/2 Jω2

l’energia cinetica è caratterizzata dalla velocità di un corpo

Sitema internazionale di unità SI: MKSA

Grandezza Unità di baselunghezza l = metro mmassa m = chilogrammo kgtempo t = secondo scorrente elettrica i = ampere A

2πn60

dωdt

dldt

lt

dvdt

Wt

Flt

1 joule1 secondo

lr

dΘdt

Θt

lt

d2Θdt2

dωdt

CΘt

2πn60

r l

r

F

Θ

N.6 Formule fondamentali

Schneider Electric

N.7 I regimi di neutro

305

L1

L2

L3

N

PE

L1

L2

L3

PEN

L1

L2

L3

PE

– Z

L1

L2

L3

N

PE

I regimi di neutro mettono in causa principalmente:

Il neutroSono i punti neutri dei trasformatori AT/MT e MT/BT ed i conduttori neutriche, in regime equilibrato, non sono percorsi da alcuna corrente.

Le masseSono le parti conduttrici accessibili di un componente elettrico chepossone assumere una tensione..

La terraLa terra può essere considerata come un corpo conduttore con unpotenziale convenzionalmente fissato a zero.

I regimi bassa tensioneEsistono tre regimi di neutro in bassa tensione definiti mediante schemie con riferimenti di due lettere. Sono i regimi TN (C o S), TT e IT. La primalettera corrisponde alla posizione del neutro rispetto alla terra, e laseconda alla situazione delle masse ripetto all terra. Il significato di ogni lettera è il seguente:

Corrisponde a un neutro collegato alla terra e le masse al neutro. È importante

T = Terra N = Neutro I = ImpedenzaC = Combinato S = Separato

Lo schema TN.C

notare che il conduttore neutro e quello di protezione sono combinati.

Lo schema TN.SCorrisponde a un neutro collegato alla terra e le masse al neutro, ma qui,il conduttore neutro è separato da quello di protezione.

Lo schema TTIl neutro è direttamente collegato alla terra e alle masse mediante dueprese di terra separate.

Lo schema ITIl neutro è collegato alla terra mediante un'impedenza o isolato. Lemasse sono collegate direttamente alla terra.

Questi diversi regimi consentono di adattare la protezione ai locali e usi,rispettando il tempo di interruzione, basato sulla durata della resistenzadi un individuo agli effetti di una corrente elettrica, in funzione della suatensione (normalmente 50 V per 5 secondi e 100 V per 0,2 secondi).

Le reti di distribuzione bassa tensione degli utenti privati sono normalmentedel tipo TT, tranne quando interpongono un trasformatore di separazioneche lascia loro completa libertà di scelta.

Lo schema TT è semplice da utilizzare, ma è limitato agli impianti pocoestesi e poco complessi. Si sgancia al primo difetto e garantisce unasicurezza totale ed è dipendente dal valore di resistenza di terra.

Lo schema IT ha la caratteristica di sganciarsi solo al secondo difetto.Quindi è particolarmente indicato ogni volta che è necessaria unacontinuità di servizio, cosa che richiede una particolare manutenzioneper rilevare e intervenire a partire dal primo difetto prima che se neverifichi un secondo.Tuttavia, la garanzia della continuità di alimentazione non è ancorasufficiente per gli informatici, che preferiscono lo schema TN.S, conun'aggiunta di precauzioni e di apparecchiature specifiche.Lo schema TN garantisce, rispetto al precedente, una grande economiad'impianto. È il regime indispensabile con correnti di fuga elevate.

Schema TNC

Schema IT

Schema TNS

Presa di terradell'alimentazione




Masse

Masse

Masse

Masse

Schema TT

N

N.7 I regimi di neutro

Schneider Electric

N.8 Azionamento delle macchineNote

306

La macchina accoppiata al motore presenta essenzialmente unmomento di inerzia J (kg.m2) al quale è necessario aggiungerequello del motore, talvolta rilevante. La conoscenza dell'inerziatotale consente lo studio dei regimi transitori (avviamenti e arresti),ma non interviene in regime stabilito.

Movimento di rotazione

Se la macchina è azionata da un riduttore alla velocità n1, il suomomento di inerzia riportato al motore che gira a velocità n2 siesprime con la formula:

J (macchina ridotta al motore) = J (macchina)

Movimento di traslazione

Se la macchina, con massa m (kg), si muove alla velocità lineare v(m/s), per la velocità di rotazione ω (rad/s) del motore di azionamento,il momento di inerzia a livello dell'asse di azionamento si esprimecon la formula:

J (macchina) = m = m con ω =

Avviamento

Per avviare in un tempo imposto t (passaggio dall'arresto a unavelocità angolare ω), la conoscenza del momento di inerzia Jconsente di determinare la coppia di accelerazione media necessariaCa.

Ca (N.m) = J (kg.m)2

= J (kg.m)2

La coppia resistente media Cr dovuta alla meccanica e la coppia diaccelerazione media Ca determinano la coppia motore media Cdnecessaria durante il tempo di avviamento.

Cd = Cr + Ca

Inversamente, se una coppia di accelerazione Ca è fissata, il tempodi avviamento, per Ca costante, si determina con:

t =

In pratica:

– a corrente continuaCd = kCn ove Cn = coppia nominale motorek = coefficiente di sovraccarico del motore. È legato al tempo disovraccarico e alla temperatura iniziale. Generalmente è compresotra 1,2 e 1,9 (vedere catalogo Produttore di motori). In questagamma la corrente d'indotto e la coppia possono essere sensibilmenteproporzionali,

– a corrente alternataFare riferimento alle caratteristiche di sovracoppia e di sovracorrenteriportate nel catalogo Produttore e alle caratteristiche d'impiegoindicate da questo catalogo.

Arresto

Se la macchina viene lasciata a se stessa durante l'interruzionedella tensione di alimentazione, la coppia di rallentamento è pari allacoppia resistente:

Cra = Cr = J

L'arresto si verificherà al termine di un tempo (t) legato al momentodi inerzia mediante la relazione:

t = ω se Cr è più o meno costante.

v2.36004 π2 . n2

v2

ω22 πn60

ω N

CrCa

0

ω N

0

12

43 c t

dω (rad/s)dt (s)

2πN (giri/min)60t(s)

n1 2

n2( )

JωCa

dωdt

JCr

ω N

Cr

0

N

C 0 t

2 1

Cra = Crω

N.8 Azionamento delle macchine


Senso di funzionamento

Il disegno sopra riportato mostra le 4 possibilità di funzionamento(4 quadranti) sul piano coppia velocità riassunte nella tabella qui diseguito.

Rotazione La macchina Coppia Velocità ProdottoQuadrantefunziona C n C x n

1° senso come motore + + + 1

come generatore – + – 2

2° senso come motore – – + 3

come generatore + – – 4

Frenatura reostatica

Se il tempo di arresto è inaccettabile, è necessario aumentare lacoppia di rallentamento di una coppia di frenatura elettrica Cf come:

Cra = Cr + Cf = J

La frenatura può essere di tipo reostatico; ricordarsi comunque chela sua efficacia è proporzionale alla velocità (Cf = kω)

Coppia e potenza

Per determinare convenientemente l'insieme motore-variatore, èmolto importante conoscere la caratteristica coppia/velocità dellediverse macchine azionate.

In pratica, ogni macchina può essere classificata nelle 4 categoriebase:– coppia costante (figura 1),– potenza costante (figura 2),– coppia crescente linearmente con la velocità C = kn,con potenza P che varia in base al quadrato della velocità (figura 3),– coppia crescente in base al quadrato della velocità C= kn2,con la potenza che varia in base al cubo della velocità (figura 4).Un numero limitato di macchine può avere caratteristiche difunzionamento risultanti dalla combinazione di queste diverse categorie.

Cf Cr

N N

0 0C t

ωω

Cra = Cr + Cf

Frenatura con recupero

La frenatura di tipo con recupero è ottenuta utilizzando variatorireversibili.In limitazione di corrente, la coppia di frenatura è costante finoall'arresto.La macchina condiziona il dimensionamento del motore edell'apparecchiatura che devono rispondere al regime permanente,ma anche ai regimi transitori: avviamenti frequenti o rapidi, a impulsidi carico ripetuti.

dωdt

P.C.%150

100

50

0 50 100 150N%0

Figure 3

P.C.%150

100

50

0 50 100 150N%0

Figure 1

P.C.%150

100

50

0 50 100 150N%0

Figure 2

P

PC

C

P.C.%150

100

50

0 50 100 150N%0

Figure 4

CCPP

2e quadrant 1er quadrant

3e quadrant 4e quadrant

Couple (C)

Vitesse (N)

N C

N

Cf Cr

0

N

C 0 t

2 1

Cra = Cr + Cfω ω

Velocità (N)

2° quadrante 1° quadrante

Coppia (C)

3° quadrante 4° quadrante Figura 1 Figura 2

4 arugiF3 arugiF

N

Schneider Electric

N.9 Tabella di conversione delle unità più utilizzateNote

308

Lunghezzadytf.nimàtinU

490,1182,373,931)m( ortem 1

87720,03380,014520,0)" o .ni( ecillop 1

3333,01218403,0)' o tf( edeip 1

13634419,0)dy( adrai 1

SuperficiemàtinU 2 sq.in sq.ft sq.yd

1 metro quadrato (m2) 1 1550 10,764 1,196

1 pollice quadrato (sq.in.) (in2) 6,45 10–4 1 6,944 10–3 7,716 10–4

1 piede quadrato (sq.ft) (ft2) 0,0929 144 1 0,111

1 iarda quadrata (sq.yd) (yd2) 0,8361 1296 9 1

VolumemàtinU 3 dm3 cu.in. cu.ft cu.yd

1 metro cubo (m3 9703,17413,534201600011)

1 decimetro cubo (dm3) (litro) 0,001 1 61,024 0,0353 0,0013

1 pollice cubo (cu.in.) (in3) 1,639 10–5 0,0164 1 5,787 10–4 2,143 10–5

1 piede cubo (cu.ft) (ft3) 0,0283 28,32 1728 1 0,0370

1 iarda cubo (cu.yd) (yd3) 0,7645 764,5 46656 27 1

MassablzogkàtinU

502,272,531)gk( ommargolihc 1

5260,01820,0)zo( aicno 1

161454,0)bl( arbbil 1

PressioneisprabaPMaPàtinU

1 pascal (Pa) o newton al m2 (N/m2) 1 10–6 10–5 1,45 10–4

1 mega pascal (MPa) o

1 newton al mm2 (N/mm2) 10 6 1 10 145,04

01)rab( rab 1 5 0,1 1 14,504

1 pound weight al pollice quadrato

1 lbf/in2 01 598,65986)isp( ) –3 0,06895 1

M.9 Tabelle di conversione delle unità più utilizzate


Velocità angolarenim/rts/daràtinU

945,91)s/dar( odnoces la etnaidar 1

1501,0)nim/irig( otunim la orig 1

Velocità linearenim/m h/mk s/màtinU

1 metro al secondo (m/s) 1 3,6 60

1 chilometro all'ora (km/h) 0,2778 1 16,66

1 metro al minuto (m/min) 0,01667 0,06 1

Potenzas/fbl-tfPHhcWàtinU

01 63,11)W( ttaw 1 –3 1,341 10–3 0,7376

5,2453689,01637)hc( ollavac 1

0551410,17,547)PH( rewop-esroh 1

01 348,1653,1s/fbl-tf 1 –3 1,818 10–3 1

ForzaldpfbIfgkNàtinU

332,7522,0201,01)N( notwen 1

1 chilogrammo-forza (kgf) 9,81 1 2,205 70,93

71,231354,0844,4)fbl( thgiew dnuop 1

11130,01410,0831,0)ldp( ladnuop 1

Energia-eccitazione-calore.u.t.Bh/WklacJàtinU

01 87,242,01)J( eluoj 1 –7 9,48 10–4

01 361,115581,4)lac( airolac 1 –6 3,967 10–3

01 6,3)h/Wk( aro-ttawolik 1 6 8,60 105 1 3412

1 British thermal unit (B.t.u) 1055 252 2,93 10–4 1

Momento d'inerziam.gkàtinU 2 lb.ft2 lb.in2 oz.in2

1 chilogrammo metro quadrato 1 23,73 3417 54675

1 libbra-piede quadrato (lb.ft2) 0,042 1 144 2304

1 libbra-pollice quadrato (lb.in2) 2,926 10–4 6,944 10–3 1 16

1 oncia-pollice quadrato (oz.in2) 1,829 10–5 4,34 10–4 0,0625 1

N

sicurezza delle persone e delle macchine

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