Alimentatori integrati, ad alte prestazioni e collegati in rete per l'automazione di fabbrica

L'obiettivo dell'automazione di fabbrica è aumentare la produttività e ridurre i costi di produzione tramite l'applicazione di tecnologie e sistemi di controllo avanzati a un processo produttivo. Per ottenere questo risultato, ci si avvale di workstation controllate da computer per gestire il materiale e il flusso di lavoro. Gli operatori umani si occupano solo di supervisione, monitoraggio, regolazione e manutenzione. Sebbene molte tecnologie concorrano per rendere possibile tutto ciò, alla base ci sono alimentatori affidabili, efficienti e integrati, progettati e realizzati tenendo conto delle esigenze dell'automazione di fabbrica.

Ad esempio, la linea di alimentatori SITOP di Siemens offre opzioni base, standard e avanzate. Nel corso degli anni, l'eccellente affidabilità e le funzionalità automatizzate della linea di alimentatori avanzati dell'azienda ne hanno fatto la scelta migliore, anche in virtù dell'efficienza, della compattezza, del comportamento al sovraccarico e dell'integrazione nel sistema. Gli alimentatori SITOP Siemens di classe standard sono progettati per applicazioni industriali meno esigenti, ma che richiedono comunque robustezza e una diagnostica completa.

Analizziamo più da vicino queste due opzioni SITOP.

Alimentatori avanzati, completamente integrati

Gli alimentatori di classe avanzata del sistema SITOP di Siemens comprendono 6EP34378MB002CY0, che fa parte della serie di alimentatori PSU8600 dell'azienda. Il modello 6EP34378MB002CY0 è un alimentatore a quattro uscite da 24 V (nominali) installabile su una guida DIN. I livelli della tensione di uscita sono regolabili da 4 a 28 V. Ogni uscita può erogare fino a 10 A per una potenza nominale totale di 960 W. Le uscite 1 e 2, o 3 e 4, possono essere collegate in parallelo per ottenere 24 V a 20 A su due uscite. L'ingresso è in corrente alternata trifase tra 400 e 500 V. Altre versioni del modello PSU8600 sono disponibili con ingressi monofase o bifase.

Il modello 6EP34378MB002CY0 ha un'efficienza complessiva del 93%, il che contribuisce a un funzionamento senza surriscaldamento. L'alimentatore può pertanto essere raffreddato passivamente per convezione naturale. Il suo alloggiamento in metallo non richiede spazio libero sui lati e richiede solo 50 mm di spazio libero in alto e in basso. È classificato per il funzionamento in un intervallo di temperatura da -40 a +60 °C.

6EP34378MB002CY0 è un sistema compatto e misura solo 125 mm di larghezza, 125 mm di altezza e 150 mm di profondità. Le dimensioni fisiche dell'unità base sono complementari agli altri moduli supplementari PSU8600, come moduli di espansione dell'alimentazione, buffer, gruppi di continuità (UPS) e batteria (Figura 1).

Figura 1: Alimentatore base SITOP PSU8600 di Siemens con moduli di espansione e supplementari. L'inserto mostra il collegamento a clip del sistema, per il collegamento elettrico dei moduli. (Immagine per gentile concessione di Siemens)

È possibile ampliare l'alimentatore dell'unità base PSU8600 utilizzando l'esclusivo collegamento a clip del sistema per aggiungere altri moduli. I moduli di espansione aggiungono ulteriori uscite di alimentazione, fino a un massimo di 36.

Alle interruzioni di corrente di breve durata è possibile far fronte utilizzando moduli buffer per periodi compresi tra 100 millisecondi e 10 secondi, che dovrebbero essere sufficienti per arrestare i processi in modo sicuro. I moduli UPS e le batterie forniscono potenza di riserva per periodi più lunghi, dell'ordine di alcune ore.

Tutti i moduli di espansione si collegano elettricamente all'unità base tramite il collegamento a clip del sistema, che gestisce sia l'alimentazione che il trasferimento dei dati, riducendo al minimo la necessità di cablaggio aggiuntivo.

Gli alimentatori PSU8600 possono essere completamente integrati nei sistemi di automazione e nel portale Total Integrated Automation (TIA) (Figura 2).

Figura 2: I componenti PSU8600 offrono scambio dati e integrazione completa. (Immagine per gentile concessione di Siemens)

L'unità base PSU8600 include doppie porte PROFINET. PROFINET è l'acronimo di PROcess FIeld NETwork ed è uno standard di comunicazione dati del settore dell'automazione che utilizza Industrial Ethernet. È progettato per la raccolta dei dati e il controllo delle apparecchiature nei sistemi industriali.

L'unità base comprende anche OPC-UA, acronimo di Open Platform Communications Unified Architecture. Si tratta di uno standard multipiattaforma e open-source per lo scambio di dati dai sensori alle applicazioni cloud, sviluppato dalla OPC Foundation. In sostanza, è un protocollo di comunicazione macchina-macchina utilizzato per l'automazione industriale.

L'alimentatore supporta SIMATIC WinCC di Siemens, un sistema di interfaccia uomo-macchina (HMI). Siemens offre una libreria SITOP, che mette a disposizione dell'utente moduli e mascherine per l'integrazione diretta in SIMATIC PCS 7. Offre inoltre SITOP Manager, uno strumento per la configurazione iniziale (messa in servizio), l'ingegnerizzazione e il monitoraggio degli alimentatori SITOP indipendente da framework di ingegnerizzazione come SIMATIC TIA Portal o SIMATIC PCS 7.

Tutti questi sistemi possono monitorare e controllare il dispositivo PSU8600. È possibile impostare o modificare le tensioni di uscita e monitorare lo stato di funzionamento completo e informazioni di diagnostica come le correnti di uscita, le tensioni e le condizioni di sovraccarico o cortocircuito.

Alimentatori standard

Gli alimentatori di classe standard sono compatti, robusti, efficienti dal punto di vista energetico e facili da installare. Sono destinati a un'ampia gamma di applicazioni industriali a tensione fissa che non richiedono lo stesso grado elevato di controllo degli alimentatori avanzati. La loro integrazione nel sistema è fondata sullo stato operativo e sulla diagnostica.

Gli alimentatori serie PSU6200 di Siemens e i loro moduli aggiuntivi sono la dorsale delle fonti di alimentazione di classe standard (Figura 3).

Figura 3: Esempi di alimentatori PSU6200 disponibili con fonti di alimentazione c.a. o c.c. e intervallo della corrente di uscita da 1,3 a 40 A. (Immagine per gentile concessione di Siemens)

Gli alimentatori serie PSU6200 utilizzano un involucro tipo guida DIN, che consente il montaggio affiancato e il raffreddamento per convezione. Sono disponibili con uscite di tensione di 12, 24 o 48 V, con correnti nominali di uscita da 1,3 a 40 A. Nella Tabella 1 sono riepilogate le specifiche di alcuni degli alimentatori PSU6200 più utilizzati.

La disponibilità di più alimentatori con una tensione comune e correnti nominali di uscita diverse rende molto semplice l'aggiornamento a un livello di potenza superiore. Tenere inoltre presente che le tensioni di sorgente di questi alimentatori possono essere monofase c.a. o c.c.; altri alimentatori della serie utilizzano c.a. trifase.

Tutti gli alimentatori serie PSU6200 hanno un'efficienza eccellente del 95% o superiore, riducendo così il calore e migliorando l'affidabilità.

L'alimentatore base può essere ampliato con moduli aggiuntivi, tra cui di espansione, ridondanza, selettività, buffer e UPS (Figura 4).

Figura 4: I moduli aggiuntivi migliorano l'affidabilità e la stabilità del bus di alimentazione in presenza di fonti e carichi instabili. (Immagine per gentile concessione di Siemens)

I moduli di espansione, buffer e UPS sono stati trattati in precedenza e svolgono la stessa funzione all'interno degli alimentatori di classe standard. I moduli di ridondanza collegano tra loro due alimentatori in modo che, in caso di guasto di un'unità, l'altra subentri nell'alimentazione del carico evitando tempi di inattività. Il modulo di selettività monitora le correnti delle singole linee di potenza e, in caso di cortocircuito o di carico superiore al previsto, disattiva i circuiti difettosi per evitare la perdita dell'intero bus.

Le unità di alimentazione riportate nella tabella, con livelli di potenza di uscita massima pari o superiori a 240 W, sono dotate di correzione attiva del fattore di potenza (PFC). Inoltre, includono un display LED di diagnostica incorporato e una porta di interfaccia diagnostica per il collegamento al software di automazione.

Sul display del monitor diagnostico vengono indicati i principali parametri operativi e lo stato, tra cui tensione corretta, consumo di corrente e stato della vita operativa. L'interfaccia diagnostica è un bus dati seriale che si interfaccia a un ingresso digitale di un controller a logica programmabile (PLC) o altro software di automazione. La porta di diagnostica fornisce la tensione di uscita, lo stato della corrente di carico, le ore di funzionamento, lo stato della temperatura e il tipo di dispositivo (Figura 5).

Figura 5: Il display del monitor diagnostico (a sinistra) e la mascherina della serie WinCC PSU6200 (a destra) mostrano lo stato dell'alimentatore. (Immagine per gentile concessione di Siemens)

Conclusione

Qualunque sia il fabbisogno di energia della vostra fabbrica automatizzata, gli alimentatori SITOP di Siemens e i moduli aggiuntivi ausiliari sono in grado di supportare i processi produttivi critici. La gamma completa e coordinata di prodotti di alimentazione, insieme a un software intuitivo, garantisce un sistema di alimentazione affidabile e facilmente integrabile nella fabbrica moderna.