Utilizzare gli innovativi moduli di collegamento intelligenti per fornire trasparenza dei dati a livello di campo nell'automazione industriale

I progettisti di automazione industriale hanno a disposizione una potente innovazione: un modulo di collegamento intelligente (ILM) che può collegare un interruttore automatico standard e un contattore per creare un feeder di carico digitale intelligente per l'avviamento dei motori e altre applicazioni di distribuzione elettrica. È adatto per installazioni nuove o retrofit.

L'ILM trasforma l'apparecchiatura di controllo convenzionale in un dispositivo intelligente per la commutazione, la protezione e il controllo, oltre al monitoraggio in tempo reale di tensione, corrente, asimmetria di fase, eventi di sovraccarico e altro ancora. Le funzioni diagnostiche integrate accelerano la correzione degli errori e supportano la manutenzione predittiva, migliorando l'affidabilità e i tempi di attività.

Il sistema ILM è altamente flessibile e può essere utilizzato con una varietà di interruttori automatici e contattori. Sono inoltre disponibili feeder di carico intelligenti (ILF) preassemblati che utilizzano un ILM fino a 20 CV e 460 V. Un secondo modulo I/O distribuito supporta la digitalizzazione a livello di rete, la trasparenza dei dati e l'ottimizzazione delle prestazioni.

Siemens offre ai progettisti 50.000 combinazioni di moduli per la creazione di soluzioni di digitalizzazione complete, dal campo al cloud. La linea di prodotti comprende gli ILM introdotti di recente e i moduli di sistema I/O distribuiti scalabili e flessibili complementari.

Il sistema modulare SIRIUS di Siemens offre una vasta famiglia armonizzata di combinazioni di dispositivi testate e approvate, per assicurare compatibilità e affidabilità per l'impiego in tutto il mondo. Sono disponibili componenti per coprire praticamente tutte le applicazioni di controllo industriale, da quelle semplici come la commutazione a quelle più complesse come la protezione e il monitoraggio dei motori (Figura 1).

Figura 1: Il sistema modulare SIRIUS di Siemens è un portafoglio completo flessibile e salvaspazio di componenti di controllo industriale per un'ampia gamma di applicazioni. (Immagine per gentile concessione di Siemens)

La trasparenza fino al livello di campo sta diventando sempre più importante, ma non tutti i dispositivi sono collegati alla rete di automazione. Ciò significa che possono mancare dati importanti. Gli innovativi ILM SIRIUS 3RC7 di Siemens risolvono questo problema.

Mentre l'intero sistema modulare SIRIUS comprende diversi formati standard (da S00 a S12) con dispositivi in grado di gestire fino a 250 kW, gli innovativi ILM 3RC7 sono progettati per l'uso in applicazioni di piccole e medie dimensioni fino a circa 15 kW e in formati S00 e S0. È proprio questa la gamma di applicazioni più spesso trascurata quando si acquisiscono dati sulle prestazioni a livello di dispositivi sul campo.

Gli ILM sono adatti a un'ampia gamma di applicazioni, quali sistemi a nastro trasportatore, operazioni di miscelazione e frantumazione, apparecchiature di ventilazione e pompaggio, trasformatori di distribuzione elettrica, lampade a scarica in gas e dispositivi simili.

Siemens offre ILM con design ad alte prestazioni che includono una tecnologia di commutazione ibrida che combina semiconduttori di potenza per l'avvio e l'arresto controllati dei motori e relè per il funzionamento continuo e il risparmio energetico. Il risultato è una maggiore durata, una maggiore efficienza energetica e una manutenzione ridotta.

Gli ILM ad alte prestazioni offrono anche funzionalità di monitoraggio energetico avanzate rispetto alla versione standard, quali la misurazione della tensione di fase, della potenza e del fattore di potenza del carico collegato.

Sono disponibili ILM che supportano l'avviamento del motore in una sola direzione (modelli diretti) e in due direzioni (modelli a inversione). Il modello 3RC71401EE10 è un esempio di modulo diretto ad alte prestazioni con corrente nominale da 0,4 A a 4 A e fino a 690 V_c.a. in un formato S00.

I moduli a inversione gestiscono due contattori utilizzando una logica integrata per gestire la sequenza e l'interblocco di entrambi i contattori come richiesto per il cambio di direzione del motore, semplificando la programmazione del controller a logica programmabile (PLC). Il modello 3RC71414EE11 è un dispositivo di avviamento a inversione con commutazione ibrida, con corrente nominale da 3,5 A a 32 A fino a 690 V_c.a. nel formato S0 (Figura 2).

Figura 2: Dispositivo di avviamento a inversione ILM formato S0 con commutazione ibrida. (Immagine per gentile concessione di Siemens)

Connessioni a innesto

I connettori a innesto utilizzati con gli ILM e altri dispositivi consentono un cablaggio più rapido, affidabile e resistente alle vibrazioni. Inoltre, riducono i tempi di installazione e migliorano la disponibilità del sistema. Ecco tre dei numerosi vantaggi offerti:

• L'installazione è più rapida perché i fili, soprattutto quelli muniti di puntalino, possono essere inseriti direttamente senza attrezzi, riducendo i tempi di cablaggio fino al 50% rispetto ai terminali a vite.
• Il cablaggio a ingresso frontale consente di ottenere densità di cablaggio più elevate negli armadi di comando e soluzioni più compatte.
• Il meccanismo a molla fornisce una pressione costante, eliminando il rischio di serraggio insufficiente o eccessivo associato alle connessioni a vite. Il meccanismo a molla garantisce inoltre un collegamento stabilmente forte e sicuro, resistente alle vibrazioni. Ciò elimina la necessità di controllo e riserraggio periodici che caratterizza i terminali a vite, assicurando un funzionamento continuo e affidabile (Figura 3).

Figura 3: Gli ILM di Siemens utilizzano una tecnologia dei connettori a molla robusta e altamente resistente alle vibrazioni che consente la rapida installazione. (Immagine per gentile concessione di Siemens)

Nelle applicazioni retrofit, è essenziale verificare che i componenti esistenti utilizzino la tecnologia dei connettori a molla per assicurare la compatibilità con gli ILM 3RC7.

Oltre ad utilizzare i dispositivi SIRIUS 3RC7 per costruire soluzioni digitalizzate, gli ILM sono disponibili anche come parti di unità complete e preassemblate. Questi gruppi completamente cablati e collegati meccanicamente sono chiamati feeder di carico intelligenti (ILF).

Feeder di carico intelligenti

Un ILF è costituito da un ILM 3RC7 più il contattore e l'interruttore automatico di protezione del motore necessari. Gli ILF sono disponibili per applicazioni di avviamento diretto o a inversione.

Ad esempio, l'avviatore diretto con feeder di carico ad alte prestazioni intelligente 3RA84121EE10 ha una corrente nominale da 0,4 A a 4 A fino a 690 V_c.a.. È in un formato S00 e consiste in un ILM 3RC7140-1EE10, un interruttore automatico 3RV2311-1EC20 e un contattore 3RT2017-2BB42 (Figura 4).

Figura 4: Viste esplose dei formati S00 (a sinistra) e S0 (al centro) e di un feeder di carico intelligente 3RA8 formato 00 3RA8412-1EE10 (a destra). (Immagine per gentile concessione di Siemens)

Gli ILF possono essere utilizzati laddove in passato si utilizzavano combinazioni di protettori per avviatori di motori, contattori e relè di sovraccarico. Offrono un modo rapido e semplificato per modernizzare e digitalizzare le operazioni. Sia gli ILM 3RC7 che gli ILF 3RA8 possono essere integrati rapidamente negli armadi di comando utilizzando i sistemi I/O SIMATIC ET 200.

Integrazione di rete

I sistemi I/O ET 200, come ET 200SP, ET 200MP e ET 200pro, sono famiglie di prodotti specifiche che fanno parte della piattaforma SIMATIC ET 200. Ciascuna famiglia di prodotti è stata pensata per esigenze differenti, come armadi di controllo (ET 200SP/MP) o installazioni sul campo (ET 200AL/pro), con requisiti differenti in termini di prestazioni, densità e robustezza ambientale.

Ad esempio, ET 200SP, con il suo design compatto e la tecnologia dei connettori a innesto, è adatto all'uso con ILM e ILF. Le caratteristiche includono capacità diagnostica avanzata per una più rapida risoluzione dei problemi e sostituzione a caldo dei moduli per assicurare l'alta disponibilità. Questo prodotto è anche altamente scalabile. È possibile collegare in serie fino a 16 ILM.

L'ILM 3RC7 è progettato per i moderni pannelli di controllo connessi e supporta la comunicazione multiprotocollo su Ethernet. I protocolli supportati sono PROFINET, EtherNet/IP, Modbus TCP e OPC UA.

Il modello ET 200SP per montaggio su rack funziona come gateway, raccogliendo i dati dagli ILM. I dati vengono inviati al PLC tramite un modulo di interfaccia ET 200SP che colma il divario tra i dispositivi di campo come gli ILM, la rete di controllo e operativa (OT) e la rete informatica (IT). Ciò consente di ottenere informazioni in tempo reale più granulari sulle prestazioni dei dispositivi a livello di campo (Figura 5).

Figura 5: La piattaforma I/O SIMATIC ET 200SP (in basso al centro) può collegare gli ILM o gli ILF SIRIUS (in basso a destra) alle reti OT e IT. (Immagine per gentile concessione di Siemens)

Rapidità di installazione

Una volta presa la decisione di aggiungere la trasparenza dei dati ai dispositivi sul campo, gli ILM e ILF SIMATIC, in combinazione con la piattaforma I/O ET 200, supportano l'installazione e la messa in funzione rapide e flessibili. Ciò consente all'organizzazione di raccogliere rapidamente i vantaggi di una maggiore disponibilità dei dati.

I cavi per il collegamento di ILM e ILF sono disponibili in tre lunghezze (0,75 m, 1,5 m e 2 m) per assicurare la flessibilità nell'armadio di controllo. La flessibilità dell'installazione è ulteriormente supportata da cavi di 0,5 m, 2 m, 5 m e 10 m per il collegamento di ILM e ILF ai controller ET 200.

Totally Integrated Automation (TIA) Portal è l'ambiente di pianificazione e programmazione di progetti di Siemens per l'automazione, la visualizzazione e la tecnologia degli azionamenti. I progettisti di reti, i costruttori di macchine e gli installatori possono utilizzarlo per parametrizzare, integrare e mettere in funzione in modo semplice e rapido gli ILM SIRIUS 3RC7 e gli ILF 3RA8.

Messa in funzione flessibile

TIA Portal è utile sia per le nuove installazioni (progetti greenfield) che per i progetti di retrofitting o modernizzazione di sistemi esistenti (progetti brownfield). Per i nuovi sistemi, TIA Portal fornisce un framework di ingegnerizzazione integrato per l'intero processo di automazione, dalla pianificazione digitale al funzionamento.

Combina diversi strumenti software in un'unica piattaforma senza soluzione di continuità, che aiuta a ridurre i tempi e i costi di progettazione. Gli strumenti di simulazione e di messa in funzione virtuale utilizzano un gemello digitale per accelerare i tempi di messa in funzione in loco.

TIA Portal può anche accelerare i progetti di retrofitting e modernizzazione, con strumenti e servizi che supportano la migrazione e l'integrazione dei sistemi legacy. Le macchine precedentemente prive di connettività possono essere riadattate utilizzando i componenti di TIA Portal per integrarle nelle moderne reti IT/OT.

La retrocompatibilità aumenta la flessibilità e può essere utilizzata per consentire l'accesso a tutte le versioni precedenti di TIA Portal e permettere ai progettisti di lavorare con i vecchi progetti nei loro ambienti nativi, se una migrazione completa non è una soluzione immediatamente percorribile.

Conclusione

Gli ILM e gli ILF preassemblati di Siemens forniscono ai progettisti di reti industriali strumenti innovativi per colmare il divario tra i dispositivi a livello di campo, come motori e apparecchiature di controllo, e i livelli di rete OT/IT superiori. Forniscono soluzioni altamente affidabili e flessibili per progetti sia greenfield che brownfield. Queste soluzioni forniscono dati in tempo reale per supportare la diagnostica, la manutenzione predittiva e la trasparenza generale del sistema all'interno di TIA Portal.

Letture consigliate:

1. Come utilizzare i PLC compatti per ottenere grandi risultati nei sistemi di energia da fonti rinnovabili, di automazione degli edifici e industriali
2. Alcune delle principali considerazioni da fare nella scelta delle apparecchiature di automazione industriale
3. Utilizzo di termoregolatori e micro PLC per velocizzare i progetti di automazione su piccola scala
4. Utilizzare PLC sicuri dal punto di vista informatico con sicurezza integrata per l'automazione industriale ad alta velocità
5. Affrontare le sfide insite nel controllo delle EMI e nella sicurezza per i pannelli di controllo industriali compatti