Guida all'uso delle elettrovalvole negli impianti

Elettrovalvole: l'integrazione tra componenti pneumatici, elettrici ed elettronici

La sempre più stretta integrazione tra componenti pneumatici, elettrici ed elettronici permette di realizzare impianti automatici aventi quelle caratteristiche di potenzialità, flessibilità, complessità e personalizzazione rispondenti alla moderna produzione industriale.

Le apparecchiature di controllo che consentono di ottenere impianti con le caratteristiche citate precedentemente sono di tipo elettronico e programmabile (controllori logici programmabili e personal computer dotati di apposite interfacce).

Gli impianti sono realizzati integrando gli attuatori meccanici pneumatici ed elettrici con i sistemi di controllo elettronici; in particolare, come si vedrà meglio in seguito, con strutture di controllo distribuito con più PLC interconnessi o PLC interconnessi mediante linee di interscambio dei dati.

I componenti che hanno la funzione di trasduttore tra i segnali elettrici provenienti dalle unità di controllo e la pneumatica sono le elettrovalvole che, a loro volta, comandano gli attuatori pneumatici. L’uso di apparecchiature elettroniche di controllo, inoltre, determina la necessità di utilizzare una serie di dispositivi elettrici ed elettronici (ad esempio, i sensori e i trasduttori pneumoelettrici come i pressostati), al fine di avere un’omogeneità che favorisca la costruzione e l’utilizzo dell’impianto.
 

Fig.1: Comparazione tra automatismi totalmente pneumatici ed elettropneumatici: a) Struttura totalmente pneumatica - b) Struttura elettropneumatica

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Impianto totalmente pneumatico

La scelta di un impianto completamente pneumatico va fatta in relazione alle esigenze di funzionalità ed economicità dell’automazione richiesta; bisogna comunque sottolineare che per economicità deve intendersi non solo il costo dei componenti, ma anche quello relativo al loro montaggio, al collegamento e alla manutenzione. Tali considerazioni diventano particolarmente significative se l’automazione appartiene ad una macchina prodotta in serie.
Quando l’ambiente presenta sostanze esplosive, è assolutamente necessario l’impiego di un sistema di comando ad aria compressa, in quanto un sistema elettrico-elettronico richiederebbe notevoli protezioni, risultando antieconomico.

Un impianto automatizzato totalmente pneumatico comporta:

• dei cilindri pneumatici;
• una valvola a comando pneumatico associata ad ogni attuatore (per esempio, cilindro);
• dei finecorsa o sensori pneumatici;
• un sistema di controllo totalmente pneumatico.

Impianto elettropneumatico

Un impianto caratterizzato, invece, da una struttura elettropneumatica comporta:

• dei cilindri pneumatici;
• una valvola a comando elettrico associata ad ogni attuatore (per esempio, cilindro);
• dei finecorsa o sensori elettrici o elettronici;
• un sistema di controllo elettrico o elettronico.

Un sistema automatizzato totalmente pneumatico o elettropneumatico comporta sensori e finecorsa che presentano vantaggi e svantaggi a seconda della tecnologia usata per la loro costruzione; la scelta è coerente, in genere, con il tipo di tecnologia utilizzata per il sistema di controllo (per esempio, finecorsa pneumatici con sistema di controllo totalmente pneumatico o sensori elettronici con un sistema di controllo mediante PLC).

Di seguito viene riportata la tab. 1 che riassume le caratteristiche essenziali dei sensori elettromeccanici, elettronici e pneumatici.

Nella scelta del tipo di tecnologia, vale la pena confrontare i tempi necessari per il telecomando di una valvola distributrice. Dal grafico riportato nella fig. 2 è possibile notare che, mentre in elettropneumatica il tempo è costante qualunque sia la distanza tra il quadro di comando e la valvola, in pneumatica il tempo cresce con l’aumentare della distanza.

Fig.2: Confronto tra i tempi di risposta degli automatismi totalmente pneumatici ed elettropneumatici (Telemecanique)

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Un automatismo totalmente pneumatico è più rapido se la distanza tra il quadro di comando e la valvola è inferiore a circa 2,5 m, in particolare quando la valvola è all’interno del quadro di comando.

Un automatismo elettropneumatico, invece, è più rapido per distanze maggiori, anche fino ad una distanza di 10 m; gli automatismi totalmente pneumatici hanno tempi di risposta inferiori a 0,1 s e, quindi, sono compatibili con il comando dei cilindri pneumatici.
In genere, le macchine equipaggiate con cilindri che richiedono dei cicli complessi e molti cilindri, se realizzate con un sistema di controllo pneumatico o elettrico a relè, possono condurre a quadri di comando ingombranti e costosi.

Conviene quindi utilizzare un sistema di comando elettronico quando il numero dei cilindri da automatizzare diventa superiore a 5 ÷ 7 e quando sono necessari dei conteggi, cicli di lavoro con molte fasi, calcoli matematici e diverse varianti del programma per gestire i cicli.

Qualora l’impianto venga realizzato con un sistema di controllo elettropneumatico, è possibile operare una scelta tra una soluzione che prevede dei cilindri e dei sensori magnetici incorporati e una soluzione che basa il suo funzionamento su sensori convenzionali elettromeccanici o elettronici.
Di seguito viene riportata la tab. 2 che, sinteticamente, ne effettua il confronto.

Nel prossimo articolo verranno descritte le principali caratteristiche delle apparecchiature elettriche ed elettroniche utilizzate per la realizzazione di automatismi elettropneumatici.

Fig.3: Confronto tra automatismi totalmente elettrici, totalmente pneumatici ed elettropneumatici

Il seguente lavoro riporta alcuni passi tratti dal libro “Comandi automatici: sistemi pneumatici elettropneumatici e PLC” di M. Barezzi, pubblicato dalla Editrice San Marco, a cui si rimanda per eventuali approfondimenti.

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