PLC E FIELDBUS PER APPLICAZIONI INDUSTRIALI IN LUOGHI PERICOLOSI UNIVERSITÁ DEGLI STUDI DI PADOVA SEDE DI VICENZA ANNO ACCADEMICO 1999-2000 PLC E FIELDBUS PER APPLICAZIONI INDUSTRIALI IN LUOGHI PERICOLOSI DIPLOMANDO: ANDREA RANZI RELATORE: PROF. ING. STEFANO VITTURI TUTORE PER L’AZIENDA: ING. FAUSTO BEGHELLI

TIROCINIO SVOLTO PRESSO: TECNICA ELETTRONICA S.P.A. VIA SPALLANZANI, 26 - VERONA SI OCCUPA DI: PROGETTAZIONE, REALIZZAZIONE, INSTALLAZIONE E ASSISTENZA DI SISTEMI PER L’AUTOMAZIONE INDUSTRIALE

ATTIVITÁ SVOLTA NEL TIROCINIO INSERIMENTO NEL GRUPPO DI PROGETTO STUDIO DI ALCUNI ASPETTI CRITICI DELL’ IMPIANTO  sicurezza;  acquisizione dei segnali di campo e controllo dei dispositivi. PARTECIPAZIONE AL PROGETTO, REALIZZAZIONE E COLLAUDO DEL SISTEMA DI CONTROLLO.

DESCRIZIONE IMPIANTO CHIMICO Tutto l’impianto è considerato area pericolosa di CLASSE 1, ZONA 1 (C1Z1). L’impianto è composto da un sistema di condotti per portare i componenti di base a: - 6 bilance per il carico di contenitori da 1m³; - 1 bilancia per il carico direttamente su camion; - 1 bilancia per il carico della “chilolitrica”; - 12 miscelatori per mescolare il prodotto finale. Sono presenti 60 pompe per prelevare tali componenti dalle cisterne

HAZARDOUS AREA PROFIBUS DP + gateway DP/AS-I AS-Interface Fieldbus + 10 INVERTER PLC SIEMENS S7 Pannello Operatore BARRIERE : : : : : : : : : : : : : : : : : : 3 pannelli operatore 315 stati di 60 livelli cisterne 8 pesi bilance 12 livelli segnali impulsivi 60 motori 315 elettrovalvole valvola chiusa miscelatori di 2 contalitri pompe HAZARDOUS AREA

SISTEMA DI CONTROLLO E’ composto da un PLC S7 tramite: - 11 schede con 8 ingressi analogici (segnali di peso e di livello); - 4 schede con 32 ingressi digitali (stati motori pompe); - 3 schede con 32 uscite digitali (comando motori pompe); - rete PROFIBUS DP:  comando e stato inverter;  interazione uomo-macchina (HMI) tramite 4 pannelli operatore (OP);  rete Fieldbus AS-Interface (Actuator/Sensor Interface) per attuatori e sensori binari:  comando elettrovalvole e stato valvole di campo.

ARGOMENTI AFFRONTATI - motori delle pompe in esecuzione Ex(d);  Sicurezza dell’impianto: - motori delle pompe in esecuzione Ex(d); - sensori e attuatori di campo: componenti + barriere Ex(i).  Acquisizione e controllo del segnale di peso delle bilance;  Acquisizione e controllo del segnale di livello dei miscelatori e delle cisterne esterne;  Controllo e gestione degli inverter.

ACQUISIZIONE E CONTROLLO PESO In campo (C1Z1): Sensore di peso: cella di carico (ponte di Wheatstone):  input: 10V;  output: 0/30mV. In zona sicura: Barriera attiva per sicurezza intrinseca Ex(i). Elettronica di condizionamento:  per acquisizione del segnale tramite A-I PLC;  circuito di SENSE.

ACQUISIZIONE E CONTROLLO PESO Circuito di SENSE per mantenere l’alimentazione ai capi della cella esattamente al valore di 10V. Stadio taratura della bilancia STADIO TARA 0-10V 4-20mA +SENSE -SENSE - STADIO AMPLIFI-CATORE CELLA STADIO AMPLIFICATORE PESO NETTO STADIO V-I +E -E + +V -V DISPLAY PESO LORDO

ACQUISIZIONE E CONTROLLO LIVELLO In campo (C1Z1): Sensore e trasmettitore di livello in esecuzione Ex(i);  fornisce un segnale 4-20mA In zona sicura: Circuito di alimentazione. Barriera attiva per sicurezza intrinseca Ex(i). Acquisizione del segnale tramite A-I PLC.

SENSORE + TRASMETTITORE DI LIVELLO ACQUISIZIONE E CONTROLLO LIVELLO Alimentazione a 24V. Caduta di tensione in ingresso della scheda A-I PLC tra 1V e 5V. Tensione di alimentazione per il sistema sensore/trasmettitore compresa tra 19V e 23V. AREA SICURA AREA PERICOLOSA SENSORE + TRASMETTITORE DI LIVELLO BARRIERA ATTIVA Ex(i) + 4-20mA +24V A-I PLC 250

COMANDO E CONTROLLO INVERTER Dieci inverter posizionati in sala controllo (zona sicura) Ogni inverter può azionare sei diversi motori (naturalmente uno per volta) per un totale di 60 motori. Il PLC comanda l’inverter e, tramite le schede di D-O, chiude il teleruttore corrispondente al motore da azionare. Ciclicamente il PLC controlla lo stato ANOMALIA di tutti gli inverter anche prima di passare il COMANDO DI MARCIA per eliminare inutili perdite di tempo.

% DI FREQUENZA (VELOCITÁ) % DI CORRENTE ASSORBITA DAL MOTORE COMANDO E CONTROLLO INVERTER PROFIBUS-DP COMANDO DI MARCIA SET POINT di frequenza STATO ON / ANOMALIE % DI FREQUENZA (VELOCITÁ) % DI CORRENTE ASSORBITA DAL MOTORE CPU 315-2DP INVERTER

COLLAUDO IMPIANTO INVERTER: parametrizzato secondo le specifiche dell’impianto:  protocollo PROFIBUS (indirizzo, baud rate, sistema remoto);  limite di corrente assorbita dal motore;  limite di frequenza (velocità);  modalità di regolazione “sensorless” (parametrizzazione software del motore encoder non utilizzato). Acquisizione dei segnali di LIVELLO e PESO:  simulatore 4-20mA connesso alle schede A-I del PLC;  visualizzazione su pannello operatore del valore di livello/peso in continuo aggiornamento.

SVILUPPO FUTURO DELL’IMPIANTO Inserimento di un PC in sala controllo con funzioni di Workstation connesso alla rete PROFIBUS-DP. Possibilità di: Videografica per il controllo e comando dell’impianto (livelli, pesi, percorsi dei prodotti, anomalie, misure, ecc…). Archiviazione e esecuzione di ricette per la realizzazione della miscela finale. Teleassistenza via modem