Controllo dell’aria in camera bianca con automazione Siemens

Automazione Industriale Award 2014
Per visualizzare e controllare le condizioni di una camera bianca per la produzione di strumenti ottici sensibili, destinati al settore aerospaziale, è stata realizzata una soluzione di automazione basata su tecnologia Siemens. A lavorare al progetto sono state due aziende romane: Automate, che si è occupata della tecnica di controllo e regolazione, e Simav, che ha progettato e realizzato l’infrastruttura della camera bianca, dai gruppi esterni per il trattamento e la distribuzione dell'aria fino agli equipaggiamenti interni completi di controllore, visualizzazione e sensori.

La soluzione

Il montaggio, la taratura e il controllo di strumenti ottici richiedono condizioni ambientali particolari. Nel caso specifico, tali strumenti sono montati in una camera bianca di circa 600 m2 con nove zone separate, indipendenti l'una dall'altra, all’interno della quale è importante evitare che le particelle di polvere in sospensione entrino in contatto con i componenti sensibili. A tale scopo, tutte le zone sono regolate con una leggera sovrappressione, in modo che le particelle siano trasportate verso l'esterno all'ingresso/accesso nella camera. Per garantire ovunque le stesse tolleranze, la temperatura di riferimento deve essere tenuta costante, normalmente a 21°C, così come l'umidità dell'aria. Devono quindi essere sempre garantite una determinata adduzione e circolazione di aria fresca.
Il fulcro della tecnologia nella camera bianca è un impianto di trattamento dell'aria composto da filtri, batteria di riscaldamento e raffreddamento, vaporizzatore, separatore di gocce e una ventola/ventilatore con una portata di 30.000 m3/h. Il compito di questo impianto è mettere a disposizione delle nove zone della camera bianca una quantità di aria sufficiente e di mantenerla costante in base alle specifiche definite nelle norme Iso o Mil pertinenti o prescritte dal gestore. Diversi sensori rilevano i valori reali e li trasmettono al controllore nel quadro di comando centrale della camera bianca, che li confronta con i setpoint e, se necessario, li regola automaticamente. L'aria precondizionata è riscaldata, raffreddata o umidificata e convogliata attraverso un sistema di canali con valvole e saracinesche Siemens pilotate fino alla zona corrispondente nella camera bianca, per generare la sovrappressione necessaria.
Il controllo dell’impianto è affidato al plc Simatic S7-1500 di Siemens con Cpu 1511-1 PN. Sensori passivi e attivi per il rilevamento di temperatura, umidità, corrente e pressione dell'aria sono collegati attraverso moduli analogici che funzionano per default con una risoluzione a 16 bit e un'accuratezza dello 0,3%. I segnali analogici sono analizzati continuamente dalla Cpu e regolati cella per cella sul microclima desiderato tramite il comando delle batterie di riscaldamento e raffreddamento, del vaporizzatore, delle valvole, delle saracinesche di aspirazione ed espulsione dell'aria. Lo stato dei filtri dell'aria è sorvegliato misurando la pressione differenziale tra aspirazione e scarico, mentre la conversione dei segnali delle unità ET200MP, particolarmente rapida, consente la regolazione precisa e sincronizzata. I segnali analogici (correnti/tensioni/temperature) sono stati combinati liberamente all'interno di un'unità di ingressi o di uscite nella piattaforma Totally Integrated Automation Portal: i segnali sono stati raggruppati per ogni singola zona della camera bianca, configurando la soluzione di automazione con una struttura uguale alla struttura fisica. I convertitori per la regolazione degli azionamenti di valvole e saracinesche sono integrati nel controllore attraverso interfacce, mentre alcuni ingressi/uscite digitali sono usati per la comunicazione con il sistema antincendio.
Per la supervisione dell'impianto è stato selezionato un pannello operatore Simatic Hmi Ktp400 Basic Color PN, riposto nel quadro di comando e collegato direttamente al controllore tramite Profinet. Oltre a questo livello di comando manuale è disponibile un sistema Scada di livello superiore: il controllore S7-1500 trasmette tutti i dati di processo tramite Ethernet al sistema Scada, che li visualizza e li archivia fino a sei mesi.

I vantaggi

Automate e Simav hanno potuto realizzare il progetto agevolmente grazie alla piattaforma Tia Portal di Siemens, il cui sistema di biblioteche, con strutture parziali che, una volta elaborate, possono essere salvate e riutilizzate, rappresenta una base solida per eventuali ampliamenti della soluzione realizzata. I vantaggi in termini di risparmio di costi e tempi di ingegnerizzazione, e quindi di efficienza produttiva nella realizzazione del progetto, sono i più apprezzati dagli ingegneri di Automate e Simav.
Altri benefici sono stati ottenuti con l'impiego del controllore Siemens: Simatic S7-1500 consente infatti di alloggiare in un rack fino a 31 unità I/O, mantenendo l'installazione molto compatta, con un risparmio negli spazi e nei costi. Con un controllore meno evoluto, infatti, una configurazione analoga avrebbe richiesto 15 unità, hardware aggiuntivo e più spazio nel quadro di comando.
Un elemento importante è stato anche il precablaggio dei moduli ET200MP, che consente di interrompere semplicemente il collegamento elettrico ed eseguire un cablaggio comodo e sicuro.

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