Segreti del mestiere: risoluzione dei problemi degli armadi di controllo industriali

Ogni tecnico o ingegnere dei sistemi di controllo si è trovato in una situazione in cui le spie di stato di un dispositivo all’interno del quadro non lampeggiano. Sai che, da qualche parte, il dispositivo non riceve correttamente alimentazione, ma perché? E da dove inizi a cercare?

Seguimi mentre illustro la disposizione di un quadro di controllo, spiegando le linee guida di base del diagramma di flusso mentale che ti aiuterà a risolvere rapidamente il problema.

 

Figura 1. Interruttori automatici, alimentatori e contattori in un quadro di controllo. Immagine utilizzata per gentile concessione di Adobe Stock

 

Disposizione generale dei quadri

La maggior parte dei pannelli di controllo progettati commercialmente da aziende costruttrici di pannelli certificate UL presenta una disposizione simile, con l’alimentazione in ingresso che entra dall’angolo superiore destro o superiore sinistro del pannello. Questa alimentazione ad alta tensione (molto probabilmente trifase) confluisce direttamente in un sezionatore principale.

Dopo il sezionatore, l’alimentazione passa attraverso fusibili di derivazione o interruttori automatici, generalmente tramite un blocco di distribuzione, e quindi raggiunge vari dispositivi di controllo, come alimentatori, azionamenti per motori e qualsiasi altro componente in tensione CA.

I componenti in tensione CA si trovano spesso su un lato del quadro, mentre i componenti in tensione CC si trovano sull’altro. In questo modo si impedisce la presenza di tensioni indotte all’interno del quadro e si proteggono i tecnici durante la ricerca dei guasti su dispositivi CC e CA.

Dopo l’alimentazione dei dispositivi CA, la protezione delle derivazioni CC viene disposta generalmente nella parte superiore del lato CC del quadro. Scendendo lungo il pannello, si trovano relè, contattori, I/O del pannello, PLC, amplificatori e altri dispositivi di controllo CC.

 

Figura 2. Pannelli con sezionatore principale e ingressi di alimentazione trifase. Immagine utilizzata per gentile concessione di Adobe Stock

 

Sezionatore principale con fusibili

La maggior parte dei quadri di controllo utilizza un’alimentazione trifase in ingresso, ovvero tre conduttori percorsi da corrente, ciascuno dei quali è responsabile di una fase della tensione. Ogni fase è sfasata di 120 gradi rispetto agli altri due conduttori. Nella maggior parte degli stabilimenti del Nord America, la tensione industriale è di 480 V CA o 600 V CA trifase, con una deviazione del 10%.

Il primo dispositivo incontrato dall’alimentazione in ingresso è il sezionatore con fusibili. Ha due funzioni: proteggere tutti i dispositivi a valle da una condizione di sovracorrente e interrompere tutta l’alimentazione diretta al pannello di controllo quando viene portato in posizione aperta.

Se il pannello di controllo perde completamente alimentazione, questo primo gruppo di fusibili potrebbe essere il punto da cui iniziare la ricerca del guasto. Misurare la tensione sul lato di ingresso del fusibile consente di verificare se l’alimentazione sta entrando nel pannello. Se manca completamente tensione, potrebbe essersi bruciato il fusibile principale. Questo controllo equivale alla popolare domanda di troubleshooting: «il dispositivo è collegato?». Sorprendentemente, viene trascurato molto spesso.

 

Fusibili CA

Il passaggio successivo riguarda il dispositivo CA o la protezione della derivazione. In genere, vicino alla parte superiore del pannello, si trovano uno o più banchi di fusibili CA o interruttori automatici. I fusibili possono essere integrati nel sezionatore, come spiegato sopra, oppure trovarsi in un portafusibili separato. Questi dispositivi di protezione proteggono in genere uno o più dispositivi per isolare la perdita di alimentazione; pertanto, si può trovare un portafusibili per un gruppo di inverter accanto a un interruttore automatico per un trasformatore.

Gli interruttori automatici trifase sono costituiti da blocchi singoli collegati meccanicamente per garantire che tutte e tre le fasi si aprano contemporaneamente e possano essere riarmate nello stesso momento. I portafusibili trifase non sono collegati meccanicamente, quindi un fusibile può interrompersi senza influire sugli altri.

Durante la ricerca dei guasti su azionamenti o dispositivi CA, verifica rapidamente lo stato di tutti i fusibili o interruttori automatici misurando la tensione verso terra sui terminali di ingresso e di uscita, che dovrebbe in entrambi i casi corrispondere alla tensione di linea (non utilizzare mai un controllo di continuità su un circuito potenzialmente sotto tensione). Molti dispositivi includono inoltre un indicatore che mostra se la protezione è intervenuta. Nel caso di un fusibile trifase, uno dei tre fusibili può bruciarsi mentre gli altri rimangono funzionanti; controlla quindi sempre tutti e tre i fusibili con il multimetro.

 

Figura 3. Azionamenti per motori (avviatori statici) installati in un quadro di controllo. Immagine utilizzata per gentile concessione di Adobe Stock

 

Dispositivi CA

Dopo la protezione CA, l’alimentazione raggiunge i singoli dispositivi CA, tra cui inverter, azionamenti servo, avviatori per motori CA, alimentatori e trasformatori. Alcuni di questi dispositivi, come gli azionamenti, utilizzano sia l’alimentazione CA del motore sia l’alimentazione CC di controllo per funzionare; pertanto, se interviene il dispositivo di protezione trifase, il dispositivo potrebbe rimanere alimentato ma in stato di guasto.

Un trasformatore può convertire l’alimentazione CA in CC se fa parte di un alimentatore lineare, oppure può semplicemente aumentare o ridurre la tensione CA. Un’indicazione di un trasformatore malfunzionante può essere l’assenza di alimentazione sui dispositivi a valle, oppure il loro stato di guasto dovuto a una tensione errata proveniente dal trasformatore. Occorre innanzitutto determinare se il trasformatore riceve alimentazione; il primo passo consiste quindi nel verificare la tensione sul lato primario del trasformatore (trifase ad alta o bassa tensione), quindi nel controllare che l’uscita sia corretta (in genere 115/230 V CA nominali).

 

 

Alimentatore CC

Un alimentatore CC converte l’alimentazione CA in CC, quindi questi dispositivi possono trovarsi sul lato CA o CC del quadro. Diversi produttori e modelli possono supportare un ingresso di alimentazione trifase o monofase.

La maggior parte degli alimentatori moderni è piuttosto avanzata e dispone di funzioni diagnostiche che aiutano a risolvere i problemi. Una funzione di stato tipica è il contatto «DC OK», ovvero un contatto meccanico a potenziale zero che si chiude quando l’alimentatore eroga correttamente alimentazione CC. Se l’alimentatore è difettoso, sovraccarico o alimentato con una tensione in ingresso errata, il contatto DC OK si apre. Far passare una tensione di segnale attraverso questo contatto verso un PLC o una spia può aiutare a diagnosticare i problemi e generare immediatamente un allarme.

 

Figura 4. Interruttori automatici per la protezione delle derivazioni. Immagine utilizzata per gentile concessione di Adobe Stock

 

Protezione del circuito di derivazione CC

Analogamente alla protezione dei circuiti sul lato CA del pannello, anche i componenti CC richiedono fusibili o interruttori automatici per proteggere i circuiti dalle sovracorrenti. Questi dispositivi sono generalmente più piccoli, come interruttori automatici miniaturizzati sottili e fusibili integrati in portamorsetti per guida DIN.

In genere, la protezione delle derivazioni CC comprende più dispositivi su ciascuna derivazione rispetto alle derivazioni protette sul lato CA. Ciò è probabilmente dovuto al minor consumo di corrente dei dispositivi CC, come valvole, relè e contattori. La maggior parte dei dispositivi di protezione CC dispone di un indicatore che segnala l’intervento. In qualità di tecnico, è probabilmente qui che trascorrerai la maggior parte del tempo dedicato alla ricerca dei guasti.

 

Figura 5. Interno di un quadro di controllo complesso. Immagine utilizzata per gentile concessione di Adobe Stock

 

Consigli per la ricerca dei guasti

Quando i dispositivi perdono alimentazione, la produzione si arresta completamente e lo stabilimento inizia a perdere denaro; spetta quindi al tecnico trovare rapidamente il problema. Nella maggior parte dei casi, il problema è semplicemente un interruttore automatico o un fusibile guasto che deve essere sostituito. I problemi più importanti richiedono il tracciamento dei cavi per assicurarsi che non ci sia un cortocircuito verso terra. Quando interviene un dispositivo di protezione, prova innanzitutto a riarmarlo o a sostituire il fusibile. Se interviene di nuovo immediatamente, devi iniziare a cercare cortocircuiti verso terra o cavi e conduttori danneggiati.

Se stai integrando un’apparecchiatura e fai intervenire un dispositivo di protezione, controlla la corrente assorbita dal circuito: il progettista o il tecnico potrebbe aver scelto un fusibile o un interruttore automatico di dimensioni errate per quel circuito. Esamina semplicemente ogni dispositivo del circuito e somma le correnti assorbite; se la corrente totale è superiore alla portata del fusibile, verifica con il progettista se sia possibile aumentare la taglia del fusibile o spostare alcuni componenti su un altro circuito.

 

Non farti prendere dal panico e prendi il multimetro

Durante la ricerca dei guasti relativi all’alimentazione dei dispositivi elettrici, utilizza sempre i dispositivi di protezione individuale appropriati, mantieni la calma e usa il multimetro per individuare dove arriva l’alimentazione o, cosa forse ancora più importante, dove non arriva.