Modellino di ascensore tesina

Tesina finalizzata agli esami di maturità

Istituto Tecnico Industriale Statale

“P. Hensemberger” - Monza

Elettrotecnica ed Automazione

Anno scolastico 2013-2014

Modellino di ascensore comandato da PLC

Francesco Scalisi

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Indice

Premessa

Ascensore

Cenni storici

Tipologie

Funzionamento e manovre

Manovra universale

Manovra a prenotazione

Normativa

Motore asincrono trifase

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PLC

Introduzione

Linguaggi di programmazione

Linguaggio ladder o a contatti (KOP)

Linguaggio istruzioni (AWL)

Modellino di ascensore con porta automatica

Premessa

Parte strutturale e meccanica

Parte elettrica

PLC Siemens S7-200

Motore passo-passo (porta cabina)

Motore asincrono monofase (salita/discesa)

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Italiano

Giovanni Verga

Dal romanticismo al verismo - notizie biografiche

Rosso Malpelo

Libertà

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Premessa

Con la presente tesina ho inteso fornire alcuni elementi fondamentali sulle tipologie, il funzionamento e la normativa attualmente in vigore sugli ascensori. A questo scopo, oltre agli elementi teorici, mi è sembrato utile proporre, in allegato, un modellino (elaborato dal sottoscritto) di ascensore su quattro livelli, con porta automatica e alcune indicazioni sulla progettazione, costruzione, programmazione e un approfondimento tecnico su alcuni componenti utilizzati per il suo funzionamento.

Per quanto sopra, strumento di riferimento principale è stato Wikipedia e qualche altro sito specifico, oltre alla mia esperienza lavorativa che, dal 1987, mi ha portato ad occuparmi di installazione e manutenzione di impianti elettrici e sistemi automatici civili e industriali.

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Ascensore

Cenni storici

Dopo l'invenzione del paracadute, dispositivo di sicurezza contro le cadute accidentali della cabina, messo a punto nel 1853 da Elisha Otis, cominciò il vero sviluppo dell'ascensore moderno. Nel 1857 a New York fu presentato il primo ascensore a vapore. Successivamente in Germania, nel 1880, Werner Von Siemens presentò il primo ascensore elettrico con l'adozione di circuiti idraulici che, nel 1889, in occasione dell'inaugurazione della torre Eiffel a Parigi, lo installò utilizzando una nuova figura professionale, il manovratore.

Il 1924 fu l'anno dell'ascensore con controllo automatico. I comandi sono dati da pulsanti posti in cabina e ai piani e prendono il nome di bottoniera o pulsantiera. Questa tecnologia sostituisce definitivamente la figura del manovratore.

Attualmente in Europa ci sono circa 3.500.000 ascensori, di cui 900.000 solo in Italia che detiene il record mondiale.

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Tipologie

Generalmente gli ascensori vengono definiti in base: al sistema di trazione; alla capacità di carico (capienza e portata) e al tipo di manovra. Inoltre possono essere elettrici o oleodinamici.

Ascensori elettrici

Gli ascensori elettrici (o a fune) si distinguono:

• Ad argano agganciato, quando la macchina ha un tamburo su cui viene avvolto il cavo di trazione;
• Ad argano a frizione, quando ha una puleggia di trazione e la fune appoggiata ha da una parte la cabina e dall'altra il contrappeso.

Inoltre possono essere a una o due velocità, a seconda del motore.

Generalmente gli ascensori elettrici vengono impiegati negli edifici con corse superiori a venti metri, dove l'utilizzo dell'impianto oleodinamico diventa antieconomico. Ci sono varie soluzioni per gli impianti a fune: con argano alto e trazione 1:1; con argano in basso e pulegge di rinvio in alto (come modellino); con argano in alto con riduzione a puleggia 1:2.

I motori possono essere:

• A corrente alternata ad una velocità di concezione semplice e a basse prestazioni, oppure a due velocità con motore a doppio avvolgimento (4/16 poli) che permette il rallentamento della cabina in arrivo al piano;
• A corrente continua utilizzati normalmente per grossi impianti ad alta velocità grazie al controllo accurato di accelerazioni e decelerazioni della cabina.

Da considerare che lo spunto di corrente rispetto a quella nominale negli ascensori elettrici è molto superiore a quello oleodinamico (circa 7 volte contro 3) in quanto il motore parte con tutti i carichi collegati. Tuttavia la potenza del motore in un impianto ad argano risulta essere meno potente, in quanto il carico della cabina è controbilanciato dal contrappeso.

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Ascensori oleodinamici

Gli impianti oleodinamici sono costituiti da un gruppo motore-pompa che spinge il fluido (olio minerale) in un pistone, trasmettendo così il moto in salita alla cabina. In discesa la cabina scende per gravità tramite l'apertura della valvola della centralina. L'impianto oleodinamico ha un vantaggio rispetto a quello elettrico, dato che tutto il carico scarica direttamente sul cilindro e quindi sul fondo fossa, non necessita di un vano portante a tutto vantaggio per le case di vecchia costruzione.

Altri vantaggi sono:

• Il collegamento tra pompa e pistone avviene tramite tubi ad alta pressione e quindi i due locali possono essere distanti anche alcuni metri;
• Tutto il peso scarica a terra non sollecitando le pareti della casa.

Grazie a questi vantaggi il 60% degli ascensori in Italia adotta questa tecnologia.

Manovre

I quadri di manovra possono essere a relè (logica cablata) per impianti semplici, oppure con controllo a logica programmata (PLC), che comanda circuiti di potenza, come teleruttori (o contattori) e relè.

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Le manovre più usate sono: manovra automatica universale e manovra a prenotazione collettiva.

Manovra automatica universale (o normale)

È il più usato e semplice controllo del movimento della cabina e deve funzionare nel seguente modo:

La persona preme il pulsante al piano, l'ascensore diventa occupato e viene segnalato su tutti i piani. Arrivato al piano, e nessuno preme il pulsante in cabina, dopo dieci secondi l'ascensore risulterà nuovamente libero. Se invece l'utente all'interno della cabina preme il pulsante, l'ascensore comincerà a muoversi verso il piano desiderato e non potrà essere richiamato dall'esterno.

Manovra a prenotazione collettiva

Memorizza tutti i comandi indifferentemente sia dalla cabina sia dai piani. Permette quindi di raccogliere le prenotazioni sia salita che in discesa; memorizza e muove la cabina secondo una logica di direzione. Ai piani le bottoniere hanno due pulsanti, uno per scendere e l'altro per salire, tranne ovviamente ai livelli estremi che ne hanno solo uno. I pulsanti, sia in cabina che ai piani, si illuminano per indicare l'avvenuta prenotazione. Una volta soddisfatta la richiesta, la spia si spegne e quindi il pulsante è pronto per una nuova prenotazione.

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Normativa

Regolamenti in vigore nel campo degli ascensori

La direttiva ascensori 95/16/CE stabilisce a livello europeo un criterio comune tra i Paesi membri per quanto riguarda la legislazione sugli ascensori.

Definisce cosa si intende per ascensore, la sua manutenzione, i criteri di immissione sul mercato e le responsabilità del produttore, ma non stabilisce i criteri tecnico-costruttivi eccetto per quanto riguarda i requisiti essenziali di base sviluppati dalle normative di riferimento. Maggiori dettagli tecnici sono contenuti nella normativa EN/81/1-2/2010. Esse sono dette appunto norme di riferimento, visto che contengono dei criteri di buona tecnica di riferimento.

La normativa UNI 10411/2003 stabilisce le regole di buona tecnica nel campo delle ristrutturazioni e modifiche degli ascensori costruiti secondo i criteri dettati da normative precedenti.

Altri principali riferimenti normativi sono:

• D.P.R. 214 del 5 ottobre 2010;
• D.M. 11 gennaio 2010 (norme relative all'esercizio degli ascensori in servizio pubblico destinati al trasporto di persone);
• Direttiva 2006/42/CE, relativa alle macchine, che modifica la direttiva 95/16/CE;
• D.P.R. 162/1999;
• EN 294 (distanze di sicurezza);
• EN 12015 e 12016 (compatibilità elettromagnetica);
• D.M. 587/87.

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Motore asincrono trifase (M.A.T.)

Fondamentalmente ha il compito di convertire l'energia elettrica in energia meccanica. Come tutte le macchine elettriche il M.A.T. è reversibile, in quanto può funzionare anche da generatore. Si distinguono dai motori sincroni in quanto la velocità del rotore è minore a quella del campo magnetico rotante generato dallo statore. La differenza di velocità, detta anche di scorrimento, provoca sul rotore un campo magnetico che ruota ad una velocità ns – nr (ns = velocità di sincronismo, nr = velocità rotore), sviluppando in esso forze elettromotrici e quindi correnti indotte. Questa è la causa per la quale il motore asincrono viene anche chiamato motore ad induzione.

Strutturalmente un M.A.T. è costituito da uno statore (parte fissa) che contiene gli avvolgimenti primari, normalmente due per ogni fase collegati in serie e disposti fisicamente l'uno di fronte all'altro. Generalmente in un motore trifase ci sono sei avvolgimenti, ovvero tre coppie polari disposti di 120 gradi, che, al passaggio di correnti sfasate di 120 gradi elettrici, producono un campo magnetico che ruota in uno spazio tra statore e rotore, detto traferro.

Il rotore (parte mobile), è dotato di un certo numero di fasi chiuse in corto circuito, ed è sospeso ai due estremi da due cuscinetti. Ad una estremità viene applicata la ventola di raffreddamento, all'altra estremità si trova l'albero dove si applica il carico. Generalmente ci sono due tipi di rotore: a gabbia di scoiattolo e a rotore avvolto. Il rotore a gabbia di scoiattolo (o rotore in corto circuito) è il più usato nell'industria in quanto affidabile ed economico. È realizzato da tanti canali ciascuno dei quali viene completamente riempito da una barra di alluminio. Le testate delle barre che sporgono vengono collegate tra loro mediante un anello di rame o alluminio. Si hanno inoltre diverse tipologie di gabbie:

• A coppa, più leggera ma con meno resistenza meccanica e rigidezza;
• Rotore a doppia gabbia, capace di sopportare avvii ripetitivi di carichi elevati, ma con passaggio da bassi ad alti regimi non lineare;
• Rotore a barre profonde, permette di avere un passaggio più fluido dai bassi agli alti regimi.

La particolarità del rotore avvolto è quella di avere anelli coassiali con il rotore. A questi va collegato l'avvolgimento del rotore, costruito in maniera identica a quello di statore. Sugli anelli strisciano delle spazzole che vengono collegati ai morsetti rotorici. Per motori di medie dimensioni (100 a 300 Kw) i morsetti rotorici possono essere collegati ad un reostato, che variando la sua resistenza aumenta la resistenza dei circuiti rotorici, avendo così la coppia di spunto massima per tutto il tempo di avvio del motore.

Nel momento in cui facciamo scorrere corrente allo statore, si genera la rotazione del campo magnetico il quale è sincronizzato con la frequenza di rete (in Europa a 50 Hz), che viene chiamata velocità di sincronismo. Il

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Campo magnetico prodotto dal rotore è sincrono con il campo magnetico rotante generato dallo statore, quindi questo sincronismo tra i due campi magnetici produce al motore una coppia costante. Per trovare la velocità di sincronismo si usa la seguente formula: ns = 60.f/p, dove f è la frequenza di rete e p il numero di coppie polari.

Un M.A.T. può variare la velocità per mezzo di un inverter elettronico il quale varia in modo coordinato sia la frequenza che la tensione. Inoltre per limitare il più possibile la corrente di spunto e di avviamento, i collegamenti più usati sono:

• Collegamento diretto, per motori di piccola potenza;
• Avviamento stella-triangolo, per limitare le correnti di spunto a motori di media potenza;
• Tramite inverter, l'avviamento avviene tramite una rampa opportunamente programmata.