Come la logica di controllo PLC migliora l'avvio e la gestione dei motori: il caso degli avviatori DOL e dei VFD

La gestione dei motori elettrici attraverso l'automazione è diventata una pratica fondamentale nell’industria moderna, in particolare con l'uso di logiche di controllo avanzate tramite PLC (Programmable Logic Controller). Un esempio comune di questa applicazione è l'avviamento diretto a rete (DOL) di motori, un metodo che offre una soluzione semplice ed economica per il controllo di motori di piccole dimensioni, come quelli utilizzati in ventilatori, pompe e nastri trasportatori.

Il principio di base di un sistema DOL è che il motore viene direttamente collegato alla rete elettrica, utilizzando componenti come contattori, relè termici e il PLC per il controllo logico. Quando il pulsante di avvio viene premuto, il PLC invia un segnale di uscita che energizza il contattore, avviando così il motore. Viceversa, il pulsante di arresto disinserisce il contattore, interrompendo il funzionamento del motore. In questo contesto, il PLC gioca un ruolo cruciale nella gestione sicura e nell'automazione del processo di avvio e arresto.

Un aspetto fondamentale del controllo tramite PLC è la protezione contro il sovraccarico. Quando un relè termico rileva un sovraccarico, il PLC disabilita automaticamente il motore, prevenendo danni eccessivi e garantendo la sicurezza operativa. Questo controllo è fondamentale soprattutto in applicazioni industriali dove la continuità operativa è cruciale, ma i carichi elevati potrebbero causare danni o guasti prematuri.

Tuttavia, nonostante la sua semplicità e convenienza, l'avvio diretto a rete presenta alcune limitazioni. L'innesco diretto del motore può causare un picco di corrente che può arrivare fino a 6-10 volte il valore nominale del motore, portando a stress meccanico sui componenti come ingranaggi e cinghie. Per questi motivi, l’avvio DOL è adatto solo per motori di piccole dimensioni, di solito sotto i 5 HP o 3,7 kW.

Quando i VFD vengono integrati con i PLC, la loro funzionalità aumenta ulteriormente, permettendo una gestione avanzata della velocità del motore e la possibilità di monitorare e diagnosticare lo stato operativo in tempo reale. L’integrazione può avvenire tramite segnali analogici o digitali, a seconda delle necessità del sistema, e l’utilizzo di protocolli di comunicazione industriale, come Ethernet/IP o Modbus, consente una connessione e un controllo ancora più sofisticati.

La programmazione di un VFD richiede una configurazione accurata dei parametri chiave del motore, come la tensione, la frequenza e la potenza nominale. Inoltre, è fondamentale definire i tempi di accelerazione e decelerazione per ridurre l'usura meccanica e garantire che il motore operi all'interno di limiti di sicurezza. L’impostazione di soglie di protezione per sovracorrente, sovratensione e limiti termici è altrettanto essenziale per prevenire danni al sistema.

I VFD offrono numerosi vantaggi, tra cui il miglioramento dell’efficienza energetica grazie alla possibilità di adattare la velocità del motore alla domanda effettiva. Inoltre, l'uso dei VFD riduce i picchi di corrente all'avvio, limitando lo stress meccanico sui componenti del motore e migliorando la durata complessiva dell’apparecchiatura. Questo li rende particolarmente adatti per applicazioni che richiedono un controllo preciso e una gestione energetica ottimale.

Quando si implementa un sistema VFD, è importante considerare il tipo di applicazione e le esigenze specifiche di controllo del motore. In alcune situazioni, potrebbe essere necessario un controllo più avanzato tramite feedback di encoder o tachimetri, che garantiscono un controllo preciso della posizione e della velocità del motore. Questo è particolarmente rilevante in applicazioni come la robotica o le macchine CNC, dove la precisione è fondamentale.

Per concludere, l'integrazione di PLC e VFD nei sistemi di controllo dei motori offre enormi vantaggi in termini di flessibilità, efficienza e sicurezza. Tuttavia, è importante scegliere il metodo di controllo giusto in base alle caratteristiche dell'applicazione, al tipo di motore e alle esigenze operative. L'equilibrio tra efficienza energetica, protezione del sistema e costi di implementazione è essenziale per ottenere il miglior risultato.

Quando scegliere un Soft Starter rispetto a un VFD in un'applicazione industriale?

I soft starter rappresentano una soluzione semplice ed economica per il controllo dell'avviamento dei motori, in grado di ridurre gli stress meccanici ed elettrici durante la fase di accensione. A differenza dei variatori di frequenza (VFD), che offrono il controllo completo della velocità e della coppia, i soft starter sono limitati al solo controllo dell’avvio e dell’arresto del motore, rendendoli ideali per applicazioni a velocità fissa. Pur mancando della flessibilità dinamica offerta dai VFD, la loro semplicità e compattezza li rende una scelta vantaggiosa in contesti dove la gestione dell'avvio è l’unica esigenza, senza la necessità di un controllo continuo della velocità.

Uno degli aspetti chiave dei soft starter è la loro capacità di ridurre il carico meccanico sui componenti del motore e sulle parti meccaniche collegate, come cinghie, giunti e ingranaggi. Il processo di avvio graduale evita che la coppia motrice venga applicata improvvisamente, evitando così sollecitazioni e usura precoce. Allo stesso tempo, il ridotto picco di corrente all’avvio protegge i sistemi elettrici, evitando cali di tensione e garantendo maggiore stabilità nella rete elettrica.

Tuttavia, come accennato, i soft starter non sono una soluzione universale. La loro mancanza di controllo dinamico della velocità e della coppia li rende inadatti per applicazioni in cui è richiesta una variazione precisa e continua della velocità, come nel caso di processi ad alta velocità o dinamici. Inoltre, rispetto ai VFD, l'efficienza energetica dei soft starter è limitata: infatti, mentre i VFD ottimizzano il consumo di energia durante tutto il ciclo di lavoro, i soft starter agiscono solo durante la fase di avvio, senza apportare benefici durante il funzionamento continuo del motore.

L'integrazione dei soft starter con i controllori logici programmabili (PLC) è relativamente semplice. I segnali digitali possono essere utilizzati per controllare l’avvio, l'arresto e il reset del soft starter, mentre i segnali di uscita relè possono inviare informazioni sullo stato operativo, come i segnali di allarme o il segnale di "pronto". Alcuni soft starter moderni offrono anche la possibilità di comunicare tramite protocolli di rete come Modbus RTU, Ethernet/IP o ProfiNet, consentendo il monitoraggio avanzato e la regolazione dei parametri tramite il PLC, come il tempo di accelerazione o il voltaggio di avvio.

Quando è preferibile utilizzare un soft starter? Questa tecnologia risulta ideale in tutte quelle applicazioni dove non è necessario un controllo preciso della velocità, ma si desidera un avvio morbido per ridurre l’impatto sui motori e sugli altri componenti meccanici. Se il budget è limitato o se le condizioni operative non richiedono la gestione dinamica della velocità, i soft starter sono una scelta pratica ed economica. La loro semplicità di implementazione, combinata con il ridotto impatto energetico durante l'avvio, li rende una valida alternativa ai sistemi più complessi come i VFD.

Inoltre, è fondamentale comprendere che, sebbene i soft starter riducano l'usura delle apparecchiature e migliorino la stabilità elettrica, non sono una panacea per tutti i problemi di automazione industriale. La scelta tra un soft starter e un VFD dipende dalle specifiche esigenze dell'applicazione, dalla necessità di controllo dinamico e dalla disponibilità di risorse finanziarie per l’implementazione.