Il valore delle partnership

L’autorevolezza dell’azienda nell’ambito delle tecnologie termiche ha facilitato la partnership con altre realtà di riferimento del settore. In questo contesto, risulta di particolare interessante indagare la portata delle collaborazioni in un ambito cruciale per il mercato internazionale: la produzione di dispositivi a semiconduttore. 

Fin dalla nascita del primo diodo, la temperatura ha giocato un ruolo cruciale nei processi di lavorazione dei semiconduttori. Le soluzioni sviluppate da CD Automation per i partner sono basate sulla comprensione dei processi tecnologici che formano il semiconduttore. In particolare, con il contrarsi delle dimensioni di tali dispositivi, è aumentata l’importanza della temperatura come variabile critica del processo produttivo.

Che cos’è un semiconduttore?

La caratteristica fondamentale dei semiconduttori si rivela nel nome: sono materiali la cui conducibilità o conduttività elettrica si attesta su valori intermedi tra quelli propri dei conduttori metallici e quelli propri degli isolanti. Si tratta di una categoria di sostanze piuttosto vasta ed eterogenea, con una spiccata sensibilità alla luce e un coefficiente di temperatura negativo della resistività elettrica. Ciò significa che la loro conducibilità cresce all’aumentare della temperatura, contrariamente a quanto succede per i conduttori metallici.
Il principale motivo per cui i semiconduttori sono così utili è che la loro conduttività può essere modificata con l’aggiunta di impurità (drogaggio), con l’azione di un campo elettrico o con l’esposizione alla luce. 

La crisi dei dispositivi a semiconduttore

Negli ultimi anni il settore dei semiconduttori ha attraversato una fase di forte instabilità, inizialmente legata alle difficoltà di approvvigionamento emerse nel periodo post-pandemico e che hanno interessato in particolare l’elettronica di consumo e l’industria automobilistica. Sebbene la situazione più critica della “chip shortage” si sia progressivamente attenuata, il mercato continua a essere caratterizzato da dinamiche complesse e da una domanda fortemente disomogenea tra i diversi settori applicativi.
Oggi, infatti, la crescita trainata da ambiti come l’intelligenza artificiale e i data center sta influenzando in modo significativo le strategie produttive dei principali player globali, con effetti indiretti sulla disponibilità di alcune tipologie di componenti elettronici. In questo scenario in continua evoluzione, il comparto dei semiconduttori rimane un elemento strategico e altamente sensibile all’equilibrio tra domanda, capacità produttiva e innovazione tecnologica.
Da queste considerazioni emerge come l’espressione più corretta non sia semplicemente “chip”, ma “dispositivi a semiconduttore”, termine che identifica l’intera famiglia di componenti fondamentali dell’elettronica moderna (transistor, diodi e dispositivi di potenza) e che rappresenta la base su cui si è sviluppata e continua a evolversi l’elettronica industriale.

Come si fabbricano i dispositivi a semiconduttore?

La fabbricazione di dispositivi a semiconduttore riguarda dunque il processo utilizzato per realizzare i chip e i circuiti integrati presenti nella maggior parte degli attuali dispositivi elettronici. Questa operazione industriale è messa in atto attraverso molteplici fasi, implicanti l’impiego di tecnologie fotolitografiche e chimico-fisiche, durante le quali i circuiti sono gradualmente realizzati su un substrato, definito wafer, costituito da un unico cristallo di un semiconduttore ad elevatissima purezza. Per la creazione di un circuito integrato, è infatti necessario un wafer estremamente omogeneo e privo di discontinuità, che pregiudicherebbero la qualità dei componenti. Il semiconduttore più utilizzato nell’industria è il silicio monocristallino (dotato cioè di una struttura cristallina identica su tutto il materiale), cresciuto con la tecnica Czochralski.

Il processo Czochralski

Tale operazione consiste nel sollevamento verticale e contemporaneamente nella rotazione antioraria di un seme monocristallino di silicio, correttamente orientato e introdotto nel silicio fuso a 1425°C, mediante un’asta metallica, mentre il crogiolo gira nel senso opposto.
In questo modo una piccola quantità di materiale fuso, a contatto con il seme, si raffredda e solidifica secondo una struttura cristallina esattamente uguale a quella del seme. Man mano che questo viene tirato, altro materiale solidifica nello stesso modo, producendo un lingotto monocristallino.

La temperatura del silicio nel crogiolo è mantenuta di pochi gradi superiore a quella di fusione e, aderendo al seme monocristallino, esso si solidifica molto rapidamente, conservando la struttura del seme a cui aderisce. Il controllo rigoroso della temperatura del materiale fuso, dell’atmosfera nella camera, e della velocità di estrazione, nonché l’assenza assoluta di vibrazioni, consente la produzione di fusi perfettamente cilindrici e altamente puri.

Il metodo float zone

La tecnica appena descritta presenta, però, un limite. Il silicio tende a reagire chimicamente con i materiali del crogiolo. Per tale ragione è preferibile ottenere i monocristalli di silicio mediante la tecnica della zona flottante o zona fusa sospesa (floating-zone). In questo caso, il lingotto viene fissato superiormente al mandrino superiore e nella parte inferiore viene posto a diretto contatto con un seme monocristallino tenuto dal mandrino inferiore. L’operazione ha inizio con la produzione di una zona fusa nella parte di lingotto che si trova a diretto contatto col seme, e successivamente la zona fusa viene spostata lentamente verso l’alto. La parte di silicio che solidifica a contatto col seme ne ricopia fedelmente la struttura cristallina. 

L’eliminazione dei difetti

La fase successiva consiste nel tagliare il fuso tramite fili diamantati per ottenere dei dischi dello spessore di pochi decimi di millimetro: i wafer. Le lamine ottenute col taglio presentano una superficie piena di imperfezioni geometriche che vengono rimosse con una serie di operazioni (levigatura e lappatura). La lavorazione finale consiste nell’attacco chimico tramite cui vengono eliminate le ultime imperfezioni superficiali e si ottengono dei wafer monocristallini pronti per la realizzazione dei componenti.

La fotolitografia

A questo punto della fabbricazione dei dispositivi a semiconduttore occorre miniaturizzare i disegni complessi e stamparli sul wafer, attraverso un processo noto come fotolitografia. Inizialmente il wafer viene rivestito con sostanze chimiche fotosensibili (fotoresist), che si induriscono quando esposte alla luce. Quindi, una luce viene irradiata attraverso la fotomaschera, la quale crea un’immagine luminosa del circuito. Questa immagine viene passata attraverso una serie di lenti, che la riducono alla giusta dimensione. E viene quindi proiettata sul wafer.

La luce, secondo questo design, reagisce con il fotoresist, che viene poi lavato via, rivelando uno strato di ossido sottostante. Questo strato di ossido subisce un ulteriore lavaggio acido, che corrode l’ossido, rivelando il sottostante strato di silicio. Il silicio esposto viene quindi sottoposto a un processo chiamato drogaggio, che ne altera le proprietà elettriche. Tale processo viene ripetuto più volte, con diverse combinazioni di sostanze chimiche e maschere, fino a quando i dispositivi a semiconduttore non vengono costruiti, strato dopo strato.

Il conferimento delle proprietà

Alcuni strati sono cotti, altri sabbiati con plasma ionizzato, altri ancora immersi in metalli. Ogni tipologia di trattamento modifica le proprietà di quello strato e forma lentamente parte del puzzle che compone il design dei chips. I fogli di silicio finiti contengono miliardi di elementi di circuito e migliaia di microchip singoli.

Fabbricazione di dispositivi a semiconduttore: un settore in continuo divenire

La piena comprensione di tali processi di fabbricazione dei dispositivi a semiconduttore risulta indispensabile per affrontare le numerose sfide imposte da un settore in continua crescita e profondamente coinvolto nell’evoluzione delle tecnologie termiche. Ed è proprio in funzione di quest’ultimo obiettivo che CD Automation fornisce il proprio know-how e mette a disposizione una famiglia di controllori di potenza universali per la produzione di dispositivi a semiconduttore.

Le caratteristiche di REVO C

REVO C, nella gamma da 30 a 2100A, è un regolatore di potenza ad alte prestazioni per il controllo della potenza, adattabile a tutte le applicazioni SCR e dotato di un microprocessore avanzato che lo rende universale e completamente configurabile via software. Si presenta inoltre come una delle unità più complete della gamma grazie a:

• sincronizzazione delle tre fasi, diagnostica rotazione fasi, accensioni in angolo di fase, limite di corrente, precisione nelle misure;
• comunicazione Profinet integrata e tempi di integrazione ridotti con le librerie TIA PORTAL. Comunicazione in Ethernet IP con librerie dedicate per semplificare l’integrazione;
• omologazione SCCR 100 kA – 600 V (Short Circuit Current Rating), in conformità alla norma UL508.

Il principale vantaggio del regolatore di potenza REVO C, che lo rende particolarmente adatto alla produzione di dispositivi a semiconduttore, è la sua capacità di connettersi agilmente con il mondo esterno, tramite Bluetooth e i più diffusi protocolli Fieldbus industriali. La sua universalità consente di configurare ingressi, modalità di accensione e logiche di controllo direttamente da smartphone o personal computer.
Progettato e costruito come un’unica unità compatta, il REVO C non solo contribuisce a ridurre lo spazio complessivo e il tempo di lavoro necessario per il montaggio e il cablaggio di fusibili separati, ma garantisce anche una corretta esecuzione delle fasi di test e un accesso semplice ai circuiti stampati, ai fusibili e ai tiristori.

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Estrusione: di cosa si tratta?

Il processo di estrusione delle materie plastiche prende il nome dal macchinario impiegato: l’estrusore, secondo le operazioni e gli elementi che andiamo a descrivere: dalla tramoggia di alimentazione il polimero entra in un cilindro; qui viene fuso, omogeneizzato e spinto in avanti da una vite, fino a giungere alla testa dell’estrusore, che gli imprime la forma voluta. Il manufatto, in uscita dalla macchina, viene raffreddato mediante acqua o aria. In seguito la plastica è arrotolata o tagliata secondo la dimensione desiderata.

Estrusione: una procedura termica

Il materiale utilizzato per il processo di estrusione è di tipo termoplastico. Esso diventa infatti morbido quando viene riscaldato e si indurisce durante il raffreddamento.
Ma come si ottiene il calore necessario per l’estrusione? Il calore si genera principalmente grazie all’azione di attrito che la vite, sospinta da un motore, produce ruotando nella massa plastica, e solo in parte grazie ai riscaldatori presenti sul cilindro.

Focus sul cilindro estrusore

Il cilindro, impiegato nell’estrusione, è diviso in diverse zone, ciascuna provvista di sistemi di controllo per il riscaldamento e per il raffreddamento, i quali garantiscono la temperatura necessaria al processo. Tali temperature non sono le medesime della plastica all’interno del cilindro, sebbene misure simili siano registrate lungo la testa e la filiera. Ogni zona è caratterizzata infatti da una specifica necessità termica. Un’attenzione particolare merita la zona posteriore del cilindro, vicina all’alimentazione della tramoggia: essa incide sul tasso di alimentazione e sulla velocità di produzione.

Estrusori: monovite o bivite?

La maggior parte degli estrusori è a vite singola. L’estensione di tale sistema è espressa dal rapporto lunghezza/diametro, dove i livelli di produzione risultano direttamente proporzionali alla lunghezza della vite.

La vite è suddivisibile in tre zone:

• di alimentazione: la profondità è costante e sufficiente a trasportare i grani di materiale plastico.
• di compressione: la profondità diventa tanto minore quanto il diametro della vite si avvicina alle pareti, incrementando così la pressione sul materiale plastico e prevenendo la formazione di aria tra i granuli in maniera continua all’interno del cilindro.
• di dosaggio: la plastica si trova in uno stato di pressoché completa fusione ed è pronta per la miscelazione finale e per l’estrazione attraverso la filiera. Questa zona presenta una profondità costante ed inferiore a quella di alimentazione.

Agli estrusori monovite si affiancano quelli bivite, costituiti cioè da due viti compenetranti nel cilindro. Questa tipologia si divide a sua volta in due sottocategorie a seconda del senso di rotazione delle viti: concorde per l’estrusore bivite corotante e discorde per quello controrotante.

Come azionare gli estrusori?

I macchinari impiegati nell’estrusione sono solitamente pilotati da azionamenti in alternata AC, noti come inverter. Gli interventi sulla frequenza permettono di regolare la velocità del motore, che è superiore rispetto a quella necessaria a muovere la vite. Pertanto risulta fondamentale ridurre la velocità trasmessa dal motore, intervenendo sulla combinazione e la dimensione di paranchi e ingranaggi. Tale intervento consente di operare sfruttando una velocità, e di conseguenza una potenza, prossima al valore massimo.

La regolazione termica del cilindro

Come abbiamo indicato precedentemente, la temperatura del cilindro è controllata lungo tutta la sua estensione da diversi loop di regolazione a singolo e a doppio intervento; i primi gestiscono il solo riscaldamento elettrico, i secondi anche il raffreddamento.
Un loop di regolazione si compone dei seguenti elementi:

• un sensore di temperatura (una termocoppia J o K).
• un regolatore con ingresso sensore e alcune uscite per controllare l’attuatore.
  Più loop di regolazione possono essere inseriti all’interno di un regolatore multizona o come libreria all’interno di un PLC. Il regolatore può controllare anche la parte di raffreddamento, collegando una delle sue uscite ad una ventola. Il raffreddamento può inoltre essere ottenuto tramite un chiller esterno ed uno scambiatore di calore, tramite acqua o olio.
• un attuatore (generalmente un relè statico).
• uno tra i seguenti elementi riscaldanti: resistenze a fasce con isolamento in ceramica o mica, resistenze tubolari corazzate in fusione d’alluminio, resistenze a cartuccia collegate in serie, lampade infrarossi al quarzo e resistenze elettriche in pressofusione.

Le mansioni dei riscaldatori

I riscaldatori svolgono cinque funzioni determinanti per il processo di estrusione:

1. consentono un avvio sicuro, evitando partenze “a freddo” potenzialmente dannose per le attrezzature.
2. compensano la perdita di radiazioni durante il funzionamento.
3. controllano, mantengono e variano la temperatura dello stampo.
4. riducono la resistenza, contraendo la viscosità sulle superfici metalliche interne.
5. riscaldano la superficie emergente per ottenere una maggiore brillantezza.

Il valore dei sistemi di controllo della temperatura

Da queste considerazioni preliminari si evince facilmente la strategicità di un sistema di controllo e gestione efficiente, continuo e in tempo reale della temperatura. Un sistema che deve essere studiato e progettato originariamente in base, in primis, alla tipologia di processo, al materiale scelto e alla percentuale di scarto. Ma che, in secundis, deve essere calibrato sulla scorta delle esigenze specifiche delle diverse zone, come avevamo spiegato in precedenza.

Una famiglia dedita all’estrusione

CD Automation, forte di un’esperienza trentennale nel settore, conosce l’importanza di queste valutazioni e si propone come partner ideale nell’ambito dell’estrusione delle materie plastiche. L’azienda ha infatti prodotto unità di potenza appositamente studiate per questo mercato: la Serie REVO.
La famiglia di unità statiche REVO garantisce la configurabilità e la modularità dei suoi componenti, due qualità che incidono positivamente sulla crescita delle prestazioni. Tali caratteristiche consentono, inoltre, una drastica riduzione delle dimensioni del quadro di comando e dei tempi necessari per il cablaggio.

Ottimizzare la Power Quality

CD Automation sostiene i propri partner con progetti di Power Quality customizzati per la diminuzione dei disturbi sulla linea di alimentazione elettrica, il riscaldamento dei cavi elettrici e le perdite di energia. Per l’efficientamento e la sostenibilità dei processi di estrusione, l’azienda ha sviluppato, in particolare, l’unità di potenza multicanale REVO PN, capace di gestire applicazioni con molte zone di potenza. Grazie all’algoritmo di distribuzione della potenza erogata, con REVO PN è possibile bilanciare e limitare il picco di corrente richiesta così da mantenere un’alta qualità della corrente assorbita, limitando le perdite e i consumi.

Il ruolo di REVO PN

L’impiego di REVO PN nei processi di estrusione consente di ridurre sensibilmente i picchi di potenza, mantenendoli al di sotto dei livelli concordati contrattualmente ed evitando penali e spese impreviste.
L’unità gestisce fino a 24 elementi riscaldanti. Sincronizzando le accensioni di tutti i canali è possibile evitare picchi di tensione, mantenendo il fattore di potenza prossimo a 1.
Inoltre, ciascun modulo può comunicare autonomamente con i più diffusi bus di campo e diagnosticare tempestivamente le rotture degli elementi riscaldanti e i cortocircuiti sui tiristori.

L’offerta di CD Automation per l’estrusione

CD Automation garantisce un’offerta completa per la gestione della termoregolazione e della potenza per le operazioni di estrusioni delle materie plastiche, grazie allo sviluppo di una serie di pacchetti di automazione, capaci di fornire ai system integrator una base solida da personalizzare. I pacchetti comprendono: supervisore, software, PLC, regolazione temperatura e pressione Melt, sensoristica Melt e temperatura.
CD Automation fornisce, inoltre, pacchetti per la gestione di estrusori da laboratorio o piccoli estrusori da 4 a 16 zone di regolazione, i quali garantiscono soluzioni complete di pannello operatore, termoregolatori da retro quadro o da pannello, counter, timer o sequencer.

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Le soluzioni di CD Automation supportano i costruttori di impianti e sistemi energetici nella gestione dei processi in cui l’energia viene accumulata quando la produzione è superiore alla domanda e successivamente riutilizzata nei momenti di picco o di ridotta disponibilità.
La stabilizzazione dei flussi energetici consente di soddisfare in modo continuo il fabbisogno energetico, riducendo allo stesso tempo l’impatto sulle infrastrutture di rete.

Funzioni dell’energia immagazzinata

L’energia accumulata può essere utilizzata in diversi scenari applicativi, tra cui:

• supporto ai consumi aziendali tramite strategie di peak shaving, riducendo i costi energetici nei momenti di massimo prezzo dell’elettricità;
• supporto alle utility elettriche nella gestione dei picchi di domanda e nell’ottimizzazione degli investimenti infrastrutturali;
• miglioramento dell’efficienza complessiva del sistema elettrico da parte dei gestori di rete attraverso l’integrazione di sistemi di accumulo (ESS – Energy Storage Systems).

Tecnologie di accumulo

La tecnologia di accumulo più adatta dipende dalla durata dello stoccaggio richiesto e dall’applicazione finale.
Per lo stoccaggio a breve termine vengono comunemente utilizzati sistemi come:

• batterie ricaricabili (ioni di litio o batterie a flusso)
• volani
• sistemi SMES (Superconducting Magnetic Energy Storage)
• ultracondensatori.

Per lo stoccaggio a lungo termine, una delle soluzioni più diffuse è la produzione di idrogeno rinnovabile tramite elettrolisi dell’acqua, utilizzando energia elettrica proveniente da fonti eoliche o fotovoltaiche.
L’idrogeno può essere immagazzinato in serbatoi o in cavità sotterranee e successivamente riconvertito in energia elettrica quando necessario, anche attraverso turbine o sistemi di generazione dedicati. Questo processo consente di aumentare la flessibilità del sistema energetico e supportare la decarbonizzazione dei processi industriali.

Il ruolo dei sistemi di controllo della potenza

In questo scenario, i sistemi di controllo della potenza elettrica giocano un ruolo importante nell’integrazione tra rete, produzione e utilizzo dell’energia nei processi industriali.
CD Automation propone diverse soluzioni per il controllo dell’energia elettrica, in grado di gestire in modo integrato anche funzioni di termoregolazione, sia localmente che tramite PLC.
Le famiglie di prodotti si differenziano per numero di canali gestibili e capacità di potenza per singolo canale, permettendo una configurazione flessibile in base all’applicazione.

Unità REVO Multicanali: gestione avanzata del carico

Le unità Multicanali della famiglia REVO consentono una gestione distribuita dei carichi elettrici, contribuendo alla riduzione di costi, tempi e ingombri rispetto a soluzioni tradizionali basate su componenti separati.
Oltre al miglioramento dell’efficienza impiantistica, i sistemi REVO ottimizzano il processo di riscaldamento, riducendo i tempi di inattività e migliorando la stabilità del processo produttivo.
Uno degli obiettivi principali della piattaforma REVO è il miglioramento della Power Quality. L’algoritmo di gestione distribuisce la potenza richiesta tra le diverse zone mantenendo la corrente di linea il più possibile stabile e bilanciata.
Questo approccio consente di:

• ridurre i disturbi sulla linea di alimentazione
• limitare il riscaldamento dei cavi
• ridurre le perdite energetiche (power losses).

Fenomeni come flicker e armoniche, tipicamente causati dall’inserimento non sincronizzato dei carichi, vengono ridotti grazie a strategie di controllo avanzate.
Il sistema REVO POWER NETWORK, insieme alla tecnologia Dynamic Burst Firing, ottimizza l’inserimento dei carichi elettrici, contribuendo al mantenimento di un power factor prossimo ad 1 e alla riduzione delle penalità energetiche e dei disturbi sulla rete.

REVO PN e REVO PC

REVO PN Power network

REVO PN è una soluzione compatta e flessibile, basata su accensioni sincronizzate e architettura SCR robusta, progettata per il controllo di carichi complessi, come lampade IR con elevati picchi di corrente.
Principali caratteristiche:

• controllo di elementi riscaldanti fino a 480V
• architettura distribuita con installazione in quadri compatti integrati con l’impianto
• ideale per lampade IR in processi di produzione PET, estrusione, coestrusione e forni multizona
• soluzione salvaspazio con moduli da 4 a 24 zone per nodo bus di campo, fino a 25 A per canale
• moduli I/O e termoregolazione opzionali integrati
• compatibilità con TIA Portal e PLC Rockwell
• protocolli di comunicazione: Profinet, Profibus, EtherNet/IP e Modbus TCP (in base alla configurazione).

REVO PC Power controller

REVO PC rappresenta una soluzione flessibile con architettura a controllo separato tra sincronizzazione e gestione della potenza.
La logica di controllo è basata sulla tecnologia REVO PN, mentre la gestione dei canali di potenza è affidata a unità della famiglia REVO S 1PH o REVO Sx.
Caratteristiche principali:

• controllo per elementi riscaldanti fino a 480V, 600V o 690V
• correnti nominali da 3A fino a 800A
• configurazioni monofase e trifase complete di fusibili ultrarapidi
• ideale per lampade IR, estrusori, iniezione plastica, elastomeri e forni industriali multizona
• moduli da 8 a 24 canali per nodo bus di campo
• sensore di corrente dedicato per ogni relè statico per elevata precisione di misura
• moduli I/O e termoregolazione opzionali
• integrazione con TIA Portal e PLC Rockwell
• protocolli: Profinet, Profibus, EtherNet/IP e Modbus TCP.

Conclusioni

La crescente integrazione delle energie rinnovabili nei sistemi elettrici moderni rende lo stoccaggio dell’energia e la gestione intelligente dei carichi elementi fondamentali per garantire stabilità, continuità e qualità della fornitura elettrica. In questo scenario, l’efficienza dei sistemi di controllo della potenza diventa un fattore chiave per ottimizzare l’utilizzo dell’energia disponibile e ridurre le perdite lungo l’intera catena energetica. Le soluzioni basate su elettronica di potenza e architetture di controllo avanzate, come quelle sviluppate da CD Automation, supportano l’evoluzione verso impianti più flessibili, performanti e adatti alle esigenze delle moderne infrastrutture energetiche e industriali.
 

Operi nel settore delle energie rinnovabili e e vuoi approfondire le soluzioni di CD Automation per il controllo della potenza elettrica? Contattaci: il nostro team tecnico è a disposizione per supportarti nella scelta della soluzione più adatta alla tua applicazione

In questo articolo vedremo come connettere correttamente le unità di potenza a tiristori a una rete PLC Siemens, tenendo conto delle diverse opzioni di comunicazione disponibili, come Profinet, Modbus TCP e RS485.

L’esperienza di CD Automation

Da oltre trent’anni, CD Automation progetta sistemi avanzati per il controllo della potenza elettrica, pensati per ottimizzare i consumi, ridurre i disturbi sulla rete e pilotare le diverse zone di termoregolazione con il minimo ingombro nel quadro elettrico.

La missione dell’azienda è duplice: da un lato sviluppare controllori di potenza affidabili, compatti e semplici da configurare; dall’altro fornire supporto continuo a clienti e partner attraverso soluzioni personalizzate e un servizio di assistenza continuativa.

In linea con questo approccio orientato alla condivisione del know-how, cercheremo di rispondere a una domanda molto frequente tra i tecnici impegnati nei processi di regolazione della potenza tramite elementi riscaldanti: come collegare le unità di potenza a tiristori (SCR) a un PLC Siemens S7-1200 o Siemens S7-1500?

Cosa sono le unità SCR di Potenza?

Le unità SCR di potenza, conosciute anche come controllori di potenza a tiristori, sono dispositivi elettronici utilizzati per regolare con precisione la quantità di energia elettrica fornita ai carichi resistivi, come gli elementi riscaldanti. Grazie alla loro capacità di ottimizzare la gestione dell’energia, le unità SCR sono fondamentali in numerose applicazioni industriali che richiedono un controllo accurato della temperatura, come l’industria del vetro, delle materie plastiche, dell’oil & gas, del legno e quella alimentare.

Questi controllori di potenza offrono numerosi vantaggi, tra cui una commutazione veloce senza usura, elevata adattabilità e un design compatto.

Conoscere a fondo le caratteristiche delle unità di potenza SCR consente alle aziende di sfruttare al meglio la comunicazione con i PLC Siemens S7-1200 e S7-1500, ottimizzando i processi industriali.

Rete PLC Siemens S7-1200 e S7-1500: di cosa si tratta?

Il mercato richiede oggi unità di potenza SCR che siano intuitive, facili da installare e semplici da manutenere, soprattutto quando devono essere collegate alle reti PLC più diffuse, come quelle basate su Siemens Simatic S7-1200 e Simatic S7-1500. Questi controllori di potenza devono poter essere integrati in una rete di PLC (Programmable Logic Controller) per realizzare impianti moderni in grado di monitorare e gestire processi industriali complessi.

I modelli S7-1200 e S7-1500 sono dotati di alimentatori, CPU, schede digitali e analogiche per ingressi/uscite e porte di comunicazione per interfacciarsi con PC, attuatori, sistemi di regolazione e sensori avanzati come le termocamere, costituiscono un asset fondamentale per l’automazione industriale. Oltre a offrire elevate capacità di calcolo, i PLC Siemens sono progettati per operare in ambienti difficili: offrono alta capacità di calcolo, robustezza contro interferenze elettriche, temperature estreme, umidità, polvere e vibrazioni. In questo contesto, l’integrazione con controllori di potenza SCR rappresenta una soluzione strategica per monitorare e gestire con efficienza ogni fase del processo produttivo.

Le unità statiche di potenza SCR della serie REVO compatibili con PLC Siemens S7-1200 e S7-1500

Per garantire un’integrazione efficace in una rete PLC Siemens, le moderne unità di potenza SCR devono offrire prestazioni elevate, facilità di configurazione e compatibilità con protocolli di comunicazione industriali. La serie REVO C, soluzione mono canale firmata CD Automation, si distingue per prestazioni elevate, un design compatto e una straordinaria versatilità, senza rinunciare alla semplicità d’uso.

Ogni unità di potenza REVO C è progettata per integrarsi perfettamente nei sistemi di automazione basati su Siemens S7-1200 o S7-1500, grazie a ingressi analogici, funzioni di ritrasmissione, IO integrati e una vasta gamma di porte di comunicazione standard e opzionali. La configurazione è rapida, anche via app (Android/iOS) o tramite configuratore dedicato.

Quando il numero di zone da gestire cresce, diventa importante sincronizzare le accensioni e ottimizzare il numero di nodi in rete per mantenere elevata l’efficienza della comunicazione. In questi casi, le unità di potenza multicanale della serie REVO PC (modulo di sincronizzazione per unità statiche esterne) e REVO PN (modulo con parte di potenza integrata) rappresentano la soluzione ideale.

Quali sono i principali modi di comunicazione disponibili tra unità SCR e Simatic S7-1200 / S7-1500

I PLC Simatic S7-1200 e S7-1500 sono dotati di porta Ethernet e supportano la realizzazione di reti PLC integrate. Tra i protocolli disponibili, Profinet è lo standard Industrial Ethernet più utilizzato nell’automazione Siemens.

Profinet facilita la comunicazione tra dispositivi come azionamenti, attuatori, moduli IO remoti e i sistemi di gestione (PLC) integrandoli in un sistema interconnesso.

REVO C: unità di potenza singolo canale con porta Profinet integrata per PLC Siemens

Le unità di potenza SCR REVO C offrono l’opzione di integrare una porta Ethernet con supporto al bus Profinet, rendendole ideali per l’integrazione in reti basate su PLC Siemens S7-1200 e S7-1500.

L’implementazione è semplificata dalle librerie TIA Portal, che facilitano l’ingegneria del sistema. Ogni unità REVO C dispone di un nodo Profinet dedicato e di due porte fisiche Ethernet RJ45 in modalità switch, che permettono non solo la realizzazione di tipiche reti a stella, ma anche la creazione di anelli e catene per la connessione di più unità.

Tramite Profinet è possibile impostare il set di potenza e modificare durante il funzionamento dell’unità anche alcuni parametri di funzionamento. Inoltre è possibile acquisire un numero elevato di variabili, tra cui la tensione, corrente e potenza in RMS oltre agli stati degli allarmi e delle diagnostiche presenti.

Unità di potenza multicanale con porta Profinet integrata

Le unità di potenza multicanale offrono numerosi vantaggi, tra cui il controllo sincronizzato dei riscaldatori e l’ottimizzazione del carico sulla rete elettrica. In particolare, i modelli REVO PC e REVO PN di CD Automation consentono di gestire fino a 24 canali attraverso un singolo nodo Profinet.

Questa configurazione consente la lettura della maggior parte delle variabili di processo e degli stati degli allarmi, il tutto in maniera più veloce ed efficiente rispetto alle soluzioni precedenti.

I Power Manager REVO PC e REVO PN assicurano un bilanciamento ottimale dei consumi energetici e la riduzione dei picchi di carico.

È importante notare che questa soluzione è ideale finché non si richiede l’uso continuo dell’accensione in angolo di fase, che è necessaria per il controllo di alcuni carichi speciali.

Integrazione via Profinet di unità REVO C e REVEX con moduli di comunicazione esterni

Anche le unità di potenza REVO C e REVEX prive di porta Profinet integrata possono essere collegate al bus di campo Profinet. Le unità dotate di comunicazione seriale, infatti, possono essere integrate in una rete Profinet tramite un modulo di terminazione esterno.

Questo modulo, dotato di porta Profinet, permette di collegare, attraverso una porta seriale RS485 e il protocollo Modbus RTU, più dispositivi – siano essi unità REVEX o unità REVO C con interfaccia seriale – alla rete Profinet di un PLC Siemens S7-1200.

La scheda di comunicazione TU-RS485-PNT-067602, dotata di software preconfigurato, consente al cliente di specificare semplicemente il numero di dispositivi da collegare, semplificando notevolmente l’integrazione delle unità dotate di porta RS485 nella rete PLC.

Scopri di più sul Modulo di terminazione in Profinet TU-RS485-PNT-067602

Comunicazione tra PLC Siemens e unità REVO C tramite ingressi e uscite analogiche e digitali

Tradizionalmente, la comunicazione tra PLC e unità statiche avviene tramite ingressi e uscite analogici e digitali (IO) locali.

Nella serie REVO C, gli ingressi analogici standard, collegabili all’uscita del PLC, permettono di trasferire il set point di potenza all’unità SCR, mentre le uscite analogiche opzionali inviano variabili elettriche che il PLC acquisisce.

Le unità REVO C sono inoltre dotate di ingressi digitali multifunzione, come l’abilitazione della zona e funzioni diagnostiche che, tramite uscita relè, segnalano eventuali allarmi al PLC.

Questa modalità di collegamento è adatta a sistemi con un numero limitato di zone e parametri da gestire. In contesti più complessi è preferibile adottare metodi di comunicazione moderni, in linea con l’Industry 4.0.

Modbus TCP su porta Ethernet: un’alternativa flessibile per i PLC Siemens

Sebbene la maggior parte degli sviluppatori prediliga Profinet, alcuni stanno valutando l’impiego del Modbus TCP sulla stessa porta Ethernet, poiché offre maggiore flessibilità quando il volume di dati supera i limiti di Profinet, facilitando l’interfacciamento con un maggior numero di unità. L’utilizzo del Modbus TCP non preclude il contemporaneo utilizzo del Profinet su altri dispositivi presenti sulla rete.

I PLC Siemens S7-1200 e S7-1500, dotati di porta Ethernet, consentono la creazione di reti PLC integrate in modo versatile. Sebbene Profinet sia il bus di comunicazione più utilizzato in ambito Siemens, è possibile adottare anche il protocollo Modbus TCP. Entrambi sono supportati dalle librerie TIA Portal di CD Automation e sono compatibili con numerosi prodotti della famiglia REVO.

Sebbene la maggior parte degli sviluppatori prediliga Profinet, alcuni stanno valutando l’impiego del Modbus TCP sulla stessa porta Ethernet, poiché offre maggiore flessibilità quando il volume di dati supera i limiti di Profinet e ciò facilita l’interfacciamento con un maggior numero di unità. L’utilizzo del Modbus TCP non preclude il contemporaneo utilizzo del Profinet su altri dispositivi presenti sulla rete.

Comunicazione RS485 Modbus RTU con PLC S7-1200

I PLC Siemens S7-1200 possono essere dotati di una porta RS485 Modbus RTU aggiuntiva.

CD Automation mette a disposizione librerie TIA Portal specifiche anche per questo tipo di connessione, compatibili con le unità di potenza REVO C, REVEX e REVO PC. In questo modo è possibile integrare in modo semplice ed efficace i controllori di potenza in reti gestite da PLC S7-1200, anche in assenza di Profinet o Ethernet.

Hai bisogno di suggerimenti per rendere più efficienti e competitivi i tuoi processi di termoregolazione? Contattaci e prenota una sessione gratuita di consulenza con un nostro esperto. Riceverai proposte strategiche per potenziare e aumentare la durata dei tuoi impianti di riscaldamento, minimizzando i tempi di fermo.

Asciugatura: un processo termico

Di base, per applicare diversi rivestimenti, come vernice e colore, è necessario il calore. La funzione delle lampade a infrarossi è infatti quella di garantire l’asciugatura delle vernici bagnate a base di acqua e di accelerare la procedura di scioglimento delle vernici in polvere. Per ottimizzare il risultato è fondamentale adeguare l’irraggiatore IR alle caratteristiche del prodotto da riscaldare, tanto in termini di lunghezza d’onda quanto di forma e di potenza. Il corretto adattamento della radiazione consente di procedere al rapido assorbimento della vernice, evitando il surriscaldamento e garantendo la protezione del materiale e dell’ambiente.

Le fasi dell’asciugatura delle vernici

L’asciugatura delle vernici, anche detta essiccazione, è un processo costituito normalmente da due fasi: una prima fase prettamente fisica durante la quale si verifica l’evaporazione dei solventi (acqua, idrocarburi, alcoli, chetoni) e una seconda fase chimica nella quale si ottiene la polimerizzazione delle resine (leganti) in esso contenute.
Non tutti i prodotti vernicianti richiedono la fase chimica: i prodotti termoplastici (o non-reticolabili) terminano l’essiccazione con l’evaporazione dei solventi. Al contrario, i prodotti termoindurenti (o reticolabili) presentano anche la fase di polimerizzazione.

Le apparecchiature coinvolte

L’asciugatura dei prodotti vernicianti avviene generalmente in un forno, nel quale la temperatura dipende sia dal tipo di prodotto, sia dal materiale che compone la superficie verniciata, sia dal tipo di tecnologia adottata.
L’essiccazione può essere effettuata grazie a differenti apparecchiature:

• pannelli riscaldanti a gas a fiamma nuda;
• pannelli riscaldanti a gas tramite combustione catalitica senza fiamma;
• tubi, lampade e piastre radianti riscaldati elettricamente;
• irraggiamento a microonde.

I numerosi vantaggi dell’asciugatura a infrarossi

Le lampade a raggi infrarossi sono in grado di produrre calore mirato e diretto sulle superfici, assicurando un’asciugatura uniforme e rapida, per un risultato impeccabile sia sotto il profilo estetico che protettivo. Inoltre, il funzionamento avanzato di questi sistemi di riscaldamento permette di eliminare l’umidità e di basare il funzionamento sull’energia elettrica, che non richiede l’impiego di sostanze chimiche o combustibili, dannosi per la salute e dispendiosi per le tasche degli imprenditori. Questo vantaggio fa sì che le lampade a infrarossi possano essere adoperate anche in presenza di sostanze infiammabili, come possono essere le vernici, assicurando la sicurezza dei lavoratori.

Una radiazione in risonanza col materiale

Affinché si verifichino i benefici appena elencati, è però necessario che la radiazione elettromagnetica emessa dalle lampade a infrarossi venga assorbita dalle molecole del prodotto verniciante. In altri termini, è necessario che l’energia trasportata dalla radiazione sia in grado di indurre nelle molecole una vibrazione, detta agitazione molecolare, con conseguente innalzamento della temperatura del materiale.

Poiché la frequenza propria di vibrazione di una molecola dipende dalla sua struttura, affinché i raggi IR vengano facilmente assorbiti, occorre che la lunghezza d’onda della radiazione sia sincronizzata, entri cioè in risonanza, con quella del materiale di cui è composto il prodotto verniciante.

Le richieste dell’automotive

La verniciatura industriale è un processo largamente impiegato, in particolare, nel settore dell’automotive, un ambito costantemente volto alla ricerca di velocità e incremento produttivo. Gli obiettivi fissati dal settore richiedono una drastica riduzione dei tempi di asciugatura delle vernici. Ed è proprio nell’intraprendente ricerca di una soluzione per l’automotive che entra in gioco il prestigioso know how di CD Automation.

Una galleria per l’asciugatura delle carrozze ferroviarie

L’azienda, con sede a Legnano, ha infatti preso parte alla progettazione di una galleria per l’essiccazione e la ricottura delle vernici, mediante lampade a infrarossi, su carrozze ferroviarie. Tale tecnica di asciugatura delle vernici è stata per la prima volta applicata con successo a superfici così estese, accogliendo le richieste del cliente di aumentare la produttività, convertendo il forno in uso ed evitando così la costruzione di un nuovo impianto.

Asciugatura vernici con lampade a infrarossi: il progetto dell’impianto

Per ridurre le tempistiche di asciugatura delle vernici e aumentare la produttività sono state installate due pareti parallele composte da 59 zone ciascuna, con due lampade infrarossi ad onda corta per ogni zona, per un totale di 236 lampade da 3750W e una potenza complessiva dell’impianto pari a 0,9 MW.
La conversione del forno ad aria calda in uno a tecnologia IR ha prodotto un risultato strepitoso: un tempo di produzione ridotto di 12,5 volte rispetto alle performance registrate dal precedente forno a convezione. Il tempo totale di attraversamento forno da parte della carrozza sottoposta al trattamento di verniciatura industriale è passato infatti da 100 a 8 ore, corrispondenti a un solo giorno lavorativo.

L’apporto di CD Automation nel settore dell’asciugatura delle vernici

Il team di esperti di CD Automation ha strutturato un puntuale sistema di gestione e controllo delle lampade a infrarossi per la corretta gestione della potenza utilizzata nell’asciugatura delle vernici.
Il sistema predisposto da CD Automation si è composto di 3 Unità di potenza multicanale REVO PN 24 e altrettante unità di potenza multicanale REVO PN 12 e ha permesso di:

• ottimizzare i consumi;
• monitorare le variabili elettriche;
• diagnosticare tempestivamente le rotture degli elementi riscaldanti e i cortocircuiti sui tiristori;
• comunicare tramite bus di campo.

Il fruttuoso contributo di REVO PN per l’asciugatura delle vernici

Grazie all’unità REVO PN di CD Automation è infatti possibile ridurre sensibilmente i picchi di potenza, mantenendoli al di sotto dei livelli concordati contrattualmente ed evitando penali e spese impreviste.
REVO PN è un prodotto modulare, in grado di gestire fino a 24 elementi riscaldanti. Sincronizzando le accensioni di tutti i canali si evitano infatti problematici picchi di tensione e si mantiene il fattore di potenza prossimo a 1.
Non da ultimo, la modalità “Dynamic burst firing” di REVO PN consente di ridurre il flickering in applicazioni con lampade a infrarossi a onde corte.

Vuoi scoprire come rendere più efficienti e competitivi i tuoi processi di asciugatura delle vernici? Contattaci e prenota una sessione gratuita di consulenza con un nostro esperto. Riceverai proposte strategiche e personalizzate secondo le tue necessità.

L’elettrificazione dei processi

Cerchiamo ora di chiarire le motivazioni dell’ultima affermazione, segnalando, in primis, i benefici apportati dai processi elettrici.
Le tecnologie coinvolte nei sistemi elettrotermici consentono uno sfruttamento integrale del calore, senza perdite, ossia senza il passaggio da una sorgente a temperatura maggiore ad una a temperatura inferiore, secondo le leggi della termodinamica classica.
Inoltre, i processi elettrotermici non generano emissioni nocive di ossidi di azoto, anidride carbonica o zolfo.

I principali vantaggi delle caldaie elettriche industriali

• Funzionamento senza emissioni: La produzione di vapore è interamente alimentata da energia elettrica, eliminando la combustione e le relative emissioni.
• Alta efficienza operativa grazie alla precisa modulazione con tecnologia a tiristori.
• Riduzione dei costi e semplificazione: L’assenza di combustibili, gas di scarico e camini riduce significativamente i costi di installazione, lo spazio necessario e gli interventi di manutenzione.
• Affidabilità personalizzata: Soluzioni ingegnerizzate su misura per le specifiche esigenze operative di ogni azienda.
• Integrazione intelligente: I sistemi di controllo avanzati si integrano facilmente con le infrastrutture esistenti, consentendo una gestione ottimizzata dell’energia disponibile.

Entrando nel merito, le caldaie elettriche industriali convertono l’elettricità in calore o vapore. Tutta l’energia elettrica in ingresso viene trasformata in energia termica, con un rendimento prossimo al 100%, se si escludono perdite minime per irraggiamento.
Rispetto ai processi mediati dai combustibili fossili, quelli realizzati per via elettrica garantiscono un avviamento rapido e un riscaldamento uniforme della caldaia, ma anche un controllo accurato della temperatura e della pressione di vapore.
In particolare, il controllo preciso della pressione con più stadi di potenza consente alla caldaia di reagire rapidamente alle variazioni di carico, assicurando avviamenti rapidi per assorbire la potenza di rete disponibile, quando necessario.

Rispetto ambientale e comodità

Non consumando combustibili fossili, le caldaie elettriche industriali non rilasciano effluenti gassosi nell’atmosfera, risultando perciò più sicure. Questo vantaggio ne facilita l’installazione: esse non necessitano infatti di camini, reti di alimentazione del combustibile o serbatoi di stoccaggio.
Inoltre, non richiedono un monitoraggio periodico delle emissioni in atmosfera e funzionano in maniera silenziosa, altro dettaglio non trascurabile per un ambiente sostenibile, in cui si deve tenere in considerazione anche il grado di inquinamento acustico.

Una semplicità efficiente

Le caldaie elettriche industriali offrono numerosi vantaggi sia in termini di prestazione e realizzazione, che per le operazioni di manutenzione periodica. Come si anticipava, esse sono infatti pensate per consentire un rapido avviamento e una rapida produzione di vapore, proteggendo le resistenze da sollecitazioni improvvise.
Inoltre, le caldaie elettriche industriali sono dotate di una struttura robusta e di un’ampia gamma di regolazioni, che assicurano un funzionamento sicuro e a lunga durata. Tale caratteristica, unita alla semplicità di pulizia, rispetto alle caldaie a gas, consente di contrarre notevolmente i costi di manutenzione e di esercizio.

La spinta del rinnovabile

In conclusione, con lo sviluppo e la diffusione di fonti di energia rinnovabile integrate nella rete elettrica, come l’energia eolica e solare, i picchi di produzione non pianificati dovrebbero essere attenuati; viste anche le nuove tendenze e alcune nuove normative in diversi paesi europei che promuovono l’autoconsumo piuttosto che la reimmissione dell’elettricità sulla rete.
Grazie all’impiego di caldaie elettriche, l’elettricità in eccesso può essere utilizzata in modo intelligente per generare calore e vapore nei processi industriali, secondo un processo di accumulo energetico che sta diventando sempre più importante per la transizione energetica.

Investire in competenza per innalzare la competitività aziendale

Tale molteplicità di benefici spinge le aziende a integrare e a sostituire le caldaie tradizionali con caldaie elettriche. Una soluzione competitiva e sostenibile che, in un periodo tanto complesso, limita la vulnerabilità delle realtà industriali alle fluttuazioni dei prezzi dell’energia.
Si deve comunque considerare che l’elettrotermia è un settore complesso, che richiede conoscenze avanzate, distribuite su diverse discipline: elettrotecnica, termotecnica e scienza dei materiali. È dunque necessario fare affidamento su partner competenti per procedere all’elettrificazione di sistemi e operazioni.

Perché puntare su CD Automation?

Scegliendo CD Automation si ha accesso ad un’équipe di esperti che da oltre trent’anni lavora per ridurre i consumi e la complessità e per migliorare la Power Quality dei processi industriali dei propri clienti. L’azienda produce unità di potenza a tiristori e soft starter di massima qualità, con il supporto di un sistema di filiali e partner di primaria importanza nel settore della termoregolazione industriale a livello mondiale.

Attraverso tali prodotti, CD Automation garantisce la riduzione dei disturbi sulla linea di alimentazione elettrica, del riscaldamento dei cavi elettrici e delle perdite di energia. Tre benefici strategici nell’ambito del monitoraggio del funzionamento delle caldaie elettriche industriali. In particolare, il sistema di controllo progettato da CD Automation permette di mantenere i valori del fattore di potenza prossimi all’1, evitando penali sul costo dell’energia.

La proposta

Entriamo ora nel dettaglio dell’offerta di CD Automation per i produttori di caldaie elettriche a uso industriale. L’azienda con sede a Legnano mette a disposizione le serie REVO C e REVO S trifase, con correnti da 60 a 800 A. Ma propone anche l’utilizzo di un sistema di sincronizzazione che abbina l’unità REVO PC a quelle della serie REVO S.

La serie REVO C si compone di unità ad alte prestazione per il controllo della potenza, è adattabile a tutte le applicazioni SCR, dotata di un microprocessore avanzato che la rende universale e completamente configurabile via software.
REVO C è l’unità più completa grazie a:

• sincronizzazione delle tre fasi, diagnostica rotazione fasi, accensioni in angolo di fase, limite di corrente, precisione nelle misure;
• comunicazione Profinet integrata e tempi di integrazione ridotti con le librerie TIA PORTAL. Comunicazione in Ethernet IP con librerie per ridurre i tempi di integrazione;
• omologato SCCR 100kA – 600V (Short Circuit Current Rating), in base alla norma UL508.

La famiglia REVO S è composta da relè statici ad alte prestazioni, affidabili, flessibili e compatti, contraddistinti dalle seguenti proprietà:

• tensione nominale 480-600-690V;
• ingresso SSR o analogico già configurato;
• accensioni Burst Firing (Fast Zero Crossing);
• allarme Heater Break per diagnosticare la rottura parziale o totale del carico o il corto circuito del tiristore;
• fusibili interni che riducono i tempi di cablaggio e la dimensione del quadro.

Per la gestione intelligente dei carichi elettrici si ricorre a REVO PC, il regolatore di potenza multicanale che consente di ottimizzare i consumi e il fattore di potenza.
Questo dispositivo intelligente è in grado di gestire fino a 24 zone monofase o 8 zone trifase.
REVO PC consente di:

• eliminare i picchi di potenza istantanea,
• mantenere la potenza istantanea al di sotto dei limiti contrattuali delle aziende,
• fissare contratti meno onerosi ed evitare penali dovute al superamento di tali limiti,
• gestire le unità REVO S con un semplice ingresso SSR.

Conclusioni

Le caldaie elettriche industriali, integrate con le innovative tecnologie di CD Automation, rappresentano una soluzione strategica che combina sostenibilità ambientale, efficienza operativa e vantaggi economici tangibili per le aziende impegnate nella crescita sostenibile e nell’eccellenza operativa.

Vuoi ricevere informazioni più dettagliate circa le proposte sviluppate da CD Automation per le caldaie elettriche a uso industriale? Contattaci e prenota una sessione gratuita di consulenza con un nostro esperto. Riceverai indicazioni strategiche per ottimizzare l’efficienza energetica dei tuoi prodotti e servizi.

La partnership con CO.RAM

CD Automation presenta nel proprio canale un video realizzato in sinergia con CO.RAM, azienda che da oltre trent’anni produce forni, fusori e di mantenimento, e impianti di trattamento metallurgico. CO.RAM, partner strategico di CD Automation da diversi anni, si dedica con estrema competenza alla soluzione di problemi legati alla metallurgia delle leghe leggere; una materia piuttosto recente, soggetta a continue e stimolanti innovazioni.

Una transizione delicata

La maggiore novità relativa ai forni per il trattamento metallurgico delle leghe leggere è connessa al passaggio da sistemi di riscaldamento a gas a sistemi elettrici. Parliamo di un cambiamento tanto necessario quanto impegnativo, che richiede non solo nuove competenze, ma anche un supporto puntuale e continuativo tra aziende. Da qui l’esigenza di stringere partnership strategiche, in uno scambio biunivoco di know-how che accresce l’autorevolezza dell’intero comparto.

Elementi resistivi e carburo di silicio: limiti e soluzioni

Addentrandoci nell’applicazione specifica, CO.RAM si è rivolta a CD Automation per la corretta gestione degli elementi resistivi impiegati negli impianti di riscaldamento elettrico. L’obiettivo principale della partnership era legato alla necessità di erogare la massima potenza possibile nel sistema, senza compromettere il funzionamento e l’integrità di tali resistenze.

Ad oggi, l’elemento resistivo più performante risulta essere il carburo di silicio. Esso presenta il più alto grado di potenza specifica presente sul mercato; nel contempo, però, la sua struttura cristallina implica dei limiti notevoli in termini di fragilità e di perdita di potenza.

Per sopperire al limite della fragilità, CO.RAM è ricorsa all’impiego delle power units di ultima generazione di CD Automation, che integrano la funzione di soft start. Tale funzione permette di limitare la potenza di uscita in un certo periodo di tempo o di effettuare una rampa al set point, all’attivazione della regolazione, per evitare shock termici agli elementi riscaldanti.

Il problema del decadimento della potenza per le resistenze nei forni a riscaldamento elettrico è stato risolto mediante l’utilizzo di un prodotto di punta di CD Automation: REVO C. Tale unità può essere collegata a un software di configurazione, capace di analizzare tutti i dati elettrici del processo e di configurare i parametri necessari per l’utilizzo ottimale delle resistenze in carburo di silicio, compensando la tensione in modo lineare, al fine di mantenere la potenza pressoché costante.
Il vantaggio garantito dall’unità REVO C è dunque fondamentale, poiché permette di allungare la vita degli elementi in carburo di silicio.

Il monitoraggio dei consumi

Il regolatore di potenza REVO C risponde a un’altra necessità primaria per le realtà occupate nel settore del trattamento metallurgico e dei forni fusori: il computo energetico. L’unità, attraverso il software di configurazione, i data logger e i più diffusi bus di campo, consente infatti di acquisire dati strategici circa le variabili di processo, come la tensione, la resistenza, la corrente, la potenza e l’assorbimento, allo scopo di verificare l’efficienza e il corretto funzionamento dei processi di riscaldamento elettrico.

Il controllo a portata di smartphone

Il servizio offerto da CD Automation soddisfa anche alcuni degli obiettivi di Industria 4.0, un paradigma che stimola l’impiego dell’assistenza da remoto per contrarre i costi di produzione, ridurre i fermi per manutenzione, ottimizzare le soluzioni in loco ed efficientare i processi.

In linea con tale obiettivo, CD Automation ha sviluppato una nuova app, disponibile per IOS e per Android, che favorisce la connessione delle unità REVO C con gli smartphone. L’app riesce a rilevare le diverse unità presenti nel raggio di azione della comunicazione Bluetooth, riportando i parametri operativi ed elettrici, nonché un’analisi degli assorbimenti, ossia dell’energia consumata durante il processo. Essa consente inoltre di abilitare, disabilitare, configurare le funzionalità e controllare il funzionamento delle varie unità.

Grazie a questa app, il team di CD Automation può supportare, con un servizio di altissimo livello, gli operatori che si interfacciano con le power units, visualizzando in tempo reale i parametri e suggerendo le soluzioni più appropriate.

Per approfondire questi argomenti ed il confronto sul riscaldamento elettrico tra CD Automation e Co.RAM guarda il video dell’intervista completa.

Vuoi comprendere più nel dettaglio come REVO C possa rendere più efficienti e sostenibili i processi di termoregolazione dei tuoi forni fusori a riscaldamento elettrico? Contattaci e prenota una sessione gratuita di consulenza con un nostro esperto.

Cosa vuol dire revamping e perché è importante?

Il revamping è il rinnovamento delle parti elettriche ed elettroniche di un macchinario industriale. Tale aggiornamento non riguarda le parti meccaniche di un macchinario o di un impianto di produzione. Non ha senso, infatti, intervenire su componenti che funzionano ancora e che determinano il successo del prodotto.
Inoltre, è importante osservare come sia molto più conveniente aggiornare i sistemi di controllo e di automazione, i quali tendono a diventare obsoleti prima delle parti meccaniche. Questo sistema di rinnovamento e aggiornamento elettronico può essere sfruttato anche quando si acquistano macchinari usati per essere poi installati su una linea di produzione o rivenduti, vantando prestazioni equiparabili al nuovo.

Risultati migliori, ma con i macchinari di sempre

Grazie ad interventi mirati di sostituzione e rifacimento di quadri elettrici, PLC e azionamenti obsoleti, il revamping può efficientare la produzione di un impianto industriale. Mantenendo dunque i macchinari originali si otterranno i benefici delle soluzioni di ultima generazione per l’automazione industriale, senza la necessità di formare nuovamente il personale.
Il revamping non si applica solo ai singoli macchinari, ma anche ad interi impianti industriali che hanno bisogno di un aggiornamento o che devono essere rimessi nelle condizioni di poter tornare a produrre.

Quali sono i vantaggi?

Tutti i vantaggi di un’operazione di revamping si possono ottenere con un risparmio fino al 50%, rispetto ad un macchinario nuovo di zecca, e tempi di fermo macchina più ridotti.
In estrema sintesi, il revamping permette di ottenere i seguenti benefici:

• prolungamento della vita utile dei macchinari;
• incremento della produttività e della performance dell’impianto;
• minor consumo di energia e conseguente miglioramento dell’efficienza energetica;
• aumento della sicurezza del personale;
• miglioramento della qualità e flessibilità produttiva della linea;
• riduzione dei costi di produzione e abbattimento di quelli di manutenzione.

Il settore energetico

Ad attrarre l’interesse e i finanziamenti dell’industria italiana è soprattutto il revamping di impianti industriali energetici per l’ammodernamento e la rigenerazione delle centrali che producono energia al settore secondario. Questa tipologia di revamping è intesa come un’opportunità strategica per la competitività dell’industria nazionale sul mercato globale. Non si deve dimenticare, infatti, che gli effetti benefici dell’efficientamento sono molteplici e vanno dall’aumento della competitività alla riduzione dell’impatto ambientale, fino al miglioramento della brand reputation.

L’ascesa industriale dell’elettrico

A traghettare questa dinamica è il passaggio da sistemi di riscaldamento a gas a sistemi di riscaldamento elettrici. Questi ultimi si basano su una trasformazione dell’energia elettrica in calore da utilizzare nel processo industriale, sfruttando principi di funzionamento anche molto diversi, come l’arco elettrico, il riscaldamento a resistenza, le perdite dielettriche, le microonde, i raggi infrarossi, il plasma e il laser.
Le apparecchiature elettrotermiche offrono eccellenti opportunità per aumentare la produttività, l’efficienza energetica e la competitività. In molti processi elettrotermici, infatti, le tecnologie a disposizione consentono uno sfruttamento integrale del calore senza perdite, ovvero senza il passaggio da una sorgente a temperatura più alta a una più bassa, secondo le leggi della termodinamica classica.

Quali sono i benefici dei processi elettrici?

Oltre ai possibili benefici energetici occorre anche tener presente come vi siano notevoli van­taggi ambientali. Durante i processi elettrotermici, infatti, non si generano emissioni nocive di ossidi di azoto, zolfo o anidride carbonica.
I processi realizzati per via elettrica offrono ulteriori benefici rispetto a quelli realizzati con ri­scaldamenti convenzionali (tramite combustibili fossili):

• riscaldamento rapido e uniforme, controllo accurato della temperatura, possibilità di ese­guire operazioni di accensione e spegnimento pressoché istantanee;
• ottima qualità dei prodotti finali;
• possibilità di creare prodotti nuovi, specie nel settore della chimica e dell’elettronica, diffi­cilmente realizzabili con le tecniche di riscaldamento convenzionali;
• elevata producibilità e riduzione dei costi di produzione;
• affidabilità dei processi di produzione, controllo e monitoraggio semplificato;
• possibilità di automazione delle linee di produzione e realizzazione di processi industria­lizzati anche su piccola scala;
• condizioni di lavoro sicure per gli addetti.

Perché stringere una partnership con CD Automation?

Il settore dell’elettrotermia è molto vasto e complesso e richiede conoscenze avanzate a livello elettrotecnico, termotecnico e di scienza dei materiali. Per queste ragioni, nell’affrontare il processo di revamping, è importante rivolgersi a partner affidabili, forti di un know-how pluridecennale e multisettoriale. È questo il caso di CD Automation, azienda che da oltre trent’anni realizza sistemi intelligenti per il controllo della potenza elettrica, tramite contattori statici e termoregolatori industriali, per macchine per materie plastiche, packaging, forni per il trattamento termico di vetro e metalli, industria alimentare e sistemi per la gestione di energie rinnovabili e tradizionali, Oil&Gas.

Revamping: l’importanza dell’affidabilità dei prodotti

Più nel dettaglio, CD Automation produce unità di potenza a tiristori di massima qualità, con il supporto, a livello internazionale, di un sistema di filiali e di partner di primaria importanza nel settore della termoregolazione industriale. Attraverso questi prodotti, l’azienda garantisce la riduzione di:

• disturbi sulla linea di alimentazione elettrica,
• riscaldamento dei cavi elettrici,
• perdite di energia.

Il sistema di controllo progettato da CD Automation permette di mantenere il valore di Power Factor prossimo all’1 ed evitare penali sul costo dell’energia.
Non da ultimo, l’azienda si impegna a ridurre le dimensioni del quadro di comando, attraverso l’integrazione di più funzioni in un’unica unità multicanale, rispondendo così alle esigenze di compattezza, competitività e sostenibilità di processi e prodotti, richieste dai costruttori di macchine.

L’unità ideale per ogni necessità

CD Automation ha creato un centro di competenza per affiancare i diversi partner nell’elettrificazione delle applicazioni, riducendo i consumi e la complessità e migliorando la Power Quality nei processi termici.
Per ottenere questo risultato le aziende possono attingere da una vasta gamma di prodotti, tra cui spiccano le seguenti unità SCR:

• FAMIGLIA REVO S – Relè Statici ad alte prestazioni, affidabili, flessibili e compatti, disponibili da 3,5 a 800A.
• FAMIGLIA REVEX – Regolatori di potenza universali, flessibili nelle configurazioni e performanti.
• REVO C – Controllore di Potenza universale mono/bi/trifase da 30 a 2100A.
• REVO PN e REVO PC – Regolatori di potenza multicanale per la gestione intelligente dei carichi elettrici.

Stai aggiornando i tuoi impianti di riscaldamento o effettuando un’operazione di revamping e hai bisogno del parere qualificato di un professionista? Contattaci e prenota una sessione gratuita di consulenza con un nostro esperto. Riceverai proposte strategiche per potenziare e aumentare la durata dei tuoi impianti, minimizzando i tempi di fermo. 

Il vetro float: definizione e storia

La denominazione vetro float (dall’inglese galleggiare) si riferisce al sistema di galleggiamento con cui viene fabbricato il materiale, in particolare alla fase del procedimento in cui il nastro di vetro fuso, in uscita dal forno, si trova a galleggiare sopra ad uno strato di stagno (il bagno float), ad atmosfera controllata. Il processo, in atto dagli anni ‘50, permette di realizzare lastre di vetro che trovano numerosi impieghi in ambito edile. L’operazione di produzione del vetro float, a livello commerciale, fu ideata da Alastair Pilkington e Kenneth Bickerstaff, con lo scopo di ottenere lastre di vetro piano o lisce senza ricorrere a costose operazioni per eliminare le abrasioni.

Il vetro float ha caratteristiche di qualità e resistenza tali da coprire larga parte della produzione mondiale di vetro, grazie a un processo produttivo che consente di lavorare grandi quantità di materiale a basso costo. Questa lavorazione permette di realizzare prodotti con diverse colorazioni, perfettamente lisci e sottoponibili a vari processi, come decorazione, molatura, curvatura, stratificazione e coatizzazione.

Le fasi di produzione del vetro float

La fusione

In tale processo, le materie prime impiegate sono:

• un vetrificante, ossia la sabbia silicea (70/74%)
• uno stabilizzante, il carbonato di calcio (12/13%)
• un fondente, il solfato di sodio (12/13%).

Nella zona di ingresso di tali elementi risulta fondamentale un accurato controllo della temperatura al fine di evitare il rapido deterioramento delle termocoppie di cottura del forno, a causa delle alte temperature operative. Qui, la miscela di materie prime, misurate e umidificate per ottenere una sostanza vetrificabile, viene convogliata con nastri trasportatori nel forno fusorio, all’interno del quale la temperatura raggiunge i 1550°C.

Il bagno di stagno

All’uscita dalla fornace di fusione, il vetro viscoso viene fatto transitare sopra un bagno di stagno fuso, alla temperatura di circa 1000°C. Esso, come anticipavamo, galleggia sulla superficie liquida e piana e viene tirato sino a divenire un nastro a facce parallele. Lo stagno leviga la superficie inferiore del vetro per contatto diretto, mentre la parte superiore si appiattisce per gravità, trattandosi di un materiale allo stato semifuso. Sui bordi del nastro, inoltre, le ruote dentate (top-rolls) distendono o ritraggono il vetro lateralmente, per ottenere la larghezza e lo spessore desiderato. Gli spessori ottenuti sono compresi tra 1,1 e 19 millimetri.

La ricottura e il raffreddamento controllato

Terminata la fase del bagno di stagno, la temperatura del vetro è di circa 600°C. Esso, ormai allo stato solido, entra in una camera di ricottura. Questa fase del processo serve a modificare le tensioni interne del materiale per renderlo più adatto al taglio. Il vetro float viene quindi sollevato e posto in un tunnel di raffreddamento, dove raggiunge la temperatura ambiente.

Il taglio

Il nastro viene infine tagliato in lastre di vetro standard, per lo più della dimensione di 6×3,21 metri, con eliminazione dei bordi longitudinali. A fondo linea, le lastre di vetro float sono posizionate verticalmente sugli schienali per mezzo di elevatori a ventosa.

Le soluzioni di CD Automation per la produzione del vetro float

Questa breve panoramica sul processo di produzione del vetro float chiarisce la strategicità di un puntuale controllo della potenza e della temperatura lungo le diverse fasi di lavorazione. Per tale ragione, dotare le linee di produzione del vetro float di regolatori di potenza SCR di massima qualità è una delle missioni prioritarie dell’ufficio tecnico di CD Automation, da oltre trent’anni impegnato a studiare i processi per definire il sistema completo di hardware e software più adatto per ogni esigenza.

E l’azienda, di sede a Legnano, è specializzata in tale applicazione. Essa fornisce infatti soluzioni complete di cabinet e unità a tiristori e un servizio di assistenza di prima classe, durante tutta la vita dell’impianto di produzione del vetro float.
Tipicamente il sistema può avere da 30 a 35 zone, con un range di potenza da 100 a 150 KW. Per ciascuna zona è possibile avere un terminale dedicato da posizionare a fronte quadro, connesso direttamente all’unità. In caso di emergenza si può operare sull’unità, impostando la potenza in modalità manuale, previa conoscenza della password o abilitazione dalla sala di controllo.

Le unità statiche di CD Automation permettono di regolare la potenza delle applicazioni coinvolte nella produzione di vetro float che fanno uso di elementi riscaldanti e in particolare: degli elementi di carburo di silicio nella fase di Tin Bath e delle normali resistenze a connessione trifase nello stadio di ricottura e di raffreddamento controllato.

Monitoraggio degli elementi in carburo di silicio

Il carburo di silicio è un materiale semiconduttore che ha una resistività molto più elevata rispetto ai materiali metallici. Il valore della resistenza di questi elementi a temperatura ambiente è piuttosto alto, e scende con l’aumentare della temperatura ad un valore minimo di circa 600-900°C. È dunque necessaria una regolazione di potenza costante con un feedback di tipo V a VxI transfer. Sui carichi trifase con Carburo di Silicio è suggerito l’uso di un feedback in VxI per ottenere una regolazione di potenza costante. Questo è necessario per compensare i cambiamenti del valore della resistenza con la temperatura e l’età degli elementi. Il valore alla fine del loro utilizzo è infatti quattro volte quello iniziale.

Regolatori di potenza REVO C per rendere più efficiente la produzione di vetro float

La Serie REVO C rappresenta la soluzione ideale per regolare la potenza di questa applicazione che coinvolge elementi in carburo di silicio. Tale unità ad alte prestazioni, sviluppata da CD Automation, è adattabile a tutte le applicazioni SCR, tra cui carichi induttivi, resistenze per forni ad alta temperatura, forni ad infrarossi o UV. L’SCR REVO C è dotato di un microprocessore avanzato che lo rende universale e completamente configurabile via software.
REVO C è l’unità più completa grazie a:

• sincronizzazione delle tre fasi, diagnostica rotazione fasi, accensioni in angolo di fase, limite di corrente, precisione nelle misure;
• comunicazione Profinet integrata e tempi di integrazione ridotti con le librerie TIA PORTAL. Comunicazione in Ethernet IP con librerie per ridurre i tempi di integrazione;
• omologazione SCCR 100kA – 600V (Short Circuit Current Rating), in base alla norma UL508.

Scopri il catalogo completo

Controllo delle resistenze con l’unità SCR Revo S di CD Automation

Considerando invece la fase di ricottura e raffreddamento controllato del vetro float, per le applicazioni con resistenze a bassa variazione si utilizza la Famiglia REVO S fino a 700A. Dove la Famiglia REVO S è composta da relè statici ad alte prestazioni, affidabili, flessibili e compatti, contraddistinti dalle seguenti proprietà:

• tensione nominale 480-600-690V;
• ingresso SSR o analogico già configurato;
• accensioni Burst Firing (Fast Zero Crossing);
• allarme Heater Break per diagnosticare la rottura parziale o totale del carico o il corto circuito del tiristore;
• fusibili interni che riducono i tempi di cablaggio e la dimensione del quadro.

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Sopra i 700A è invece necessario ricorrere alla Serie REVO C, la quale raggiunge i 2100A. Quest’ultima è inoltre apprezzata per la disponibilità della comunicazione seriale e per il controllo di tensione, che previene le fluttuazioni della tensione di rete. Per il risparmio energetico è opportuno invece affidarsi alla Serie REVO PC.

Nelle applicazioni riguardanti i trasformatori con carico posto sul secondario, l’esigenza principale è quella di evitare che i picchi di corrente che si verificano all’accensione sul primario danneggino i fusibili o i tiristori. La serie REVO C, con opzione limite di corrente, è stata realizzata allo scopo di fornire diverse soluzioni per pilotare trasformatori monofase. REVO C-3PH è stato progettato, invece, per il pilotaggio di trasformatori trifase.

Vuoi comprendere più nel dettaglio come REVO C e REVO S possano rendere più efficienti e competitive le tue linee di produzione del vetro float? Contattaci e prenota una sessione gratuita di consulenza con un nostro esperto.

Diffondere il know-how

Oltre alla qualità dei prodotti, CD Automation si distingue per una tradizione fondata sulla condivisione delle conoscenza ed esperienza, con lo scopo di fare chiarezza su alcune delle specificità e degli ostacoli relativi al settore della termoregolazione.
In linea con la mission aziendale, cerchiamo oggi di capire quali soluzioni adottare per migliorare l’efficienza del controllo termico e per affrontare una problematica comune come il superamento della temperatura, mediante il setpoint ramping e la funzionalità ramp/soak. 

Cos’è il setpoint ramping?

Molti regolatori di temperatura sono capaci di aumentare progressivamente e a una velocità predefinita il proprio setpoint effettivo verso il valore finale richiesto.
Insieme a questa funzione, viene di frequente impiegato un allarme di deviazione per verificare che il processo segua da vicino la rampa. Quando il setpoint raggiunge la parte superiore della rampa, può iniziare un “periodo di sosta”, durante il quale il setpoint viene mantenuto a questo valore.

Perché usare il setpoint ramping nei processi di controllo termico?

Il setpoint ramping è disponibile sulla maggior parte dei controllori. Tale funzione viene utilizzata per proteggere il processo o l’apparecchiatura da problemi di qualità o danni che potrebbero verificarsi se si consentissero cambiamenti improvvisi nel valore del processo. Ciò risulta particolarmente utile in caso di interruzione dell’alimentazione. Senza tale funzione, un cambiamento del setpoint potrebbe causare una richiesta eccessiva di potenza, che in certi casi potrebbe essere degradante per l’applicazione.
Grazie al setpoint ramping, il valore effettivo del setpoint viene spostato lentamente verso il suo parametro finale, e quindi il controller mantiene il processo in linea con questo valore effettivo, risultando dunque protetto da eventuali danni. 

Il valore della funzione ramp-soak

Alcuni controller ampliano ulteriormente il concetto di rampa, aggiungendo una rampa (soak) o una pausa (dwell) alla fine della stessa. Una volta completata la rampa, il valore del setpoint finale non viene infatti mantenuto indefinitamente, ma solo per un periodo di tempo definito. In seguito, l’uscita del regolatore viene disattivata, consentendo al processo di diminuire naturalmente.
Tale dinamica può essere impiegata in un semplice processo di trattamento termico in cui è richiesto un riscaldamento controllato, seguito da un periodo prolungato a temperatura fissa. 

Vantaggi del setpoint ramping

Da queste riflessioni si evince facilmente come la funzionalità di setpoint ramping, presente in diversi regolatori, permetta, con estrema semplicità e affidabilità, alle aziende di monitorare i propri processi in modo sicuro, assicurandosi una power quality ottimale ed evitando gravose penali e spese impreviste. Inoltre, questa funzione permette di gestire in modo efficiente il consumo energetico, migliorando significativamente la sostenibilità delle operazioni industriali. L’integrazione di queste funzioni avanzate nei sistemi di controllo termico può anche contribuire a prolungare la vita utile delle apparecchiature, riducendo al minimo i costi di manutenzione e i tempi di inattività, garantendo una maggiore efficienza operativa complessiva

Hai bisogno di suggerimenti per rendere più efficienti e competitivi i tuoi processi di termoregolazione? Contattaci e prenota una sessione gratuita di consulenza con un nostro esperto. Riceverai proposte strategiche per potenziare e aumentare la durata dei tuoi impianti di riscaldamento, minimizzando i tempi di fermo. La nostra esperienza e il nostro know-how sono al tuo servizio per ottimizzare ogni aspetto del controllo termico industriale.