Controllore personalizzato per l’automazione dei sistemi a barriera d’aria

Le barriere d’aria vengono utilizzate nelle aperture tra ambienti con temperature o condizioni ambientali differenti. Un flusso d’aria controllato crea una barriera attraverso l’apertura, riducendo lo scambio d’aria e il conseguente trasferimento di calore, umidità e contaminanti. Le loro prestazioni dipendono da fattori quali la velocità di uscita dell’aria, l’angolo di mandata, la geometria dell’apertura, la differenza di pressione e le condizioni di temperatura. Le ricerche hanno dimostrato che questi parametri influenzano direttamente le infiltrazioni e le fuoriuscite d’aria attraverso un’apertura.

Le applicazioni tipiche comprendono le porte delle baie di carico, gli ingressi dei magazzini, le celle frigorifere e i locali di surgelazione, gli accessi alle aree di produzione e i passaggi tra ambienti con requisiti differenti in termini di temperatura o igiene. In queste applicazioni, il funzionamento della barriera d’aria deve rispondere a condizioni quali l’apertura della porta, la temperatura, la richiesta del ventilatore e il fabbisogno di riscaldamento.

Per un importante produttore di sistemi a barriera d’aria e a barriera d’aria calda, akYtec ha sviluppato un controllore OEM personalizzato basato sul relè programmabile PR103. Il progetto combina algoritmi di controllo specifici per l’applicazione, un’interfaccia utente semplificata e una configurazione hardware adattata ai requisiti delle apparecchiature del produttore.

L’approccio utilizza una piattaforma di controllo consolidata invece di sviluppare da zero l’intera architettura hardware e software. Secondo akYtec, questo riduce l’impegno di sviluppo e consente di produrre un dispositivo personalizzato in un ciclo di sviluppo relativamente breve.

Funzioni di controllo per riscaldamento, flusso d’aria e funzionamento delle porte
Il controllore personalizzato gestisce le funzioni operative richieste dai sistemi commerciali e industriali a barriera d’aria. Queste includono il riscaldamento automatico e il controllo della temperatura, la regolazione della velocità del ventilatore e diverse modalità operative basate sui contatti della porta.

Il controllore può inoltre gestire programmi di funzionamento, funzioni di protezione delle apparecchiature, allarmi e monitoraggio dei guasti. Supporta barriere d’aria con riscaldamento elettrico e ad acqua e può essere adattato a diverse famiglie di prodotti all’interno del portafoglio del produttore OEM.

Queste funzioni sono rilevanti perché le prestazioni di una barriera d’aria non dipendono esclusivamente dal funzionamento del ventilatore. Gli studi sui sistemi a barriera d’aria mostrano che la velocità del flusso in uscita, l’angolo di mandata e le differenze di pressione influenzano la stabilità e l’efficacia del getto d’aria. Il vento e altre perturbazioni esterne possono inoltre modificare le condizioni del flusso d’aria in corrispondenza di un’apertura.

Nei sistemi riscaldati, il controllo della temperatura introduce un ulteriore fattore. Le ricerche sperimentali hanno evidenziato che il riscaldamento della barriera d’aria può modificarne la spinta di galleggiamento e che un riscaldamento eccessivo può ridurre l’efficacia aerodinamica in determinate condizioni. Il coordinamento del flusso d’aria e del riscaldamento è quindi rilevante quando il sistema viene utilizzato tra ambienti con differenze di temperatura significative.

Il PR103 integra ingressi, uscite e comunicazioni industriali
Il controllore è basato sul mini-PLC PR103 dotato di Ethernet. La piattaforma è progettata per applicazioni che comprendono ventilazione, riscaldamento e controllo delle apparecchiature e dispone di Ethernet insieme a due interfacce RS-485. Supporta Modbus TCP tramite Ethernet e Modbus RTU/ASCII tramite RS-485.

Il PR103 è disponibile in configurazioni con sei ingressi digitali, quattro ingressi digitali veloci, sei ingressi analogici e fino a 10 uscite digitali, oppure otto uscite digitali più due uscite analogiche. I quattro ingressi veloci possono elaborare segnali a impulsi fino a 100 kHz.

Gli ingressi analogici possono accettare segnali 4–20 mA, 0–10 V, Pt1000 e NTC/PTC, oltre ad altri tipi di segnale configurabili. Ciò consente di collegare direttamente al controllore sensori di temperatura e altri dispositivi di campo analogici senza dover necessariamente utilizzare un dispositivo separato per la conversione del segnale. La velocità massima specificata di aggiornamento degli ingressi analogici è di 1 ms.

Il controllore può inoltre essere ampliato con un massimo di due moduli di espansione PRM. Le interfacce per la programmazione e la configurazione includono MicroUSB, Ethernet e RS-485, mentre gli algoritmi di controllo vengono sviluppati utilizzando l’ambiente di programmazione akYtec ALP. Il controllore dispone di un orologio in tempo reale integrato per funzioni quali la programmazione degli orari.

Il PR103 funziona con una tensione nominale di alimentazione di 24 V CC, con un intervallo di alimentazione specificato da 9 a 30 V. Il suo intervallo di temperatura operativa è compreso tra -40 °C e +55 °C. Il dispositivo per montaggio su guida DIN misura 123 × 108 × 58 mm e dispone di un involucro con grado di protezione IP20.

Per un produttore OEM di barriere d’aria, questa combinazione di ingressi digitali, ingressi analogici per la temperatura, uscite e comunicazioni industriali consente di integrare in un’unica architettura di controllo funzioni quali il monitoraggio dei contatti delle porte, la misurazione della temperatura, il controllo del ventilatore, il controllo del riscaldamento e la comunicazione con apparecchiature di supervisione.

Personalizzazione OEM dal software all’hardware
Il progetto illustra un modello di sviluppo nel quale una piattaforma di automazione standard fornisce l’hardware di controllo di base, mentre gli elementi specifici del produttore OEM vengono implementati attraverso adattamenti del software, dell’interfaccia utente e dell’hardware.

akYtec dichiara che il periodo tipico dalla richiesta iniziale alla disponibilità di un dispositivo personalizzato pronto all’uso è di circa due mesi. L’azienda offre versioni senza il marchio akYtec e versioni con etichettatura personalizzata del cliente.

Il servizio OEM comprende inoltre modifiche al software, adattamenti degli algoritmi del dispositivo e sviluppo di circuiti stampati personalizzati. Ciò consente di estendere la personalizzazione oltre la sola programmazione quando la configurazione standard del controllore non corrisponde pienamente ai requisiti del produttore dell’apparecchiatura.

Per i produttori che realizzano diversi modelli di barriere d’aria, il software specifico per l’applicazione può inoltre consentire di configurare una piattaforma hardware comune per differenti requisiti operativi. Il livello di riutilizzo dipende dalla configurazione degli ingressi e delle uscite, dalla tecnologia di riscaldamento, dai sensori, dagli attuatori e dai requisiti di comunicazione di ciascuna famiglia di prodotti.

Contesto aggiuntivo:
questa sezione presenta specifiche tecniche e un confronto competitivo non inclusi nell’annuncio originale del prodotto

Il PR103 si colloca nel segmento dell’automazione compatta, tra i relè programmabili tradizionali e le architetture PLC di impiego più generale. La combinazione di ingressi analogici, diverse interfacce di comunicazione e possibilità di espansione lo rende adatto ad applicazioni che richiedono più delle semplici funzioni di commutazione digitale.

È possibile effettuare un confronto diretto con piattaforme di automazione compatte come Siemens LOGO! 9 e Schneider Electric Zelio Logic SR2/SR3, sebbene i prodotti presentino architetture e caratteristiche differenti.

Il PR103 dispone di sei ingressi digitali standard più quattro ingressi digitali veloci, sei ingressi analogici e fino a 10 uscite digitali. Una configurazione aggiunge due uscite analogiche al posto di due delle uscite digitali. Integra inoltre Ethernet con Modbus TCP e due interfacce RS-485 che supportano Modbus RTU/ASCII. È possibile collegare fino a due moduli di espansione PRM.

Zelio Logic SR2/SR3 di Schneider Electric è una piattaforma di relè intelligente comparabile destinata alle piccole applicazioni di automazione. Schneider Electric specifica fino a 26 ingressi e uscite in un involucro da 124,6 × 90 × 59 mm, con configurazioni da 6, 10 o 14 ingressi e uscite discreti e ingressi e uscite analogici disponibili tramite moduli di estensione. Modbus ed Ethernet vengono forniti tramite moduli di comunicazione, anziché attraverso la stessa configurazione di comunicazione integrata utilizzata dal PR103.

Siemens LOGO! 9 adotta un approccio differente, combinando un controllore logico compatto con connettività Ethernet integrata e ingressi e uscite scalabili. Siemens specifica un’espansione del sistema fino a 64 ingressi digitali, 60 uscite digitali, 16 ingressi analogici e 16 uscite analogiche. LOGO! 9 supporta inoltre direttamente Modbus TCP/IP e MQTT e integra un server web per il monitoraggio e la visualizzazione.

Il confronto mostra che nessuna singola specifica determina quale piattaforma sia preferibile per un’applicazione a barriera d’aria. I criteri rilevanti comprendono il numero e il tipo di segnali analogici e digitali, la possibilità di collegare direttamente i sensori di temperatura, la disponibilità di Ethernet e della comunicazione seriale, i requisiti di espansione, l’ambiente di programmazione e il livello di personalizzazione OEM richiesto.

Per l’applicazione descritta da akYtec, il PR103 combina sei ingressi analogici, diversi canali di I/O digitali, due interfacce RS-485 ed Ethernet in un unico controllore per montaggio su guida DIN. Questa configurazione può ridurre il numero di componenti di interfaccia separati necessari quando un sistema a barriera d’aria richiede la misurazione della temperatura, il monitoraggio dello stato della porta, il controllo del ventilatore e del riscaldamento e la comunicazione con apparecchiature di automazione esterne.

Anche i requisiti tecnici della barriera d’aria stessa rimangono importanti. Le ricerche pubblicate identificano la velocità di uscita, l’angolo di mandata, la differenza di pressione, la differenza di temperatura e la geometria dell’apertura come fattori chiave che influenzano le prestazioni della barriera d’aria. Di conseguenza, il valore del controllore consiste principalmente nel coordinare le apparecchiature in base ai requisiti operativi definiti, piuttosto che nel determinare l’efficacia della barriera d’aria indipendentemente dalla progettazione meccanica e aerodinamica.

Redatto da Sucithra Mani, redattrice di Induportals – adattato con l’ausilio dell’IA.

www.akytec.com