Come è nata l'idea?

Nel 2003 frequentavo la classe 3° elettrotecnica presso l'ITIS G.Marconi di Cagliari; a fine anno dovevamo essere capaci di realizzare degli automatismi in logica cablata o in in logica programmata utilizzando il LOGO! (un piccolo PLC della Siemens). In TDP ci venne chiesto di progettare la parte elettrica per il controllo della barriera d'ingresso di un parcheggio. La richiesta si limitava però al controllo del motore tramite i finecorsa e al conteggio dei veicoli entrati rilevati da una fotocellula, quindi ho deciso di complicarmi la vita e di fare qualcosa di più impegnativo.

Cosa ho pensato di realizzare?

All'inizio non sapevo bene quanto fare grande il parcheggio nell'insieme perchè, se troppo piccolo, diventava difficile realizzare la parte meccanica ma, se troppo grande, non sapevo dove avrei potuto conservarlo, quindi, rinunciando a realizzare tutte le parti nella stessa scala, decisi di lasciar perdere la parte del piazzale e di costruire le due barriere su due basi diverse collegate fra loro da due fili di alimentazione e un cavo multipolare per lo scambio dei segnali. 

Deciso di fare i pezzi in scala 1:10 cominciai a procurare i materiali (di recupero chiaramente). Il progetto dell'impianto elettrico era già tutto in mente, dovevo solo metterlo nero su bianco.

Descrizione del processo:

All'ingresso e all'uscita del parcheggio ci sono due barriere che consentono alle auto di entrare o uscire, una per volta; la chiusura della barriera avviene appena il veicolo è completamente transitato.

La barriera d'ingresso si apre se viene premuto un pulsante, posto prima della sbarra, e se ci sono posti liberi all'interno del parcheggio.

Due fotocellule, poste ciascuna dopo le relative sbarre, rispetto alla direzione dei veicoli che transitano, rilevano il passaggio dei veicoli. Il PLC si occupa di contare quante macchine entrano nel parcheggio e quante ne escono e, conoscendo il numero di posti del parcheggio, segnala la disponibilità o meno di posti con un semaforo posto prima della barriera d'ingresso. Se il parcheggio è pieno si accende la luce rossa del semaforo e viene negato l'accesso. Appena un veicolo esce, visto che si è liberato un posto, il semaforo ritorna verde e l'ingresso è di nuovo consentito.

Descrizione della soluzione adottata:

Come unità centrale di controllo è stato scelto un PLC Siemens S7-200 CPU 214 che come vedremo risulterà utilizzato in gran parte delle sue potenzialità.

E' stata scartala la soluzione di un quadro il logica cablata (quadro elettromeccanico) perché molto più complessa e più costosa, più ingombrante e poco flessibile.

Un'altra soluzione scartata è quella di utilizzare una scheda elettronica a microprocessore (es. PIC), in quanto, benché molto più economica di componenti, è molto dispendiosa nella progettazione del circuito, realizzazione della scheda, e stesura del software, quindi giustificata solo per una produzione in serie.

Software del PLC.

I segnali in ingresso al PLC sono:

-I pulsanti di Ingresso, Uscita, ed Emergenza (n° 3)

-Le fotocellule di Ingresso e Uscita (n° 2)

-I finecorsa dei motori (n° 4)

I segnali in uscita dal PLC sono:

-Il comando dei teleruttori dei motori (n° 4)

-Le luci lampeggianti che segnalano il pericolo per sbarra in movimento (n° 2)

-Il semaforo (n° 2)

Comando dei motori:

Per l'azionamento delle sbarre si sono utilizzati motori recuperati dai tergicristalli di una FIAT 126; sono motori in corrente continua a 12V muniti di un meccanismo di riduzione a vite senza fine. Su quest'asse ridotto abbiamo fissato la sbarra. Col motore fermo la sbarra resta bloccata grazie al meccanismo della vite senza fine. Della rotazione di quest'albero si utilizza solo 1/4 di giro.

Il comando in un senso o nell'altro del motore, viene risolto mediante due relè che provvedono ad alimentarlo direttamente o invertendo la polarità.

La particolare configurazione circuitale impedisce che  il motore si trovi contemporaneamente alimentato per girare in entrambi i sensi e si crei quindi un corto circuito.

Alimentando la bobina K1 si ha l'apertura della barriera, alimentando K1 e K2 si ha la chiusura.

Schemi elettrici.

In aggiunta ogni motore ha un quadro di comando locale che: consente la manovra della sbarra in caso di guasto al PLC, protegge il motore mediante un fusibile, consente di regolare la velocità di movimento della sbarra agendo semplicemente sulla manopola di un potenziometro. In caso di mal funzionamento del PLC o di disattenzione nella manovra manuale della sbarra, degli ulteriori finecorsa impediscono che la sbarra, continuando a ruotate, danneggi i sostegni e se stessa.

Disegni parti meccaniche.

Iniziano i lavori:

In questa foto sto provando la velocità della sbarra in funzione della tensione di alimentazione. Visto che il mio alimentatore è munito di amperometro, tengo sotto controllo la corrente, provo a metterlo un pò sotto sforzo...

Il piano su cui sto lavorando è un ripiano di legno truciolare nobilitato. Gli ho incollato due listelli sulla faccia inferiore per far spazio alla canaletta con i cavi.

Come si può vedere, ho già fissato la sbarra e gli zoccoli per i relè del motore. 

Il pezzo di legno buttato sulla destra è il muretto di recinzione del parcheggio, io stò facendo i fori sulla base per le viti che terranno il muretto attaccato a terra.

Finalmente inizia la parte elettrica. In questa foto sto cablando i finecorsa, il pannello di controllo locale, il motore e i relativi relè.

Qualche saldatura. Se guardate bene l'orologio che c'è in fondo segna l'una di notte! Quando mi metto a fare qualcosa poi è difficile smettere prima di aver finito! e l'ultimo giorno di scuola stava per arrivare.

Ecco la zona dell'ingresso quasi finita. Ho montato i muretti, la lampadina gialla, una piccola morsettiera e il PLC.

Nella foto di sopra l'opera sembra quasi finita, ma in realtà guardate quanti collegamenti ci sono ancora da fare!

Dopo diverse ore di lavoro (soprattutto mentale!), il fondo comincia ad assumere un aspetto più ordinato.

Il connettore a venticinque pin serve per collegare i pannelli fra loro.

Il cablaggio al PLC e alla morsettiera di alimentazione è concluso.

Il circuitino su piastra mille fori è il ricevitore della fotocellula (autocostruita).

Vi piace il semaforo?

La foto a destra è la barriera d'uscita. Si notano bene la fotocellula e il pulsante per l'uscita.

Il parcheggio finito e riposto su uno scaffale.