Proiectarea Automatelor cu Stari Finite In Logica Cablata Si Logica Programata

INTRODUCERE

Pana in secolul XX, oamenii erau folositi ca metoda de control al unui sistem. Incepand cu secolul XX, cu ajutorul electricitatii, acest control s-a bazat pe relee, ele ajutand la pornirea si intreruperea energei electrice, fara sa se foloseasca un intrerupator mecanic.

Evolutia tehnologiei si a calculatoarelor, plus folosirea releelor pentru a controla sisteme de complaxitate mica si medie, au dus la aparitia PLC-urilor. PLC-urile au adus posibilitatea de a simula in timp real diverse aplicatii industriale. Aceste simulari au redus intr-un procentaj foarte mare eventualele defectiuni sau blocaje ale sistemului care puteau aduce pagube mari. De asemenea costurile si timpul de implementare a unui proces de automatizare au fost reduse deoarece s-a redus semnificativ consumul masiv de materiale pentru anumite teste/simulari.

La sfarsitul anilor ’60, odata cu aparitia microprecesoarelor, functionalitatile PLC-urilor au fost dezvoltate pentru tot mai multe aplicatii, constul, gabaritul si consumul de energie fiind reduse semnificativ. Dezvoltarea PLC-urilor a dus la implementarea lor in marea majoritate a ariilor industriale.

In anii 90, productia de PLC-uri era foarte mare, avand diverse limbaje de programare cum ar fii Ladder Diagram, Structure text, etc. Cele mai cunoscute firme de PLC-uri erau Siemens, ABB, Schneider, Moeller.

CAPITOLUL I.

CONSIDERATII TEORETICE

Scurt istoric

Înainte de apariția circuitelor logice cu semiconductori, sistemele logice de control erau proiectate și realizate exclusiv cu relee electromecanice. Sistemele și procesele ce necesită un control de tip „pornire/oprire” abundă în industria modernă, dar aceste sisteme sunt foarte rar realizate cu ajutorul releelor electromecanice sau a porților logice discrete. În schimb, sunt folosite calculatoare digitale ce pot fi programate și pot realiza o varietate de funcții logice.

MODICON-ul și apariția PLC-urilor

La sfârșitul anilor 1960, o companie americană pe nume Bedford Associates, a lansat un dispozitiv de calcul denumit MODICON. Ca și acronim, acesta s-ar traduce prin „controler digital modular”. Acesta a devenit mai târziu și numele diviziei care se ocupa cu proiectarea, realizarea și vânzarea acestor calculatoare de control speciale. Desigur, au existat mai apoi și alte companii care au dezvoltat propriile lor variante ale acestui dispozitiv. Până la urmă, acest dispozitiv a primit denumirea de PLC (Programmable Logic Controller), sau, în traducere, automat programabil. Scopul unui PLC a fost de a înlocui releele electromecanice ca și elemente de logică, locul lor urmând a fi luat de calculatoare digitale semiconductoare. Un program stocat în memoria calculatorului este capabil să simuleze funcții logice realizate înainte prin interconectarea unui număr mare de relee electromecanice.

Sistemele automate de control a proceselor sunt un conglomerat de dispozitive electronice care conferă stabilitate, acuratețe și performanță. Sistemele de operare pot avea diverse forme de implementare pornind de la surse de alimentare și până la mașini. Fiind un rezultat rapid a progresului tehnologic, cele mai complexe operații au fost rezolvate prin conectarea în sistem a unor automate programabile și unități centrale de proces.

"General Motors" a fost prima companie care a recunoscut nevoia înlocuirii tehnicii de cablare clasică a panourilor de automatizare. Înlocuirea vechi tehnologii de cablare a panourilor de automatizare a sporit competiția producătorilor de autoturisme prin creșterea productivității și calități. Nu numai industria auto a avut de câștigat de pe urma noii tehnologii. Flexibilitatea, întreținerea ieftină și ușoară, dar și posibilitatea schimbării rapide a ciclurilor de producție a devenit o necesitate crucială în actuală evoluție a economie de piață.

Ideea companiei "General Motors" a constat în implementarea logicii cablate într-un microcalculator, logică care a înlocuit tehnica clasică de cablare a releelor. În majoritatea aplicațiilor, microcalculatorul are la bază soluții cu microcontrolere pe 8 sau 16biți, în funcție de complexitatea sistemului de automatizare..

Divizia Hidromatic de la General Motors a recunoscut necesitatea implementării noii tehnologii și astfel a pus bazele primului proiect cu automat programabil (au mai fost câteva companii în lume care au creeat dispozitive capabile să controleze procese industriale, dar aceste dispozitive electronice erau niște simple controlere secvențiale și nu PLC-uri așa cum le cunoaștem noi astăzi).

Noile dispozitive trebuiau să aibă anumite caracteristici: să funcționeze corect în medii industriale (vibrații, temperaturii ridicate, praf etc.), să fie flexibile și de dimensiuni reduse ca un computer și să permită reprogramarea acestora daca se dorea realizarea altor operații. Ultimul criteriu și cel mai important era acela ca noile dispozitive să poată fi programate și întreținute ușor de către electricieni și tehnicieni. După ce cerințele au fost trasate, General Motors a căutat companii interesate care pot să proiecteze aceste dispozitive în corelație cu aplicațiile unde urma să fie implementate.

"Gould Modicon" a dezvoltat primul dispozitiv care respecta aceste specificații. Cheia succesului a fost aceea că pentru programare nu era necesar învățarea unui limbaj de programare. Programare se efectua într-un limbaj asemenea schemelor clasice monofilare (ladder diagram), cu particularitățile proprii.

Inițial, PLC-urile s-au numit PC Controllers sau controlere programabile. Această denumire se confunda de multe ori cu numele de calculator personal (PC). Pentru a elimina această confuzie, denumirea “PC” a fost atribuită doar calculatoarelor personale iar controlerele programabile s-au denumit “programmable logic controllers” sau simplu: PLC.

La început PLC-urile au fost dispozitive simple. La intrările acestora erau conectate comutatoare, senzorii digitali etc, iar la ieșiri se comanda pornirea și oprirea funcționării altor dispozitive. Când au apărut primele PLC-uri acestea nu erau capabile să controleze procese mai complexe, cum ar fi: controlul temperaturii, a poziției, presiunii etc. Cu toate acestea, odată cu trecerea anilor, au apărut și PLC-uri care au fost capabile să realizeze aceste funcții. În prezent, automatele programabile sunt capabile să controleze procese foarte complexe, inclusiv controlul poziției. Modul de realizare și programare a acestora a fost mult îmbunătățit. Au fost concepute module speciale care atașate PLC-ului pot lărgi aria de operabilitate a acestuia. Un exemplu în acest sens este modulul de comunicație, care permite interconectarea mai multor automate programabile.

Aceste automate programabile (PLC – Programabille Logic Controller), pe lângă conexiunile cu instrumentele de măsură și senzorii din procesul de automatizare, vor trebui să permită comanda intregului proces și ceea ce este și important, să comunice operatorului stările procesului prin semnale vizuale și sunet și/sau printr-o rețea de comunicație la un computer local. Aceste caracteristici permit exploatarea automatizării la un înalt grad de flexibilitate, prin schimbarea și monitorizarea mult mai comodă a parametrilor de bază a procesului.

Fiecare componentă din sistemul de control a procesului joacă un anumit rol, în concordanță cu importanța sa.

Spre exemplu, fără niciun senzor, PLC-urile nu ar putea știi modul de variație în timp a parametrilor principali ai procesului (considerați parametri de intrare). În sistemele automate, PLC-urile sunt partea centrală a sistemului de control sau a automatizarii.

Fig.1.1.

Prin executarea programului înregistrat în memorie, PLC-ul monitorizează în mod continuu stările sistemului prin recepția semnalelor de la dispozitivele de intrare (senzori). Pe baza logicii implementată în program PLC-ul determină ce acțiune trebuie executată pentru a comanda un instrument. Pentru a comanda mai multe procese simultan este posibil să conectăm mai multe PLC-uri la o unitate centrală (un calculator). Un astfel de sistem este prezentat în fig.1.1

1.1. Panouri de automatizare clasice

La începutul revoluției industriale, în special în perioada anilor ’60, ’70, releele electromagnetice erau folosite la automatizarea proceselor sau a panourilor de automatizare, lucru ce necesita o densitate de cabluri foarte mare pentru interconectarea releelor. În anumite cazuri panoul de automatizare acoperea un perete întreg. Descoperirea unei erorii în sistemul de automatizare necesita foarte mult timp, cu atât mai mult cu cât crește și complexitatea instalației de automatizare.

În topul cauzelor defectării sistemului de automatizăre este releul electromagnetic, cu o durată de viață limitată datorată construcției și modului de operare. Deci, deranjamentele survenite în instalației erau cu preponderență cauzate de fiabilitatea scăzută a releelor din panoul de automatizare, fapt ce se concluziona prin înlocuirea frecventă a acestora. Înlocuirea frecventă a releelor conduce și la oprirea producției. Întreținerea era costisitoare, suprasolicitând și cei mai dibaci electricieni în depistarea și înlăturarea defectului.

De regulă, un panou de automatizare era folosit pentru conducerea unui singur proces și nu putea fi adaptat pentru cerințele noi tehnologii de lucru.

Într-un cuvânt, panourile de automatizare convenționale se dovedesc inflexibile, deoarece îmbunătățirea parametrilor de lucru a sistemului de automatizare se realiza prin schimbarea topologiei de funcționare a panoului și chiar a unor piese componente (lucru de altfel costisitor).

Un exemplu tipic de panou de automatizare convențional este prezentat în Fig.1.2.unde se observa un număr destul de larg de cabluri și conductoare electrice, relee (de timp, intermediare etc.) și alte elemente dintr-un panou de automatizare din perioada respectivă.

Fig. 1.2. Panou conventional de automatizare

Cele mai importante dezavantaje ale panourilor de automatizare convenționale sunt:

manopera costisitoare pentru interconectarea conductoarelor;

dificultăți în schimbarea sau înlocuirea componentelor;

dificultăți în găsirea erorilor – necesită forță de muncă cu experiență vastă și calificată;

atunci când survine o problemă, timpul pentru remediere nu se poate stabili cu exactitate, acesta fiind în majoritatea cazurilor lung.

1.2. PANOURI DE AUTOMATIZARE CU AUTOMATE PROGRAMABILE

1.2.1. Definiția PLC-ului

Un automat programabil (PLC) are mai multe intrări, prin intermediul cărora interpretează stări logice „înalte”, respectiv „joase”, stări transmise de senzori și comutatoare. De asemenea, există mai mulți terminali de ieșire, prin intermediul cărora dispozitivul transmite semnale „înalte” sau „joase” către contactoare, motoare, lămpi, sau orice alte dispozitive ce pot fi controlate prin intermediul semnalelor de tip „închis/deschis”. În încercarea de simplificare a modului de programare a PLC-urilor, limbajul de programare a fost proiectat astfel încât să semene cu diagramele ladder. Astfel, un inginer sau electrician obișnuit cu citirea diagramelor ladder, se poate adapta relativ ușor mediului de programare a PLC-urilor pentru realizarea acelorași funcții de control.

PLC-urile sunt „calculatoare industriale”, prin urmare, semnalele de intrare și de ieșire sunt de 120 V c.a, asemenea releelor electromecanice de control. Deși unele PLC-uri au intrări și ieșiri de c.c de amplitudini mai mici, aceasta este excepția și nu regula.

Odată cu invenția automatului programabil, s-au schimbat foarte multe în proiectarea sistemelor de control automate. Au apărut mai multe avantaje. Spre exemplu, în fig.2.1. este prezentat un panou modern de automatizare cu automat programabil (PLC).

Fig. 2.1. Panou de automatizare cu PLC

Avantajele panourilor de automatizare cu automate programabile se pot prezenta în căteva subpuncte:

În comparație cu un panou de automatizare clasic, numărul necesar de conductoare este redus cu 80%;

Consumul este foarte mult redus deoarece PLC-ul consumă mult mai puțin decât releele din panoul de automatizare convențional;

Funcția de detectare a erorilor din automatul programabil este foarte rapidă și foarte ușor de utilizat;

Schimbarea secvențelor de operare din cadrul aplicației este diferită de la proces la proces și poate fi făcută foarte ușor înlocuind sau modificând programul scris în automatul programabil cu ajutorul unui PC (aceasta acțiune nu necesită schimbarea conductoarelor sau recablarea panoului de automatizare – așa cum se întâmpla la panourile de automatizare clasice – ci se rezumă doar la interconectarea dispozitivelor necesare la intrarile și/sau ieșirile PLC-ului);

Panourile de automatizare cu PLC necesită câteva piese de schimb;

Este mult mai ieftin în comparație cu un sistem de automatizare clasic, deoarece fiind dotat cu un număr larg de intrări-ieșiri, se poate conecta un număr mare de periferice atunci când se dorește realizarea unor funcții complexe;

Repunerea în funcție a unui PLC se face mult mai repede și ușor decât orice releu electromecanic sau de timp.

Dintre dezavantajele lucrului cu automate programabile putem menționa:

aplicații ‘fixe’: unele aplicatii nu au nevoie de automat programabil datorita gradului foarte mic de complexitate neexistand astfel necesitatea achizitionarii unui automat programabil relativ sofisticat;

probleme de mediu: in unele medii exista temperaturi ridicate sau alte conditii care pot duce la deteriorarea automatelor programabile astfel ca acestea sunt greu sau chiar imposibil de utilizat;

funcționare “fixa”: daca nu apar schimbari in cadrul procesului de multe ori folosirea automatului poate fi mai costisitoare.

1.2.2. Etapele proiectării sistemelor de control automate

Adoptarea unui instrument sau un sistem care se doreste a fi automatiza. Sistemul automatizat poate să fie o mașină sau un proces mai mult sau mai puțin complex. La intrările sistemului va trebui sa se conecteze dispozitivele de intrare (senzori și/sau traductoare) care vor trebui sa transmită semnalele corespunzătoare la un automat programabil (PLC). Ca răspuns la aceste semnale, PLC-ul expedieaza un semnal, ca rezultat, la un dispozitiv extern (numit și de execuție), care controlează funcționarea sistemului sau procesului după diagrama de funcționare dorită. Această diagramă poate conține unul sau mai multe cicluri de funcționare a procesului.

Specificarea tuturor instrumentelor de intrare și ieșire care vor fi conectate la automatul programabil. Dispozitivele de intrare sunt comutatoare diverse, senzorii de temperatura, presiune și alte tipuri de traductoare. Dispozitivele de ieșire pot fi: bobine, valve electromagnetice, motoare, relee, instrumente de lumină și sunet etc. Urmând identificarea tuturor intrărilor și ieșirilor, după aceea acestea pot fi foarte ușor implementate în programul PLC-ului. Alocarea intrărilor și ieșirilor este o etapa importantă în realizarea propriu-zisă a programului. Pentru a ușura identificarea acestora, fiecărei intrării și ieșiri i se alege o denumire în corelație cu funcția preluată sau executată de automatul programabil.

Elaborarea programului ce urmează să fie implementat în memoria automatului programabil. Cea mai simplă metodă constă în elaborarea programului în mediul ladder diagram. Pentru acest lucru va trebui pentru început să vă alegem un automat programabil și un program de dezvoltare a aplicațiilor ce permite lucrul în modul ladder diagram. De regulă, orice producător de automate programabile oferă propria soluție software pentru programarea PLC-ului produs. Nu se poate folosi un soft de la un producător ca să programam un PLC de la un alt producător. Mai intervine aici și incompatibilitatea soluției de interconectare a echipamentelor (PC-PLC), diferită de la producător la producător de automate programabile. După realizarea programului acesta este scris în memoria PLC-ului. De regulă, în cazul proceselor industriale complexe, inainte să fie implementat în automatizare, după ce este programat, PLC-ul este testat pe un stand independent. Pe acest stand sunt depistate eventualele erori și apoi eliminate. Această metodă este întâlnită cu precădere în cazul “automatizărilor prototip”.

1.2.3. Generalitati privind constructia si functionarea PLC-urilor

Industria a început să recunoască necesitatea îmbunătățirii și creșterea productivității în perioada anilor ’60, ’70. Flexibilitatea a devenit de asemenea o preocupare majoră (capacitatea de a schimba rapid starile procesului și a remedia deranjamentul a devenit o cerință foarte importantă pentru sadisfacția clientului).

Liniie de producție automatizată din anii ’60, ’70 conțineau un număr destul de mare de cabluri electrice pentru controlul automatizării și în multe cazuri. Panoul clasic de automatizare conține un număr semnificativ de relee electromagnetice care realizează munca întregului sistem. Totuși, metoda clasică de cablare a panoului sau panourilor de automatizare implica existența un personal de întreținere și punere în funcție foarte calificat, personal care ar trebui să cunoască schema de automatizare și să interconecteze, cu ajutorul cablurilor, releele.

Un inginer trebuia să conceapă logic schema iar un electrician, având schema în față, trebuia să o implementeze cablând corespunzător releele. Unele scheme conțineau peste o sută de relee electromagnetice de diferite tipuri. Planul după care executa cablarea panoului de automatizare electricianul se numea schemă monofilară sau "ladder schematic". În schema monofilară era afișate toate componentele: comutatoare, senzori, valve, relee etc, pe care le găsim în sistemul de automatizare. Jobul electricianul era acela de interconectare a acestor componente.

Cea mai mare problema a acestei scheme de control o reprezentau releele electromagnetice. Instrumentele mecanice sunt cele mai predispuse uzurii datorită părților componente în mișcare. Dacă un releu se defecta, electricianul trebuia să verifice sau să examineze întregul sistem (întregul sistemul trebuia oprit până se depista și îndepărta cauza deranjamentului). Deci, o altă problemă a acestui tip de automatizare era timpul relativ mare a întreruperii funcționării sistemului în caz de deranjament. În plus, dacă se dorea schimbarea ciclurilor de funcționare a sistemului (chiar și o schimbare minoră), acest lucru se realiza cu costuri majore și pierderi mari de timp până când sistemul era din nou funcțional.

Așadar, această soluție “clasică” de execuție a sistemelor automate era foarte mult predispusă la conceperea unui lot de panouri de automatizare cu multe exemplare rebut. Introducerea automatelor programabile a eliminat din start acest dezavantaj.

1.2.4. Componentele automatelor programabile

PLC-ul este actualmente un sistem industrial cu microcontroler (inițial a fost numit procesor în loc de microcontroler) care se compune dintr-o partea hardware și software specifică și adaptată să funcționeze în medii industriale. Schema bloc este prezentată în fig.2.2. O atenție deosebită trebuie acordată separării galvanice a microcontrolerului față de partea de forță și execuție din mediul industrial.

Fig. 2.2.Schema bloc a unui PLC

Componentele pot diferi ca numar de la un exemplar la altul dar elementele care se regasesc in general sunt urmatoarele:

unitatea centrala: reprezinta partea cea mai importanta a automatului programabil si este compusa din 3 parti importante: procesor, memorie si sursa de alimentare. Prin intermediul acesteia se realizeaza practic conducerea intregului proces;

unitatea de programare: la ora actuala este reprezentata in multe cazuri de catre un calculator prin intermediul caruia pot fi scrise programe care apoi sunt incarcate pe unitatea centrala si rulate. In cazul in care se doreste o unitate mai usor de manevrat sunt puse la dispozitia programatorilor (de catre majoritatea firmelor) console (sisteme de gen laptop) prin intermediul carora pot fi scrise programe pentru automate;

modulele de intrare/iesire: permit interconectarea cu procesul primind sau transmitand semnale catre acesta. Acestea pot fi cuplate direct cu unitatea centrala sau prin control la distanta (daca este cazul pentru un anumit proces);

sina: dispozitivul pe care sunt montate unitatea centrala, modulele de intrare/iesire si alte module functionale aditionale (daca este cazul).

CAPITOLUL II

PROIECTAREA AUTOMATELOR CU STĂRI FINITE IN LOGICĂ CABLATĂ ȘI LOGICĂ PROGRAMATĂ

Sistemele de conducere cu stări finite pot fi realizate în logică cablată sau în logică programată. Sistemele realizate în logică cablată se caracterizează prin:

funcția realizată depinde de conexiunea dintre module, deci de cablaj

orice modificare a funcției realizată de sistemul de conducere necesita modificări hardware.

O abordare fundamentală deosebită de sinteză a sistemelor de conducere cu stări finite poartă denumirea de logică programată. în această categorie intră toate sistemele ce funcționează pe baza unui program înscris într-o memorie. Sistemele care operează pe bază de program sunt universale, în sensul că pot implementa orice funcții fără a necesita modificări de hardware. în acest caz pentru fiecare temă de proiectare activitatea constă în programarea memoriei sistemului.

Sistemele care lucrează pe bază de program conțin:

unitatea centrală care executa instrucțiile programului;

memorie în care se păstrează programul;

circuite de interfață cu ajutorul cărora sistemul de conducere comunică cu procesul.

2.1. Etapele procesului de proiectare a sistemelor de conducere

Deși logica programată se extinde tot mai mult în raport cu logica cablată, fiecare dintre ele prezintă avantaje și dezavantaje ceea ce face ca alegerea intre ele să nu fie o problemă ușoara. Sistemele în logică programată pot rezolva probleme de mare complexitate pentru care se prelucrează un volum mare de date cu algoritmi complecși. Sistemele în logică cablată permit obținerea vitezei maxime de răspuns. Acolo unde apar ambele cerințe se pot realiza sisteme mixte care să conțină atât parte de logică cablată, cât și parte de logică programată.

Etapele proiectării unui astfel de sistem pot fi reprezentate într-o diagramă împărțită în două părți: o parte de proiectare a sistemului în logică cablată și o parte de proiectare a sistemului în logică programată (Fig.2.1.).

Fig. 2.1. Diagrama proiectării unui sistem

In faza de definire a problemei se determină semnalele de intrare și de ieșire din sistem, viteza de variație a acestora, cantitatea și viteza de prelucrare cerută, tipul de erori si modul lor de tratare. În divizarea sistemelor în logică cablată și logică programată se pot întâlni 3 situații:

Există un număr mic de semnale de intrare și de ieșire și logica de prelucrare a acestora este simplă, astfel că un sistem cu logică cablată special construit este mai economic decât un sistem cu logică programată în configurație minimă;

Cerințele de performanță ale sistemului nu sunt deosebite și pot fi satisfăcute de un sistem in logică programată;

Logica de prelucrare a semnalelor este complexă și volumul de prelucrat este suficient de mare pentru a impune utilizarea unui sistem in logică programată, dar performanțele cerute nu pot fi satisfăcute de acesta. Se impune în acest caz ca o prelucrare parțială a semnalelor să fie realizată cu circuite logice specializate. în acest caz, se caută să se atribuie sistemului cu logică programată cât mai multe funcții de îndeplinit, astfel încât parte de logică cablată să fie cât mai simplă cu putință.

In cazul proiectării in logică cablată se parcurg următoarele etape:

Sistemul se imparte în blocuri folosind criterii funcționale sau poziționale. Se urmărește pe de o parte ca blocurile să fie de complexitate redusă pentru a putea fi mai ușor realizate și testate, iar pe de altă parte se urmărește ca numărul blocurilor să fie mic, astfel încât să nu apară probleme la interconectarea lor;

Etapa de sinteză a blocurilor în funcție de circuitele ce urmează a fi utilizate;

Celelalte componente se realizează utilizând plăci universale cu socluri de vrapare sau placi cu circuite imprimate. înainte de implantare, circuitele electronice sunt testate. Se realizează ulterior legaturile dintre plăci;

Testare blocurilor componente constă în verificarea funcționării separate
a acestora.

Pentru aceasta:

a. se vor simula blocuri ce nu au fost încă realizate;

b. se recomandă ca testarea să se facă în condiții cât mai apropiate de cele de lucru.

5. Testarea prototipului. în această etapă pot să apară conexiuni greșite datorate unor erori de sinteză. Orice modificare care trebuie adusă în această etapă va afecta o parte din sistem. Nu este exclus să apară necesitatea reproiectării întregului system;

6. Proiectarea produsului final poate necesita o perioadă de timp relative îndelungată în special dacă în faza de execuție a prototipului s-au utilizat plăci universale, iar produsul final se execută pe plăci cu circuite imprimate. Adeseori tot ciclul trebuie parcurs de mai multe ori până se obține un produs final acceptabil.

La proiectarea și realizarea sistemelor in logică programată se parcurg etapele:

Alegerea configurației microcalculatorului, care se va face pe baza analizei de sistem. în această etapa se determină numărul porturilor de intrare și a celor de ieșire, numărul dispozitivelor de transmisie a informațiilor, capacitatea memoriei, tipurile și numărul dispozitivelor de interfață cu procesul. Tot în această fază se face o analiză preliminară a performanțelor cerute sistemului și a măsurilor speciale care se iau in vedere în obținerea acestora.

Proiectarea programului, ce constă dintr-o descriere schematică a operațiilor pe care sistemul de calcul trebuie să le execute pentru a rezolva sarcinile ce-i revin.

Scrierea programului sursă se face în limbaj de asamblare sau în limbaj de asamblare superior.

Asamblarea programului – fază executată automat într-un sistem de calcul și are drept rezultat obținerea programului în cod mașină.

Testarea programului este o fază ce are drept scop asigurarea că programul execută corect sarcinile ce i-au fost impuse. Ciclul de scriere, asamblare și testare a programului se parcurge de obicei de mai multe ori până la obținerea unui program în cod mașină care funcționează corect.

În final trebuie verificat dacă programul scris satisface performanțele impuse prin tema de proiectare. Se verifică îndeosebi viteza de răspuns a sistemului. Dacă sistemul nu corespunde, în anumite condiții, cerințelor impuse, se încearcă optimizarea sistemului. Dacă nici în această situație nu se obțin rezultatele dorite, se reia analiza sistemului și se determină ce sarcini ale sistemului in logică programată pot fi relativ ușor rezolvate în logică cablată.

2.2. Clasificări ale automatelor programabile

Automatele programabile sunt structuri destinate conducerii proceselor industriale la realizarea cărora s-a urmărit eliminarea în cât mai mare măsură a structurilor logice cablate și înlocuirea acestora cu structuri logice programabile, cum ar fi: memoriile semiconductoare, rețelele logice programate, microprocesoarele și circuitele specializate programabile, compatibile cu acestea.

Datorită utilizării ei în aplicații industriale, o configurație de automate programabile conține în secțiunea dedicată aplicației o zonă de interfață realizată cu circuite de tip multiplexare/demultiplexare, memorare, separare galvanică și nivelului de semnal.

Pe de altă parte, structurile de automat programabil asociază configurației de conducere o interfață de dialog cu operatorul, permițându-i acestuia configurarea regimurilor de lucru și intervenții in situații speciale.

Există mai multe criterii de clasificare a automatelor programabile. Dupa criteriul dimensiunii magistralei de date, automatele programabile se clasifica în:

Automate programabile cu programare la nivel de bit, la care magistrala de date are capacitatea de un bit, iar prelucrarea se efectuează asupra unor operanzi de un bit. Automate programabile cu prelucrare a informației la nivel de cuvânt, care efectuează prelucrări logice și aritmetice asupra unor operanzi de "n" biți, unde n>8. Magistrala de date e dimensionată corespunzător.

Automate programabile mixte, care conțin două unități aritmetico-logice ce pot lucra cu operanzi de un bit sau de un cuvânt (n biți).

2.3. Structura unui PLC

Modul de conectare și de programare diferă puțin în funcție de modelul de PLC ales, dar aceste caracteristici sunt destul de similare pentru a permite o introducere „generală” a programării PLC-urilor.

Fig.2.2. Vedere frontala a unui PLC

Figura 2.2. este cea a unui PLC, văzut din față. Cei doi terminali L1 și L2 din partea superioară sunt pentru alimentarea circuitului intern al dispozitivului cu 120 V c.a. Cei șase terminali din partea stângă se folosesc pentru conectarea dispozitivelor de intrare, fiecare terminal reprezentând un „canal” diferit cu propria sa notație (X). Terminalul din stânga jos (common), reprezintă masa, ce se conectează la L2.

Semnalele de intrare

Fig.2.3. Semnalele de intrare in PLC

În interiorul carcasei PLC-ului, între fiecare terminal de intrare și terminalul de masă, există conectat câte un dispozitiv opto-izolator (LED). Acesta asigură o izolare electrică între semnalul logic „înalt” de la intrare și circuitul calculatorului, atunci când există o tensiune de 120 V c.a. aplicată între terminalul respectiv și masă. O intrare energizată poate fi „citită” prin intermediul unui LED aprins pe carcasa dispozitivului.

Semnalele de ieșire

Fig.2.4. Semnalele de iesire in PLC

Semnalele de ieșire sunt generate de circuitul intern al PLC-ului prin activarea unui dispozitiv de comutare (tranzistor, triac, sau chiar releu electromecanic), conectând terminalul „Source” cu oricare dintre terminalii de ieșire „Y”. Terminalul „Source” este la rândul său conectat de obicei la L1. Din nou, o ieșire energizată poate fi citită de pe PLC prin intermediul unui LED.

În acest fel, PLC-urile sunt o interfață între dispozitivele reale precum comutatoare, lămpi, motoare, etc.

2.4. Programarea PLC-ului

Logica circuitului este stabilită în interiorul PLC-ului prin intermediul unui program software. Acest program decide care ieșiri sunt energizate și sub ce condiții de intrare. Chiar dacă programul însuși pare a fi o diagramă logică, cu simboluri pentru relee și comutatoare, în realitate nu există astfel de dispozitive în interiorul PLC-ului. Acestea sunt doar contacte și bobine imaginare sau virtuale. Programul este introdus și vizualizat prin intermediul unui PC conectat la portul PLC-ului (programming port).

Să considerăm circuitul și programul alăturat. Atunci când comutatorul buton nu este apăsat, intrarea X1 a PLC-ului nu este alimentată. Urmărind programul, putem vedea un contact X1 normal-deschis în serie cu o bobină Y1. Puterea de pe bobina Y1 este și în acest caz zero. Prin urmare, ieșirea Y1 a PLC-ului rămâne de-energizată, iar lampa indicatoare conectată pe această ieșire nu se aprinde.

Apăsarea butonului însă, face ca intrarea X1 să fie alimentată. În acest caz, toate contactele X1 ce apar în program vor fi acționate. Energizarea intrării X1 va duce la închiderea contactului normal-deschis X1 alimentând bobina Y1. Când bobina Y1 a programului este energizată, ieșirea reală Y1 va deveni energizată, iar lampa conectată pe ieșire se va aprinde.

Trebuie înțeles faptul că atât contactul X1 cât și bobina Y1, conductorii de legătură și „puterea” ce apar pe afișajul PC-ul, toate sunt elemente pur virtuale. Acestea nu există ca și componente reale. Ele există doar ca și comenzi în interiorul programului unui calculator.

PC-ul este utilizat doar pentru vizualizarea și editarea softului PLC-ului, și nu este necesară prezența acestuia pentru funcționarea dispozitivului. Odată ce programul a fost încărcat în PLC de pe PC, calculatorul poate fi deconectat de la acesta, iar PLC-ul va continua să funcționeze conform instrucțiunilor programului. Afișajul (monitorul) calculatorului este redat în aceste figuri doar pentru a ajuta la înțelegerea principiilor de bază a funcționării PLC-urilor.

2.5. Reprogramarea funcțiilor unui PLC

Adevărata utilitate a PLC-ului o putem vedea atunci când dorim modificarea comportamentului unui sistem de control. Din moment ce PLC-ul este un dispozitiv programabil, comportamentul acestuia poate fi modificat prin schimbarea comenzilor. Nu este nevoie de o reconfigurare a componentelor electrice conectate la intrarea și ieșirea acestuia.

De exemplu, să presupunem că dorim ca circuitul de mai sus să funcționeze exact invers: apăsarea butonului duce la închiderea lămpii, iar eliberarea acestuia la aprinderea ei. Soluția „hardware” ar consta în înlocuirea comutatorului buton normal-deschis cu un comutator buton normal-închis. Soluția software, aplicabilă cu ajutorul PLC-ului, constă în modificarea programului, astfel încât contactul X1 să fie normal-închis în loc de normal-deschis.

Sistemul modificat, în cazul în care comutatorul nu este acționat (nu este apăsat), este prezentat în figura alăturată.

Când butonul este acționat, sistemul arată conform figurii alăturate.

2.6. Reutilizarea intrărilor

Un alt avantaj al implementării logicii de control în varianta software față de hardware, este că semnalele de intrare pot fi refolosite în interiorul programului ori de câte ori este necesar.

De exemplu, circuitul și programul alăturat sunt proiectate pentru a energiza lampa în cazul în care cel puțin două din cele trei comutatoare sunt acționate (închise) simultan.

Pentru realizarea unui circuit echivalent folosind relee electromecanice, ar fi trebuit să folosim trei relee cu câte două contacte normal-deschise fiecare. În total, am fi avut nevoie de șase contacte, câte două pe fiecare intrare. Folosind un automat programabil în schimb, putem refolosi intrările X ori de câte ori dorim prin intermediul soft-ului. Nu este necesară adăugarea unor noi componente, deoarece fiecare intrare cât și ieșire a unui PLC nu este nimic mai mult decât un simplu bit (0 sau 1) stocat în memoria digitală a dispozitivului. Nu există o limită teoretică a numărului de reutilizări ai acestor biți.

Mai mult, din moment ce fiecare ieșire este, la fel, doar un bit stocat în memoria PLC-ului, putem adăuga contacte (virtuale) în interiorul programului. De exemplu, putem adăuga un contact acționat de ieșirea Y a PLC-ului.

2.7. Controlul pornirii/opririi motorului electric

In figura de mai jos este prezentat un sistem de control al pornirii și opririi unui motor.

Comutatorul buton conectat la intrarea X1 este utilizat pentru pornirea motorului, iar comutatorul conectat la intrarea X2 pentru oprirea acestuia. Un contact adițional (virtual), adăugat în interiorul programului și denumit Y1, utilizează bobina de ieșire ca și contact de reținere. Contactorul motorului continuă să fie energizat chiar și după ce butonul „start” este eliberat. Contactul X2 normal-închis este colorat, ceea ce înseamnă ca este închis și conduce energie electrică.

2.7.1. Pornirea motorului

Dacă apăsăm butonul de „start”, intrarea X1 se va energiza, închizând contactul X1 din program. Bobina Y1 va fi energizată și se va aplica o tensiune de 120 V c.a. pe bobina contactorului motorului. Contactul paralel Y1 se va închide și el, iar circuitul va rămâne într-o stare energizată.

Dacă eliberăm contactorul „start”, contactul X1 normal-deschis se va reîntoarce la poziția sa normală (deschis). Motorul va continua însă să funcționeze, deoarece contactul de reținere intern Y1 continuă să alimenteze bobina Y1, care menține la rândul ei energizată ieșirea Y1.

2.7.2. Oprirea motorului

Pentru a opri motorul, trebuie să apăsăm pentru o durată scurtă comutatorul „stop”. Acesta va energiza intrarea X2 și va deschide contactul (virtual) normal-închis. Continuitatea circuitului înspre bobina Y1 va fi întreruptă.

Când butonul de „stop” este eliberat, intrarea X2 se de-energizează. Contactul X2 se reîntoarce în poziția sa normală (închis).

Motorul nu va reporni însă până când comutatorul de „start” nu este acționat, datorită „pierderii” contactului de reținere Y1.

2.8. Auto-protecția

Desigur, proiectarea PLC-urilor astfel încât să conțină elemente de auto protecție este la fel de importantă precum în cazul sistemelor cu relee electromecanice. Va trebui tot timpul să luăm în considerare efectele unui circuit deschis (distrugerea firelor conductoare, de exemplu) asupra dispozitivelor controlate. În exemplul de mai sus, avem o problemă: în cazul în care conductorul comutatorului de intrare X2 (butonul de stop) prezintă un defect (circuit deschis), nu vom putea opri motorul!

Soluția acestei probleme constă în inversarea logicii între contactul X2 din interiorul programului PLC-ului și comutatorul „stop”. Când butonul „stop” nu este acționat, intrarea X2 este energizată, închizând contactul X2 din interiorul programului. Acest lucru permite pornirea motorului atunci când intrarea X1 este energizată, și permitea funcționarea acestuia chiar și atunci când butonul „start” este eliberat. Când butonul „stop” este acționat, intrarea X2 se va de-energiza, deschizând contactul X2 din soft-ul PLC-ului și oprind motorul. Prin urmare, nu există nicio diferența din punct de vedere funcțional între această variantă și cea precedentă.

Totuși, în caz de defect al conductorului pe intrarea X2 (circuit deschis), intrarea X2 va fi de-energizată. Efectul este similar acționării butonului de „stop”, rezultatul fiind oprirea imediată a motorului în caz de defect. Această variantă este mult mai sigură decât cea precedentă, în care, același tip de defect ar conduce la imposibilitatea opririi motorului.

2.9. Relee de control

Pe lângă elementele de intrare (X) și de ieșire (Y), PLC-urile conțin bobine și contacte ce nu a legătură propriu-zisă cu exteriorul. Acestea sunt folosite asemenea releelor de control (CR1, CR2, etc.) pentru asigurarea unui semnal logic inversor în caz de nevoie.

Pentru demonstrarea funcționării unui asemenea tip de releu „intern”, să consideram circuitul și programul alăturat. Acesta este proiectat pentru a simula o poartă ȘI-negat cu trei intrări. Din moment ce elementele unui program PLC sunt desemnate printr-o singură literă, vom nota releul de control intern cu C1 și nu cu CR1.

În acest circuit, lampa va rămâne aprinsă atâta timp cât oricare dintre butoane rămâne ne-acționat (eliberat). Pentru a opri lampa, va trebui să acționăm (apăsăm) toate cele trei butoane.

Un mare avantaj al automatelor programabile, avantaj ce nu poate fi duplicat cu ajutorul releelor electromecanice, constă în posibilitatea supravegherii și controlului la distanța a dispozitivelor prin intermediul rețelelor de calculatoare.

2.10. Automate programabile cu prelucrare la nivel de bit

Configurații de bază

Automatele programabile cu prelucrare la nivel de bit implementează structuri complete de automate finite permițând o serie de extensii funcționale de tipul: calcul aritmetic, temporizări, contorizări etc.

Rezultă că automatele programabile de acest tip îndeplinesc sarcini de conducere proprii echipamentelor de comandă discretă a proceselor industriale, permițând detectarea schimbărilor valorilor unor semnale furnizate de elemente de tipul: butoane cu menținere, butoane cu autorevenire, comutatoare basculante, limitatoare de cursă, etc. și prelucrarea informațiilor furnizate de aceste elemente pe baza unui program înscris într-o memorie în vederea emiterii semnalelor de ieșire care comandă elemente de tipul: contactoarelor, releelor, electroventilelor, elementelor de semnalizare, etc.

Modul de conectare al unui automat programabil cu prelucrarea informației la nivel de bit, la un proces, este următorul:

Fig. 2.2. Automat programabil cu prelucrarea informației la nivel de bit

Structura minimală a unui sistem de conducere a proceselor cu automate programabile cu prelucrări la nivel de bit este formată din trei unități de bază:

Procesorul central de prelucrare logică a programului rezident în memoria program;

Modulele de intrare-ieșire ce realizează cuplarea cu procesul condus;

Consola de programare ce permite configurarea sistemului de conducere.

Procesorul central (logic) de prelucrare a informațiilor e compus dintr-o unitate centrală, memoria program, memoria pentru stocarea temporară a datelor, module de temporizare/contorizare și din blocurile de multiplexare și demultiplexare a canalelor de intrare, respectiv ieșire. Unitatea centrală, ce cuprinde: circuite de prelucrare logică a informației, acumulatorul și bistabile de condiție (fanioanele), este realizată fie cu componente discrete, fie cu ajutorul microprocesoarelor și prelucrează operanzi pe un bit conform instrucțiunilor din memoria program.

Memoria program este o memorie fixa de tip PROM sau EPROM, având o modularitate de lkcuvânt (32 de biti/cuvant). Memoria de date este de tip RAM și este protejată împotriva căderii tensiunii de alimentare, fiind alimentată în tampon, pe baterie de acumulatori, cu autonomie de 36-72 ore.

Modulele de temporizare/contorizare au la bază numărătoare programabile sau circuite de tip mono stabil și asigură temporizări de la valori de ordinul milisecundelor până la valori de ordinul orelor, sau contorizări de evenimente din proces.

Modulele de intrare/ieșire realizează o adaptare statică cu izolare galvanică a semnalelor vehiculate de automatele programabile la canalele informaționale asociate procesului condus și sunt echipate, în general, cu elemente octoelectronice de vizualizare a stării acestor canale.

Modulele de intrare/ieșire acceptă, respectiv generează, semnale în curent continuu sau curent alternativ standardizate în funcție de nivelul de tensiune (5, 24, 48, 110V în curent continuu sau 110 și 220V în curent alternativ), de curentul asociat fiecărui canal (treptele fiind de: 6mA, 0,15A, 0,5A, IA, 2,5A) și de numărul de canale de intrare sau ieșire (8, 16, 24, 32), dar pot exista în structura acestor module și circuite specializate ce permit schimbări de formate de date, conversii serie-paralel, afișări alfa-numerice, etc.

Modulele de intrare transformă semnalele referitoare la starea procesului condus și comenzile operatorului în semnale logice (nivele TTL), filtrează aceste semnale și efectuează, dacă este cazul, conversii de tip serie-paralel sau paralel-serie.

Modulele de ieșire convertesc semnalele logice în nivele de tensiune cuprinse, în general, între 24-220V și efectuează, la rândul lor, dacă este cazul, conversie de tip serie-paralel.

Consola de programare are în structura sa o memorie de tip RAM în care e memorat programul în faza de experimentare. Programul validat este apoi transferat în memoria program a automatului.

CAPITOLUL III

CONSTRUCTIA UNUI DEMO-CASE FOLOSIND UN AUTOMAT PROGRAMABIL DE TIP 07 KT 98

3.1. Scopul lucrarii

Principalul obiectiv al lucrării și principala contribuție a acestei teze a fost construirea unui DEMO-CASE folosind un automat programabil de tip 07KT98 pentru studiul automatizarilor in domeniul industrial.

Acest DEMO –CASE va fi proprietatea firmei BEESPEED AUTOMATIZARI si va fi folosit pentru testarea functionarii diverselor programe si echipamente (motoare, electrovane etc).

3.1.1. Descrierea firmei

S.C. BEESPEED AUTOMATIZARI S.R.L., infiintata in 1994, produce echipamente moderne pentru actionari electrice reglabile (AER) aplicate motoarelor asincrone, prin convertoare de frecventa intr-un spectru de putere pornind de la 1.1kW pana la 1MW (si deasupra, in functie de cerinte), echipamente de distributie de putere (TGD), SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition), sisteme de monitorizare si automatizare (SPC), instrumentatie de proces.

BeeSpeed Automatizari ofera solutii tehnice – la cheie – pentru imbunatatirea performantelor si automatizarea proceselor industriale, reducerea consumurilor energetice si de materii prime, prin echipamente proiectate, executate si testate respectand cerintele de securitate in exploatare si de protectie a mediului.

Dintre produsele si serviciile oferite de S.C. BEESPEED AUTOMATIZARI S.R.L, mentionam:

Echipamente electrice pentru:

producerea / distributia de energie electrica pe JT si IT la parametrii optimi; actionarea motoarelor electrice la turatie variabila si integrarea lor in diverse bucle de reglaj;

monitorizarea, automatizarea si dispecerizarea proceselor complexe;

integrarea in statii containerizate de tratare / dezinfectie a apei;

Integrarea si distribuirea de aparataj si instrumentatie necesare proceselor industriale, cladirilor inteligente.

Servicii de inginerie pentru:

expertize si consultanta tehnica;

studii de fezabilitate;

proiectare cu realizare de prototipuri;

softuri pentru aplicatii industriale si SCADA;

asistenta tehnica la punere in functiune;

mentenanta preventiva si service pentru echipamente electrice.

3.2. Caracteristicile constructive ale DEMO – CASE

PLC-ul cu circuitele și componentele electronice prezentate in tabelul din Anexa 1, sunt încasetate într-un dulap metalic (Fig. 3.1.).

Fig. 3.1. Demo – Case – vedere din interior

Pe partea frontala (Fig. 3.2.) a usii dulapului se afla un comutator de tip pornit/oprit cu cheie; 6 LED-uri care se aprind in functie de comanda data de PLC; control panel pentru introducerea si citirea datelor; un buton ciuperca pentru oprirea alimentarii in caz de avarie; 4 selectoare ce comanda sensul si timpul de aprindere a LED-urilor.

Fig. 3.2. Vedere frontala a Demo – Case

3.3. Caracteristici fizice ale DEMO – CASE

Grad ridicat de protectie: IP65;

Masa neta: max.20kg;

Dimensiuni de gabarit: 500x400x200

3.4. Caracteristicile PLC-ului 07 KT 98

Furnizor: ABB

Tensiune de alimentare: 24 Vcc

Intrări digitale: 24 in 3 grupuri a cate 8 fiecare, izolate electric

Iesiri digitale: 16 iesiri de tranzistoare in 2 grupuri a 8 fiecare, isolate electric

Intrari/iesiri digitale: 8 intr-un singur grup, izolate electric

Intrări analogice: intr-un singur grup, individual configurabile pentru valori 0…10 V, 0…5 V, +10 V, +5 V, 0…20 mA, 4…20 mA, Pt100 (2-fire ori 3-fire), intrări diferențiale, intrări digitale

Iesiri analogice: 4 – intr-un singur grup, individual configurabile pentru valori 0…10 V, 0…20 mA, 4…20 mA

Interfețe seriale: COM1, COM2 ca interfete MODBUS, pentru programarea și testarea functiilor si ca interfețe liber programabile

Countere integrate de mare viteza, multe functii configurabile

Memorie SmartMedia Card pentru sistemul de operare, programul de utilizator și datelor utilizatorilor

Afișaje LED pentru condiții de semnal, stările de funcționare și mesaje de eroare baterie litiu 07 LE 90 pentru backup al datelor.

Dispozitiv de fixare pe șină DIN

Dispozitiv de fixare șuruburi

Terminalele de legare la pamana, tip Faston 6,3 mm

interfață ARCnet ( conector BNC)

interfata PROFIBUS-DP (SUB-D, 9-poli)

Clema de conexiune pentru tensiunea de alimentare 24 V cc

Compartimentul bateriei

24 intrări digitale în 3 grupe

24 LED-uri verzi pentru intrări digitale

8 intrări analogice configurabile individual, înun grup de 0 … 10 V, 0 … 5 V, ± 10 V ± 5 V, 0 … 20 mA, 4 … 20 mA, PT100 (2-fire sau 3-fire), intrări diferențiale, intrările analogice pot fi configurate individual de asemenea ca intrări digitale

16 ieșiri digitale de tranzistore în două grupe

16 LED-uri galbene pentru ieșiri digitale

8 intrări / ieșiri digitale într-un grup

8 LED-uri galbene pentru intrări / ieșiri digitale

4 ieșiri analogice configurabile individual ± 10 V, 0 … 20 mA, 4 … 20 mA

interfata serial COM1 (programare, MMC)

interfata serial COM2 (programare, MMC)

Conexiune pentru CS31 sistem Bus

Capacul interfeței (poate fi înlăturat numai pentru conectarea modulelor de comunicare)

Comutatorul RUN/STOP (Pornit/Oprit)

Display cu LED pentru CS31 system bus:

BA LED verde – Bus active

BE LED rosu – Bus error

RE LED rosu – Remote unit error

SE LED rosu – Serial unit error

Display cu LED pentru clasele de functionare si eroare

RUN LED – verde Programul functioneaza

FK1 LED – rosu Fatal error

FK2 LED – rosu Serious error

FK3 LED – rosu Light error

Alte afișaje LED-uri

suprasarcină-LED roșu – scurt-circuit

LED verde – Tensiunea de alimentare disponibil

LED roșu Batt. – Bateriile nu sunt eficiente

SmartMedia Card 07 MC 90 pentru sistemul de operare, programul utilizat și datele utilizate

CAPITOLUL IV

PROGRAMAREA PLC-ului

Pentru programarea PLC-ului s-a folosit softul AC 907 1131 oferit de firma ABB. Acesta este un software de programare ce stabileste 5 limbaje de programare utilizabile pentru programarea dispozitivelor de tip PLC:

Lista de instrucțiuni (IL)

Funcție Grafic Sequencial (SFC)

Schema bloc Funcție (FBD)

Textul structurat (ST)

Diagrama Ladder (LD)

Acest lucru face ca pachetul de software AC 907 1131 să fie unul unul dintre cele mai puternice instrumente de programare pentru automatizare distribuite sub Windows.

Acesta poate fi folosit pentru a generarea, testarea și programarea controlerelor logice programabile ale sistemului de automatizare ABB AC31.

Interfața software se bazează pe standardul Windows cu avantajele sale familiare, de exemplu:

meniuri pull-down pentru a alege funcții;

casete de dialog care conțin, printre altele, directoare de echipamente, fisiere si module;

Bare de meniu și bare de butoane grafice pentru generarea de programe chiar mai simple;

Funcțiile programului 907 AC 1131 variaza de la operatii logice simple AND/OR pana la funcții complexe, cum ar fi: funcții de control in bucla inchisa sau calcule aritmetice.

Mai multe metode de reprezentare sunt disponibile si pot fie executate, pentru a atinge maximum de claritate posibilă în programe complexe în toate fazele de programare, testare, punerea în funcțiune și documentație.

Acest lucru simplifică programarea structurată și, folosind un sistem modular de gestionare a programului, este de asemenea posibil de a reconstitui cu ușurință sau modifica subrutine în întregul program.

Întregul program pot fi furnizat direct cu comentarii – chiar și în mai multe limbi – permițând astfel ca funcții individuale ale programului sa fi reconstruite în orice moment.

In lucrarea de față s-a folosit aplicația Lista de instruțiuni – Instruction List (IL).

PROGRAM PLC_PRG

VAR

MODINIT1: MODINIT;

MOD1_RDY, MOD1_ERR, MOD1_REC, MOD1_SNE : BOOL;

MOD1_ERNO, MOD1_FCT : INT;

t1,t3,t4,t5,t6: TON;

frecventa: TIME;

t2: TON;

variabila1,variabila2,variabila3,variabila4,variabila5,variabila6: BOOL;

END_VAR

(* ***********************initializare com2 ca si slave******************************)

MODINIT1(

EN := TRUE,

COM := 2,

BAUD := 9600,

PTY := 0,

STOP := 1,

RTSCTRL :=FALSE,

TLS := 0,

CDLY := 0,

CHTO := 3,

MAST_SLV := 101);

(* iesirile lui modinit1*)

MOD1_RDY := MODINIT1.RDY;

MOD1_ERR := MODINIT1.ERR;

MOD1_ERNO := MODINIT1.ERNO;

MOD1_REC := MODINIT1.REC;

MOD1_SNE := MODINIT1.SND;

MOD1_FCT := MODINIT1.FCT;

IF intrare3=FALSE AND intrare4=FALSE THEN

frecventa:=t#500ms;

ELSE

IF intrare3=TRUE AND intrare4=FALSE THEN

frecventa:=t#200ms;

ELSE

IF intrare3=FALSE AND intrare4=TRUE THEN

frecventa:=t#100ms;

ELSE

IF intrare3=TRUE AND intrare4=TRUE THEN

frecventa:=t#50ms;

END_IF;

END_IF;

END_IF;

END_IF;

IF (intrare1=TRUE AND intrare2=FALSE AND t6.Q=FALSE) OR (intrare2=TRUE AND t2.Q=TRUE) THEN

variabila1:=TRUE;

ELSE

variabila1:=FALSE;

END_IF;

IF (intrare1=TRUE AND intrare2=FALSE AND t1.Q=TRUE) OR (intrare2=TRUE AND t3.Q=TRUE) THEN

variabila2:=TRUE;

ELSE

variabila2:=FALSE;

END_IF;

IF (intrare1=TRUE AND intrare2=FALSE AND t2.Q=TRUE) OR (intrare2=TRUE AND t4.Q=TRUE) THEN

variabila3:=TRUE;

ELSE

variabila3:=FALSE;

END_IF;

IF (intrare1=TRUE AND intrare2=FALSE AND t3.Q=TRUE) OR (intrare2=TRUE AND t5.Q=TRUE) THEN

variabila4:=TRUE;

ELSE

variabila4:=FALSE;

END_IF;

IF (intrare1=TRUE AND intrare2=FALSE AND t4.Q=TRUE) OR (intrare2=TRUE AND t6.Q=TRUE) THEN

variabila5:=TRUE;

ELSE

variabila5:=FALSE;

END_IF;

IF (intrare1=TRUE AND intrare2=FALSE AND t5.Q=TRUE) OR (intrare2=TRUE AND t1.Q=FALSE) THEN

variabila6:=TRUE;

ELSE

variabila6:=FALSE;

END_IF;

t1(IN := variabila1, PT:= frecventa);

t2(IN := variabila2, PT:= frecventa);

t3(IN := variabila3, PT:= frecventa);

t4(IN := variabila4, PT:= frecventa);

t5(IN := variabila5, PT:= frecventa);

t6(IN := variabila6, PT:= frecventa);

IF variabila1=TRUE THEN

iesire1:=TRUE;

ELSE

iesire1:=FALSE;

END_IF;

IF variabila2=TRUE THEN

iesire2:=TRUE;

ELSE

iesire2:=FALSE;

END_IF;

IF variabila3=TRUE THEN

iesire3:=TRUE;

ELSE

iesire3:=FALSE;

END_IF;

IF variabila4=TRUE THEN

iesire4:=TRUE;

ELSE

iesire4:=FALSE;

END_IF;

IF variabila5=TRUE THEN

iesire5:=TRUE;

ELSE

iesire5:=FALSE;

END_IF;

IF variabila6=TRUE THEN

iesire6:=TRUE;

ELSE

iesire6:=FALSE;

END_IF;

In lucrare, pentru conectarea PLC-ului cu PC-ul s-a folosit metoda de conectare RS-232C – conexiune locala, care are avantajul că poate fi conectată atât la PLC cât și la orice calculator care dispune de un port serial. Dezavantajele interfetei RS232 se referă la viteza de transfer de maximum 19,2 kbps și la distanță mică dintre echipamente ( de maximum 15 m).

Datorită faptului că echipamentele lucrează în timp real, comunicarea trebuie să decurgă în deplină sigurantă, fără erori si cu întârzieri cât mai mici.

4.1. Functionarea PLC-ului

Functionarea PLC-ului este prezentata in Anexa 4. Cand contactul i1 se inchide, Lampa 1 se aprinde, moment in care timerul T1 incepe sa numere 500ms, dupa care se inchide contactul T1. Se va aprinde lampa 2 moment in care timerul T2 incepe sa numere 500ms, dupa care se va inchide contactul T2, aprinzand lampa 3. Timerul T3 incepe sa numere 500 ms dupa care se inchide contactul T3 aprinzand lampa 4…..cand se aprinde lampa 6, timerul T6 incepe sa numere 500 ms dupa care va deschide contactul T1, moment in care va reseta procesul, care va reporni imediat dupa resetare.

4.2. Functionarea DEMO – CASE

Alimentarea : 230Vca/50Hz;

De la rețea se alimenteaza siguranța F0;

Selectorul S1 alimentează DEMO-CASE-ul aprinzand lampa H0 (Prezenta tensiune);

Ciuperca S0 intrerupe alimentarea in caz de avarie;

Contactorul K1 ofera protectie la suprasarcina;

Pentru a putea alimenta PLC-ul se foloseste o sursa ABB CP-E 24Vcc/2.5A;

Sursa de cc alimenteaza setul de cleme X1, impartit in doua perechi a cate 5cleme (+/-) Anexa 3a;

Se alimenteaza PLC-ul U0, control panelul U1 Anexa 3b;

Se alimenteaza selectoarele S2, S3, S4, S5 – ce reprezinta intrarile digitale ale PLC-ului;

Din iesirile digitale ale PLC-ului se alimenteaza LED-urile H1- H6 Anexa 3c;

Selectorul S2 începe procesul de simulare aprinzând fiecare lampa la un interval de 500ms.;

Acționând selectorul S4 scade intervalul de timp de aprindere al lampilor scade la 200 ms.;

Oprind selectorul S4 și pornind selectorul S5 intervalul scade la 100ms, iar dacă atât selectorul S4 cât si S5 sunt pornite atunci intervalul de timp de aprindere al lămpilor este de 50 ms.;

Acționând selectorul S3 se va observa schimbarea de sens a aprinderii lămpilor.

CAPITOLUL V

CONCLUZII. APLICABILITATE. LIMITE

5.1. Concluzii

PLC – (Programabille Logic Controller), pe lângă conexiunile cu instrumentele de masură și senzorii din procesul de automatizare, permite comanda întregului proces și ceea ce este și important, va comunica operatorului stările procesului prin semnale vizuale sau printr-o rețea de comunicație la un computer local. Aceste caracteristici permit exploatarea automatizării la un înalt grad de flexibilitate, prin schimbarea și monitorizarea mult mai comodă a parametrilor de baza a procesului;

Programul de control al procesului automatizat este stocat în memoria internă al PLC-lui care este imun la caderi si fluctuații de tensiune. Mărimile măsurate pe diferitele intrări, starea ieșirilor precum și poziția exactă în cadrul subrutinei de executat, sunt salvate în permanență, astfel o oprire de urgență a execuției sau o eventuală cadere de tensiune nu afectează procesul, echipamentul este capabil să continue exact de unde a fost înterupt;

PLC-ul este dotat cu numeroase porturi de intrare/ieșire, este fabricat pentru a funcționa foarte stabil în condiții de exploatare dure: plaja mare de temperaturi, imunitate la perturbatiile retelei electrice, rezistenta mare la praf, la impuritati, vibrații și șocuri mecanice;

Funcțiile PLC-ului fac posibilă monitorizarea, intervenția sau reprogramarea întregului sistem;

PLC-ul poate acționa aproape orice fel de consumator electric, motoare electrice, cilindre pneumatice sau hidraulice, electrovalve.

5.2. Aplicabilitate

Limbaje de programare flexibile si intuitive ;

Memorie suficientă pentru aplicații complexe ;

Conectivitiate maximă având două porturi seriale RS 232. Recunoaste si executa instructiunile MODBUS;

Monitorizarea, automatizarea și dispecerizarea proceselor complexe;

5.3. Limite

Dezavantajele interfeței RS232 – viteza de transfer de maximum 19,2 kbps și la distanța mică dintre echipamente (de maximum 15 m);

Noutatea tehnologiei;

Dependența de un singur furnizor (PLC și soft);

Nu poate utiliza o multime mare de date, date complexe sau functii matematice complicate;

Nu poate citi și scrie baze de date;

Imposibilitatea generării de rapoarte;

Folosirea în unele medii unde există temperaturi ridicate sau alte condiții care pot duce la deteriorarea automatelor programabile astfel ca acestea sunt greu sau chiar imposibil de utilizat.