FUNDAȚIA PENTRU CULTURĂ ȘI ÎNVĂȚĂMÂNT IOAN SLAVICI TIMIȘOARA [305542]
FUNDAȚIA PENTRU CULTURĂ ȘI ÎNVĂȚĂMÂNT „IOAN SLAVICI” TIMIȘOARA
UNIVERSITATEA „IOAN SLAVICI” [anonimizat].univ.dr.ing. Dumitru MNERIE
ABSOLVENT: [anonimizat] 2017 –
FUNDAȚIA PENTRU CULTURĂ ȘI ÎNVĂȚĂMÂNT „IOAN SLAVICI” TIMIȘOARA
UNIVERSITATEA „IOAN SLAVICI” [anonimizat]
A FUNCȚIONĂRII UTILAJELOR
TEHNOLOGICE
COORDONATOR ȘTIINȚIFIC
Prof.univ.dr.ing. Dumitru MNERIE
ABSOLVENT: [anonimizat]
2017
UNIVERSITATEA DIN ORADEA FACULTATEA de Inginerie Electrică și Tehnologia Informației DEPARTAMENTUL Calculatoare și tehnologia informației
TEMA
Proiectul de Finalizare a studiilor a student: [anonimizat] 1). Tema proiectului de finalizare a studiilor:
Sistem de monitorizare a funcționării utilajelor tehnologice
2). Termenul pentru predarea proiectului de diplomă 15 iunie 2017 3). Elemente inițiale pentru elaborarea proiectului de finalizare a studiilor
planul lucrării;
materialele bibliografice;
aplicația.
4). Conținutul proiectului de finalizare a studiilor :
Capitolul I – CONSIDERAȚII ASUPRA CONCEPTULUI DE MONITORIZARE A
[anonimizat] – [anonimizat] V – PREZENTARE TEHNICA A SISTEMULUI DE MONITORIZARE
SCADA
CONCLUZII
BIBLIOGRAFIE
5). Material grafic:
– capturi de ecran; – scheme.
6). Locul de documentare pentru elaborarea proiectului de diplomă: [anonimizat]
7). Data emiterii temei: noiembrie 2016
Coordonator științific
Prof.univ.dr.ing. [anonimizat] 410087, Bihor, Romania, [anonimizat]. 1,
Tel/Fax:+40 259/408412, Tel:+40 259/408104; +40 259/408204
REFERAT
PRIVIND PROIECTUL DE DIPLOMĂ
A
ABSOLVENT: [anonimizat] / ABSOLVENT: [anonimizat] : BODEA DANIEL
DOMENIUL Calculatoare și tehnologia informației
SPECIALIZAREA Tehnologia informației
PROMOȚIA 2017
1. Titlul proiectului
Sistem de monitorizare a funcționării utilajelor tehnologice
2. Structura proiectului
Capitolul I – CONSIDERAȚII ASUPRA CONCEPTULUI DE MONITORIZARE A [anonimizat] – [anonimizat] V – PREZENTARE TEHNICA A SISTEMULUI DE MONITORIZARE SCADA
CONCLUZII
Bibliografie Anexe
3. Aprecieri asupra conținutului proiectului de DIPLOMĂ (finalizare a studiilor), [anonimizat], actualitate, [anonimizat]ӑ la țintele ce se doresc a fi atinse. [anonimizat] “Ioan Slavici” Timișoara. Într-un domeniu în continuă evoluție, s-a [anonimizat], menține actual dezideratul de a [anonimizat] o reală importanță.
4. Aprecieri asupra proiectului (se va menționa: [anonimizat]cvența notelor de subsol, calitatea și diversitatea surselor consultate; modul în care absolventul a prelucrat informațiile din surse teoretice)
Prin folosirea unei game foarte variate de titluri bibliografice consultate, în număr de 24, s-a asigurat o calitate și o diversitate ridicată în abordarea tematicii prezentate, absolventul reușind să prelucreze la un înalt nivel întreaga paletă de informații furnizată prin sursele abordate.
Frecvența trimiterilor bibliografice, este suficientă pentru a evidenția principalele surse și titluri bibliografice folosite în lucrare.
(se va menționa: opțional locul de documentare și modul în care absolventul a realizat cercetarea menționându-se contribuția autorului)
Documentarea s-a făcut la biblioteca universității, în laboratorul de calculatoare a Universității Ioan Slavici din Timișoara, precum si in incinta firmei beneficiare, Smithfield Prod. Din Timisoara.
5. Concluzii (coordonatorul proiectului trebuie să aprecieze valoarea proiectului întocmit, relevanța studiului întreprins, competențele absolventului, rigurozitatea pe parcursul elaborării proiectului, consecvența și seriozitatea de care a dat dovadă absolventul pe parcurs)
……………………………………………………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………….
Redactarea proiectului respectă ………………………………………………….cerințele academice de redactare (părți, capitole, subcapitole, note de subsol și bibliografie).
Consider că proiectul îndeplinește/ nu îndeplinește condițiile pentru susținere în sesiunea de Examen de LICENȚĂ (finalizare a studiilor) din IULIE 2017 și propun acordarea notei ………………
Oradea, Data Coordonator științific
Prof.univ.dr.ing. Dumitru MNERIE
C U P R I N S
Capitolul 1. CONSIDERAȚII ASUPRA CONCEPTULUI DE MONITORIZARE
A SISTEMELOR TEHNICE ………………………………………………………………………………… 7
1.1. – Aspecte conceptuale ……………………………………………………………………………………. 8
1.2. – Reprezentativitatea condiției de funcționare a utilajului
prin intermediul vibrațiilor ……………………………………………………………………………………. 9 1.3. – Cibernetizarea utilajelor tehnologice …………………………………………………………….. 10
Capitolul 2. CARACTERISTICI ALE ACHIZIȚIEI DE DATE ……………………………….16
2.1. – Stabilirea paramerilor de urmărit ……………………………………………………………………16
2.2. – Modalități de achiziție și valorificare date ……………………………………………………… 23
2.3. – Obiectivele lucrării ………………………………………………………………………………………31
Capitolul 3. MODELUL EXPERIMENTAL DE MONITORIZARE ………………………33
3.1 – Schema bloc a standului experimental …………………………………………………………….33
3.2. – Componentele standului experimental …………………………………………………………… 35 3.3. – Soluții hardware utilizate …………………………………………………………………………….. 39
3.4. – Soluții software aplicate ………………………………………………………………………………. 47
Capitolul 4. APLICAȚIE SOFTWARE PENTRU MONITORIZAREA SI PRELUCRAREA
VIBRAȚIEI ……………………………………………………………………………… 50
Capitolul 5. PRENZENTARE TEHNICA A INTERFEȚEI DE MONITORIZARE
SCADA …………………………………………………………………………………….. 57
CONCLUZII ȘI RECOMANDARI………………………………………………………………………62
BIBLIOGRAFIE……………………………………………………………………………………………….. 66
Capitolul 1
CONSIDERAȚII ASUPRA CONCEPTULUI DE MONITORIZARE
A SISTEMELOR TEHNICE
Unul din cele mai importante activități din fabricația industrială, o constituie asigurarea unei constante și fluide funcționări a utilajelor și echipamentelor. Pe măsură ce piața devine tot mai competitiva, iar standardele de calitate devin tot mai exigente, este critic pentru orice companie ce își bazează funcționarea pe structuri productive industriale să asigure o funcționare lipsită de evenimente neprevăzute. Aceste evenimente au cel mai adesea cauze mecanice, dar și de software. Din aceasta cauză, diferite firme specializate finanțează cercetări avansate pentru a aduce pe piață soluții de minimizare a riscurilor unor defecțiuni. In fiecare zi sunt implementate noi soluții și măsuri de siguranță. Sunt luate în considerare în special soluțiile care oferă rezultatele cele mai precise sigure în cazurile de incidente pe linia de producție sau la echipamentele auxiliare.
În ultimii ani cercetările au scos la evidență faptul că una din cauzele principale ale acestor defecțiuni pot fi percepute prin înregistrarea unor modificări ale nivelului de vibrații induse în sistemul tehnic, cauzate de diferite anomalii în funcționarea utilajelor în timpul în care își execută ciclul normal de funcționare. In ajutorul evitării situațiilor de întreruperi ale întregului flux de fabricație, s-au creat diferiți de senzori adecvați. Pentru implementarea optimă a acestor senzori, este necesară realizarea unor modele experimentale complexe care să asigure monitorizarea, căutându-se soluții tehnice cât mai fiabile și durabile. Astfel, se vor putea implementa asemenea sisteme având în structură senzori specializați, creându-se posibilitatea de a monitoriza automatizat starea de funcționare a diverselor ansambluri mecanice de prelucrări diferite, precum și luarea de măsuri eficace, determinând în cazuri extreme oprirea automată a unității de acționare, într-un timp critic cât mai scurt, mai ales în cazul sesizării unor avarii semnificative.
Perfecționarea continuă a senzorilor de vibrații, competitivitatea pieței și nevoia constantă a marilor producători din diferite domenii de a-și optimiza operațiunile, va contribui la transformarea sectoarelor industriale în serii de procese sistemice cibernetizate, perfect programate și controlate, unde intervenția umană va fi minimă, iar supervizarea se va face prin wireless de către un singur operator specializat.
Prezenta lucrare este realizată ca răspuns la o solicitare venită către Universitatea „IOAN SLAVICI” din partea unei importante companii din Timișoara, hotărâtă ca, după finalizarea programelor de testare a soluției constructive, aceasta să fie implementată pe liniile de fabricație. Modelul experimental s-a realizat efectiv de către autor pe durata activității de documentare și de practică desfășurate în firmă. Varianta livrată firmei cuprinde atât soluțiile de hardware cât și cele de software.
1.1. Aspecte conceptuale
În general, monitorizarea reprezintă observarea sistematică și înregistrarea regulată a unor caracteristici de funcționare a unui sistem. Pentru sistemele tehnice este necesară o monitorizare a condiției procesului de determinare a stării utilajului în timpul funcționării acestuia. Elementele esențiale ale unui program bun de monitorizare a condiției de funcționare a unui utilaj tehnologic sunt:
supravegherea parametrilor de lucru,
diagnosticarea eventualelor ieșiri din limitele prestabilite de bună funcționare.
Conducerea unui proces presupune cunoașterea unor informații cât mai corecte și cât mai complete asupra parametrilor mărimilor fizice ce caracterizează acel proces. În cazul unui proces neautomatizat, condus manual de un operator, mărimile fizice care nu sunt accesibile simțurilor umane sunt măsurate cu aparate de măsurat. Pe baza indicațiilor aparatelor, operatorul uman supraveghează procesul și ia decizii corespunzătoare.
În cazul unui proces automatizat, conducerea sistemului se face fără intervenția omului, pe baza informațiilor culese din proces cu ajutorul traductoarelor.
Senzorul (elementul sensibil) este elementul component al unui sistem automat sau al unui aparat de măsurat care are rolul de a transforma mărimea de măsurat, având o anumită natură, într-un semnal purtător de informație – pentru sistemul automat – sau într-o mărime care se poate măsura cu aparatul de măsurat. Nivelul semnalului nu este compatibil, în formă brută, cu nivelul semnalelor cu care operează sistemul automat. De aceea se introduce un element auxiliar numit adaptor. În principiu, senzorul și adaptorul alcătuiesc o unitate numită traductor care este un element de bază pentru orice instalație automatizată.
Traductoarele pot fi definite ca dispozitive care realizează conversia unor mărimi fizice (temperatura, deplasare, presiune, forță, etc.) în alte mărimi fizice, cel mai adesea electrice, sau a unor mărimi electrice în alte mărimi electrice, în scopul măsurării parametrilor acelor mărimi și informării, respectiv luării unor decizii în consecință.
Utilajul tehnologic reprezintă, în ansamblu, mașini, aparate, unelte, echipamente si accesorii necesare, într-o structură productivă, pentru efectuarea unei anumite lucrări sau a unui proces de lucru, respectând o anumită știință a procedeelor și a mijloacelor de prelucrare, în strânsă legătură cu comportarea materialului sau obiectului de prelucrat, pentru obținerea unui anumit produs.
Pentru monitorizarea unui utilaj tehnologic, în prealabil, este necesară parcurgerea unor etape:
Cunoașterea aspectelor de urmărit Modalitatea de achiziție a datelor
Capacitatea de a interpreta datele
Memorarea pragurilor de bună funcționare Stabilirea modalităților de intervenție la înregistrarea unor abateri.
Oportunitatea studierii posibilităților de perfecționare continuă a funcționării instalațiilor, utilajelor tehnologice este justificată de ritmul deosebit de intens de dezvoltare a acestui domeniu de activitate, atât sub aspectul valorificării superioare a bazei de materii prime, cât și sporirea calității produselor solicitate de piață.
Monitorizarea utilajului tehnologic se realizează printr-o anumită abordare sistemică a
supravegherii și diagnosticării automate.
1.2. Reprezentativitatea condiției de funcționare a utilajului
prin intermediul vibrațiilor
Stabilirea modalității de monitorizare a utilajelor tehnologice se realizează în urma unui studiu care vizează determinarea unui parametru reprezentativ, care reflectă cel mai fidel condiția de funcționare a utilajului. S-a constatat că la defectarea unor componente din lanțul de transmitere a mișcării se modifică nivelul de vibrații, cu posibilitatea chiar a corelării profilului acestora cu motivul defecțiunii. Astfel, s-a ales ca element care reflectă cel mai fidel funcționarea sistemului tehnic vibrația. În forma sa cea mai simplă, vibrația poate fi definită ca o mișcare oscilatorie sau o mișcare repetitivă a unui obiect în jurul poziției sale de echilibru. Poziția de echilibru este considerată poziția în care forța care acționează asupra obiectului respectiv este nulă. Acest tip de vibrație se numește „mișcare a întregului corp”, în sensul că toate părțile componente ale obiectului respectiv se deplasează împreună în aceeași direcție, în orice punct, în timp.
Caracteristicile mișcării de vibrație a unui ansamblu de componente poate fi complet descrisă ca fiind o combinație de mișcări individuale de șase tipuri diferite. Acestea tipuri sunt mișcări de translație și de rotație de-a lungul și în jurul celor trei direcții ortogonale X, Y, și Z. Orice mișcare complexă a unui sistem poate fi descompusă într-o combinație a acestor șase tipuri de mișcări simple. Din aceasta cauză, se poate spune ca un astfel de sistem are șase grade de libertate. Un corp aflat în mișcare posedă o inerție care tinde să se opună forțelor de acțiune, să influențeze elementele vectorului viteză.
Vibrația unui sistem este întotdeauna cauzată de o forță de excitație. Această forță poate fi aplicată din exteriorul sistemului, sau poate proveni din interiorul acestuia. Efectul acestei forțe, vibrația, este complet determinată de forța de excitație, direcție, și frecvență. Acesta este motivul pentru care, prin analiza vibrațiilor se pot determina forțele de excitație care acționează asupra unei mașini în funcțiune. Efectul depinde de starea mașinii, iar cunoașterea caracteristicilor vibrațiilor și a modului de reacție al utilajelor permite diagnosticarea defectelor și determinarea problemelor utilajelor. Receptarea modificărilor caracteristicilor vibrațiilor provocate în sistem, pot fi senzori sau traductoare cu elemente de captare prevăzute cu anumite elemente elastice de înregistrare capabile să urmărească modificările accelerației, care sunt determinate în mod implicit de starea forțelor exercitate în punctul de înregistrare. Aceste mișcări sunt detectate practic într-o porțiune sensibilă a accelerometrului. Măsurarea accelerației reprezintă o cale urmată în mai multe domenii de cercetare științifică, cu aplicații chiar în monitorizarea echipamentelor militare.
1.3. Cibernetizarea utilajelor tehnologice
Progresele științifice determină multiple perfecționări sau chiar inovări în construcția utilajelor tehnologice. Astfel, de la mecanizarea unuor lucrări s-a trecut la automatizări, iar cu ajutorul unor procese de cibernetizare s-a putut trece la robotizarea proceselor de fabricație. Prin automatizare se înțelege echiparea unei instalații cu un dispozitiv, care să asigure realizarea unei operații, sau a întregului proces fără intervenția personalului operator. Instalația împreună cu dispozitivul de automatizare formează sistemul automat. Sistemele de reglare automată SRA sunt sisteme convenționale, care funcționează în circuit închis, prin compararea valorii existente în proces pentru un factor, cu o valoare prestabilită. Dacă există diferențe, sistemul acționează pentru anularea lor. Sistemele evoluate utilizează calculatoare, în sistem off sau on-line.
Procesele cibernetizate sunt procese tehnologice în care o parte sau toate activitățile de conducere sunt îndeplinite de un calculator, care se numește calculator de proces. Conducerea numerică directă a proceselor tehnologice utilizează calculatorul numeric, comun tuturor buclelor de reglare din sistem, care înlocuiește detectoarele de eroare și regulatoarele din sistemele convenționale. Roboții industriali sunt definiți ca mașini automate, ușor programabile, care pot efectua lucrări simple, repetitive, și care posedă capacitatea de percepere și interpretare a semnalelor din mediul exterior, precum și de adaptare la mediu. Se apreciază oportunitatea introducerii automatizării prin indicatori specifici.
1.3.1. Automatizarea utilajelor tehnologice
Ultimul secol al mileniului doi se încheie cu automatizarea ca oportunitate a progresului tehnic, caracteristică fundamentală pentru sistemele tehnice industriale. Automatizările sunt destinate soluționării multiplelor probleme de natură tehnică, economică sau umană.
În general, utilajul tehnologic este construit astfel încât să necesite un minim de efort fizic și psihic pentru operator pe timpul efectuării unei operații tehnologice. Funcție de tip și destinație utilajului tehnologic poate avea diferite grade de mecanizare și automatizare. Astfel, se deosebesc:
utilaje neautomate, la care operatorul în timpul realizării operației efectuează manual acțiunile de conducere și manual sau mecanizat (cu ajutorul unor mecanisme) unele acțiuni de fabricare și de deservire;
utilaje semiautomate, la care operatorul efectuează manual pornirea și oprirea utilajului, supraveghează funcționarea acestuia, efectuează manual sau automat în general doar alimentarea cu corpuri supuse lucrării și evacuarea corpurilor rezultat al lucrării;
utilaje automate, la care operatorul efectuează numai pornirea, supravegherea și oprirea utilajului.[7]
Automatizarea utilajului tehnologic, este simbiotic legată de automatizarea operațiilor și proceselor de producție, a proceselor de conducere a structurilor productive.
Cuvântul automat este de origine greacă, automatos însemnând “spontan”, sau/și “se mișcă singur”. Astfel, a automatiza un utilaj tehnologic înseamnă a înlocui acțiunea directă a omului în efectuarea unor comenzi și operații, cu cea a unor dispozitive special concepute în acest scop.
Istoria evoluției culturii și civilizațiilor umane, cronologia prezenței automatizării în practica activităților omenești începe într-o perioadă mult anterioară începutului erei noastre, sub forma unor prime instalații sau dispozitive automate. Însă, aplicațiile practice în producția materială au apărut mult mai târziu, odată cu începuturile erei mașiniste, adică odată cu trecerea acționării mecanismelor de către forța musculară a animalelor la cea pe care o creează motoarele. Momentele de referință în această privință sunt anul 1681, când Denis Papin a inventat un dispozitiv de reglare a presiunii pentru cazanele cu abur, respectiv anul 1769, când James Watt a realizat regulatorul centrifugal cu bile, destinat reglării automate a turației mașinilor cu abur. Etapele de dezvoltare ale științei și tehnicii au promovat mijloace de automatizare, la început pur mecanice, apoi electromecanice. Un moment remarcabil pentru istoria automatizării l-a constituit realizarea regulatoarelor electronice (anii 1940-1950), precum și a dispozitivelor de execuție hidraulice și pneumatice. Ulterior, s-a accentuat tendința înlocuirii regulatoarelor electronice cu calculatoarele electronice, iar mai apoi înlocuirea acestora cu alte structuri electronice de tip microprocesor.
În general, automatizările vizează:
evitarea manevrelor periculoase, complexe sau de rutină pentru operatori;
îmbunătățirea productivității muncii, după criterii productive, ale randamentului sau a calității;
conducerea producției variabile sau flexibile, ușurând eforturile operatorului de a trece de la un produs sau de la o operație la alta;
întărirea securității muncii, în condițiile supravegherii și controlului permanent asupra instalațiilor, respectiv asupra utilajului tehnologic.
În sistemele de automatizare a utilajelor tehnologice se disting patru funcții:
achiziția de date;
prelucrarea datelor;
comanda de putere;
Interacțiunea om-mașină este un domeniu al științei și tehnologiei informației care s-a constituit prin convergența unor preocupări asociate din psihologie, ingineria factorilor umani, ergonomie și ingineria software.
Psihologia este preocupată cu studiul comportamentului uman din perspectiva structurilor mentale și a proceselor asociate, abordând o gamă largă de subiecte, cum sunt: motivația, emoția, aspectele sociale, biologice și organizaționale precum și aspectele privind comportamentul uman normal și anormal.
Ergonomia este legată de proiectarea caracteristicilor tipo-dimensionale ale unei mașini, astfel încât să corespundă caracteristicilor fizice ale diferitelor categorii de utilizatori.
Interacțiunea om-mașină, ca disciplină, trebuie să răspundă problemelor generale de ergonomie, pe care le ridică orice activitate umană, dar și problemelor specifice unei activități cognitive. Cu alte cuvinte, este necesară proiectarea corespunzătoare a sistemului (hardware-software) astfel încât să asigure un mediu de lucru ergonomic pentru om, atât din perspectiva efortului fizic cât și a celui cognitiv.
Mai recent, se observă tendințe de integrare a unor concepte din sociologie. Pe de o parte, progresele făcute în tehnologia informației și comunicațiilor și creșterea utilizatorilor Internetului au condus la apariția de noi activități economice (comerț electronic, sisteme de plată electronică, sisteme de guvernare electronică) cu noi utilizatori, având noi cerințe.
Proiectarea interfeței om-mașină este parte a proiectării sistemelor informatice. Din punct de vedere teoretic, proiectarea interfeței om-mașină se bazează pe studiul interacțiunii om-mașină. Această reorientare teoretică a fost determinată de cerințele proiectării centrate pe utilizator, care au impus criteriile de utilizabilitate în evaluarea unui sistem informatic.
Interacțiunea om-mașină este definită ca disciplină a științei și tehnologiei informației, al cărei obiect de studiu este proiectarea, evaluarea și implementarea sistemelor interactive și studiul fenomenelor majore legate de acestea:
aspecte sociale și organizaționale legate de proiectarea sistemelor;
capabilități (inclusiv de învățare) de utilizare a mașinilor;
performanțele activităților desfășurate în comun de om și mașină;
structura comunicației om-mașină;
algoritmi și programare a interfețelor propriu-zise;
ingineria dezvoltării de interfețe
Un deziderat al ingineriei interfeței cu utilizatorul este înțelegerea, încă din etapa de specificare a cerințelor, a sarcinilor de lucru pe care utilizatorul dorește să le execute. Problema este că multe din sarcinile de lucru sunt cunoscute de către utilizator abia după ce acesta este familiar cu noul sistem.
Din acest motiv este necesară o etapizare a analizei sarcinii, într-o primă etapă, sarcinile sunt definite pornind de la cerințele utilizatorului și cerințele aplicației, în mod independent de tehnologia aleasă. Ulterior, modelul este dezvoltat iar utilizatorul poate participa la procesul de proiectare, odată cu realizarea primului prototip. Din punctul de vedere al activităților desfășurate în ciclul de dezvoltare a interfețelor ommașină, este necesară structurarea acestora astfel încât să reflecte diferite perspective și necesități de reprezentare. În acest sens, se pot distinge trei etape în analiza și proiectarea sarcinii de lucru:
analiza situației existente, efectuată în paralel cu analiza de sistem (ideal, integrată cu aceasta);
specificarea sarcinilor de lucru ce vor fi executate cu sistemul proiectat, la un nivel funcțional și semantic, independent de opțiunile tehnologice;
operaționalizarea sarcinilor de lucru având în vedere utilizarea unei anumite tehnologii informatice.
Achiziția de date se realizează prin intermediul unor captori sau detectori, care pot fi senzori sau traductoare, care dau relații unitare despre starea sistemului. Alegerea acestora se realizează în raport cu condițiile de utilizare oferite de utilajul tehnologic automatizat:
întrerupătoare de poziție, (acționate mecanic, pneumatic, hidraulic, etc.);
întrerupătoare pentru acționarea flotorilor destinați controlului de nivel;
selectarea poziției de urmărire a deplasărilor unui mobil;
manostate pentru decelarea prezenței sau reglarea unei presiuni;
detectoare de proximitate inductive sau capacitive statice (fără atingere);
celule fotoelectrice pentru detectarea distanțelor;
detectoare destinate controlului vitezelor de deplasare sau rotație ș.a.
Prelucrarea datelor presupune în primul rând preluarea întregului ansamblu de informații culese de captori și transmiterea la unitatea de prelucrare care elaborează ordinea de acțiune, într-o ordine bine definită; în funcție de tipul automatizării ciclul de funcționare poate fi combinatorie (când ciclul de funcționare este realizat prin combinarea valorilor primare, comanda ieșirilor fiind direct legată de informațiile primite la un moment dat, acțiunile anterioare nefiind memorate) sau secvențială, (.definită ținând cont de variabilele primare și secundare; comanda ieșirilor este legată nu doar de informațiile prezente ci și de acțiunile prezente. acest ciclu comportă obligatoriu existența unor memorii).
Având în vedere importanța și complexitatea automatizării, prelucrarea datelor este efectuată prin intermediul unor relee de automatizare, contactoare auxiliare, celule logice și de secvențe, microsisteme, automate programabile ș.a.
Comanda de putere se realizează asupra motoarelor de acționare, ca urmare a semnalelor de ieșire din unitățile de prelucrare a datelor, care se transmit mai întâi la circuitele de comandă a organelor de amplificare. Aceste amplificări sunt realizate în raport cu tehnologia aplicată, puterea de acționare, precum și de condițiile de funcționare a utilajului tehnologic. Sunt uzual folosite contactoare, demaroare, variatoare de viteză, distribuitoare pneumatice ș.a. – Dialogul om-mașină este indispensabil unei automatizări, permițând operatorului să intervină în momentul începerii sau pe parcursul ciclurilor de funcționare a utilajului tehnologic, de intervenții de urgență ca urmare a unor semnalizări vizuale și/sau auditive. De asemenea, existența unei căi de dialog om-mașină, acordă posibilitatea operatorului să aibă un control permanent asupra utilajului tehnologic, în derularea operațiilor tehnologice.
Acest dialog este asigurat de mai multe dispozitive auxiliare, cum ar fi: butoane, clape, manete, comutatoare etc., respectiv pupitre de comandă complexe, tablouri sinoptice, microterminale ș.a.
Normele care reglementează utilizarea sistemelor de automatizare pot fi naționale, specifice fiecărei țări, sau internaționale, editate de Comisia Internațională de Electronică (IEC) sau normele europene (CENELEC).[10].
Automatizarea parțială sau totală a procesului tehnologic asigură:
precizie și uniformitate în funcționarea utilajelor;
produse de calitate;
condiții mai bune de muncă, reducându-se efortul fizic, controlul permanent asupra noxelor;
creșterea productivității muncii, indicator foarte important în rezultatele economicofinanciare (prin reducerea numărului de persoane);
consumuri specifice de materii prime, materiale, energie în limitele prevăzute de documentația tehnică.
1.3.2. Procesul de cibernetizare
În general, cibernetizarea reprezintă o etapă superioară automatizării în procesul de perfecționare a funcționării unui utilaj tehnologic presupunând implementarea unui calculator de proces care să îndeplinească rolul de conducere totală sau parțială a proceselor tehnologice. Procesele cibernetizate sunt procese tehnologice în care o parte sau toate activitățile de conducere sunt îndeplinite de un calculator, care se numește calculator de proces. El este un calculator universal prevăzut cu interfețe de proces, ce sunt dispozitive precum multiplexoare, demultiplexoare, amplificatoare, decodoare, blocuri de comandă, convertoare care interacționează cu procesul tehnologic. Interfețele de proces au funcții de memorare a informației emise sau transmise de sau către perifericele de proces (consola, memoria exterioară, imprimanta, blocul de afișare), de control și comandă secvențială a schimbului de informații cu perifericele, de adaptare a semnalelor prin care sunt transmise informațiile ca nivel format. Conectarea unui calculator într-un proces tehnologic se poate face în configurații de sistem “off-line” și “on-line”. Configurația “off-line” se prezintă schematic astfel:
proces ⇄ om ⇄ calculator
Calculatorul nu are interfețe cu procesul tehnologic. Legătura dintre calculator și proces este realizată de operatorul uman, care primește informațiile de la proces și le introduce în calculator sub forma datelor de intrare. Calculatorul prelucrează aceste date conform unui model matematic existent în memoria sa și afișează rezultatele ca valori de optimizare. Acestea sunt preluate de operatorul uman și introduse manual în instalație. Acest tip de configurație se folosește atunci când condițiile procesului tehnologic se modifică lent, numărul de informații ce trebuie prelucrate este redus, nu sunt probleme deosebite de siguranță a instalației. Calculatorul poate lucra pentru mai multe procese. Configurația “on-line” se prezintă schematic astfel:
proces ⇄ calculator ⇄ om
Calculatorul are interfețe cu procesul condus, de unde primește informațiile pe care le prelucrează și ia decizii de modificare a valorilor unor parametri.
Această configurație permite modificarea mărimilor de referință ale unor bucle de reglare convențională și de conducere numerică directă. Legarea “on-line” permite calculatorului să verifice efectele comenzilor pe care le dă deoarece primește informații asupra mărimilor de ieșire din proces. Calculatorul înlocuiește direct și complet regulatoarele convenționale specifice (SRA), care, din considerente de fiabilitate, sunt păstrate ca elemente de rezervă.
Calculatorul interconectat în procesul tehnologic primește direct informații de la acesta asupra mărimilor de intrare, prelucrează datele și dirijează procesul prin modificarea valorilor mărimilor de execuție, m În mod constructiv, regulatorul convențional, ca element fizic, este înlocuit prin “module software”, iar funcțiile sale sunt îndeplinite prin “programe și subprograme” care reprezintă codificarea algoritmului de conducere. Tehnicile moderne sunt cunoscute sub denumirea de tehnici de conducere adaptivă, în cadrul cărora conducerea optimală reprezintă un caz particular. În sistemul de conducere adaptivă, prin intermediul unui proces de identificare care utilizează variabile de intrare, de ieșire și de stare ale procesului condus se determină modelul curent al procesului respectiv. Blocul de decizie, pe baza unei strategii predeterminate stabilește modul în care este necesară modificarea parametrilor regulatorului în scopul satisfacerii criteriului de adaptare a procesului restabilit.
Sistemele de conducere numerică directă a proceselor tehnologice sunt sisteme complexe, exacte și precise.
Spre deosebire de un sistem de reglare convențională (SRA), care are un regulator propriu pentru fiecare buclă de reglare, într-un sistem de reglare numerică direct (DDC) există un ansamblu de calcul cuprinzând calculatorul numeric (CN) comun tuturor buclelor de reglare din sistem, care suplinește rolul detectoarelor de eroare și a regulatoarelor din sistemul convențional. Mărimile de ieșire din proces (parametrii reglați) sunt transformate prin intermediul senzorilor/ traductoarelor în semnale analogice. Multiplexorul (selector de intrare) este dispozitivul care asigură conectarea semnalului dorit din proces la intrările calculatorului prin intermediul convertorului analogic numeric (CAN). Acesta este un circuit electronic care asigură transformarea unui semnal analogic aplicat la intrare într-o succesiune de numere binare corespunzătoare valorii amplitudinii semnalului. În continuare, convertorul numeric analogic (CNA), este un circuit electronic care asigură transformarea numărului aplicat la intrare într-un semnal analogic cu amplitudinea corespunzătoare numărului respectiv. Demultiplexorul cuplează pe rând elementele de execuție la calculator. Mărimea de comandă sub formă de semnal analogic este transmisă elementelor de execuție, ca mărimi de execuție. Între demultiplexor și elementele de execuție sunt intercalate memoriile analogice (MA) care memorează valorile mărimii de comandă între două testări succesive.
Avantajele cibernetizării prin utilizarea calculatoarelor la conducerea proceselor tehnologice sunt:
vizualizarea sub formă numerică prin blocul de afișaj numeric a unui număr de informații despre parametrii procesului;
detectarea rapidă a defecțiunilor apărute la aparatele de măsură și control;
eliminarea lucrărilor de rutină din activitatea operatorilor tehnologici (registre, bilanțuri) prin imprimantă;
optimizarea corelată în timp real a tuturor proceselor din instalația reglată automat.
Capitolul 2. CARACTERISTICI ALE ACHIZIȚIEI DE DATE
2.1. – Stabilirea paramerilor de urmărit
Vibrațiile sunt fenomene dinamice care iau naștere în medii elastice sau cvasielastice în urma unei excitații locale și care se manifestă prin propagarea excitației în interiorul mediului sub forma unor oscilații (unde) elastice. Pentru a putea discuta despre excitarea, propagarea și radiația unei unde elastice, trebuie impusă condiția ca cel puțin una din dimensiunile geometrice ale mediului să fie suficient de mare, astfel încât excitația inițială să poată fi considerată locală.
Elementele care condiționează definirea fenomenului vibratoriu permit o clasificare generală a oscilațiilor și undelor elastice. Astfel, în funcție de dinamica fenomenului se întâlnesc vibrații cu frecvențe de oscilație reduse, caracteristice structurilor mecanice, structurilor din construcții și undelor seismice, precum și vibrații cu frecvențe mari de oscilație. Natura fizică a mediului impune modul în care se propagă oscilațiile: într-un mediu solid se pot propaga atât unde transversale, cât și unde longitudinale, în timp ce în medii fluide se propagă numai unde longitudinale.
Astfel, pentru undele mecanice care se propagă în medii solide se utilizează traductoare de mărimi cinematice vectoriale (deplasări, viteze, accelerații), în timp ce pentru undele sonore în aer se prevăd traduc toare de presiune acustică, care este o mărime scalară.
Figura 2.1.
Considerând în continuare natura excitației ca ultim criteriu de clasificare a fenomenelor vibratorii, se constată existența vibrațiilor nedorite (perturbații funcționale) și vibrații dorite, cu parametri bine determinați. Din prima categorie fac parte vibrațiile cu caracter nociv asupra echipamentelor industriale și asupra omului și evaluarea lor cantitativă constituie o condiție de funcționare sau de nefuncționare a instalațiilor. Din cea de-a doua categorie fac parte vibrațiile generate anume, fie pentru acționarea unor dispozitive cu funcționare vibratorie, fie pentru crearea condițiilor de incercare la vibrații a echipamentelor mecanice și electrice.
Din cele arătate rezultă că, pentru punerea în evidență a efectelor vibrațiilor, principalele utilizări ale traductoarelor din această categorie se referă la:
măsurarea nivelelor de vibrații de la ieșirea unui sistem, pentru a fi comparate cu
nivelele standard admisibile;
măsurarea mărimilor de intrare în sistem (mărimile vibratorii de excitație), necesare
pentru întocmirea programelor de încercări mecanice;
măsurarea simultană a ambelor mărimi vibratorii, de la intrarea și ieșirea sistemului,
în scopul determinării caracteristicilor acestuia.
Vibrațiile nearmonice (complexe), întâlnite cel mai des în practică, se pot analiza prin înregistrarea spectrelor care pun in evidență frecvențele și amplitudinile componentelor.
În funcție de tipul vibrației și de scopul urmărit, traductoarele pot converti valori instantanee, valori de vârf, valori medii sau valori eficace. Amplitudinea vibrației dă informații despre jocurile existente în mașini în special despre jocurile între piesele care vibrează. Măsurarea acesteia pune accent în special pe componentele de joasă frecvență, corespunzând în general turației de lucru a mașinilor. Traductoarele de deplasare au un domeniu redus de frecvență, ele fiind preferate la măsurarea vibrațiilor de amplitudini mari.
Accelerația vibrației dă informații asupra forțelor care solicită materialul. Măsurările de accelerații se efectuează în special atunci când scopul este evidențierea vibrațiilor de înaltă frecvență.
Viteza este factorul fizic de care depinde zgomotul produs de mediul care vibrează și este pusă în evidenț cu traductoare de presiune acustică.
Atunci cand analizam cauzele vibratiilor masinilor rotative, intalnim trei tipuri de forte:
1) Forte de impact
Spre exemplu, lovitura de berbec in conducte, elemental de rulare al unui rulment care loveste un defect, etc
Forte periodice – forte repetitive, cum ar fi dezechilibrul si dezalinierea
Forte aleatorii – forte variabile in timp, cum ar fi turbulentele si caviatia
Parametrii fundamentali ai vibratiei sunt:
Deplasarea – este modificarea distantei sau pozitiei unui obiect fata de un sistem de referinta
Viteza – este variatia deplasarii in timp
Acceleratia – este variatia vitezei in timp
Frecventa vibratiilor indica sursa potentiala a problemei si de asemenea cat de des se repeta o problema iar amplitudinea vibratiilor indica severitatea problemei
2.1.1. Mentenanta Predictiva
Totalitatea operațiunilor prin care echipamentele sau utilajele sunt întreținute astfel încât să funcționeze în parametrii optimi. Operațiunile de mentenanță efectuate în mod regulat reduc pierderile cauzate de defecțiuni și accidentele de munca. Principalele operațiuni de mentenanță în cazul utilajelor mecanice sunt înlocuirea pieselor uzate, completarea fluidelor de lucru (lubrifianți, de exemplu), reglarea componentelor și îndepărtarea factorilor de uzura (apa, praf, acizi etc.).
Utilajele funcționează în condiții de siguranță până la instalarea unui anumit nivel de uzura, sau apariția unui defect. În acest sistem, utilajele vor fi oprite la o data anticipată cu săptămâni înainte, iar reparația va fi făcută doar acolo unde este nevoie. Acest sistem permite depistarea din timp, localizarea și identificarea defecțiunii sau a piesei uzate, precum și calculul duratei de funcționare în condiții de siguranță a utilajului. Este posibilă planificarea opririi, pregătirea echipei de intervenție, comandarea pieselor de schimb necesare și reducerea la minim a duratei de nefuncționare pentru reparație.
Utilizând aparaturӑ specifica, se poate urmării continuu sau periodic, starea de funcționare a tuturor utilajelor dinamice. În acest fel pot fi depistate defecte incipiente, care pot fi rezolvate într-un interval de timp dat, astfel încât sa se evite oprirea liniei tehnologice în momente nepotrivite. Se vor putea face economii importante, prin reducerea manoperei și a cantității de piese de schimb. Mai mult, putând anticipa reparația, se va putea ști dinainte atât necesarul de piese de schimb cât si timpul necesar reparației. Dacă rezultatele monitorizării unui utilaj vor fi păstrate într-o baza de date, se va acumula un volum de informații deosebit de util pentru o analiză periodica a principalelor cauze ale defecțiunilor și se vor putea lua măsuri de evitare a apariției unor defecțiuni viitoare. O astfel de abordare a problemelor, numită și mentenanța predictiva, va putea conduce, pe termen mediu și lung, la reduceri substanțiale de costuri.
2.1.2. Analiza spectrelor de vibratie
Baza matematică este Teorema lui Fourier – utilizat in calculatoare FFT
Spectul reprezinta energiile emise la diferite turatii.
Viteza de vibratie (mm/s) ne da informatii legate de problemele structurale ale utilajului.
Valorile limita sunt reglemetate in ISO 10186
La măsurare generalizata putem observa doar daca utilajul:
Functioneaza sau nu in comparatie cu valorile date de acest standard
La măsurare spectografica detectăm defecte din urmatoarele tipuri:
Dezechilibre
Dezalinieri
Slӑbiri mecanice
Jocuri pe ax sau carcasӑ
Ax îndoit
Aceste defecte genereazӑ vibrații mari
Potentiale utilizari ale senzorilor de vibrație:
2.2. – Modalități de achiziție și valorificare a datelor
Orice sistem automat se compune din două părți principale:
sistemul tehnologic care se automatizează;
dispozitivul de automatizare;
Sistemul tehnologic care urmează să se automatizeze, fiind un executant al unei activități utile, se mai numește subsistem efector sau sistem condus, iar dispozitivul de automatizare se mai numește sistem de conducere. Pentru funcționarea întregului sistem tehnologic automatizat, trebuie asigurată o bună circulație a informațiilor între cele două.
În general, sistemele automate pot fi împărțite în două categorii: sisteme cu circuit deschis, respectiv sisteme cu circuit închis, care se deosebesc de primele prin prezența legăturilor inverse.
În figura 1.2., sunt prezentate două scheme bloc ale sistemelor de comandă (a), respectiv a sistemelor de reglare automată (b).
În sistemele de reglare automată, mărimea de ieșire e este măsurată și comparată cu o mărime prestabilită, de către elementul de comparare (C). Dacă se constată o abatere, comparatorul C dă un semnal de acționare către regulatorul (R), care, la rândul lui dă comanda (c) către organul de execuție (E). Astfel, rolul regulatorului constă în a stabili mărimea comenzii (c), în raport cu mărimea abaterii (a). Deoarece, intrarea (i) și ieșirea (e) sunt de regulă mărimi de natură diferită, sau, chiar dacă au aceeași natură au valori foarte diferite, în circuitul de legare a intrării cu ieșirea se intercalează un traductor (T), cu rolul esențial de a transforma natura mărimii de ieșire, eventual de a-i schimba valoarea într-o mărime sau valoare convenabilă.
Figura 2.2. – Scheme – bloc, generale:
a) – sisteme de comandă; b) – sisteme de reglare automată;
ST – sistem tehnologic; DA – dispozitiv de automatizare; C – comparator;
R – regulator;T – traductor; E – organ de execuție.
Circuitul derivat de la ieșire, în care se inserează traductorul (T) conectat la comparatorul
(C), reprezintă legătura inversă sau de reacție. Astfel, prin legătura inversă, mărimea de ieșire (e) este ținută permanent sub control și comparată cu mărimea de intrare (i), iar abaterea de la valoarea prestabilită se reduce prin regulatorul care primește informația și dă un semnal de acționare (a = i – e).
Capacitatea sistemelor de a-și menține o anumită stare prestabilită se mai numește autoreglare. Astfel, circuitele cu conexiune inversă sunt autoreglabile.
Semnalele de ieșire furnizate de traductoare constituie singurele mărimi accesibile în exteriorul procesului pentru prelucrarea și elaborarea comenzilor efectuate de dispozitivele de automatizare.
În figura 7.1., se prezintă o schemă generalizată de supraveghere și diagnosticare, care poate sta la baza unor multiple scheme de modernizare a unor instalații deja existente sau pentru conceperea și proiectarea unor instalații noi, în variante constructive asigurate cu sisteme de supraveghere automată.
Sistemele de supraveghere și diagnoză automată pot avea rolul de a elimina total sau parțial problemele legate de avariile posibile din instalațiile de prelucrare din industria alimentară. Introducerea acestor sisteme pot conduce la:
mărirea timpul efectiv de muncă;
micșorarea timpilor de întrerupere a activității; – reducerea costurilor cu piesele de schimb;
reducerea costurilor cu reparațiile.
În figura 2.3. se prezintă schematic etapele comune și specifice supravegherii, respectiv diagnozei.
Supravegherea se caracterizează prin acțiunea de comparare a valorilor efective ale parametrilor urmăriți, cu valorile limită. În cazul în care apar dereglări, prin depășirea a cel puțin una dintre valorile limită, sistemul de supraveghere reacționează după o strategie dinainte stabilită. Pe parcursul supravegherii se culeg informații despre procesul de prelucrare, prin intermediul unor traductoare specializate; datele culese se prelucrează, se aplică, eventual, pe rezultatul unui model experimental, se memorează valorile normale, se prescriu valorile limită ale parametrilor aleși pentru definirea stării procesului de fabricație. După reținerea limitelor normale de funcționare, se continuă funcționarea instalației, urmărindu-se cu ajutorul traductoarelor parametrii, iar la apariția unor neconcordanțe dintre valorile efective și cele prescrise, sistemul de supraveghere acționează direct asupra procesului de prelucrare, oprind instalația sau semnalând avaria.
Sistemul de diagnoză intră în activitate propriu-zisă în continuarea supravegherii, în momentul apariției avariei. Cu ajutorul informațiilor obținute de la proiectant și de la personalul de service, din planele de conexiuni, de la proiectant și din descrierile unor defecte cunoscute, se analizează legăturile logice, precum și buclele de intercondiționare care există în interiorul procesului de prelucrare. Prelucrând aceste date, se stabilește cauza avariei și se localizează utilajul, zona sau chiar subansamblul defect. Rezultatul diagnozei se prezintă sub formă de text sau coduri.
Implementarea sistemelor de supraveghere și diagnoză a utilajului tehnologic se aplică, ținându-se cont și de rata de defectare a componentelor. Tot din rațiuni economice, se supun supravegherii doar acei parametri care supravegheați pot preîntâmpina pagube ridicate.
Având în vedere raportul valoric dintre costurile echipării și avantajele materiale aduse, strategiile de aplicare presupun analize complexe din partea unei echipe mixte formate din proiectant, utilizator și proprietar.
Aceste analize trebuie să considere:
rata creșterii capacității de producție prin reducerea întreruperilor;
încărcarea cât mai uniformă a tuturor zonelor de lucru ale instalației;
posibilitatea delimitării relative de comportament și a cauzelor aferente;
capacitatea instalației de a putea fi integrată cu un sistem de automatizare;
Figura 2.3. – Schemă generalizată de supraveghere și diagnoză a utilajului tehnologic.
reducerea duratei intervențiilor după localizarea defecțiunilor;
performanțele traductoarelor la nivelul gradului de periculozitate a avariilor;
adaptările necesare echipării să nu reducă capacitatea de prelucrare;
culegerea datelor cât mai directă din punctele critice parametrilor urmăriți;
Pentru conducerea eficientă a unui proces, indiferent de procedeele și mijloacele aplicate, informarea reprezintă o funcție esențială. Astfel, deciziile de conducere pot fi luate numai pe baza unor informații cât mai corecte și mai complete asupra unor parametrii semnificativi pentru caracterizarea tehnico-economică a procesului, informații obținute ca rezultat a unor operații de măsurare. [10], [15]
Senzorul a apărut odată cu dezvoltarea microelectronicii, împreună cu alte noțiuni de mare impact, cum ar fi cele de „microprocesor”, „microcontroller”, „transputer”, „actuator” etc., adăugând o noțiune nouă unei terminologii tehnice având o anumită redundanță. Astfel, o mare parte din elementele tehnice senzitive sunt încadrate în categoria de traductor.
Un traductor este un dispozitiv care convertește efecte fizice în semnale electrice, ce pot fi prelucrate de instrumente de măsurat sau calculatoare. În unele domenii, în special în sfera dispozitivelor electro-optice, se utilizează termenul de detector (detector în infraroșu, fotodetector etc.). Traductoarele introduse într-un fluid sunt denumite, uneori, probe. O categorie largă o constituie sistemele terminate în "-metru": de exemplu, "accelerometru" pentru măsurarea accelerației, "tahometru" pentru măsurarea vitezei unghiulare.
Nu există o definiție unitară și necontestată a „senzorului”, motiv care lasă mult spațiu pentru interpretări, ambiguități și confuzii. Mulți autori preferă să folosească sintagma „senzori și traductoare”, în cadrul căreia, fie pun pe picior de egalitate senzorul și traductorul, utilizând, alternativ sau preferențial, unul dintre termeni, fie consideră că unul reprezintă o categorie ierarhică superioară, incluzându-l pe celălalt. De multe ori se mai utilizează și noțiunea de „captor”, care amplifică semnele de întrebare, întrucât în limba franceză, termenul „capteur” este utilizat pentru a desemna elementele tehnice, care în această carte au fost numite „senzor”.
Denumirea senzorului provine din cuvântul latin „sensus”, care însemnă simț și înainte de a fi adoptat pentru sisteme tehnice, a fost și este utilizat pentru a desemna capacitățile organelor de simț ale oamenilor și ale organismelor vii, de a culege și prelucra informații din mediul înconjurător și a le transmite creierului. În acest proces mărimile fizice, neelectrice, sunt convertite în semnale electrice, pe care creierul le poate prelua și interpreta și pe baza cărora coordonează acțiunile mușchilor. Modelul din biologie îl întâlnim, în mare măsură, la sistemele mecatronice.
Sistemele mecatronice trebuie să fie capabile să identifice, în anumite condiții și limite, parametri ai mediului ambiant și să reacționeze la modificări ale acestora (vezi exemplele din capitolul 2). Extrapolând considerațiile despre sistemele senzoriale ale lumii vii la sistemele mecatronice, prin senzor se va înțelege dispozitivul tehnic destinat înzestrării mașinilor cu simțuri. Are rolul determinării unei sau unor proprietăți, și, în funcție de nivelul de integrare, poate avea funcții mai simple sau mai complexe. Senzorul cuprinde traductorul/traductoarele pentru transformarea mărimii de intrare într-un semnal electric util, dar și circuite pentru adaptarea și conversia semnalelor și, eventual, pentru prelucrarea și evaluarea informațiilor. Senzorul care include și unitățile micromecanice și microelectronice de prelucrare, realizate prin
integrare pe scară largă (LSI) sau foarte largă (VLSI), se întâlnește în literatura de specialitate și sub denumirile de "sistem senzorial" sau "senzor inteligent" (smart-sensor). Producerea senzorilor inteligenți este facilitată de dezvoltarea tehnicii microsistemelor, care permite integrarea în volume extrem de mici atât a traductoarelor de diferite tipuri, cât și a micromecanicii și microelectronicii de prelucrare.
Nivelul de dezvoltare a capacităților senzoriale ale unui sistem mecatronic se determină, în general, după modul în care acesta reușește să realizeze funcții de recunoaștere similare cu cele ale omului. Între sistemele de recunoaștere ale omului si ale unui sistem mecatronic există însă două mari deosebiri:
omul are posibilități multiple de recunoaștere, fiind dotat cu organe de simț complexe, care îi asigură capacitățile de vedere, auz, miros, gust și percepție tactilă; la un sistem mecatronic acest lucru nu este nici necesar și nici posibil, tinzându-se spre limitarea funcțiilor senzoriale la cele strict necesare impuse de utilizările concrete ale acestuia; un sistem mecatronic poate fi dotat cu facilități senzoriale pe care nu le întâlnim la om, asigurate, de exemplu, de senzorii de proximitate inductivi, capacitivi, fluidici, sau cei de investigare, bazați pe radiații ultrasonice sau radiații laser și funcționând pe principiul radarului.
În funcție de tipul mărimii fizice de intrare senzorii pot fi clasificați în: § absoluți, când semnalul electric de ieșire poate reprezenta toate valorile posibile alemărimii fizice de intrare, raportate la o origine (referință) aleasă;
incrementali, când nu poate fi stabilită o origine pentru toate punctele din cadrul domeniului de măsurare, ci fiecare valoare măsurată reprezintă originea pentru cea următoare. Foarte importantă este clasificarea în funcție de tipul mărimii de ieșire, în:
senzori analogici, pentru care semnalul de ieșire este în permanență proporțional cu mărimea fizică de intrare; § senzori numerici (digitali), la care semnalul de ieșire poate lua numai un număr limitat de valori discrete, care permit cuantificarea semnalului fizic de intrare.
Privind problema semnalului de ieșire din punctul de vedere al numărului de valori posibile, pot fi puse în evidență alte două clase distincte:
senzori binari, care prezintă la ieșire numai două valori distincte;
senzori cu un număr mare de valori, pentru măsurarea unei mărimi într-o anumită plajă; pot fi analogici sau numerici.
2.2.1. Clasificarea senzorilor
Există astăzi senzori pentru mai mult de 100 de mărimi fizice, iar dacă se iau în considerare și senzorii pentru diferite substanțe chimice, numărul lor este de ordinul sutelor. Se pot pune în evidență circa 2000 de tipuri distincte de senzori, oferite în 100.000 de variante, pe plan mondial
2.2.2. Senzori piezoelectrici
Senzorii piezoelectrici de vibrație măsoară vibrațiile care apar în structura motoarelor, mașinilor și lagărelor pivotante. Sunt folosiți petru detectarea pocniturilor din motor pentru prevenirea loviturilor în sistemele de conducere ale motorului.
Senzori de presiune absolută măsoară variația presiunii de la aproximativ 50% la 500% din presiunea atmosferică a Pământului. Sunt folosiți pentru măsurarea vacuumului din colector, presiunii aerului, presiunea de altitudine, injecția de combustibil pentru motoarele diesel, pentru controlul presiunii în aspiratoare electronice, monitorizarea liniilor de producție pneumatice, contoare de aer sub presiune, altitudine, tensiunii arteriale, manometre, dispozitive de avertizare a vijeliilor.
Senzorii diferențiali de presiune măsoară presiunea diferențială a gazului. Se folosesc pentru măsurarea presiunii în rezervorul de combustibil, emisiile prin evaporare la sistemele de control pentru monitorizarea de supra și subpresiune.
Senzorii de temperatură măsoară temperatura materialelor gazoase și în interiorul unei carcase potrivite, temperatura lichidelor. Se folosesc pentru afișarea temperaturii de afara și din interorior, controlul aerului condiționat și al temperaturii din interior, controlul radiatoarelor și termostatelor, măsurarea lubrifiantului, lichidului de răcire, și al diferitelor temperaturi ale motorului, ca termometre, termostate, pentru protecție termică, detectoare de îngheț, pentru temperatura și încălzirea centrală, monitorizarea temperaturii de refrigerare, reglarea apei calde și ca pompe de căldură.
Senzorii de oxigen cu sondă de tip lambda determină conținutul de oxigen rezidual în gazele de eșapament. Sunt folosiți pentru reducerea emisiilor poluante la motoarele pe benzină și pe gaz, pentru reducerea poluanților în timpul arderii, măsurarea fumului, analiza gazelor.
Aparatele de măsura de tip aer-masă măsoară debitul de curgere al gazelor. Sunt folosite pentru măsurarea masei de aer aspirată de motor, măsurarea debitului de gaze de pe băncile de testare și în instalații de ardere.
2.2.3. Alte tipuri de senzori
Senzor pentru măsurarea temperaturii și umidității relative a aerului
Acest senzor combinat "doi într-unul" conține un senzor pentru temperatură si unul pentru umiditate relativă a aerului, integrați într-un “adăpost meteorologic” de înaltă calitate. Acesta folosește principiul convecției naturale pentru a minimiza efectele soarelui și ale radiației pamântului. Senzorul este ușor de instalat și se poate monta la orice înălțime, în funcție de aplicația data.
Senzor pentru măsurarea umectării frunzelor
Acest senzor este esențial în aplicațiile ce se refera la protecția plantelor. El simulează umectarea frunzelor provenită atât din precipitații, cât și din rouă. Senzorul funcționeaza pe principul conductivității electrice a apei, masurând în 10 trepte gradul de umectare al frunzei, de la complet uscat la total umed. Pe suprafața senzorului este montat un suport care-i da o flexibilitate deosebită la instalare, putând fi instalat în interiorul coroanei vegetale a plantelor.
Senzor pentru măsurarea intensității și direcția vântului
Ca urmare a construcției sale senzorul este compact și robust. Senzorul pentru măsurarea vitezei vântului este de fapt un generator de curent alternativ și un redresor de curent, astfel nemai fiind nevoie de perii și colector. Senzorul pentru măsurarea direcției vântului se bazează pe un potențiometru de mare precizie. Cele mai multe părți componente ale senzorului sunt fabricate dintr-un material plastic de înaltă rezistență. Senzorul are o limită de pornire (viteză minimă) extrem de scăzuta, ca urmare a unor lagăre cu autoungere speciale.
Senzor pentru măsurarea radiației solare
Piranometrul este potrivit pentru măsurători ale radiației solare (în W/m2) în domeniul lungimilor de undă 400 pâna la 700 nm. Senzorul are o corecție de cosinus încorporată și asigură o performanță ridicată având o dependență de temperatura mai mică de 0.5% într-o gamă de 50°C. Este încapsulat într-o carcasă protejată la interferențe electromagnetice. Acest senzor este foarte util pentru calculul evapotranspirației.
Senzor de tip pluviometru
Pluviometrul funcționează pe principiul unei cupe cu auto-golire. Este un sistem patentat, unic în lume și care asigură o precizie deosebită a măsurării cantității de precipitații. Cupa basculează și se golește automat în momentul în care a acumulat o cantitate exacta, prestabilită de apă. Colectorul de apă este fabricat dintr-un material plastic foarte rezistent la căldura, îngheț si radiații ultraviolete, extrem de rezistent la condițiile dificile ale mediului exterior.
Senzor pentru măsurarea conținutului de apă din sol
Senzorul este disponibil pentru diferite adâncimi (0,5, 1,0, 1,5 si 2,0 metri) și ofera o precizie mai bună de 1% apa din volumul de pamânt, în timp ce repetabilitatea este mai bună de ±1%. Pentru a elimina variabilitatea cauzată de factorii inerenți din producție, fiecare senzor este normalizat individual prin preluarea valorilor contoarelor înregistrate în condiții de aer și apa, astfel încât din punct de vedere matematic valorile de ieșire ale senzorilor sunt identice în condiții egale de măsura. Pentru a obține rezultate perfecte, normalizarea se face chiar în tubul final în care va fi montat senzorul. Pe de alta parte, pentru a corela valorile de ieșire ale senzorului cu conținutul de apă din sol, se recomandă o calibrare suplimentară la locul implantării în funcție de tipul solului în care va fi montat senzorul. O ecuație standard de calibrare este disponibilă și ofera coeficienții de corelare pentru o gamă largă de tipuri de sol, de la cele nisipoase pâna la cele argiloase. Un avantaj al acestui senzor este acela ca permite măsurarea cantității de apă în adâncimea solului pe întreg profilul acoperit de senzor. Adâncimea de măsură se întinde până la 3 metri și pe un diametru de 50 mm în jurul senzorului. Este ideal pentru observarea cantității de apă din soluri cultivate sau pajiști la care sunt necesare date despre apă din adâncime. O variantă specială a senzorului oferă și posibilitatea măsurării temperaturii solului, pentru aplicații care au nevoie și de acest parametru. Partea electronică este turnată într-un material plastic robust; o data instalat, senzorul nu are nevoie de întreținere și are o durata de viață de până la 10 ani.
Senzor pentru măsurarea temperaturii solului
Senzorul a fost special dezvoltat pentru a măsura temperatura solului la diverse adâncimi.
El este încapsulat într-o tija metalică rezistentă la coroziune care poate fi introdusa în sol pâna la adâncimea de 30 cm (măsuratorea se execută la vârful tijei).
Senzor pentru măsurarea nivelului apei
Acest senzor de nivel de apă este compensat intern digital si este utilizabil într-o gamă larga de aplicații. Este echipat cu o cutie de egalizare având ca scop compensarea presiunii atmosferice. Senzorul are o stabilitate deosebită. El poate rezista la o suprapresiune de aprox. 4 ori presiunea dată de capătul de scală. Senzorii sunt oferiți pentru diferite game de măsura, de la câteva zeci de cm pâna la 10 m.
Senzor de apă pentru puțuri de mare adâncime
Acest senzor este deosebit de util în situații în care măsurarea nivelelor de apă trebuie facută la mari adâncimi (câteva sute de metri), ca de exemplu în puțuri de mare adâncime. El funcționează pe principiul transmiterii digitale a datelor: o cutie cu componetele electronice montată la suprafață, asigură pe de o parte comunicația prin cablu la nivel digital cu senzorul; pe de alta parte convertește valorile digitale și livrează o valoare analogică către stația de măsură distanța. Electronica din cutia de comandă asigură și compensarea valorilor măsurate cu presiunea atmosferică.
Senzor pentru măsurarea conductibilității apei
Fiind unul dintre cei mai importanți parametri utilizați în industria asigurării calității apei, acest senzor de conductibilitatea apei furnizează măsuratori de înaltă precizie și nu are nevoie de întreținere aproape de loc. El este oferit în câteva game de măsură atât pentru apă potabilă cât și apă reziduală. Măsurarea conductibilității apei se face în curent alternativ sinusoidal cu frecvență de aproximativ 2 kHz.
2.3. Obiectivele lucrării
Lucrarea cuprinde rezultate înregistrate în urma unor cercetări privind realizarea unor sisteme de monitorizare, a utilajelor tehnologice de pe liniile de fabricație industrială.
Necesitatea implementării acestor sisteme de monitorizare este argumentată de prevenirea situațiilor de uzură pronunțată a unor organe de mașini din structura sistemelor de generare și transmitere a mișcărilor elementelor active ale utilajului. Această îmbunătățire vizează mai ales protecție și controlul unităților de acționare (de cele mai multe ori motoare) care deservesc utilaje integrate în linii tehnologice de complexitate medie si mare.
Dezvoltarea unor astfel de sisteme pot aduce următoarele avantaje:
Reducerea cheltuielilor pentru întreținere și exploatare;
Reducerea timpilor de întrerupere a utilajelor si implicit a pierderilor tehnologice; – Reducerea consumurilor energetice specifice prin funcționarea optimizată a liniilor tehnologice;
Monitorizarea chiar de la distanță a parametrilor funcționali și de stare ai utilajelor deservite;
Sunt avute în vedere obiective principale:
integrarea monitorizării cu funcțiile de protecție și control la distanta prin transmisii online de date;
implementarea unor tehnici de tip sistem expert bazate pe logica Fuzzy pentru optimizarea deciziilor in scopul atingerii unor criterii de performanta pentru linia tehnologică; – realizarea unui sistem distribuit pentru monitorizarea funcționării utilajelor ținând cont de intercondiționările caracteristicile specifice liniei tehnologice.
Pentru finalizarea cu succes a proiectului și îndeplinirea obiectivelor propuse, planul de realizare cuprinde etape și activități alese logic si coerent începând cu studiul pentru definirea structurii optime a sistemului, proiectarea și realizarea modelului experimental funcțional.
Obiectivul acestei lucrări este de a proiecta, implementa și testa o varianta funcționala a unui senzor de vibratie. Senzorul este proiectat pentru a sesiza modificarile de vibratie, aceleratia si temperatura ansamblului și este montat în pe exteriorul componentei care este cea mai susceptibila de a genera vibratii, pentru a transmite date precise în timpul unuia sau mai multor cicluri de functionare, cu sau fara pauze, depinzand de cerintele clientului.trale elctronice.
Senzorul este implementat într-o variantă care rezistă la temperatură pentru a putea fi plasat în compartimentul motor. Senzorul este testat și comparat cu un senzor de referință pentru a putea fi determinate caracteristicile funcționale și pentru a stabili dacă acest senzor optic de accelerație poate fi folosit cu încredere pentru o implementare ulterioară.
Senzorul este format din următoarele părți componente: 2xfibre optice plastice cu diametrul de 1mm, carcasa senzorului confecționată dintr-un tub de plastic, membrana din latex montata pe o extremitate a senzorului, inelul metalic care fixează și pretensionează membrana, greutatea fabricata din latex plasată în mijlocul membranei.
Capitolul 3.
MODELUL EXPERIMENTAL DE MONITORIZARE
3.1 Schema bloc a standului experimental
In cele ce urmează va fi prezentată schema de bloc a standului experimental folosit pentru încercarea senzorilor optici de accelerație, respectiv de presiune. Pentru proiectarea standului au fost luate în considerare următoarele aspecte:
Standul experimental trebuie să ofere mijloacele de a detecta semnale de accelerație, temperatura si vibratie;
Conceptul de achiziție trebuie să fie simplu și portabil, ușor conectabil la calculator;
Informația provenită de la senzori trebuie să fie stocată pe calculator, astfel încât să fie posibilă reconstruirea semnalelor originale bazate pe informațiile stocate;
Prin intermediul standului de încercare, trebuie să fie posibilă crearea condițiilor similare cu cele intalnite in cazul montajului real pe o linie de productie;
Standul experimental are se compune dintr-un cuplaj motor-reductor, motorul fiind de tip electric alternativ trifazat (1). Pe cuplaj este amplasat senzorul de vibratii (2), deoarece acesta este punctul cel mai propice de monitorizare a diferitilor parametrii necesari evaluarii in timp real a starii de functionare a sistemului. Comunicatia dintre senzor si PLC se face prin protocol de Ethernet (3) folosind un Ethernet Switch (4). Din switch-ul de ethernet, semnalul ajunge atat la PLC (5), unde are loc prelucrarea datelor, cat si la HMI (6), de unde operatorul poate interactiona in mod direct cu sistemul.
Pentru analiza datelor analogice si digitale provenite de la senzorul de vibratii, este folosit un PLC. PLC-ul este alimentat printr-o sursa de alimentare de curent continuu (7), ce converteste curentul alternativ de la prize. Tensiunea de alimentare a PLC-ului poate fi variata intre 17V si 28V, insa tensiunea recomandata este de 24V. La alimentarea PLC-ului este legata o siguranta automata (8). O a doua siguranta automata (9) este folosita la alimentarea motorului electric trifazat. De asemenea este utilizat un contactor (10) pentru a putea porni si opri motorul automat din PLC (5) sau din interfata HMI (6).
Intre contactor (10) si PLC (5) exista doua legaturi electrice, folosite ca input, respective output. Pe prima linie (11), care este legata la un pin de tip input al PLC-ului, citim daca motorul este sau nu alimentat. In cazul in care exista alimentare, se activeaza un bloc functional de cod de program de tipul ladder, care ne permite sa activam sau dezactivam motorul prin apasarea unui buton din intrefata de monitorizare. Pornirea, respectiv oprirea motorului se face prin a doua linie de comunicatie (12) intre PLC (5) si contactor (10). Aceasta linie este legata la un pin de output de la PLC (5).
3.2. Componentele standului experimental
3.2.1. Componentele utilajului tehnologic
Locul utilajului tehnologic este ținut grupul motric format de un motor electric și un reductor prevăzut cu un mecanist de simulare a unor posibile defecțiuni mecanice.
3.2.1.1. Motorul electric
Un motor electric este un dispozitiv electromecanic ce transformă energia electrică în energie mecanică. Majoritatea motoarelor electrice funcționează pe baza forțelor electromagnetice ce acționează asupra unui conductor parcurs de curent electric aflat în câmp magnetic.
Indiferent de tipul motorului, acesta este construit din două părți componente: stator și rotor. Statorul este partea fixă a motorului, în general exterioară, ce include carcasa, bornele de alimentare, armătura feromagnetică statorică și înfășurarea statorică. Rotorul este partea mobilă a motorului, plasată de obicei în interior. Este format dintr-un ax și o armătură rotorică ce susține înfășurarea rotorică. Între stator și rotor există o porțiune de aer numită întrefier ce permite mișcarea rotorului față de stator. Grosimea întrefierului este un indicator important al performanțelor motorului.
Motoarele electrice pot fi clasificate după tipul curentului electric ce le parcurge: motoare de curent continuu și motoare de curent alternativ. În funcție de numărul fazelor curentului cu care funcționează, motoarele electrice pot fi motoare monofazate sau motoare polifazate.
Motorul de inducție trifazat (sau motorul asincron trifazat) este cel mai folosit motor electric în acționările electrice de puteri medii și mari. Statorul motorului de inducție este format din armătura feromagnetică statorică pe care este plasată înfășurarea trifazată statorică necesară producerii câmpului magnetic învârtitor. Rotorul este format din armătura feromagnetică rotorică în care este plasată înfășurarea rotorică. După tipul înfășurării rotorice, rotoarele pot fi de tipul:
rotor în colivie de veveriță (în scurtcircuit) – înfășurarea rotorică este realizată din bare de aluminiu sau, mai rar, cupru scurtcircuitate la capete de două inele transversale.
rotor bobinat – capetele înfășurării trifazate plasate în rotor sunt conectate prin interiorul axului la 3 inele. Accesul la inele dinspre cutia cu borne se face prin intermediul a 3 perii.
Prin intermediul inducției electromagnetice câmpul magnetic învârtitor va induce în înfășurarea rotorică o tensiune. Această tensiune creează un curent electric prin înfășurare și asupra acestei înfășurări acționează o forță electromagnetică ce pune rotorul în mișcare în sensul câmpului magnetic învârtitor. Motorul se numește asincron pentru că turația rotorului este întotdeauna mai mică decât turația câmpului magnetic învârtitor, denumită și turație de sincronism. Dacă turația rotorului ar fi egală cu turația de sincronism atunci nu ar mai avea loc fenomenul de inducție electromagnetică, nu s-ar mai induce curenți în rotor și motorul nu ar mai dezvolta cuplu.
Motorul de inducție cu rotorul în colivie este mai ieftin și mai fiabil decât motorul de inducție cu rotorul bobinat pentru că periile acestuia se uzează și necesită întreținere. De asemenea, motorul de inducție cu rotorul in colivie nu are colector și toate dezavantajele care vin cu acesta: zgomot, scântei, poluare electromagnetică, fiabilitate redusă și implicit întreținere costisitoare. Motoarele de curent continuu au fost folosite de-a lungul timpului în acționările electrice de viteză variabilă, deoarece turația motorului se poate modifica foarte ușor modificând tensiunea de alimentare însă, odată cu dezvoltarea electronicii de putere și în special cu dezvoltarea surselor de tensiune cu frecvență variabilă, tendința este de înlocuire a motoarelor de curent continuu cu motoare de inducție cu rotor în colivie.
3.2.1.2. Reductorul
Diferitele aplicatii ale motoarelor electrice necesita o adaptare a acestora. In acest scop folosim reductorul – echipament esential pentru asigurarea functionarii optime si la parametrii doriti a unui motor electric.
Un reductor are functia de a modifica parametrii caracteristici puterii mecanice emise de un motor electric – cuplul si turatia. Reductoarele reduc, de regula, rotatia arborelui motor, insa in acelasi timp multiplica momentul si cuplul acestuia.
Cuplate direct pe motoarele electrice prin flanse specifice, reductoarele pot fi incadrate in categorii diferite, in functie de angrenajul lor. Exista astfel reductoare cu angrenaje cilindrice, care ofera una sau mai multe trepte de reducere, dupa necesarul dorit. Randamentul total al unui astfel de reductor este dat de insumarea randamentelor individuale ale fiecarei trepte.
O a doua categorie de reductoare o reprezinta gama de reductoare melcate. Aceste reductoare isi gasesc utilizare in aplicatii din cele mai diverse, se preteaza la instalatii universale. Oriunde sunt necesare rapoarte si cupluri mari, de obicei in spatii restranse, un reductor melcat se dovedeste a fi o adaptare extrem de utila la motorul electric. Principalele caracteristici ale reductoarelor melcate sunt puterile variate – situate intre 0,09 si 7,5 kW, sau rapoartele de reductie ce pot ajunge pana la reducerea turatiei la cota 1:100 a angrenajului motorului electric. Forma reductoarelor melcate este de obicei una cubica, permitand o fixare universala; zgomotul produs de acestea in timpul functionarii este unul redus, ceea ce le transforma in varianta ideala de personalizare in functie de necesitati a turatiei motorului electric.
Motivul pentru care sunt utilizate reductoarele este dat de restrictii. Motoarele electrice, industriale sau de uz casnic, sunt fabricate in serie. Standardele de putere nominala si de turatie ale acestora nu sunt – in majoritatea cazurilor – conforme cu ceea ce cere o anumita aplicatie. Un exemplu edificator: majoritatea benzilor transportoare sau a scarilor rulante necesita cupluri si turatii care nu se gasesc la motoarele electrice standard. Se utilizeaza astfel reductoare – cilindrice, melcate sau conice, dupa caz – pentru a obtine acel raport dorit intre turatia si cuplul motorului electric.
3.2.1.3. Contactorul
Un contactor este un comutator electric comandat pentru comutarea unui circuit electric, similar unui releu, cu excepția unor valori mai mari ale curentului și a câtorva alte diferențe. [1] Un contactor este comandat de un circuit care are un nivel de putere mult mai scăzut decât circuitul comutat .
Contactorii vin în mai multe forme cu diferite capacități și caracteristici. Spre deosebire de un întrerupător de circuit, un contactor nu are intenția de a întrerupe un curent de scurtcircuit.
Contactorii variază de la cei care au un curent de rupere de câteva amperi la mii de amperi și 24 V DC la multe kilovolți. Dimensiunile fizice ale contactorilor variază de la un dispozitiv suficient de mic pentru a ridica cu o mână, la dispozitivele mari de aproximativ un metru pe o parte.
Contactorii sunt utilizați pentru a controla motoarele electrice, iluminatul, încălzirea, băncile de condensatoare, evaporatoarele termice și alte încărcături electrice.
Contactorul are trei componente. Contactele sunt partea contactorului ce conduce curentul. Acestea includ contactele electrice, contactele auxiliare și arcurile de contact. Electromagnetul (sau "bobina") asigură forța motrice pentru a închide contactele. Interiorul este un cadru care găzduiește contactul și electromagnetul. Carcasele sunt realizate din materiale izolante precum bachelita, nailon 6 și materiale plastice termosetabile pentru a proteja și izola contactele și pentru a oferi o anumită măsură de protecție personalului care atinge contactele. Containerele cu cadru deschis pot avea o altă carcasă pentru a proteja împotriva prafului, a uleiului, a pericolelor de explozie și a vremii.
Exploziile magnetice utilizează bobine de suflare pentru a prelungi și a muta arcul electric. Acestea sunt utile în special în circuitele de curent continuu. AC arcurile au perioade de curent scăzut, în timpul cărora arcul poate fi stins cu ușurință relativ, dar arcele DC au un curent continuu ridicat, astfel încât suflarea acestora necesită ca arcul să fie întins mai departe decât un arc AC de același curent. Evacuările magnetice din contactorul Albright (proiectat pentru curenți DC) sunt mai mult decât dublul curentului pe care îl poate rupe, mărind-o de la 600 la 1.500 A.
Uneori este instalat un circuit de economizor pentru a reduce puterea necesară pentru a menține contactorul închis; Un contact auxiliar reduce curentul bobinei după închiderea contactorului. Este necesară o cantitate mai mare de energie pentru a închide inițial un contactor decât este necesar pentru ao menține închisă. Un astfel de circuit poate economisi o cantitate substanțială de energie și permite bobina energizată să rămână mai rece. Circuitele economizoare sunt aproape întotdeauna aplicate pe bobinele de contactori de curent continuu și pe bobine mari de contactori de curent alternativ.
Un contactor de bază va avea o intrare a bobinei (care poate fi acționată fie de o sursă de curent alternativ sau de curent alternativ, în funcție de designul contactorului). Bobina poate fi alimentată la aceeași tensiune ca motorul pe care comutatorul le controlează sau poate fi comandat separat cu o tensiune mai mică a bobinei mai potrivită pentru a controla controlorii programabili și dispozitivele pilot cu tensiune joasă. Anumiți contactori au bobine de serie conectate în circuitul motorului; Acestea sunt folosite, de exemplu, pentru control automat al accelerației, în cazul în care următoarea fază de rezistență nu este decuplată până când curentul motorului nu a scăzut.
Spre deosebire de releele de uz general, contactorii sunt proiectați pentru a fi conectați direct la dispozitivele de încărcare cu curent înalt. Releele au tendința de a avea o capacitate mai mică și sunt, de obicei, concepute atât pentru aplicații închise în mod normal, cât și pentru aplicații în mod normal deschise. Dispozitivele care comută mai mult de 15 amperi sau în circuite cu o valoare mai mare de câteva kilowați sunt de obicei numite contactori. În afară de contactele opționale auxiliare de joasă tensiune, contactorii sunt aproape exclusiv echipați cu contacte normal deschise ("forma A"). Spre deosebire de relee, contactorii sunt proiectați cu caracteristici pentru controlul și suprimarea arcului produs de întreruperea curenților de motor grei.
Când curentul trece prin electromagnet, se produce un câmp magnetic care atrage miezul mișcării contactorului. Bobina electromagnetului atrage inițial mai mult curent, până când crește inductivitatea atunci când miezul metalic intră în bobină. Contactul mobil este acționat de miezul mobil; Forța dezvoltată de electromagnet menține contactele mobile și fixe împreună. Când bobina contactorului este deconectată, gravitația sau un arc returnează miezul electromagnetului în poziția sa inițială și deschide contactele.
Pentru contactorii alimentați cu curent alternativ, o mică parte a miezului este înconjurată de o bobină de umbrire, care întârzie ușor fluxul magnetic din miez. Efectul este acela de a obține o medie a tragerii alternante a câmpului magnetic și, astfel, a împiedica miezul să vibreze la frecvența de două ori.
Datorită faptului că arcurile și deteriorările ulterioare au loc la fel cum contactele sunt deschise sau închise, contactorii sunt proiectați să se deschidă și să se închidă foarte rapid; Există adesea un mecanism intern de puncte de basculare pentru a asigura o acțiune rapidă.
Închiderea rapidă poate, totuși, să ducă la creșterea sarcinii de contact care cauzează cicluri suplimentare nedorite de deschidere-închidere. O singură soluție este să aveți contacte bifurcate pentru a minimaliza sarcinile de contact; Două contacte concepute pentru a se închide simultan, dar săriți la momente diferite, astfel încât circuitul să nu fie scurt deconectat și să provoace un arc.
3.3. Soluții hardware de monitorizare
3.3.1. Siguranta automata
Un întreruptor automat este un comutator electric automat destinat să protejeze circuitele electrice împotriva scurtcircuitelor sau depasirii curentului maxim (dat de caracteristica intrerupatorului automat), astfel încât circuitul protejat să nu sufere stricăciuni din cauza efectelor termice provocate de un curent mai mare decât cel nominal. Spre deosebire de siguranțele electrice fuzibile, care după fiecare declanșare trebuie înlocuite (deoarece se arde fuzibilul), întreruptoarele automate trebuie doar reanclanșate manual după înlăturarea defectului sau încetarea stării de suprasarcină. Întrerupătoarele automate există într-o largă diversitate de mărimi, de la întrerupătoare miniatură până la întrerupătoare de foarte mari dimensiuni, folosite la tensiuni foarte înalte (e.g. 400kV).
Întreruptoarele au în construcție un releu electromagnetic, care comandă declanșări foarte rapide în caz de scurtcircuit, care este, de altfel, și funcția principală a întreruptoarelor. Curentul releului este reglabil, și se alege mai mare decât al supracurenților temporari de scurtă durată, cum ar fi cei ce apar la pornirea motoarelor electrice.
Întreruptoarele sunt fi prevăzute și cu un releu termic. Acesta funcționează pe principiul termobimetalului, oferind o protecție temporizată la deschidere, în funcție de suprasarcină.
Întreruptoarele automate pot fi prevăzute și cu releu de detecție al curenților reziduali, numită și protecție diferențială, care detectează posibilele scurgeri de curent spre exteriorul circuitului. Această protecție măsoară suma curenților prin cele trei faze, care în condiții normale trebuie să fie zero, orice altă valoare (peste un anumit prag reglabil) ducând la alarmare sau întreruperea circuitului.
Deși întreruptoarele pot avea și funcția de pornire/oprire a consumatorului, acest regim de funcționare nu este recomandat, deoarece, constructiv, din cauza arcului electric (provocat între contactele sale metalice – la deschidere- și care dezvoltă multă căldură), ele sunt concepute pentru un număr redus de comutări.
În primele momente ale unui scurtcircuit sau al unei stări de suprasarcină (neadmisibilă), întreruptorul și circuitul protejat sunt străbătute de un supracurent mult peste cel nominal. Când se deschid contactele întreruptorului, între ele se formează un arc electric.
Întreruptoarele moderne sunt construite cu limitare de curent (curent maxim admisibil), astfel că în cazul unui scurtcircuit sau suprasarcini neadmisibile, curentul nu poate atinge valoarea maximă teoretică. Curentul maxim pe care îl poate întrerupe un întreruptor poartă numele de capacitate de rupere. În caz de depășire a acestui curent, întreruptorul, deși declanșează, datorită puterii electrice excesive conduse prin circuit este posibil să nu reușească să stingă arcul electric format între contactele sale, curentul de scurtcircuit (sau cel limitat) circulând în continuare, putându-se produce avarii serioase în instalația protejată, respectiv el însuși se poate defecta sau își micșorează considerabil durata de viață.Întreruptoarele pot fi clasificate după mai multe criterii: După numărul de poli pot fi:
monopolare
bipolare
tripolare
tetrapolare
După felul instalației:
de interior
de exterior
pentru izolații capsulate
După nivelul de izolație pot fi întreruptoare:
cu izolație normală
cu izolație întărită, pentru zonele cu poluare intensă După dispozitivul de acționare pot fi întreruptoare:
cu acționare monofazică cu acționare trifazică
3.3.2. Senzorul de vibratii FAG SmartCheck
3.3.3. Controler logic programabil (PLC)
Un controler logic programabil (PLC) este un calculator digital industrial care a fost robust și adaptat pentru controlul proceselor de producție, cum ar fi linii de asamblare sau dispozitive robotizate sau orice activitate care necesită un control ridicat al fiabilității și o ușurință de programare Și diagnosticarea defecțiunilor procesului.
Acestea au fost dezvoltate pentru prima oară în industria automobilelor pentru a oferi controale flexibile, robuste și ușor de programat pentru a înlocui releele și cronometrele cu fir. De atunci au fost adoptate pe scară largă ca regulatoare de automatizare de înaltă fiabilitate potrivite pentru medii dure. Un PLC este un exemplu de sistem "dur" în timp real, deoarece rezultatele producției trebuie să fie produse ca răspuns la condițiile de intrare într-un timp limitat, altfel operațiunea neintenționată va rezulta.
Dispozitivele LC pot varia de la mici dispozitive de "cărămidă de construcție" cu zeci de intrări și ieșiri (I / O), într-o carcasă integrată cu procesorul, la dispozitive modulare mari, cu număr de mii de intrări / ieșiri, Adesea conectat la alte sisteme PLC și SCADA.
Acestea pot fi proiectate pentru mai multe moduri de I / O digitale și analogice, intervale de temperatură extinse, imunitate la zgomot electric și rezistență la vibrații și impact. Programele pentru controlul funcționării mașinii sunt în mod obișnuit stocate în memorie cu baterie de rezervă sau non-volatile.
Când computerele digitale au devenit disponibile, fiind dispozitive programabile generale, acestea au fost aplicate în curând pentru a controla logica secvențială și combinatorie în procesele industriale. Cu toate acestea, aceste computere timpurii au necesitat programatori specializați și un control riguros al mediului înconjurător pentru temperatură, curățenie și calitatea alimentării. Pentru a răspunde acestor provocări, PLC a fost dezvoltat cu mai multe atribute cheie. Aceasta ar tolera mediul magazinului, s-ar sprijini intrările și ieșirile discrete (bițiforme) într-o manieră ușor de extensibilă, nu ar necesita ani de instruire și ar permite monitorizarea funcționării sale.
Deoarece multe procese industriale au o durată de răspuns ușor de rezolvat în funcție de timpii de răspuns milisecunde, electronice moderne (rapide, mici și fiabile) facilitează foarte mult construirea unor controale fiabile și performanța poate fi comercializată pentru fiabilitate.
PLC-urile sunt programate folosind software-ul aplicației pe computerele personale, care acum reprezintă logica în formă grafică în loc de simboluri de caractere. Computerul este conectat la
PLC prin cabluri USB, Ethernet, RS-232, RS-485 sau RS-422. Software-ul de programare permite introducerea și editarea logicii în stilul scării. În unele pachete software, este de asemenea posibil să vizualizați și să editați programul în diagrame de blocuri de funcții, diagrame de flux secvențial și text structurat. În general, software-ul oferă funcții de depanare și depanare a software-ului PLC-ului, de exemplu, prin evidențierea unor porțiuni ale logicii pentru a afișa starea curentă în timpul funcționării sau prin simulare. Software-ul va încărca și descărca programul PLC, pentru scopuri de backup și restaurare. La unele modele de controler programabil, programul este transferat de la un calculator personal la PLC printr-o placă de programare care scrie programul într-un cip detașabil, cum ar fi un EPROM.
Funcționalitatea PLC-urilor a evoluat de-a lungul anilor pentru a include controlul releului secvențial, controlul mișcării, controlul proceselor, sistemele de control distribuite și crearea de rețele. Capacitățile de procesare, stocare, procesare și comunicare a unor PLC-uri moderne sunt aproximativ echivalente cu computerele desktop. Programarea PLC, combinată cu hardware-ul de intrare / ieșire de la distanță, permite unui computer desktop cu scop general să suprapună unele PLC-uri în anumite aplicații. Controlerele computerelor de birou nu au fost acceptate în general în industria grea, deoarece computerele desktop rulează pe sisteme de operare mai puțin stabile decât PLC-urile și deoarece hardware-ul desktop-ului nu este în mod obișnuit conceput la aceleași niveluri de toleranță la temperatură, umiditate, vibrații și longevitate Ca procesoare utilizate în PLC-uri. Sistemele de operare, cum ar fi Windows, nu se supun executării logice deterministe, rezultând că este posibil ca controlerul să nu răspundă întotdeauna schimbărilor de stare de intrare cu consistența de sincronizare prevăzută de PLC-uri. Aplicațiile logice de tip desktop se găsesc în situații mai puțin critice, cum ar fi automatizarea laboratoarelor și utilizarea în instalații mici, unde aplicația este mai puțin solicitantă și critică, deoarece acestea sunt, în general, mult mai puțin costisitoare decât PLC-urile.
Funcția cea mai de bază a unui controler logic programabil (PLC) este de a primi intrări de la componente de stare, care pot fi de la senzori sau comutatoare. Unele dintre componentele de bază ale unui PLC sunt module de intrare, o unitate centrală de procesare, module de ieșire și un dispozitiv de programare. Când o intrare este activată, o anumită ieșire va fi activată și de orice ați spus aparatului.
Funcția principală a unui cronometru este de a păstra o ieșire pe o anumită perioadă de timp. Un bun exemplu în acest sens este o lumină de garaj, în cazul în care doriți ca puterea să fie întreruptă după 2 minute, pentru a da cineva timp să intre în casă. Cele trei tipuri diferite de cronometre utilizate în mod obișnuit sunt Delay-OFF, Delay-ON și Delay-ON-Retentive. Un temporizator de oprire se activează imediat când este pornit, se contorizează de la un timp programat înainte de decupare și este șters când intrarea de activare este dezactivată. Un cronometru Delay-ON este activat de intrare și începe să acumuleze timp, se contorizează până la un timp programat înainte de decupare și este șters când intrarea de activare este dezactivată. Un cronometru Delay-ON-Retentive este activat de intrare și începe să acumuleze timp, păstrează valoarea acumulată chiar dacă treapta (scara-logică) merge falsă și poate fi resetată numai de către o persoană de contact RESET.
PLC-FX5U Mitsubishi
3.4. Soluții software de monitorizare
3.4.1. Interfata HMI
Interfața om-mașină (HMI) este interfața dintre proces și operatori – în esență un tablou de bord al operatorului. Acesta este instrumentul principal prin care operatorii și supraveghetorii de linie coordonează și controlează procesele industriale și de fabricație din instalație. MMI-urile servesc la traducerea variabilelor de proces complexe în informații utile și care pot fi aplicate. Afișarea informațiilor operaționale în timp real este domeniul HMI. Grafica proceselor oferă sens și context statusului motorului și a supapei, nivelului rezervorului și al altor parametri ai procesului. MMI furnizează o perspectivă operațională asupra procesului și permit controlul și optimizarea prin reglarea obiectivelor de producție și de proces.
Unele dispozitive HMI traduc, de asemenea, date din sistemele de control industrial în reprezentări vizuale citibile de către oameni ale sistemelor. Prin HMI, operatorul poate vedea schemele sistemelor și pornește sau oprește întrerupătoarele și pompele, de exemplu, sau ridică sau scade temperaturile. HMI-urile sunt de obicei implementate pe mașini bazate pe Windows, comunicând cu controlere logice programabile (PLC) și cu alți controlori industriali.
O problema a sistemelor HMI este faptul că există un deficit general și o lipsă de forță de muncă calificată și de expertiză pentru a înțelege toate aceste informații. În plus, responsabilitatea operatorilor este adesea enormă, schimbările lor sunt prea lungi și sunt predispusi la oboseală. Cu această problemă crescând în intensitate în fiecare an, nevoia de utilizare ușoară nu a fost niciodată mai mare.
În primul rând, echipamentele HMI moderne trebuie să se concentreze în mod automat atenția operatorului asupra problemei. Acestea trebuie să pună în aplicare procedurile standard de operare și să asigure identificarea în timp util și ușor a condițiilor anormale. Concepția avansată de conștientizare situațională trebuie să ajute operatorul să vadă ce se întâmplă, să se concentreze asupra problemei și să furnizeze instantaneu ecrane relevante.
În al doilea rând, HMI-urile moderne trebuie să vizeze mai mult decât vizualizarea proceselor. Ele trebuie să conecteze oamenii, aplicațiile și mașinile pentru o mai bună colaborare, eficiență și economie. HMI trebuie să expună informațiile relevante, la persoanele potrivite, la momentul potrivit; Permițându-le să ia decizii mai bune.
3.4.2. Protocolul Ethernet
Ethernet este denumirea unei familii de protocoale de rețele de calculatoare bazată pe transmisia cadrelor (frames) și utilizată la implementarea rețelelor locale de tip LAN. Numele provine de la cuvântul englez ether (tradus: eter), despre care multă vreme s-a crezut că este mediul în care acționau și comunicau zeitățile. Ethernet-ul se definește printr-un șir de standarde pentru cablare și semnalizare electrică aparținând primelor două niveluri din Modelul de Referință OSI – nivelul fizic și legătură de date.
Ethernet-ul a fost conceput pe baza ideii că pentru a lega computerele între ele astfel ca să formeze o rețea este nevoie de un mediu de transmisie central cum ar fi un cablu coaxial partajat.
Conceptul și implementarea Ethernet-ului s-au dezvoltat incontinuu, ajungându-se azi la tehnologiile de rețea complexe, care constituie fundamentul majorității LAN-urilor actuale. În loc de un mediu (cablu) central, tehnologiile moderne utilizează legături de tipul „punct-lapunct”, hub, switch (română: comutator), bridge (punte) și repeater, bazate pe fire electrice de cupru torsadate care reduc costurile instalării, măresc fiabilitatea și înlesnesc managementul și reparațiile rețelei.
La nivelele de deasupra nivelului fizic, aparatele dintr-o rețea Ethernet comunică între ele prin împărțirea mesajelor în multe pachete mici, care se transmit și se recepționează unul câte unul (dar foarte repede). Fiecare aparat legat la rețea primește o adresă de la protocolul Media Access Control (Adresă MAC), unică, alcătuită din 48 biți, și care se folosește la identificarea atât a sursei cât și a destinației pachetelor.
Toate adaptoarele de rețea (NIC) primesc încă din fabrică o adresă unică, și în mod normal nici un adaptor nu acceptă pachete adresate altcuiva. La nevoie adresa poate totuși fi schimbată, de exemplu atunci când un adaptor se defectează și trebuie înlocuit cu unul nou, dar păstrându-se adresa MAC veche.
Cu toate progresele făcute, și anume plecând de la cabluri coaxiale groase care ajungeau la viteze de transmisie de maximum 10 Mbit/s, și până în zilele noastre, când rețelele Ethernet cu fibre optice ajung la viteze de pânâ la 100 Gbit/s, formatul cadrelor nu s-a schimbat, astfel încât toate rețelele Ethernet pot fi interconectate fără probleme. În plus, datorită marii răspândiri a rețelelor Ethernet, scăderii permanente a costurilor pentru hardware, precum și miniaturizării tuturor componentelor Ethernet, în ziua de azi funcționalitatea Ethernet se poate implementa la PC-uri direct pe placa de bază, fără a mai fi nevoie de o placă de rețea separată. Există mai multe tipuri de cadre:
Cadrul Ethernet Versiunea 2 (Ethernet II), numită și cadrul DIX (de la numele companiilor DEC, Intel și Xerox); acesta este cel mai folosit cadru în prezent.
Implementarea non-standard a companiei Novell, care nu conține antetul LLC (IEEE 802.2).
Cadrul IEEE 802.2 LLC
Cadrul IEEE 802.2 LLC/SNAP
Toate aceste tipuri de cadre pot conține în plus și o etichetă (engleză: tag) de tipul IEEE 802.1Q, folosit la identificarea VLAN-ului. Această extensie mărește dimensiunea maximă a cadrului cu
4 octeți, până la 1522 octeți.
Cadrele incomplete sunt cele care au o lungime mai mică decât cea specificată de standard (64 de octeți). Astfel de cadre apar cel mai des din cauza coliziunilor din rețea, dar și datorită unor probleme cu plăcile de rețea sau cu implementarea software a stivei de protocoale
Capitolul 4.
APLICATIE SOFTWARE PENTRU MONITORIZAREA SI PRELUCRAREA VIBRATIEI
Ramura de program pentru monitorizarea de erori in PLC
Prin apelarea unor functii si registrii din PLC, putem monitoriza numarul de erori inregistrate de la ultimul clean-up efectuat in memoria interna.
Verificare comunicatie intre PLC si Senzor
Verificare cazuri de posibile erori prin reapelare de functii
Verificare interna a orelor de functionare
(alarma de maintenance se activeaza la anumite intervale)
Setare DelayTimer in cazul de reset neprevazut al PLC-ului
Program pentru verificarea conexiunii senzor – PLC
Verificare de conexiune fizica si de versiune software a senzorilor la prima pornire
Initializare a diferite adrese din regristii PLC-ului in vederea stabilirii de comunicatie cu senzorul
Program de tip Ladder pentru transmisia de date pe linie Ethernet
Instructiune de tip Ladder pentru pornirea/oprirea remote a motorului (cand se inregistreaza valoarea “true” in M23, se switch on mototrul)
Capitolul 5 PRENZENTARE TEHNICA A INTERFETEI DE MONITORIZARE
SCADA
Ecran general de monitorizare individuala a unui sensor
Ecran de vizualizare grafica a variatiei vibratiilor in cursul monitorizarii
Vizualizare pe interval de timp si senzori a vibratiei
Vizualizare grafica istorica a vibratiei pe intervale pre-setate de timp
Fereastra de configuratie a functie de “Logging” (salvarea datelor in format baza de date)
Exemplu de asignare de parametrii pentru comunicatia dintre sensor si PLC
Acesta este doar un exemplu deorece programul original contine mai multe asemenea liste, de lungimi variate
Ecran de configuratie a functiei de “Screen Switching”
Screen Switching (intercalarea de ecrane) este necesara in cazul in care dorim spre exemplu ca ecranul de alarme sa fie mereu in prim-plan in cazul in care se inregistreaza nereguli.
Ecran de configurare a nivelelor de securitate
Programul permite asignarea a pana la 15 nivele diferite de securitate, iar contul fiecarei persoane care lucreaza cu acest program este asignat pe unul din aceste nivele.
Nivelul 1 reprezinta operatorul de rand iar nivelul 15 reprezita administrator de sistem sau inginerul automatis care modifica sau update codul sursa.
Fereastra de configuratie a functiei “Operation Logging”
Operation Logging presupune salvarea in format baza de date a tuturor actiunilor ce au fost intreprinse asupra sistemului de la inceperea monitorizarii. (spre exemplu opriri de urgenta din cauze de avarii)
Fereastra este gri deoarece functia nu este active pe acest proiect deoarece nu poate fi testate, proiectul nefiind implementat pe o linie de productie.
CONCLUZII ȘI RECOMANDĂRI
În prezent conducerea automată a utilajului tehnologic se realizează cu ajutorul calculatorului, în diferite configurații conceptuale sau constructive.
Abordând o viziune globală asupra sistemelor de conducere a utilajului tehnologic cu ajutorul calculatorului , se poate preciza faptul că între diferitele sisteme (blocuri), componente ale unui sistem de conducere, există interconexiuni și dependențe semnificative, care conduc la formarea unui ansamblu unitar.
Sunt deja, din ce în ce mai cunoscute:
sistemele de reglare automată convenționale (SRAC), continuale, (SRACC) sau numerice (SRAGN).
La nivelul tehnicii actuale se poate aprecia că în proiectarea unui sistem de conducere numerică a unui utilaj tehnologic proiectantul poate opta între următoarele variante:
Circuite standard SSI/MSI (de exemplu familiile TTL în varianta bipolară și CMOS); având un preț mediu de 0.2$/cip reprezintă o soluție economică numai pentru sisteme simple, în cazul celor complexe costul de proiectare/realizare crescând prohibitiv;
Circuite standard LSI/VLSI – din aceste circuite fac parte microprocesoarele, microcontrolerele, diferitele periferice; fiind produse de masă prețul a scăzut drastic (de exemplu microprocesorul 80186 la 2$/cip), existând încă resurse pentru scăderea prețului;
Arii de porți – au căpătat în ultimii ani o răspândire mai largă, pe măsură ce au apărut
mai multe oferte;
Celule standard sunt circuite semidedicate care implică asemenea ariilor de porți
cheltuieli pentru proiectare;
Circuitele dedicate (full custom) – se pornește practic de la zero, implicând cele mai ridicate cheltuieli de proiectare; de aceea sunt justificate numai în cazul producției de masă
(exemplu ceasuri digitale, calculatoare de buzunar, …)
Logica programabilă – combină caracteristici și avantaje ale variantelor a,b,c. Comparația între cele șase variante de implementare trebuie să urmărească mai multe criterii:
criteriul costului de proiectare a circuitelor – variantele a, b, f implică practic costuri zero, situația opusă fiind cazul e cu costuri foarte mari;
criteriul timpului de dezvoltare a circuitelor – variantele a și b necesita practic un timp zero, SLP un timp de ordinul zilelor în timp ce circuitele dedicate de ordinul lunilor;
criteriul pragului de eficienta care practic generează opțiunea pentru unul dintre tipuri:
cazurile a și b prezintă eficiență independent de numărul de produse utilizator, circuitele SLP pentru cel mult 10.000 produse, ariile de porți și celule standard pentru cel puțin 10.000 de produse în timp ce circuitele dedicate reclamă un prag de eficiență de 100.000 produse utilizator;
Se poate aprecia că sistemele construite în jurul microprocesoarelor și microcontrolerelor au cea mai mare răspândire în stadiul actual, fiind concurate numai de circuitele dedicate și aceasta numai în cadrul unei serii mari a produselor utilizatorului. [6]
Utilizarea microprocesoarelor. Se pot aborda calculatoarele dedicate, construite in jurul microprocesoarelor din familiile Intel 80×86 si Motorola 68000, dar si calculatoare compatibile PC completate cu circuite adecvate conducerii utilajelor tehnologice.
In acest scop s-au impus plăcile de dezvoltare (boards) care materializează urmatoarele funcții:
conversie numeric-analogică pentru comanda elementelor de execuție analogice (motoare de curent continuu, servovalve);
conversie analog-numerică, echivalând în fapt cu implementarea unui sistem de achiziții de date, posibil dotate cu traductoare de forță) ;
funcții de temporizare-contorizare, cu facilități în special în domeniul gestiunii timpului;
Utilizarea microcontrolerelor. Microcontrolerele s-au impus în ultimul deceniu în special în domeniul conducerii utilajelor industriale datorită facilităților excepționale oferite; sau impus mai multe familii elaborate de firme de prestigiu din domeniu, enumerând în continuare următoarele familii; 80C51, PIC, 16CXX, 8400.
Considerând microcontolerul 80C51 ca fiind cel mai reprezentativ din domeniu se analizează principalele caracteristici:
Memoria internă
– Memorie fixă implementată ROM, are 4ko și ocupă zona 0000-0FFFH din spațiul
de adresare pentru memoria de program.
– memoria RAM are capacitatea de 128 octeți și ocupă zona 0000-00FFH din spațiul de adresare pentru memoria de date.
Registrele cu funcțiuni speciale – sunt un grup de registre interne cu funcțiuni speciale, după cum urmează: – ACC-registrul acumulator
SP-"stack pointer", indicatorul de stivă, incrementat înaintea unei depuneri în stivă prin intermediul instrucțiunilor CALL si PUSH
PSW-"program status word", este registrul de stare al programului, conținând indicatorii de condiții;
SBUF-este tampon, folosit la transferul serie și este fizic alcătuit din 2 registre tampon; P0,P1,P2,P3 – sunt registrele corespunzând porturilor P0, P1, P2, P3;
c) Contoarele/temporizatoare:- în cadrul familiei 80C51 sunt implementate două contoare/temporizatoare pe 16 biți notate cu TIMER 0 și TIMER 1; fiecare dintre acestea sunt programabile în patru moduri:
modul 0,1- sunt numărătoare pe 13 biți alcătuite din 5 ranguri
modul 2 – TIMER 0,1 sunt configurate ca numărătoare pe 8 biți cu auto-încărcare
modul 3 – numai pentru TIMER 0
Interfața serială: – este implementată în cadrul 80C51 sub forma unei interfețe full duplex ("Universal Asynchronous Receiver/Transmiter”), echivalând cu posibilitatea de a putea emite și recepționa simultan; blocul de recepție poseda un dublu tampon, alcătuit dintr-un registru de deplasare și un registru tampon ceea ce înseamnă că se realizează recepția unui caracter simultan cu predarea caracterului anterior către CPU, rezultând astfel un câștig de timp; totuși dacă un caracter nu este preluat de unitatea centrală în timp ce se încheie asamblarea caracterului următor, primul se va pierde;
Sistemul de întreruperi – 80C51 posedă 5 surse pentru întreruperi: 2 întreruperi externe generate la intrările specializate INT0,1 și 3 întreruperi interne (2 de la circuitele contoare/temporizatoare și una de la întreruperea serială); pentru controlul întreruperilor sunt alocate două registre cu rol de a valida întreruperile și respectiv și respectiv de a aloca prioritățile; importanța alocării priorităților rezidă în situația în care apar simultan mai multe întreruperi.
Porturile: -se dispune de 4 porturi bidirecționale pe 8 biți, fiecare dintre acestea având un circuit de intrare, un registru intern și un etaj de ieșire; porturile sunt de uz general fiecare dintre ele putând fi programat independent ca intrare sau ieșire și în plus trei dintre ele având și funcțiuni predeterminate.
În plus, față de particularitățile și facilitățile menționate familia 8xC552 are următoarele utilități, în special în aplicații industriale în timp real.
Ieșirile cu durate programabile PWM0-1 – practic sunt două canale independente pentru generarea de impulsuri modulate, de perioade și durate programabile; o aplicație tipică pentru acestea este comanda motoarelor de curent continuu; turația unui motor va fi proporțională cu durata semnalului care-l comandă;
Convertorul analog/digital – este implementat un multiplexor pentru 8 intrări analogice, care sunt și terminalele portului P5 si un CAN pe 10 biți care realizează conversia prin aproximări succesive; conversia durează 50 cicluri mașină, adică 25 ms la 24MHz;
Interfața serială compatibilă cu magistrala I2C; aceasta magistrală permite transferul sincron de informații între mai multe dispozitive, de tip master și slave, utilizând 2 linii SDA, pentru date și SCL pentru tact. [6]
Aceste tendințe ale cercetării aplicative în direcția conducerii automate a utilajului tehnologic sunt într-o continuă transformare, într-un progres, paralel cu modernizările componentelor electronice și a cercetărilor aplicative, specifice diferitelor utilaje tehnologice. Direcțiile cercetărilor aplicative vizează aotomatizări cu sisteme informatice avansate, echipamente inteligente de automatizare, de investigare, analiză și control.
O preocupare merituorie în direcția dezvoltării sistemelor de automatizare a utilajelor tehnologice, o are colectivul IPATIM (Centrul de cercetare și Transfer Tehnologic Timișoara), prin diferite realizări de referință, cu reprezentare autorizată și al firmei “M.T.IL. Technologies &Systems.
Implementarea traductoarelor de forță piezoelectrice în sistemele de monitorizare utilajelor tehnologice este reprezentată pe plan mondial de o serie de firme. Dintre acestea, în figura 2.2., se prezintă schematic o construcție industrială supravegheată automat cu ajutorul senzorilor și traductoarelor piezoelectrice produse de firma Kistler, aplicând sistemul Morse Level and Weighing System. [6]
*
Oportunitatea abordării prezentei teme a apărut ca solicitare a nevoilor de dezvoltare a producției industriale. Atât din partea firmelor cu intenție de a asimila în fabricație acest gen de sisteme de monitorizare a utilajelor tehnologice cât și pentru activitatea de cercetare se orientează spre o gamă mai largă de aplicații de implementare în construcția diverselor echipamente a unor traductoare de forță, cu avantajele deja preconizate.
Monitorizarea online a vibrațiilor la ansamblele rotative ale compresoarelor frigorifice Grasso face parte din conceptul de mentenanțǎ predictivǎ, aplicat echipamentelor vitale din cadrul companiei Smithfield Prod.
În cazul acestei aplicații, implementatǎ pe compresoarele frigorifice din cadrul Uzinei Frig a monitorizarii in timp real, se colecteazǎ informații si se vizualizeazǎ potențiala sursǎ de defect a angrenajelor rotative, de la motor si pânǎ la arborele compresorului, inclusiv a cuplajelor mecanice, a lagǎrelor si a rulmenților.
Acest proiect a fost realizat in colaborare cu compania Smithfield Prod. din Timisoara si servește ca studiu de caz in vederea unei viitoare implementari. Compania a propus dezvoltarea acestei aplicații deoarece se dorește reducerea treptatǎ a costurilor periodice de întreținere a utilajelor.
În cazul in care rezultatele vor fi conforme cu așteptarile, compania a propus de asemenea ca acest tip de sisteme sa fie instalate in toate punctele în care uzura mecanicǎ reprezintǎ principalul motiv de nefuncționare corespunzǎtoare a angrenajelor.
Compania Smithfield Prod. este prima companie multinationalǎ din România care implementeazǎ, in colaborare cu compania Mitsubishi, senzori de mǎsurare a vibrației.
În urma implementǎrii sistemului de monitorizare “Smart Condition Monitoring”, defectele intempestive doresc a fi eliminate in totalitate, eliminandu-se totodatǎ si cheltuielile bugetare asociate.
BIBLIOGRAFIE
Cuculeanu G., Ciobotaru V., „Tehnologii industriale și de construcții”, Ed. ASE, București, 2000;
Cătuneanu V.ș.a., „Tehnologie electronică”, Ed Didacticăși Pedagogică, București, 1995
Drăgulănescu M., „Electronica funcțională”, Ed.Tehnică, București, 1991; 3.Cătuneanu
V.ș.a
Filip F.Gh.ș.a., „Informatica industrială”, Ed.Tehnică, București,
Francis T. S. Yu, Shizhuo Yin, (2002) Fiber Optic Sensors
Mnerie, D., (2000), Traductoare de forță piezoceramice destinate automatizării utilajului tehnologic, Ed. Orizonturi Universitare, Timișoara, ISBN 973 –9400-68-X
Mnerie, Gabriela-Victoria, Mnerie D.,(2013), Tehnologii industriale specifice, Aplicații, Editura Fundației pentru cultură și învățământ „IOAN SLAVICI”, ISBN 978-606-
8480-11-4 și Editura EUROSTAMPA din Timișoara, ISBN 978-606-569-555-9
Pilgrim A.,”Build Your Own Pentium III”, McGraw-Hill, New York, 2000;
* * * http://www.ljkamm.com/engineer.ht
* * * * Bosch – Sensors used in automotive, Sensors.pdf
* * * www.didactic.ro/files/13/senzori.doc
* * * IF-D91 caracteristici, http://www.i-fiberoptics.com/leds/IFD91.pdf
* * * http://www.circuiteelectrice.ro/curent-alternativ/filtre/filtru-trece-jos
* * * Mitsubishi – FX5U – User’s Manual (Hardware Version).pdf
* * * Mitsubishi – FAG – Condition Monitoring SmartCheck.pdf
* * * Mitsubishi – FAG – SmartCheck_Guide.pdf
* * * Mitsubishi – FAG – SmartCheck_EN_UserGuide.pdf
* * * Mitsubishi – FAG – SmartCheck_NetworkSetup_English.pdf
* * * Mitsubishi – FAG – SmartUtility_EN.pdf
* * * SKF – Mentenanta Predictiva, Generalitati si aplicatii.pdf
* * * SKF – General Vibrations.pdf
* * * SKF – Proceduri de colectare a datelor prin senzori de vibratie.pdf
* * * SKF – Sisteme de monitorizare online-offline.pdf
* * * DLI- Vibrodiagnoza si aplicatii ale acesteia.pdf
DECLARAȚIE DE AUTENTICITATE
A
PROIECTULUI DE FINALIZARE A STUDIILOR
Titlul proiectului ____________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
Autorul proiectului __________________________________________________
Proiectul de finalizare a studiilor este elaborat în vederea susținerii examenului de finalizare a studiilor organizat de către Facultatea de Inginerie
Electrică și Tehnologia Informației din cadrul Universității din Oradea, sesiunea iulie a anului universitar 2017.
Prin prezenta, subsemnatul (nume, prenume, CNP)____________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________,
declar pe proprie răspundere că aceast proiect a fost scris de către mine, fără nici un ajutor neautorizat și că nici o parte a proiectului nu conține aplicații sau studii de caz publicate de alți autori.
Declar, de asemenea, că în proiect nu există idei, tabele, grafice, hărți sau alte surse folosite fără respectarea legii române și a convențiilor internaționale privind drepturile de autor.
Oradea,
Data Semnătura
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: FUNDAȚIA PENTRU CULTURĂ ȘI ÎNVĂȚĂMÂNT IOAN SLAVICI TIMIȘOARA [305542] (ID: 305542)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.