Șef lucr. dr. ing. ȘIMON Miha i [615726]

UNIVERSITATEA „PETRU MAIOR” DIN TÎRGU -MUREȘ

FACULTATEA DE INGINERIE

DEPARTAMENTUL: Inginerie Industrială și Management

SPECIALIZAREA: Inginerie Economică Industrială

PROIECT DE DIPLOMĂ

CONDUCĂTOR ȘTIINȚIFIC:
Șef lucr. dr. ing. ȘIMON Miha i
ABSOLVENT: [anonimizat]
2018

UNIVERSITATEA „PETRU MAIOR” TÎRGU -MUREȘ
FACULTATEA DE INGINERIE

DEPARTAMENTUL: Inginerie Industrială și Management
PROGRAM DE STUDII DE LICENȚĂ: Inginerie Economică Industrială

PROIECT DE D IPLOMĂ

Studiu privind rolul și importanța automate lor
programabile

CONDUCĂTOR ȘTIINȚIFIC ABSOLVENT: [anonimizat]
2018

UNIVERSITATEA „PETRU MAIOR” TG. MUREȘ
FACULTATEA DE INGINERIE Proiect de diplomă:
SPECIALIZAREA: IEI Candidat(a):
SALAMON TIMEA
Anul absolvirii: 201 8
CONDUCĂTORUL TEMEI: Viza facultății :
Șef lucr. dr. ing. MIHAI ȘIMON
a) Tema proiectului de diplomă:
Stud iu privind rolul și importanța automatelo r programabile

b) Probleme principale care vor fi tratate:
1. probleme teoretice privind :
 automatele programabile (rol, tipuri constructive) – 6 pag
 studiul sistemelor de producție automatizate – 4 pag
 studiul sistemelor de monitorizare a producției – 2 pag
 prezentarea impactului Industriei 4.0 asupra automatelor
programabile – 10 pag
2. parte practică cuprinzând :
 studiu tehnic și economic :
 calculul costurilor privind operatorii dintr -o centrală
nucleară
 calculul costurilor implementării al unui sistem
automati zat
 prezentarea organizării sistemului înainte și după
aplicare a sistemului

 interpretarea rezultatelor
3. concluzii și contribuții personale
c) Desene obligatorii:
a. elemente relevante privind problema abordată: scheme
representative, tabele, diagrame
d) Softuri o bligatorii: Microsoft Office

e) Bibliografia recomandată:

f) Termene obligatorii de consultații: săptămânal

g) Locul și durata pract icii: Universitatea Petru Maior Tg. Mureș,

Primit tema la data de: 03.10.201 7

Termen de predare: iunie 201 8

Semnătur a șefului de catedră: Semnătura conducătorului:
Ș.l. dr. ing. SORIN ALBU Șef lucr. . dr. ing. MIHAI ȘIMON

Semnătura candidat: [anonimizat]:

Rezumat

Prezenta lucrare a avut ca obiectiv efectua rea unui studii asupra rolul și
importanța automatelor programabile în sisteme industrial e de la ora actuală. Lucrarea
prezintă sinteza investigațiilor efectuate în literatura de specialitate despre structura,
funcția și domeniile de aplicabilitate al auto matelor programabile.
Dezvoltarea industriei și orientarea întreprinderilor către modernizare și
automatizare a cauzat interesul ridicat pentru implement ări și modernizări folosind
automatele programabile .Aceste unități sunt folosite de un anumit timp dat orită
numeroaselor avantaje, iar apariția tendințelor moderne au creat provocări noi
producătorilor de automate programabile.
În urma lucrării vom afla cum reacționează producătorii de controlere
programabile la provocările noi ale industriei.
În prima pa rte a lucrării s -a efectuat un studiu general asupra acestor controlere
logice programabile, aflând în așa fel informații importante despre construcția și
funcționalitatea lor, totodată avantajele și dezavantajele acestui sistem.
Următoarea parte a lucră rii prezintă studiul impactului a noilor tendințe ale
industriei asupra automatele programabile.A fost analizat obiectivul industriei 4.0, și
aceste obiective au fost comparate cu capacitățile PLC -urilor . A avut loc sintetizarea
informațiilor si s-a specific at “răspunsul” producătorilor de PLC la noile provocări.
Partea finală a lucrării cuprinde efectuarea unui serie de calcul e referitoare la
implementarea unui sistem PLC într -o industrie . Prin aceste calcule a fost demonstrat
că un sistem de comandă cu aut omat programabil poate reduce semnificativ costurile
ale unei altfel de întreprinderi.
Obiectivul principal lucrării de a fost investigarea și demonstrarea importanței
automatelor programabile în industrie iar în același timp și capacitatea lor de adaptar e
a noilor tendințe.

Abstract

The main objective of the actual paper is to realize a study of the role and the
importanc e of the p rogrammable logic controllers ( PLC) in the present industry.
The paper presents the synthesis of investigations carried out in specialized
literature on the structure, function and applic ability of programmable controllers .
Industry development and enterprise orientation towards modernization and
automation has caused high interest in implementations and upgrades using
programm able machines.These units have been used for some time due to numerous
advanta ges,and the emergence of modern trends has created new challenges for
programmable automation manufactures.Following the paper we will learn how the
manufacturers of these progra mmable controllers react to the new challenges of the
industry.
In the first part of the paper a general study was conducted on these
programmable logic controllers, which aided findig important information about their
construction and functionality, also advanteges and disadvanteges of this unit system.
In the following part it was studied the impact of new industry trends on the
programmable automata.It was analyzed the objective of the industry 4.0,and the
comparison of these objectives with the capaciti es of PLC adaptation.The synthesis of
the information took place and specified the “response” of the PLC producers to the
new challenges.
In the final part, calculations were made regarding the implementation of a PLC
system in a nuclear power plant. Throu gh these calculations it was proven that a PLC
system can significantly reduce the costs of a system.
The purpose of the thesis was to prove the importance of the PLC system in the
industry, and at the same time their ability to adapt the new trends.

Cuprins
Introducere ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………. 1
Capitolul 1. Studiul reprezentativ al automatelor programabile ………………………….. .. 3
1.1. Descrierea studiului ………………………….. ………………………….. ……………………… 3
1.2. Istoricul apariției automatelor programabile ………………………….. …………………. 4
1.3. Prezentarea generală a automatelor programabile ………………………….. …………. 5
1.4. Avantajele folosirii automatelor programabile în sistemele industriale ………… 8
1.4.1. Automatele programabile sunt ușor de folosite ………………………….. ………. 9
1.4.2. Automatele pro gramabile sunt robuste ………………………….. ………………… 10
1.4.3. Automatele programabile sunt accesibile ………………………….. …………….. 10
1.5. Dezavantajele folosirii automatelor programabil e în sistemele industriale ….. 11
1.6. Studiul sistemelor de producție automatizate ………………………….. ……………… 11
1.7. Studiul sistemelor de monitorizare a producției ………………………….. ………….. 14
1.8. Exemple de domenii care folosesc automate programabile ………………………. 15
1.8.1. Aplicația industrială ………………………….. ………………………….. ……………… 16
Capitolul 2. Impactul industriei 4.0 asupra automatelor programabile ………………… 21
2.1. Ce este Industria 4.0? ………………………….. ………………………….. ………………….. 21
2.2. Principiile organizatorice ………………………….. ………………………….. …………….. 22
2.2.1. Interconectare ………………………….. ………………………….. ………………………. 23
2.2.2. Trasparența informațiilor ………………………….. ………………………….. ………. 23

2.2.3. Asistență tehnică ………………………….. ………………………….. ………………….. 23
2.2.4. Decizii descentralizate ………………………….. ………………………….. ………….. 24
2.3. Importanța Industriei 4.0 ………………………….. ………………………….. ……………… 25
2.4. Impactul Industriei 4.0 asupra automatelor programabile …………………………. 26
Capitolul 3. Calcului costurilor ………………………….. ………………………….. ……………… 31
3.1. Rezultate dorite ………………………….. ………………………….. ………………………….. 31
3.2. Calculul costurilor ………………………….. ………………………….. ………………………. 31
3.2.1. Costuri privind operatorul dintr -o centrală nucleară ………………………….. . 31
3.2.2. Costurile trecerii la un sistem automatizat ………………………….. ……………. 33
3.2.3. Organizarea sistemului înainte de aplicarea a sistemului automatizat …… 36
3.2.4. Organizarea sistemului după aplicarea sistemului automatizat ……………. 37
3.3. Rezultate și concluzii ………………………….. ………………………….. ………………….. 40
Bibliografie ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………….. 42

Introducere

Motivul pentru care am ales ca temă de licență studiul automatelor
programabile, este f oarte simplu: aceste controlere stau în spatele aproape tuturor
sistemelor de fabricație și a tuturor centrelor de comandă, însă pentru consumatorii
produselor și utilizatorii serviciilor oferite de el, sunt invisibile. Oamenii au tendința de
a crede că pr odusele ținute î n mâna lor, sunt realizate de alți oameni lucrând pe
utilajele de fabricație, executând comenzile unui inginer sau manager. Acest lucru a
fost adevărat în trecut, iar în cazul sistemelor de producție de ultima generație, fluxul
de producție a devenit mult mai complexă. În zilele de astăzi în spatele oricărui produs
finit, pe lângă operatori și ingineri , stau și sisteme logice , automatizate. Din acestă
cauză am decis să fac un studiu asupra rolul și importanța automatelor programabile în
industrie.
Efectuarea studiului asupra construcției automatelor programabile, m -a ajutat în
înțelegerea funcționalitatea lor. Este imposibil de definit rolul unui sistem, al cărui
caracteristicile de bază nu au fost studiate și înțelese. Datorită caracterist icilor sale,
aceste controlere industriale, pot prezenta o serie de beneficii, care ajută la
determinarea nivelului de importanță în aplicații industriale a lor. Probabil, că cel mai
mare beneficiu oferit de un acest fel de controlel este flexibilitatea, c are permite
abordarea lor în diferite sisteme, în diferite scopuri. În partea întâia a lucrării, au fost
studiate caracteristicile automatelor programabile, au fost menținute avantajele și
dezavantajele al aplicării lor, iar și exemple de domenii unde pot fi implementate
sistemele controlate de aceste automate.
În momentul când apar noi tendințe pe piață, tehnologiie mai demult utilizate
par de a fi învechite. Din acest motiv este esențial, că producătorii și distribuitorii de
tehnologii să reacționeze cât mai rapid la schimbările cererilor pieței. Cea mai recentă
tendință este reprezentat de Industria 4.0. Față de „fabrica inteligentă”, automatele nu
sunt chiar avansați. Însă, prin reacționare rapidă, și îmbunătățirea continuă al
produselor, acestea pot fi integrați în sistemele adecvate Industriei 4.0
În partea a doua a lucrării, a fost investigat impactul Industriei 4.0 asupra
automatelor programabile. În plus, au fost analizate propunerile de reproiectare a PLC –
urilor, obținând în așa fel, posibilitate a de implementare în sisteme inteligente.
Pe lângă avantajele tehnologice, automatele programabile pot prezenta avantaje
economice și sociale. Prin automatizarea liniilor de asamblare, fluxul de muncă a

operatorilor a devenit mai ușor . Prin implementarea unui singur sistem automatizat
într-o fabrică, se poate reduce semnificativ costurile de fabricație și a forțelor de
muncă. În cazul în care au fost respectate regulire privind mentenanța acestor sisteme,
ciclul de viață a lor este foarte îndelungată.
Pentru demonstrarea reducerii costurilor de fabricație, în ultima parte a lucrării
am efectuat compararea a celor două sisteme: sistemul tradițional, neautomatizat și
sistemul modern, automatizat. Exemplul dat nu este unul convenți onal, însă este
semnificati v, și pune în evidență an alt avantaj al automaelor programabile:
posibilitatea folosirii lor pentru efectuarea sarcinilor periculoase, respectiv folosirii lor
în medii explozive.
Prin efectuarea lucrării, doresc să demostrez rolul și importanță deosebit ă al
automatelor programabile în sistemele de producție moderne.

Capitolul 1. Studiul reprezentativ al automatelor
programabile

1.1. Descrierea studiului
Industria s-a dezvoltat foarte mult în ultimii ani. În anii 1990, obiectul principal al
dezvoltării perfor manțelor proceselor industriale a fost îmbunătățirea vitezei de
fabricație prin inovație, integrarea ciclurilor industriale și prin reducerea timpului de
livrare. Pe de altă parte, în ultimii 10 ani, pe lânga acest lucru a mai fost ad ăugat și
reducerea costurilor de fabricație.
În zilele noastre, obiectivul principal al mediului industrial este obținerea accesului
la toate datele și statisticile referitoare la producție prin intermediului unei conexiuni
între utilajele și mașinile deținute.
Combinarea automatizăr ii cu tehnologia informației este obiectivul principal al
revoluț iei I ndustriale 4.0, prin care se obține ca rezultat schimbarea totală a
tehnologiilor de fabricație.
Unul dintre tehnologiile de bază este M2M, deci mașină pentru mașină: pentru a
realiza preluarea controlului sarcinilor mai complexe de către mașini, este necesar să
realizăm comunicația între ele fără invervenție umană. În așa fel, utilajele aflate pe o
linie de producție vor fi capabili să servească unul pe celălalt cu piesele necesare, sa u
chiar să oprească lanțul de producție din cauza unui eșec. Tehnologia M2M presupune
existența unui canal de informații, ceea ce este numit „Internetul Obiectelor” (IoT –
Internet of Things). Termenul se referă la rețeaua echipamentelor inteligente, capabil e
la comunicare indenpendentă.
Sistemele automatizate și sistemele SCADA au un rol foarte important în Industria
4.0, deoarece cu ajutorul lor se poate realiza obiectivele principale al termenului, iar ca
și unitatăți executiv i devin automatele programab ile (1). Deși automatele
programabile au apărut în timpul cea de a treia revoluție industrială, sunt frecvent
utilizate și acum , datorită avantajelor sale excepționale.
În zilele de astăzi, pe lângă forța de munca umană din siste mele de producție
avansate au mai fost adăugate sisteme electrice, eletronice, mecanice sau mecatronice. ,
iar trebuie amintit că domeniul de IT a devenit, de asemenea partea deosebit de
importantă al industriilor. Aceste sisteme au rolul de a ajuta operato rii și tot procesul
de fabricație. Prin implementarea sistemelor automatizate și automatelor programabile,
se poate controla procese variate, cum ar fi: sisteme de transport, linii de asamblare,
mașini, roboți, etc. Mai demult, aceste procese erau controla te de către oameni, iar în
vremurile noastre controlul este bazat pe electricitate, mai precis p e relee electrice,
care permit furnizarea energiei, evitând folosirea înterupătoarelor mecanice.

Automatele programabile pot fi folosite și pentru monitorizar ea producției sau
achiziții de date. Pentru realizarea acest lucru, se folosește un sistem numit SCADA,
care este prescurtarea pentru Supervisory Control And Data Acquisition (Monitorizare,
Control și Achiziții de Date). Acest sistem a fost dezvoltat pent ru a controla procesele
industriale, și folosește calculatoare, comunicații de date în rețea și interfețe grafice
pentru gestionarea supravegherii procesului la nivel înalt. Pe lângă aceste elemente,
sunt folosite automate programabile și controllere PID ( Proportional -Integral –
Derivative) pentru a interfața instalația de procesare sau mașinile, utilajele. Când
operatorul ac cesează interfața om -mașină, permite monitorizarea și emite rea comen zie
de procese ca și modificări de se tare al controlerului, care sun t prelucrat e de către
sistemul SCADA. Controlul de timp real este efectuat de către module le de rețea care
sunt conectate la senz ori și la elementul de acționare.
1.2. Istoricul apariției automatelor programabile
Controlerele logice programabile au revoluționa t industria de automatizare. În zilele de
astăzi PLC -urile se găsesc în orice, de la echipamentele din fabrică, pâna la
automatele de snack -uri și băuturi, iar aceste echipamente înainte de anul 1968 nu
existau. În schimb, a existat o serie de provocări c are au necesitat o soluție adecvată.
Pentru a înțelege motivul apariției PLC -urilor, trebuie să luăm în cosiderare
problemele existente îna inte de apariția lor. În trecut, singura modalitate de control al
mașinilor a fost utilizarea releelor. Releele funcț ionează utilizând o bobină, care atunci
când este alimentată cu energie, creează o forță magnetică pentru a trage comutatorul
în poziție On/Off . Când releul este deconectat, comutatorul se eliberează și revine în
poziția sa originală. De exemplu, pentru co ntrolarea stării pornit/oprit al unui motor,
trebuie atașat un releu între motor și sursa de alimentare. În cazul existenței mai multe
motoare într -o fabrică, acest lucru tre buie efectuat la fiecare motor, care înseamnă
adăugarea unei mulțime de releele de putere. În așa fel, fabricile încep să acumuleze
dulapuri electrice pline de relee de putere. Pe lângă aceste dulapuri, au mai fost
adăugate releele de comandă, care au ca rol comutarea bobinelor în releele de
alimentare On/Off. Mulțimea releurilor a înse mnat a problemă majoră după un anumit
timp, și acest fapt a cauzat investigarea unei soluții adecvate. Inginerii de la General
Motors au început căutarea soluției, punând pe lângă înlocuirea sistemului de relee,
alte cerințe, cum ar fi:

 Realizarea unui sistem solid și flexibil ca un calculator, dar cu un preț
competitiv cu sistemului de releu de tip logic.
 Sistemul să fie ușor de menținut și programat în conformitate cu modul de
logică „Ladder Diagram”, care fiind deja acceptat și folosit.
 Să aibă carcas ă dură, care nu este sensibil la murdării, umiditate,
electromagnetism și vibrații.
 Să aibă forma modulară, care permite un schimb ușor de componente și este
extensibilă.

Figura 1.1 – Primul design al PLC -urilor (2)
Prin îndeplinirea tuturor cerințelor, în 1968, Dick Morley a inventat primul automat
programabil, care a revoluționat industria. (3)

1.3. Prezentarea generală a automatelor programabile
Automatele programabile sunt ech ipamente destinate conducerii și
monitorizării automate a proceselor industriale. Este un computer industrial, care este
adaptat pentru a controla procesele de manufactură și de producție, ca și liniile de
asamblare, echipamente robotizate, sau orice activ itate care necesită fiabilitate și
control ridicată, proces de programare ușoară și diagnosticarea rapidă a erorilor de
procese. PLC -ul monitorizează continuu starea dispozitivelor de intrare și ia decizii
pentru controlarea stării dispozitivelor de ieșire . Acesta se desfășoară prin intermediul

programului personalizate, stocat în memoria unității. Aproape orice fel de linie de
producție, utilaj sau proces industrial poate fi îmbunătășit considerabil folosind acest ti
de sistem de control. Cu toate acestea, cel mai mare beneficiu al utilizării unui PLC
este abilitatea de a schimba și a replica operațiunea efectuată în timp ce colectează și
comunică constant informații și date vitale. Posibilitatea de utilizare a automatelor
programabile în aproape orice tip de industrie, este dat de modularitatea lui, ceea ce
înseamnă posibilitatea amestecării dispozitivelor de intrare și ieșire, pentru a găsi
soluția cea mai adecvată domeniului de activitate. (4)

Figura 1.2 Automat Programabil tip Festo FC640

Programarea PLC -urilor se face folosind tehnica digitală, de obicei sunt scrise
pe calculator într -un program special, apoi descărcate prin cabluri conectate direct, sau
prin rețeaua de internet. Programul poate fi stocat atât în memoria P LC-ului, cât și pe
memorii RAM cu baterii sau pe memorii flash, care nu necesită surse de alimentare.
Automatele programabile pot fi programate prin mai multe tipuri de limbaje de
programare din standardul IEC 61131, cum ar fi: limbaje bazate pe text sau limbaje
grafice. Familia limbajelor bazate pe text conține Structured Text (ST) și Instruction
List (IL). O altă metodă de programare se face folosind limbajele grafice, cum ar fi
Ladder Diagram (LD), Function Block Diagram (FBD) și Sequential Function Cha rt
(SFC). Conceptul fundamental de programare al fiecărui PLC este comun, dar sunt
diferențe majore în adresarea input/output, organzarea memoriei sau în setarea
instrucțiilor, care nu permit programarea controlerului fără programul lui proprii sau
cu pro gramul unui alt producător.

Figura 1.2 Exemplu de Ladder Diagram (5)

În majoritatea cazurilor, PLC -ul trebuie să aibă o interfață om -mașină, care
permite configurarea, controlul zilnic sau raportarea defecțiunilor.
Automatele programabile au fost dezvoltate prima dată la industria automotive
pentru a înlocui întrerupătoarele, releele și contoarele cablate cu controllere flexibile,
ușor de programate și rigidizate.
Părțile componente al PLC -ului pot d iferi ca număr de la exemplar la altul, dar
elemntele care se regăsesc în general, sunt următoarele:
 Unitatea centrală de procesare (CPU): reprezintă partea cea mai
importantă a automatului programabil și este compusă din trei părți
importante: procesor, m emorie și sursă de alimentare. Prin intermediul
acesteia se realizează practic conducerea întregului proces.
 Unitatea de programare: la ora actuală este reprezentată în multe cazuri
de către un calculator, prin intermediul căruia pot fi scrise programe car e
sunt încărcate pe unitatea centrală, apoi rulate.
 Modulele de intare/ieșire: permit interconectarea cu procesul primind sau
transmitând semnale către acesta. Acestea pot fi cuplate direct cu
unitatea centrală sau prin control la distanță(remote).
 Șina: dispozitivul pe care sunt montate unitatea centrală, modulele de
intare/ieșire și dacă este cazul, alte module funcționale adiționale. (6)

Avantajele și dezavantajele automatelor programabile în mare parte depind de
producător ii: unele unități sunt mai capabile la efectuarea sarcinilor foarte complexe,
iar costul fiind mult mai ridicat și implementarea mai complexă. Pe de altă parte, sunt
PLC-uri, care sunt mai ieftine, ușor de implementate, iar fiabilitatea lor este mai
redusă , și pur și simplu nu sunt capabili la executarea sarcinilor complexe, datorită
numărului redus de intrări și ieșiri, sau memoriei de stocare mai mică.

1.4. Avantajele folosirii automatelor programabile în
sistemele industriale
Automatele programabile sunt sis teme de comandă care au fost proiectate special
pentru aplicații industriale, deci pot reprezenta soluția idelă pentru controlul oricărui
tip de sistem de producție, chiar și de la distanță, deoarece PLC -urile au capabilitatea
de control tip „remote”. Aces t tip de sistem de comandă este deosebit de bun ca și
controller de automatizare în industria de robotică. În plus, trebuie amintit că ele
reprezint o soluție mult mai bună decât releele, deoarece PLC -ul face mai ușor
urmărirea producției și erorilor accid entale. Automatele programabile pot oferi o serie
de avantaje pentru orice industrie sau manufactură. În industrie, cea mai mică eroare
de sincronizare poate costa foarte mulți bani în timp pierdut și materii prime, și acest
lucru face PLC -ul să fie cea ma i bună opțiune pentru întreprinderile industriale.
Cel mai mare avantaj al automatizărilor industriale o constituie faptul că este direct
asociat cu productivitate mai ridicată și costuri mai reduse a forței de muncă. Din
punct de vedere economic -social, c el mai mare avantaj este că aceste sisteme pot
înlocui munca fizică și munca monotonă.
Efectuarea sarcinilor în medii periculoase a fost întotdeauna o mare problemă a
întreprinzătorilor: forța de muncă trebuie să fie foarte bine plătită în aceste domenii, în
plus, certitudinea unui accident constituie un risc ridicat, atât pentru întreprinzători, cât
și pentru lucrători. O altă variantă este, când sarcina de muncă depășește capabilitățile
umane. În aceste cazuri sarcina de muncă poate fi efectuat de mașini , deoarece
mașinile și utilajele pot funcționa chiar și în condiții extreme, în atmosfere toxice sau
chiar radioactive.
Întreținerea acestor sisteme se efectuează prin verificări periodice simple, în cazul
în care o componentă se defectează, trebuie înloc uită, acest lucru în cele mai multe
cazuri necesită oprirea sistemului. (7)

Figura1. 3 – Avantajele PLC -urilor (8)

1.4.1. Automatele programabile sunt ușor de folosite
Datorită fapt ului că au fost dezvoltate pentru aplicații industriale, și pentru
ușurarea muncii, operatorii nu trebuie să aibă calificații speciale pentru folosirea
sistemelor, ca și exemplu un sistem de monitorizare a producției. Un PLC poate rula o
execuție logică ma i bună decât un sistem de operare desktop, cum ar fi Windows,
Linux, etc. Funcțiile sunt mult mai fiabile și coerente.
Un alt avantaj important al PLC -ului este numărul de intrări/ieșiri, în plus, acest
număr pot fi mărit, plin adăugarea unui hardware sup limentar, care este un luncru
relativ ușor. Calculatoarele tradiționale nu au numărul de opțiuni pe care poate oferi un
PLC. Gama largă de interfețe potențiale ajută utilizatorii în găsirea opțiunii
corespunzătoare. Pentru sistemele simple, se pot alege in terfață foarte simplă, iar unde
este necesar, se pot alege ecrane cu interfețe grafice, care se pot lega de un desktop
tradițional. Această varietate de opțiuni asigură liderilor industriali posibilitatea de a -și
adapta technolgia pentru cererii în creșter e, în loc să înlocuiască tot sistemul.
Dezvoltările de software extind aceste opțiuni de personalizare al sistemelor. PLC –
urile sunt capabile să servească ca control secvențial al releelor, controlul miscărilor,
administrarea rețelelor și sistemelor de con trol distribuite, și multe altele.

1.4.2. Automatele programabile sunt robuste
Pornind din faptul că au fost dezvoltate pentru aplicații industriale, toate
elementele PLC -urilor au fost construite dur, deoarece calculatoarele tradiționale pur și
simplu nu rezi st praful, vibrațiile și șocurile existente într -o fabrică. Chiar și în
industria avansată din punct de vedere tehnologic, este aproape imposibil crearea unui
mediu corespondent calculatoarelor, cu ventilație și temperatură controlată. Un PLC
are aproape a ceeași putere de procesare, însă este mult mai durabil. Hardware -ul
robust a fost proiectat în așa fel, ca să aibă o rezistență deosebită la șocuri și vibrații și
atunci când se află în apropierea utilajelor, sau chiar pe ele. Auomatele programabile
au un design destul de compact, care nu blochează accesul alte mașini și se potrivește
practic oriunde.
Un PLC poate oferi întreprinderilor o opțiune de calcul mai sigură și mai secură, la
care certitudinea de a suferi anumite deteriorări este mult mai mică, d ecât în cazul
soluțiilor de desktop.

1.4.3. Automatele programabile sunt accesibile
În anumite industrii, liderii vreau să fac investiții în dezvoltarea de software
personalizat, însă costul unui PLC este mult mai ieftin, decât componentele pe care le –
ar lua pen tru îndeplinirea aceleiași roluri. Un alt motiv pentru a lua în considerare
PLC-ul în optimizarea și reînnoirea sistemelor de producție existente, este că sistemele
PLC sunt eficiente și pot genera economii. În industria modernă se știe că nu este
nevoie d e mult pentru a crea o eroare costisitoare, iar costurile se adaugă rapid. De
exemplu, o mașină care plasează o etichetă de transport greșită pe un pachet greșit,
poate crea un lanț de etichete și pachete greșite, care înseamnă o pierdere de bani
extrem de mare. Pornind din faptul aceasta, o tehnologie superioară merită investiția,
deoarece cu ajutorul lor se pot evita astfel de costuri.
Avantajele PLC -urilor pot varia de la performanțe superioare, până la cost cât
mai scăzut, însă un lucru este sigur: to ate domeniile industriei își găsec sistemul
potrivit. Unitățile PLC ocupă mai puțin spațiu decât echivalentul funcțional și aproape
întotdeauna durează mai mult.
Cu o gamă largă de funcții și acces ușor, nu este deloc surprinzător că acest
sistem de cont rol dezvoltat special pentru aplicații industriale are o performanță mai
bună în industrie decât concurența. (9)

1.5. Dezavantajele folosirii automatelor programabile în
sistemele industriale
La ora actuală, nu toate părțile a procesu lui de prelucrare pot fi automatizate, iar
unele activități sunt mai costisitoare, decât altele. Costurile inițiale ale instalării și
setării mașinilor și controlelelor într -o fabrică sunt ridicate și pierderea sistemului
constituie un risc mare.
Unele st udii par să indice faptul că automatizarea industrială are efecte negative asupra
preocupărilor operaționale, inclusiv din punctul de vedere al relocării lucrătorilor din
cauza pierderii sistematice a locurilor de muncă, însă aceste constatări par de a fi prea
comlpexe și controversate.
Dintre dezavantajele PLC -urilor trebuie amintit, că de obicei au un cost mai
ridicat decât calculatoarele tradiționale. Detectarea erorilor este dificilă și necesită
personal calificat în domeniul automatizării industriale.
Este recomandat stabilizarea sarcinii și programul în avans, deoarece numărul
intrărilor și ieșirilor determină tipul modelului ce trebuie folosit.
Sistemele PLC nu sunt redundanți, ceea ce înseamnă că pentru aplicarea
modificărilor în program, trebuie oprit tot sistemul și după aceasta se poate încărca
programul nou, modificat. Numai în anumite cazuri este posibil încărcarea online al
programului nou în timpul funcționării. Tot aici trebuie amintit faptul, că la o
defecțiune posibilă al controlerului, se oprește tot sistemul, iar acest lucru poate fi
evitat cu modelele de PLC cu două controlere.
Un alt dezavantaj este, că PLC -urile sunt propitiatoare, ceea ce înseamnă că
software -ul și părțile componente al unui anumit producător de obicei nu este
comp atibil cu produsul unui alt producător. Acest lucru „cere” loialitatea clienților
pentru un anumit producător.
1.6. Studiul sistemelor de producție automatizate
Cu apariția mecatronicii, care reprezintă ansamblul ingineriei mecanice,
ingineriei electrice și informaticii, sistemele de producție au suferit schimbări
semnificative. Începând cu automatizarea liniilor de asamblare și introducerea
mașinilor cu comandă numerică, în zilele de astăzi, toate elementele al procesului de
fabricație pot fi automatizate sau robotizate. Apli carea automatizării industriale are ca
efect simplificarea muncii operatorilor, asigurarea calității superioare a produselor,
reducerea timpului de realizare și costului produselor și reducerea numărului de rebuți.
Aproape toate mașinile ș i instalațiile pot fi automatizate și pot funcționa independent,
însă aplicarea sistemelor automatizate nu înseamnă eliminarea totală al factorului
uman. Într-un anumit sistem de producție, rolul inginerilor și coordonatorilor de
producție este important, deoarece inginerii automatiști au sarcina de a regla , a

programa și a supraveghea instalațiile automa tizate . În plus, ei sunt responsabili pentru
mentenanța sistemelor și funcționarea lor corespunzătoare.
Operatorii au rolul de a porni mașinile, de a apli ca setările necesare îndeplinirii
sarcinii, și a supraveghea procesul de fabricație. Pe de altă parte, sunt destul de des
practicate și sistemele semiautomatizate: în cazul acestor sisteme, operatorul trebui e să
efectueze prelucrări sau asamblări, iar band a rulantă este condus automat.
„Tehnica de automatizare este o disciplină independentă, cu aplicabilitate în
toate domeniile tehnologice:
 Măsurarea
Pentru majoritatea mărimilor fizice au fost dezvoltate proceduri speciale de
automatizare. Aceasta a condus la producerea unei mari varietății de senzori . Exemplu:
măsurarea debitului folosind forța Coriolis . Valoare a măsu rată în sine este
transformată î n semnal unitar pentru a fi utilizată digital în continuare în procesul de
automatizare.

Figura 14 – Sistem senzorial comandat de PLC (10)
 Comanda
Și această activ itate a fost digitizată. În locul legăturilor fizice fixe între senzori
și elementele de execuție (actori) (VPS) este folosit un sistem flexibil bazat pe
un controler logic programabil (PLC).

 Regla rea
Toate relațiile cauză -efect într -o buclă de control sunt independente de folosință
si au fost examinate independent de domeniul de utilizare p entru a avea o aplicativitate
cât mai largă. Au fo st găsite o multitudine de soluț ii pentru cazuri specifice d e
utilizare.
 Comunicarea
Cu câ t este mai ridica t gradul de automatizare, cu atâ t mai numeros este
necesarul de senzori și actuatori (Elemente de execuție). Pentru comunicarea între
aceste elemente au fost create diferite rețele de tip Fieldbus⁠(d), adică rețele locale cum
ar fi: PROFIBUS, Interbus, AS -Interface (fosta ASI), sisteme Ethernet în timp real,
cum ar fi PROFINET sau EtherCAT și sisteme fără fir. Conexiuni de mare viteză
necesare în unele mașini și instalații au dus la sisteme locale închise care lucrează
pentru a prelucra semnal ul in timp real, adică fără întâ rzieri.
 Interfața om -mașină
Rolul operatorului în deservirea mașinii sau instalaț iei este apriori analizat.
Operatoru l trebuie să fie informat suficient, în timp util și fără erori privind condițiile
de funcționare pentru a lua deciziile corecte. Panoul de comandă trebu ie să fie uș or
accesibil și intuitiv pentru o înțelegere facilă. Semnalele sunt supuse la o verificare de
plauzibilitate.
 Siguranța
Respectarea normelor este o condiție prealabilă pentru crearea de mașini și
sisteme si gure. Tehnologie de automatizare este esențială în formularea acestor reguli.
Exemplu tipic: Protecția de explozie.

Figura 5.1 Camera pentru controlul unor procese automatizate (11)

 Punerea în aplicare
Specialiștii in automatizare lucrează împreună cu constructorii de mașini sau
inginerii de proces. Pentru aceasta, există metode verificat e, cum ar fi schema de
conducte și instrumente in instalații, ca un document de bază. Un alt exemplu este
conceptul Fly-by-wire pentru aeronave.” (12)
Pentru a obține un sistem centralizat, supraveg heat și automatizat, cea mai
simplă și avantajos oasă soluție este implementa rea sisteme lor comandate de controlere
pentru scopuri industriale care includ controlere logice programabile (automate
programabile, PLC), module de intări/ieșiri (I/O) de sinte stătătoare și computere .
PLC-urile au capacitatea de a oferi o calitate superioară din punct de vedere tehnic,
este o tehnologie avansată, este un si stem foarte fiabil și flexibil, și poate reduce
drastic costurile. Automatizarea industrială, ca și sistem centralizat de producție
trebuie să înlocuiască procesul de luare a deciziilor al oamenilor și activitățile manuale
de comandă -răspuns prin utilizar ea echipamentelor și utilajelor mecanizate și
comenzilor de programe logice. În schimb, aceste sisteme por oferi operatorilor un
mediu de muncă plăcut, ușurează sarcina de muncă și oferă o muncă mai precisă
urmărit de o calitate superioară a produselor. (7)

1.7. Studiul sistemelor de monitorizare a producției
La ora actuală procesul de monitorizare a producției are un rol foarte important
în toate sistemele de fabricație , deoarece în afara de asigurarea îndeplinirii sarcinilor
prescri se și de a evalua munca operatorilor, oferă o statistică foarte utilă managerilor și
șefilor de atelier și asigură o posibilitate de autoevaluare operatorilor, ceea ce este un
lucru foarte important și util. Companiile mari, cu sisteme de producție dezvolt ate,
preferă să utilizeze metode de auto evaluare la toate nivelele ierarhice, deoarece acest
lucru minimizează numărul de rebuturi , costurile de fabricație , și elimină în totalitate
controlul de calitate intermediară.
În cadrul aplicațiilor de monitoriza re a automatelor programabile, se studiează
sistemele de tip SCADA. Există a varietate de sisteme de acest tip, care folosesc
automate programabile, însă majoritatea principiilor sistemului SCADA se bazează pe
proprietățile PLC -urilor. Termenul SCADA se re feră de obicei la un software, la un
centru de comandă care monitorizează și controlează un întreg spațiu de producție.
Cea mai mare parte a operațiunilor se execută automat de către unități terminale
comandate la distanță (RTU – Remote Terminal Unit) sau de către automatele
programabile. Funcțiile de control ale centrului de comandă sunt de cele mai multe ori
restrânse la funcții decizionale sau funcții de administrare generală. Sistemele SCADA

folosesc conexiuni radio sau conexiuni modem în funcție de nec esitățile mediului de
folosire, iar conexiunile de tip modem sunt mai fiabile.
Achiziția de date începe la nivelul RTU sau PLC și implică citirea
indicatoarelor de măsură și a stării echipamentelor care apoi sunt comunicate la cerere
către SCADA. Datele su nt apoi restructurate într -o formă convenabilă operatorului
care utilizează o interfață om -mașină, pentru a putea lua eventuale decizii care ar
ajusta modu l de lucru normal al RT U sau PLC.
Sistemele SCADA trebuie să aibă și o interfață om -mașină(HMI) cât m ai
prietenoasă, care le adună, le combină și le struturează informațiile obținute din PLC
printr -o formă de comunicație cât mai ușoară de prelucrat. O interfață om -mașină
poate fi conectat la o bază de date pentru a realiza de grafice în timp real, a face o
analiză datelor obținute, a efectua proceduri de întreținere planificate, a realiza scheme
detaliate pentru un anumit senzor sau utilaj, precum și metode de depanare a
sistemului. Din sfârșitul secolului XX., majoritatea producătorilor de PLC oferă și
sisteme de HMI/SACADA integrate. (13)

1.8. Exemple de domenii care folosesc automate
programabile
Automatele programabile pot fi folisite în orice sistem industrial, și la ora actuală
au o cerere foarte mare datorită avantajelor sale . În trecut, PLC -urile au fost folosite în
producții, pentru comanda sistemelor, iar acum, sunt cât mai mult preferate și pentru
controlul sistemelor de monitorize a producției. Dezvoltarea continuă al automatelor
programabile ne permite implementarea u nui sistem, care este capabil la achiziționarea
și sintetizarea datelor referitoare la producție producție. Există a varietate largă al
acestor sisteme, iar exemplul concret poate fi reprezentat de către sistemele SCADA.
Conceptul SCADA po ate fi implementat atât î n sistemele industriale mari, cât și în
cele mici. Aceste sisteme pot conține zeci sau mii de bucle de control, numărul
buclelor depinde întotdeauna de aplicație. Sistemul poate fi folosit atât în industrie, cât
și în infrastructură sau în alte facil ități. Trebuie menținut, că implementarea unui astfel
de sistem nu înseamnă eliminarea totală al factorului uman din producții, această
metodă are ca scop de a ajuta operatorii și inginerii în munca lor. A pune în funcțiune
unui astfel de sistem necesită u n om calificat în acest domeniu, însă după ce a fost
montat, programat și pus în funcțiune, orice operator poate să -l folosească . Pornind din
faptul că colectarea manuală a datelor procesate de PLC este dificilă, sistemul necesită
o interfață om -mașină simplă, dar din punct de vedere tehnic foarte dezvoltată, care
adună, combină și structurează informațiile colectate d PLC și le transformă într -o
formă de comunicație mai simplă.
Sistemele SCADA pot fi aplicate chiar unde este nevoie de ei: în industrie, în
infrastructură, în transport public, etc.

În cazul transportului public, un astfel de sistem poate trimite și regla energia
electrică pentru metrouri, tramvaie, troleibuze, poate automatiza semnalele de trafic
pentru sistemele feroviare, poate urmări și localiza trenurile și autobuzele, și de
asemena, poate să controleze porțile de trecere a căilor ferate. Sunt cazuri, unde un
astfel de sistem controlează și semafoarele. Avantajul sistemului în acest caz este, că
SCADA poate detecta și defecțiunile semafo arelor.
În infrastructură, sistemul este folosit pentru generarea, transmisia și distribuția
energiei electrice. Utilitățile electrice folosesc sistemele pentru a detecta fluxul
curentului și tensiunea de rețea, pentru a monitoriza funcționarea corectă a
întrerupătoarelor și pentru a conecta sau deconecta secțiunile rețelei electrice în cazul
unei defecțiuni. Sistemele SCADA și sistemele automatizate cu PLC mai pot fi
utilizate în infrastructură de către firmele distribuitoare a apelor comunale, ei folosesc
metoda pentru a monitoriza și a regla fluxul apelor, nivelul rezervoarelor, presiunea în
conducte și mai mulți factori. Datorită faptului că un astfel de sistem este capabil să
transmite informațiile despre anumite defecțiuni și să localizeze acestea, est e
recomandat utilizarea în infrastructură, cu tot că are un cost mai ridicat.

1.8.1. Aplicația industrială
Odată cu dezvoltarea tehnologiei și industriei și cu apariția automatizării,
domeniul PLC a crescut dramatic în ultimele ani. PLC-urile dezvoltate specia l pentru
industria de automobile, în zilele de astăzi se găsesc în orice domeniu.
În industrie utilizarea automatelor programabile devine în ce în ce mai popular,
datorită posibilității variabile de utilizare: poate controla un utilaj, sau un proces între g
de fabricați e, poate fi folosit penru monitorizarea producției și pentru achiziți i de date,
poate controla sistemele de răcire/încălzire și sisteme de alarmă dintr -o hală de
producție . Implementarea și utilzarea corectă al unui astfel de sistem, poate re duce
reduce semnificativ costurile de producție, care este un lucru foarte important în
industrie, mai ales la acele întreprinderi, unde se produce în serie.

Sistemele PLC gestionează părțile fabricației just -in–time, reglează automatizarea
industrială ș i robotizarea , monitorizează procesele și efectuează controlul final.
Un sistem de tip PLC sau SCADA poate fi folosit în orce domeniu al indust riei, ca și
de exe mplu:
 Industria de automobile și automotive
 Industria de prelucrare a sticlei
 Industria de pr elucrare al lemnului
 Industia de prelucrare a hârtiei
 Producția de ciment

 Centrale termice
Automatele programabile pot fi folosite în multe tipuri de industrii, în mai multe
scopuri, un lucru important este însă alegerea corectă al modelului, ca să corespu ndă
așteprărilor sistemelor care urmează să fi e implementați. Este la fel de important
proiectararea sistemului în avans, pentru a afla locul și rolul exact al dispozitivelor de
vor fi conectate.
O aplicație foarte simplă, dar folositoare este sistemul de numărare. Aceasta are ca
scop numărarea automată a produselor aflate pe banda de transport al fabricii. Pentru
obținerea unui astfel de sistem, este nevoie de un PLC, senzori optici cu reflexie și
niște LED -uri care indic starea produselor. Acest sistem a re capabilitatea de a
transmite numărul produselor care au parcurs be banda rulantă către manageri, care în
așa fel pot evalua productivitatea zilnică. Aceste sisteme pot fi îmbunătățite cu alte
senzori, care sunt au posibilitatea de a măsura piesele finit e și a identifica dacă pe
bandă au fost parcurse și produse care nu corespund standardelor aplicate.

Figura 6 – Bandă rulantă și senzori comandate de PLC (14)
Stațiile de sortare automate sunt de asem enea exemple de utilizare a PLC -urilor în
orice industrie, care nu este un proces complex, iar cu atât mai folositor. Aceast lucru
mai demult a fost efectuat de către operatori, iar în sistemele tehnologice de astăzi, este
mult mai eficient, dacă această sarcină este preluat de către mașini.
În foarte multe cazuri, un PLC poate înlocui un operator sau un sistem mecanizat
dintr-un sistem de producție, de exemplu, în cazul controlului vitezei motorului
electric de curent continuu. Acest lucru poate fi execu tat cu un sistem mecanic, dar
controlul vitezei într -un mod electric are mai multe ava ntaje față de soluții mecanice,
iar avantajul principal este varietatea opțiunilor. În cazul motoarelor electrice de curent
continuu, sunt mai multe opțiuni de control al vitezei: viteza poate fi controlată prin
schimbarea fluxului magnetic, prin conectarea rezistențelor cu armături în serie, sau
prin con trolul voltajului în armături. Un PLC este capabil să modifice toate variabilele

prezentate mai sus, și aceasta constitu ie un mare avantaj. Motivul pentru care este
important aceast mod de folosire al PLC -ului este aplicația extensivă al motoarelor de
curent continuu în industrie. (15)
O aplicație foarte simplă, dar folositoare este sistemul de nu mărare. Aceasta are ca
scop numărarea automată a produselor aflate pe banda de transport al fabricii. Pentru
obținerea unui astfel de sistem, este n evoie de un PLC, senzori optici cu reflexie și
niște LED -uri care indic starea produselor. Acest sistem are capabilitatea de a
transmite numărul produselor care au parcurs be banda rulantă către manageri, care în
așa fel pot evalua productivitatea zilnică. Aceste sisteme pot fi îmbunătățite cu alte
senzori, care sunt

Figura 1.7 Motor Electric de Curent Continuu controlat de o unitate PLC (16)
Se mai folosesc PLC -uri la fabrici de băuturi, unde sticlele aflate pe banda rulantă
trebuie umplute. Sticlele trebuie detectate automat în poziția co rectă, trebuie ump lute
cu cantitatea de lichid corespunătoare și mutate mai departe. Acest proces nu est e
complicat și poate fi efectuat manual , însă durează mult și este imposibil de a obține
aceeași cantitate ca și la un proces automaizat. Din acest motiv este PLC -ul foar te des
folosit la această industrie. (15)

Figura 1.8 – Stiție de îmbuteliere controlată de PLC (17)
Sistemele SCADA sunt de asemenea foarte des utilizate în diferite industrii, pentru
a asigura că obiectivele de productivitate sunt îndeplinite și toate sistemele
funcționează fără probleme. Sistemele SCADA urmăresc câte unități au fost produse,
și câte unități sunt în alte etape de producție. De asemenea, cu ajutorul lor se poate
măsua valori analogice, cum ar fi temperatura la diferite etape de producție. Acest
lucru are importanță deosebită în indu stria prelucării a metalului, când este esențial
cunoașterea temperaturii metalelor topite care urmează să fie formulate în produse
utilizabile. Foarte similar cu industria prelucrătoare, industria alimentară este de
asemenea utilizator major al aplica țiilor SCADA. Temperatura are un rol important și
în acest caz, deoarece atunci când ea variază mai mult de câteva grade, loturile între gi
de alimente ar putea fi distruse, ceea ce ar însemna cheltuieli extrem de mare și
neesențiale. Din acest punct de vedere este vital utilizarea sistemelor SCADA, care nu
permite aceste fluctuații de temperatură. În plus, mișcarea ingredientelor solide și
lichide poate fi de asemenea urmărită de SCADA, sau un sistem ai simplu de PLC.
SCADA poate fi f olosit pentru gestionarea servere lor și echipamentelor pentru
telecomunicații s tehnologia informației(IT). Însă nu este foarte des practicat în
mediile de telecomunicații simple, iar foarte mulți oameni folosesc pentru gestionarea
și descrierea sistemelor de monitorizare și control de la distanță(remote). Sistemul de
telecomunicații este un mediu de produc ție instant, cu biți de date în loc de
semifabricate. Monitorizarea temperaturii serverelor altor unelte este scopul atunci
când se utilizează SCADA în acest tip de aplicație. De asamenea este populară
monitorizarea închiderilor pentru contacte de alarmă împotriva intruziunii fizicale în
locații îndepărtate, utilizând în general senzori magnetici și senzori de mișcare pasivi
de infraroșu. (18)

Figura 1.9 Schema unui sistem SCADA (19)
Luând în considerare gama largă de domenii în care pot fi utilizate a automatele
program abile, se poate trage concluzia, că aceste unități nu sun t supraevaluate, datorită
flexibilității lor, reprezint o soluție bună în orice tip de industrie.

Capitolul 2. Impactul industriei 4.0 asupra automatelor
programabile

2.1. Ce este Industria 4.0?
„Industrializarea 4.0 este numele unui Consiliu de Cercetare al Guvern ului
Federal German și al unui proiect de strategie privind viziunea tehnică de viitor a
aceluiași guvern. Ca o consecință a luat naștere și o Platformă de Cercetare cu același
nume. Producția industrială de viitor se va dezvolta în simbioză cu tehnica mod ernă de
informație și comunicare. Baza tehnică pentru realizarea acestui scop o constituie
sistemele digitale interconectate.” (20) Termenul de „Industrializare 4.0” se referă la
cel de a patra revoluție industrială.
Obiectiv ul Industriei 4.0 este realizarea comunicării și cooperării organizată, fără
intervenție umană a operatorilor, utilajelor, instalațiilor și logisticii în vederea realizării
unui produs. „Interconectarea va face posibil un salt de la supravegherea unui mic
segm ent de producție în auto -organizarea unui lanț întreg până la nivelul unei
întreprinderi. ” (20) Acest lucru înseamnă eliminarea factorului uman din lanțul de
producție, prin crearea comunicației între utilajele de prelucrare.

Figura 2.10 – Cele patru revoluții industriale (21)
Industria 4.0 începe să atragă o mare atenție pe piață, însă cu toate acestea,
există multe preocupări și riscuri asociate adaptării noului inițiative bazate pe
tehnologii noi, ș i emergente. În timp ce Industria 4.0 și Internetul obiectelor sunt

termeni folosiți în mod obișnuit, există încă mulți oameni care nu înțeleg diferența
dintre acestea. Potrivit sondajului „IIoT1 și Industry 4.0” efectuat de către Control
Engineering, 67% dintre respondenți au puțină familiarizare cu principiile Industriei
4.0, iar 41% au puțină sau nici o familiaritate cu cu Internetul Obiectelor. În același
timp, se poate vedea și anchete care indică, că un grup mic a integrat de fapt
infrastuctura de teh nologia informației în infrastructura lor operațională. Cel mai
important sondaj efectuat în temă este cea care indică de asemenea că doar 30% din tre
echipamentel e au interfață de rețea, ceea ce poate îngreuna modernizarea conform
principiilor de proiectar e ale Industriei 4.0. Este de asemenea important de observat, că
aceste numere, deși par a fi scăzute , indică începutul ciclului de adopție . Mulți
producători de PLC își dezvoltă gamele de produse pentru a îndeplini cerințele
Industriei 4.0. Acestea sunt i ndicatorii cheie pe care trebuie abordate la adaptarea și
implementarea principiilor Industriei 4.0.
Având în vedere toate acestea, există încă o serie de preocupări și obstacole
care trebuie depășite înainte de a vedea efectele negative al adaptării. În orice caz,
adaptarea totală va dura câțiva ani. Majoritatea companiilor au sume de bani mari
investite în setul lor actual de echipamente , a căror retrofitare ar putea fi costisitoare.
Aceasta, la rândul lui va conduce la modernizarea mai lentă a mașinilor . Cu investiții
mari, cum ar fi acestea, companiile vor încerca să amână achiziționarea mașinilor de
noua tehnologie până când aceste fabrici inteligenți vor fi standardizate și van
prezenta o rentabilitate semnificativă a investiției. (22)
2.2. Principiile organizatorice
În cazul oricăr ui sistem trebuie definit cu mare grijă e tapele care trebuie urmărite în
procesul de implementare. Industria 4.0, este de asemenea un concept organizatoric, la
care principiile de bază sunt bine defini te, și trebuie urmărite în vederea realizării unui
sistem funcționabil și eficient. Aceste principii poate să ajute întreprinzătorii în
efectuarea studiilor tehnico -economice înainte de aplicare. Când vine vorba despre
implementarea unui sistem nou, într -o fabrică deja existent, anumite studii trebuie
realizate pentru a vedea dacă nou sistem va fi sau nu destul de eficient, dacă este
realizabil, iar cel mai important lucru care trebuie studiat anterior este valoarea
investiției și timpul de recuperare al ba nilor investiți.
Principiile care sprijină aplicarea unui sistem de tip In dustrie 4.0 sunt determinate ,
enumerate și sintetizate , fiind în acest fel patru din ele:

1 IioT – Industrial Internet of Things

2.2.1. Interconectare
Interconectarea reprezintă capabilitatea utilajelor, mașinilor , dispozitivel or,
senzorilor și oamenilor de a comunica între ele, în rețea, folosind Internetul Obiectelor
(IoT2), respectiv Internetul Oamenilor (IoP3). Realizarea comunicării în așa fel,
transformă în mod evident un sistem de producție tradițional într-un sistem de tip
„smart”. Această conexiune poate fi realizat prin intermediul sistemelor interne, de tip
SCADA sau SAP, sau printr -un sistem extern, de tip „cloud”. În tr-un astfel de cloud,
datele sunt stocate p e serverele unei firme externe, care se ocupă cu stocarea datelor
(ex: IBM (23), GTS Telecom). Fabricile inteligente reprezint un pas înainte de la
automatizare tradițională, într -un sistem complet conectat și flexibil â. Acesta poate
procesa fluxul de date constant din operațiunile și sistemele de producție conectate,
analizând acestea în scopul adaptării noilor tendințe.
2.2.2. Trasparența informațiilor
Transparența informațiilor include crearea imaginii virtuale a lumii reale cu
ajutorul informațiilor și datelor livrate de senzori. Această „copie” a lumii reale trebuie
neapărat să aparțină toa te obiectele existente în mediul de producție, inclusiv utilajele,
dispozitivele, oamenii, etc. Un acest tip de sistem, trebuie să aibă capabilitatea de a
colecta datele de timp real, a stoca și a analiz a, și a lua decizii referitoare producție în
funcție de noile descoperi. În toate perioadele semnificative al industriei a fost
important crearea unui imagini, pentru a putea stabili locul și rolul tuturor elementelor
sistemelor de prelucrare. Crearea aces tor imagini virtuale se pot desfășura în mai multe
modalități. Cu apariția sistemelor CAD/CAM, procesul de creare a acestei imagini a
devenit mai real și mai detaliat, iar direct proporțional cu acesta, mai practicat,
deoarece cu ajutorul acestor software -e, putem lua date referitoare la funcționarea și
performanța sistemului de producție, înainte să implementăm sistemul real. Imaginea
virtuală oferită de Industria 4.0, este alcătuit de informații și date, referitoare la toate
părțile componente al sistemul ui existent. Datele colectate și apoi analizate sprijină
sistemul în luarea deciziilor referitoare la posibile îmbunătățiri.
2.2.3. Asistență tehnică
Sistemele de asistență tehnică au ca rol principal sprijinirea oamenilor cu
ajutorul informațiilor și datelor co lectate, analizate și vizualizate. Acest lucru trebuie
să fie ușor de înțeles, fie reprezentate textual sau grafic. Astfel, în cazul apariției
problemelor deciziile fundamentale se pot lua mai rapid , și mai concret, deoarece
sistemul este capabil să determ ină locul exact al problemei apărut. În plus, sistemul
după ce a identificat problema, poate să delege sarcina mașinii defectat pentru o altă

2 IoT – Internet of Things
3 IoP – Internet of People

mașină similară din punct de vedere tehnologic. Pe de altă parte, persoanele care fac
efort fizic excesiv și peri culos pot fi sprijinite în mod deosebit.
La asistență tehnică, trebuie amintite etapele de proiectare a unei manufactură
de tip smart. Procesul se începe cu proiectarea 3D CAD4, realizat de proiectanți
specialiști în domeniu, unde pur și simplu fac imagin ea virtuală a manufacturii, bazând
pe cerințele, și datele colectate anterior. Această procedură este urmată de procedeul
de simulare CAM5, prin urma cărora se pune în funcțiune sistemul proiectat anterior,
se poate urmări etapele de prelucrare, se poate l ua date referitoare la anumite procese.
Datorită simulării CAM, se poate identifica punctele slabe (bottlenecks) prezente în
sistem . Acest lucru este foarte util, deoarece oferă posibilitatea de a îmbunătăți,chiar și
înainte de implementare, astfel sistemu l va fi performant, din toate punctele de vedere.
Proiectarea CAD și simularea CAM, poate reduce semnificativ și costurile de
implementare, iar în rândul lor și costurile de fabricație pe unități de produs. Acest
lucru, la ora actuală devine un factor chei e pentru sistemele, ude obiectivul principal
fiind reducerea costurilor și timpului de prelucrare. După proiectare și simulare, se
analizează datele colectate, apoi se efectuează simularea CNC. În această etapă se
precizează sarcinile ce trebuie efectuate de către mașinile cu comandă numerică.
Această etapă este cel mai important, deoarece neefectuarea acestuia poate duce la
posibilitatea de pierdere a mașinilor. Mașinile CNC de ultimă generație au devenit cât
mai complexe și scupe de -a lungul timpului. În așa fel, defectarea acestora datorită
unui program cu greșeli ar putea deveni extrem de costisitoare. (24)
Toate dintre aceste etape enumerate mai sus, sunt făcute în mediu digital,
singura etapă rămasă, mașinarea, este efectuat ă în fabrică. La această etapă, sistemul
proiectat, simulat, verificat și acceptat de către întreprinzător, se implementează în
realitate, bazând pe calculele efectuate și soluțiile proiectate anterior.
2.2.4. Decizii descentralizate
Capabilitatea sistemelor cib ernetice de a lua decizii și să rezolve problemele
autonom, este reprezentat prin principiul deciziilor descentralizate. Luarea deciziilor
fundamentale poate fi efectuat în așa fel, iar în cazuri excepționale, de exemplu în caz
de interferență sau la apari ția defecțiunilor , semnalele sunt transmise la un nivel
superior, unde se ia decizia adecvată bazând pe datele și analizele efectuate anterior.
Acest lucru poate îmbunătăți eficiența mașinilor, deoarece în cazul în care apar
probleme, mașina este capabil s ă rezolve acestea singur, salvând, în așa fel timp.

4 CAD – Computer Aided Design
5 CAM – Computer Aided Manufacturing

2.3. Importanța Industriei 4.0
Importanța și cel mai mare avantaj al Industrializării 4.0 este reprezentată de
adaptabilitatea lui. Un sistem programat corect, trebuie să fie capabil la adaptarea
pentru prod ucția de produse unicate, respectiv la producția de serie și de masă mare.
Tehnica de automatizare pentru acest concept trebuie să fie mult mai evoluată și
inteligentă, utilizând noile proceduri de autooptimizare, autoconfigurare și de
autodiagnoză . Acest e proceduri sunt utile în asistarea operatorul uman la efectuarea
sarcinilor mai complexe și dificile atât tehnic, cât și fizic . Viziunea Industriei 4.0 oferă
recomandări pentru întreprinderi despre modul în care pot confrunta cu urmatoarele
provocări daate de piață : ciclul de viață mai scurte, iar complexitatea mai mare a
produselor și lanțurile de aprovizionare globale. Soluția este digitalizarea întregului
ciclu de viață al produselor, ceea ce va permite companiilor utilizarea datelor de
producție, serv icii și medii sociale, ceea ce va duce la îmbunătățiri rapide ale
produselor. Prin această tehnologie, întreprinderile devin mai flexibili și mai receptivi
la tendințelor de piață, și pot reacționa mai repede la modificările cererii. Aceste
colectări și an alize de date digitalizate, cu o altă denumire lanțurile digitale, nu numai
că pot îmbunătăți eficiența sisemelor de producție, ci pot oferi o adaptare mai ușoară la
inovații.
Digitalizarea sistemului de producție po ate oferi clienților serviciul de
autoc onfigurare a produselor, obținând astfel produse personalizate („Made -for-Me”),
fără costuri suplimentare.
Un alt aspect important este, că viziunea de Industrie 4.0 pune oamenii în centrul
producției. Pe măsură ce mașinile devin mai inteligente , muncă î n liniile de producție
va fi îmbogățită și umanizată. Sarcinile simple manuale pur și simplu vor dispărea.
Operatorii vor deveni coordonatori, care asigură o producție netedă. Iar ei intervin doar
atunci când o mașină solicită intervenție umană. În așa fel , lucrătorii pot fi repartizați
acolo unde este nevoie de ajutor, simplificând astfel sarcina lor de muncă. Acest lucru
însă, va impune cerințe mai mari în ceea ce privește capabilitatea de gestionare și
rezolvăre a problemelor, iar în același timp, va per mite forței de muncă să devină mai
flexibilă. Modificarea schimburilor pe zi vor fi completate de o planificare dinamică și
auto-organizată a capacităților, care ia în considerare preferințele angajaților. Acest
lucru va îmbunătăți echilibrul de viață -lucru al angajaților.
Viziunea Industriei 4.0 permite prosperitatea durabilă. Economiile și, împreună cu
acesta, societățile recunosc riscurile globalizării, pierderile locurilor de muncă și lipsa
de resurse. Generarea profitului și realizarea creșterii trebui e să fie puse într -o
perspectivă pe termen mai lung, de exemplu în găsirea unui modalități de gestionare a
constrângerilor legate de energie, resurse materiale , mediu și impactul economic,
respectiv social . Industria 4.0 poate ajuta în găsirea soluțiilor l a aceste provocări.
Producția inovativă și inteligentă poate reduce semnficativ consumul de energie. De
asemenea este capabil să susțină î ntreprinderile cu modele de afaceri existente și

recente, si să utilizeze noile tehnologii pentru a produce aproape de piață în ritmul
muncitorilor. (25)

Figura 2.11 – Exemplu de conecție PLC – cloud (26)

2.4. Impactul Industriei 4.0 asupra automatelor programabile
În producția de masă există două variante pentru întrep rinderi: fie rămân la curent
cu tehnologie, fie rămân la tehnologii obișnuite, cu riscul de a pierde. Menținerea
echipamentelor și tehnologiei de prelucrare la curent înseamnă fabricația a mai multor
piese în același timp și scăderea timpilor de întreruper e. Acest lucru poate adăuga
valoare liniei de producție de bază a producătorului. Tendința actuală de automatizare
a industriei cere reproiectarea automatelor programabile în privința obținerii
performanței mai ridicate prin conectivitate pentru întreprind eri și o interfață om –
mașină mai sigură. Datorită faptului că primele PLC -uri au fost proictate pentru
îndeplinirea a trei factori principali: programabilitatea, fiabilitatea, și capabilitatea de
răspuns în timp real. Destul de potrivit acestor aplicații o riginale, sutomatele
programabile au atins limitele, și trebuie regândite. Inițiativele internaționale ale
Industriei 4.0 se bazează pe sistemele ciber -fizice, punând în aplicație sisteme M2M.
Producția PLC -urilor corespunzătoare pentru Industria 4.0 este o cale plină de noi
provocări, însă, reproiectarea lor nu este imposibil de realizat. Principalele provocări
cu care se confruntă astăzi producătorii de PLC sunt:
 Controlul de înaltă performanță: Mediile de producție inteligente necesită
instrucțiuni de pr ocese, întreruperi de servicii și o interfață om -mașină
integrat, capabilă la efectuarea comenzilor la viteze mult mai ridicate.

Nevoile acestea au dus la utilizarea procesoarelor mai puternice, cu MIPS6
mai mare și cu mai multe miezuri, rezultând în așa f el costuri mai ridicate și
penalități pentru consumul de energie mare.
 Conectivitatea: conexiunea determinată între mașini desperate necesită
sprijin pentru mai multe protocoale industriale Ethernet într -un singur PLC.
 Comunicații securizate: automatele pr ogramabile conectate în afare rețelei
din fabrică și din întreprindere, sunt vulnerabile la atacurile cibernetice la
furturi de date, făcând în așa fel securitatea datelor o preocupare
semnficativă.
 Interoperabilitate inter -platformă: alegerea necoresponde ntă al procesorului
sau ASSP7-ului poate fi o eroare costisitoare. Interoperabilitatea
funcționabilă între diferite sisteme necesită sisteme de operare stand ardizate,
care rulează pe nuclee d e procesare nep roprietare.
 Procesarea în viitor : prin evoluția c ontinuă al conectivității și
interoperabilității al mediului , schimbările în cerințele pieței sunt mai
frecvente , ceea ce duce la modificările software -ului și hardware -ului.
Tendința de a folosi cât mai des controlul distribuit la nivelul mașinii reprezin tă
de asemenea o provocare semnificativă pentru utilizatorii de sisteme PLC.
Controlul distribuit înseamnă distribuirea controlulul de timp real către sistemele
executive ( manipulatoare robotice integrate, utilaje, etc), în loc să folosească un
singur PLC pentru control.
În plus, provocările pre -Industriei 4.0 rămân în continuare, inclusiv scalabilitatea,
siguranța funcțională, consumul de energie redus, amprenta mai mică și investiția în
sofware -lor de protecție. (27)
O abord are mai inteligentă a arhitecturii PLC -urilor poate fi reprezentat de către
SoC8 FPGA9, care combină un procesor și o unitate FPGA pe un singur chip ,
reprezentând o soluție unică pentru depășirea provocărilor proiectării PLC -urilor.
 Controlul de performan ță înaltă: soluția SoC FPGA pot descărca
procesorul PLC -ului prin implementarea algoritmilor și interfețelor de
om-mașină în hardware. Spre deosebire de procesoarele secvențiale,
FPGA -urile sunt masiv paralele și pot accelera foarte bine la executarea
algoritmului. Blocuri și memorii on -chip cu procesare digitală de semnal
încorporată, FPGA poate oferi o accelerare hardware mai rapidă, cu

6 MIPS – Million Instructions Per Second
7 ASSP – Anti Spam SMTP Proxy
8 SoC – System -on-Chip (sistem pe cip)
9 FPGA – Field Programmable Gate Array ( circuit integrat digital configurabil)

costuri și consum de energie mai rapidă, decât procesoarele
convenționale.
 Conectivitate: FPGA -urile pot implementa sim ultan mai multe
protocoale industriale de tip Ethernet pe un singur dispozitiv. Proiectanții
pot activa aceste protocoale, descărcând documentele relevante de
protocoale, care se execută în sistemul integrat. Acesta poate rula un
server, care permite comun icația în întreprindere.
 Comunicații securizate: o criptare deschisă SSL, implementată în FPGA,
oferă accelerația asupra implementărilor bazate pe procesoare. Această
criptare permite realizarea canalilor de comunicare mai rapide și mai
sigure în întreprin deri.
 Interoperabilitate inter -platformă: cu un procesor integrat , SoC FPGA
oferă o cale scalabilă în utilizarea procesoarelor industriale standardizate.
 Procesarea în viitor: proiectanții pot reprograma uniatea FGPA pentru a
fi încorporați schimbările h ardware -ului, evitând astfel reproiectarea
majoră al întregului sistem.
După studierea provocărilor cu care se confruntă producătorii de PLC, se poate
trage concluzia, că SoC FPGA poate r eprezenta o soluție pentru majoritatea
problemelor referitoare la in tegrarea PLC -urilor în sistemele de Industrie 4.0.

Figura 2.12 – Locul PLC -ului și sistemului SCADA în modelul de Industria 4.0
(28)
Propunerile de design și studiile efectuate în 2015 de către corporaț ia Altera au
precizat c âteva beneficii semnificative al utilizării designului SoC:

 Performanță mai ridicată al PLC -ului, comparativ cu arhitectura tradițională
 Consu m de energie până la 30% mai redusă față de o soluție discretă cu
două cipuri
 Noul design poate adapta mai ușor la schimbările de software și hardware,
din care rezultă că sistemul devine mai flexibil.
 Timpul pentru piață mai optimizat.
În situații de oferte competitive, producătorii PLC care au implementat arch itectura
flexibilă bazată pe SoC , poate supraviețui schim bările tendinței în industrie în față cu
acele producători, care nu au implementat. În plus, architectura SoC oferă avantajele
sale în preț ab solut, costul total al proprietății, scalabilitatea și protecția investițiilor
clienților. Costurile și eficiența energetică pot fi adaptate și scalate rapid, în funcție de
nevoile crescute clienților, conduse de cerințele Industriei 4.0.
Noile echipamente de producție vin întotdeauna cu tehnologii noi, și sunt
producători, care în loc de a trece la tehnologiile noi al Industriei 4.0, au decis să
înlocuiască echipamentele învechite de PLC cu noi contr olere logice programabile
modern e. PLC -urile mai vechi pot rămâne în funcționare, dar trebuie luat în
considerare faptul că au capacități limitate, inexistența comunicați ei Ethernet, și au
memorie de stocare mai mică pentru stocarea programelor și soluțiilor de depanare față
de noile echipamente. (29)
Obiectivele Industriei 4.0 poate propun implementarea unei alte soluții, diferit de
cel bazat pe unități PLC, însă automatele programabile sunt încă văzute ca principalul
centru de comandă al utilajelor de prelucrare. PLC -ul poate fi văzut ca procesor central
pentru toate deciziile de timp real al procesului de fabricație. Senzorii de intrare vor
raporta direct la PLC starea lor, astfel încât PLC -ul poate lansa direct procesul de
fabricație necesară la momentul respectiv. Acesta poate fi, de asemenea, interfața în
timp real al omului cu o anumită mașină, pentru a permite as pectului uman ca operere a
mașinii să fie mai automatizat și mai sigur. Automatele programabile sunt foarte
versatile și pot citi mai multe tipuri diferite de intrări și pot fi programate cu o logică
complexă care îî permite executarea pașilor exact necesari pentru atingerea unui
anumit scop. PLC-ul este capabil să gestioneze mii de intrări și ieșiri aproape simultan
în intervale de temperatură extinse. PLC-ul poate fi izolat, să nu se interfereze cu
zgomotul electric, care este deosebit de important atunci când există senzori sen sibili
și procese care necesită monitorizare și acțiuni precise. Proprietatea PLC -ului că nu
este sensibil la praf și contaminanți este de asemenea important și în mediile Industriei
4.0. PLC-urile au programele și algoritmile stocate local ceea ce înseamn ă că uniteta
nu comunică în afara rețelei. Acest lucru înseamnă că utilajul va continua să facă
sarcina dată de PLC, chiar dacă apar probleme de comunicație potențiale. Rutinele
PLC se bazează pe condițiile de intrare detectate de la senzori care sunt cone ctați la
acesta. Acesta va seta apoi ieșirile în mod corectpe baza logicii preprogramate, fără

interferențe exterioare. Rezultatele acestor ieșiri se bazează exclusiv pe condițiile de
intrare, din care rezultă, că situațiile care apar în afara utilajului c are funcționează, nu
afectează funcționarea PLC -ului.
„Fabrica inteligentă” are senzori, care raportează simultan atât la PLC, cât și la
serverele exterioare de tip „cloud”. În acest fel datele pot fi urmărite și analizate
pentru întreținerea preventivă și setării performanțelor optime al dispozitivului în
cadrul procesului de fabricație. PLC -ul trimite date mai robuste, care includ
performanța senzorilor și utilajelor, plus alte date legate de procesul de fabricație în
sine. În acest fel, datele colectat e de PLC, împreună cu datele senzorului și alte datele
al dispozitivului pot fi sintetizate pentru a arăta imaginea mare și reală care rezultă din
colectarea „datelor mari”. Instrumentele de analiză pot ajuta apoi managerii de plante
să utilizeze mai efici ent resursele existente, să programeze producția în funcție de lot,
și stabilirea altor funcții care sunt esențiale în crearea proceselor de fabricație mai
eficiente. Concluzia este faptul că în cazul implementării modificărilor necesare în
construcția lor , automatele programabile pot fi părțile integrate al Industriei 4.0 (22)

Figura 2.13 – Locul PLC -ului într -un sistem de Industrie 4.0 (30)

Capitolul 3. Calcului costuri lor

3.1. Rezultate dorite
În această part e a lucrării se dorește efectua rea calculelor costurilor implementării
unui sistem PLC, într -o centrală nucleară. Proprietățile PLC -urilor permit
implementarea lor în medii de condiții periculoase. Prin acest lucru, se poate ușura
sarcina de muncă a operator ilor, deoarece nu sunt supuși pericolelor și radiațiilo r
mediului de lucru. Prin acest studiu efectuat, doresc să demontstrez faptul că
implementarea unui sistem automat, nu numai c ă preia anumite sarcine de la
operatorii , ci poate reduce semnificativ cost urile totale al întreprinderilor. Am luat în
vedere totalitatea costurilor al unui operator dint r-o centrală nucleară din Statele Unite
ale Americii, și am comparat cu costurilor de implementare al unui sistem automatizat
cu PLC și costurile anagjării unu i ingineri automatist . Trebuie însă amintit, că d atorită
faptului că activitatea se desfășoară în mediu desosebit de periculos, costurile
resurselor umane sunt mai ridicate .
3.2. Calculul costurilor
Cuantumul sumelor reprezentate pentru operator și inginerul a utomatist este
preluat din statisticile nivelelor de salarizare din Statele Unite ale Americii.
Cheltuielile implementării și costurile componentelor unui sistem automatizat cu PLC
sunt calculate după prețurile producătorului Siemens. Valorile salariilor, asigurărilor
și taxelor sunt orientative și sunt preluate din sistemul American. Pentru calcului
costurilor în RON, am folosit cursul valutar de 1 USD = 4,02 RON.

3.2.1. Costuri privind operatorul dintr -o centrală nucleară
Salariile operatorilor reactoarelor n ucleare sunt mari, din cauza riscurilor și
pericolelor de accidentare prezente în mediul de muncă . Pe de altă parte, în cazul
apariției defecțiunilor, sunt responsabili pentru efectuarea măsurilor necesare în
privința protejării mediului de la o explozie a ccidentală.
Descrierea locului de muncă :
Operatorul unui reactor nuclear este resposabil de asigurarea generării în
condiții de siguranță a energiei consumabile de către consumatori. Activitatea
operatorului implică în mod obișnuit monitorizarea diferitel or sisteme și efectuarea
ajustărilor necesare pentru a le menține între limitele optime și trebuie să fie capabile
să efectueze operațiunile de rutină al închiderii sistemelor în siguranță pentru activități
de întreținere sau realimentare. Cea mai importan tă sarcină al operatorilor de centrale

nucleare este monitorizarea reactorului în sine. Operatorii supraveghează funcționarea
reactoarelor, dacă temperaturile sunt între limitele acceptate , apoi folosesc un terminal
calculator pentru efectuarea ajustărilor necesare pentru răcire, și pentru asigurarea unui
flux sigur și constant de energie electrică. Ei ajută, de asemenea, să se asigure că toate
operațiile critice rămân în perm anență între limitele optime de siguranță. Dacă se
detectează citiri în afara ace stor limite, operatorii au pași și protocoale specifice de
urmat pentru a reduce sau înceta operațiunile , și a reporta situația către
supraveghetori. Aceste operatori participă, de asemenea, la lucrările de întreținere.
Pentru perioade de timp specificate , reactoarele trebuie închise, spălate și reîncepute
pentru a asigura funcționarea în condiții de siguranță, iar cei din această poziție
participă la închiderea sistematică a sistemelor specifice, pentru a asigura că
operațiunile de rutină sunt efectuate î ntr-un mod sigur pentru toți implicați. Producția
energiei nucleare în mod evident nu este lipsită de riscuri, iar un operator al unui astfel
de reactor joacă rol -cheie în asigurarea utilizării în siguranță. Operatorii de reactoare
lucrează în mod obișnuit întro stație de monitorizare, iar munca în schimburi poate
avea loc în timpul zilei, seara, sau chiar peste noapte.
Tabelul de mai jos este unul reprezentativ privind cheltuielile un ui agent
economic care are de suportat următoarele sume pentru un singur operator: salar,
diferite asigurări, datoriile către stat și orele suplimentare ( dacă sunt).

Tabelul 3. 1 Costurile privind un operator dintr -o centrală nucleară Operator Suma în dolari (USD) Suma în lei (RON)
Salar mediu/an $
73.358,00 295.851,16 lei
Salar mediu/oră $
36,39 146,76
lei
Asigurare de viață/an $
330,00 1.330,91
lei
Asigurare dentară/an $
144,00 580,32
lei
Taxe și impozite $
18.339,50 73.908,19
lei
Ore suplimentare $
72,78 293,31
lei
Cost total: $
92.180,67 372.110,65
lei

3.2.2. Costurile trecerii la un sistem automatizat
Pentru a compara în exemplul dat diferența dintre cheltuielile referitoare la un
operator, trebuie să luăm în considerare următoarele aspecte: costuri le de achiziție a
sistemul ui și cheltuielile necesare angajării unui inginer automatist. Rolul acestui
inginer este esențial, deoarece la implementarea unui sistem automatizat apar anumite
sarcini ce trebuie îndeplinite de către un specialist în acest dome niu.
Descrierea locului de muncă:
Inginerii de automatizare sunt responsabili de crearea unui flux de lucru
eficient în mediul în care lucrează. Ei implementează un sistem complex de sprijin
electric și mecanic pentru a asigura eficiența echipamentelor și respectarea strictă a
normelor de siguranță. În plus, ei se ocupă cu cererile zilnice de asistență tehnică
pentru îmbunătățirea productivității . Fluxul de lucru trebuie știut foarte bine de către
un inginer specialist în automatizări, deoarece ei sunt res ponsabili de planificarea și
executarea inițiativelor întreprinderilor. Majoritatea inginerilor de automatizar e se
ocupă de formarea lucrăto rilor în utilizarea echipamentelor de producție. Acestea
trebuie să aibă cunoștințe actuale și avansate despre sint axa diferită a limbajului de
programare pentru a aborda cunoștințele în rezolvarea problemelor automate ale
mașinilor. Aceste ingineri trebuie să respecte toate regulire definite de societate și
industrie, iar sunt responsabili pentru punerea în aplicare a noilor proceduri.
Instrumentele lor principale sunt un computer personal pentru crearea unor strategii
eficiente de automatizare și software -ul proprietar pentru conectarea și depanarea
diferitelor echipamente de producție.
În tabelul de mai jos, sunt re prezentate suma cheltuielilor anuale întreprinderilor
referitoare la un inginer automatist.

Inginer Automatist Suma în dolari (USD) Suma în lei (RON)
Salar mediu/an $
82.904,00 334.103,12 lei
Salar mediu/oră $
41,13 165,75
lei
Asigurare de viață/an $
330,00 1.330,91
lei
Asigurare dentară/an $
144,00 580,32
lei
Taxe și impozite $
20.726,00 83.525,78
lei
Ore suplimentare $
82,26 332,33
lei
Cost total: $
104.227,39 420.038,21 lei

Tabelul 3.2 Cheltuieli referitoare la un inginer automatist
În tabelul de mai jos sunt reprezentate prețurile tuturor echipamentelor ce
trebuie achiziționate pentru realizarea implementării sistemului planificat. Prețurile
sunt orientativi, reprezentând valoa rea medie al echipamentelor oferit de producătorul
Siemens. Este recomandat achiziționarea componentelor de la un singur producător,
deoarece în așa fel, compatibilitatea lor este garantată. De obicei, în prețul de achiziție
al PLC -ului este inclus și preț ul programului cu care sistemul trebuie programat.
Valoarea investiției par de a fi mare, însă are un timp de amortizare destul de
îndelungată, și aplicarea lui corectă oferă o serie de avantaje.
Ciclul de viață al sistemului poate fi îndelungat prin res pectarea regulilor de
mentenanță. În cazul angajării unui ing iner specialist în automatizări, această cerință
poate fi îndeplinită cu ușurință.

Sistem automatizat cu PLC Suma în dolari
(USD) Suma în lei (RON)
PLC $
4.533,00 18.267,99
lei
Switch cablu -operat $
822,00 3.312,66
lei
Interfață om -mașină $
4.015,00 16.180,45
lei
Link pentru control industrial $
215,00 826,15
lei
Sistem senzorial $
2.679,00 1.796,37
lei
Convertoare pentru
control/monitorizare conductoare $
156,00 628,68
lei
Computer pers onal $
1.000,00 4.030,00
lei
Protecția împotriva condițiilor extreme $
355,00 1.430,65
lei
Cost total: $
13.775,00 46.472,95
lei

Tabelul 3.3 – Costurile implementării unui sistem automatizat cu PLC

3.2.3. Organizarea sistemului înainte de aplicarea a sistemului
automatizat
Prezența lucrătorilor în centrală este esențial, deoarece aceste centrale lucrează
fără op rire. În cazul apariției unor probleme, este necesar intervenția specialiștilor. Însă
sunt anumite sarcini, ce trebuie îndeplinite
Operatorii au următoarele cinci sarcini principale de efectuat:
 Monitorizarea parametrilor instalațiilor pentru a asigura f uncționarea în
siguranță a sistemelor din reactoare și turbine.
 Efectuarea comutării și etichetării a echipamentelor pentru operațiunile de
degajare.
 Menținerea ungerii adecvate a echipamentului.
 Instruirea, planificarea și dirijarea activității operatoril or nespecializați.
 Aprobarea planurilor referitoare la activitate.
În exemplul de mai jos este reprezentat planificarea schimburilor al operatorilor pe
o săptămână din centrala nucleară exemplificat ă. În situația actuală, operatorii lucrează
în cinci echip e de câte patru per soane, în trei schimburi pe zi, având în vedere regurile
standard ale orelor de lucru. În zilele de Sâmbătă și Duminică, numărul operatorilor se
scade la 2 operatori/schimb În așa fel, întreprinderea are în total 20 de operatori. În
tabelul 3.3 este reprezentat un orar de lucru stabilit cu respectarea acestor reguli.
Operatorii lucrează cinci zile pe săptămână, având astfel două zile libere. Acest lucru
înseamnă 168 de ore lucrătoare pe o lună , și 2016 de ore lucrătoare pe an . Sistemul
este organizată în așa fel, ca să munca efectuată nu fie monotonă, și că echipele de
operatori să nu aibă s chimburi de noapte consecutive.
În tabelul 3.4, echipele de operatori de schimburi sunt indicate cu diferite
culori.
În timpul săptămânii, 4 din cele 5 echipe lucrează 4 zile, iar o echipă 5 zi le.
Fiind 5 echipe, ciclul este de 5 săptămâni, și se va întoarce la situația reprezentată
peste 5 săptămâni.
Calcule economice
Pentru efectuarea calculelor referitoare la costurile totale ale întreprinderii a tu turor
operatorilor, folosim datele reprezentate în tabelul 3.1.
Fiind 4 operatori într -o echipă de schimb, și 5 echipe de schimburi, rezultă:
4 x 92.180 = 368.720 USD /echipe de schimburi/an ( 1.482.588 RON)
5 x 368.720 = 1.843.600 USD /operatori/an ( 7.41 2.942 RON)
Care înseamnă un cost lunar de 153.633 USD ( 617.743 RON) pentru întreprindere.

Luni
Marți
Miercuri
Joi
Vineri
Sâmbătă
Duminică 8:00-16:00
4
operatori 4
operatori 4
operator
i 4
operator
i 4
operator
i 2
operator
i 2
operator
i 16:00 -24:00
4
operatori 4
operatori 4
operator
i 4
operator
i 4
operator
i 2
operatori 2
operator
i 24:00 -8:00
4
operatori 4
operatori 4
operator
i 4
operator
i 4
operator
i 2
operatori 2
operator
i

Tabelul 3.4 – Organizarea schimburilor înainte d e implementare a a sistemului

3.2.4. Organizarea sistemului după aplicarea sistemului automatizat
Implementarea sistemului automatizat are ca drept scop reducerea numărului
de operatori în fiecare schimb, reducând astfel cheltuielile întreprinderii. Sistemul
implementat este proiecta t în așa fel, ca să fie capabil la preluarea a două diferite
sarcini de lucru al operatorilor, și anume:
 Monitorizarea parametrilor instalațiilor pentru a asigura funcționarea în
siguranță a sistemelor din reactoare și turbine.
 Menținerea ungerii adecvate a echipamentului.
Prin aplicarea sistemelor PLC și sisteme senzoriale adecvate, atât monitorizarea,
cât și menținerea ungerii po t deveni procese ușor de controlat. Sistemele de
monitorizare de PLC, sunt capabili la colectarea, anal izarea și stocarea informațiilor,

iar și la trimiterea acestora către un server intern sau extern, unde inginerii nucleari
pot analiza aceste informații, și pe baza acestora, pot lua decizii referitoare la
îmbunătățirea proceselor.
Un alt motiv pentru c are implementarea automatizării este util, este reprezentată
pe ansamblul pericolelor la care sunt supuși oamenii care lucrează în acest mediu.
Datorită pericolului de accidente, salariile lucrătorilor al acestei industrii sunt foarte
mari, iar prin optimi zarea numărului de lucrători poate oferi întreprinderilor o soluție
adecvată în reduce rea costurilor.

Luni
Marți
Miercuri
Joi
Vineri
Sâmbătă
Duminică 8:00 -16:00 2
operatori
+ 1 ing. 2
operatori
+ 1 ing. 2
operatori
+ 1 in g. 2
operator
i + 1
ing. 2
operatori
+ 1 ing. 1
operat
or 1
operator 16:00 -24:00
2
operatori 2
operatori 2
operatori 2
operator
i 2
operatori 1
operat
or 1
operator 24:00 -8:00
2
operatori 2
operatori 2
operatori 2
operator
i 2
operatori 1
operat
or 1
operator

Tabelul 3.5 – Oranizarea schimburilor după aplicarea sistemului automatizat
În tabelul de mai este reprezentat optimizarea schimburilor după aplicarea
sistemului de automatizare propus. Se observă, că organizarea schimburilor și numărul

de schimburi a rămas la fel, ca și în situația anterioară, însă numărul de operatori a
scăzut la jumătate. ( Au rămas doar 2 operatori în fiecare echipă de schimb, iar acest
număr în zilele nelucrătoare scade la un operator pe schimb).
Prezența inginerului automatist nu este necesar în fiecare schimburi, în acest
fel, el lucrează numai de la ora 8:00 până la ora 16:00 în zilele lucrătoare. În cazul
apariției un or defecțiuni, inginerul este chemat să rezolve problema apărută, iar acesta
este considerat ca și oră supli mentară.
O altă sarcină importantă al inginerului este instruirea operatorilor pentru
folosirea sistemului automat implementat.

Calcule economice
Preluând datele din tabele 3.1, 3.2 și 3.3, se pot calcula costurile întrepinderii în
situația dorită, rez ultând astfel următoarele:

Datorită numărului optimizat al operatorilor, trebuie efectuate următoarele calcule:
2 x 92.180 = 184.360 USD/echipe de schimburi/an ( 741.385 RON)
5 x 184.360 = 921.800 USD/operatori/an ( 3.706.926 RON)
Care înseamnă cheltuieli lunare de 76.817 USD ( 308.911 RON) pentru întreprindere .
Pe lângă această sumă, se mai adaugă costurile referitoare la inginerul automatist, care
este reprezentat de o sumă de 104.100 USD ( 418.711 RON) pe an, și 8.675 USD (
34.900 RON) lunar.
Cheltuiel ile întreprinderii anuale referitoare la salariile, asigurările și taxele a celui
zece operatori și al inginerului, este calculat prin adăugarea celor două sume de
cheltuieli obținute mai demult:
921.800 USD + 104.100 USD = 1.025.903,3 USD / an ( 4.124.13 1,27 RON)
Datorită faptului că se dorește preluarea a două sarcini diferite, este nevoie de fapt de
două sisteme individuale de PLC. Acest lucru înseamnă achiziționarea a tuturor
echipamentelor de două ori. Adaugând valoarea investiției de două ori la suma
obținută mai sus, va fi posibil efectuarîî unui calcule referitoare la recuperarea
investiției
1.025.903,3 USD + ( 2 x 13.775,00 ) USD = 1. 053.453,3 USD ( 4.234.882 ,77 RON)

3.3. Rezultate și concluzii
Interpretând rezultatele obiținute la calculele efectu ate l a ambele variante,
putem calcula valoarea câștigului obținut prin implementarea sistemului
automatizat. În tabelul de mai jos, este reprentat cuantumul cheltuielilor anuale, iar
și diferența financiară între cele două situații prezentate .
Cheltuieli anu ale În USD În RON
Cheltuieli înainte de
implementare 1.843.600 7.412.942
Cheltuieli după
implementare 1.025.903,3 4.124.131,27
Cheltuieli după
implementare adăugând
valoarea investiției 1.053.453,3 4.234.882,77

Tabelul 3.6 – Tabelul centralizator al costurilor
1.843.600 USD – 1.053.453,3 USD = 790.147 USD ( 3.176.390 RON)
Se poate observa, că și în cazul în care valoarea investi țiilor este adăugată la
cuantumul costurilor referitoare la operatori și ingineri, investiția se recuperează într –
un timp mai scurt decât un an.
Se poate concluziona, că aplicarea sistemelor automate pentru efectuarea a celor
două sarcini menționate, și reducerea numărului de operatori dintr -o centrală nucleară
reprezintă o investiție bună, care s e recuperează în timp mai scurt de un an, reducând
în așa fel semnificativ consturile întreprinderii.

Concluzii

Prezenta lucrare a avut ca obiectiv familiarizarea cu noțiunile tehnice ale
construcției automatelor programabile și determinarea rolul impo rtanța acestuia în
domeniile sale de aplicabilitate.
Lucrarea este alcătuită din trei părți, prima parte fiind o prezentare generală a
automatelor programabile, descrierea caracteristicilor, avantejelor, dezavantajelor și
domeniilor sale de aplicabilitate .
A doua parte reprezintă o investigare în literatură a soluțiilor de menținere a
poziției pe piață al automatelor programabile și determinarea locul lor în sistemele de
producție al Industriei 4.0.
În a treia parte a lucrării a fost efectuat o serie calcule, privind optimizarea unei
industii prin implementarea sistemelor automate.
În urma acestor părți, se poate concluziona că automatele programabile începând
de la apariția lor, reprezi nt unitatea centrală de comandă al sistemelor de producție. În
cazul implementării anumielor modificări, tendințele noi apărute pe piață nu vor
influența utilizarea lor în diferite industrii.

Bibliografie

1. autopro.hu. [Interactiv] [Citat: 16 06 2018.] https://autopro.hu/trend/Tisztazzuk -az-
Ipar-4-0-alapfogalmait/18073/.
2. [Interactiv] https://ibrahim6060.weebly.com/history -of-plc.html.
3. Library.AutomationDirect.com. [Interactiv] [Citat: 21 06 2018.]
https://library.automationdirect.com/history -of-the-plc/.
4. Advanced Micro Controls Inc. . [Int eractiv] [Citat: 21 06 2018.]
https://www.amci.com/industrial -automation -resources/plc -automation -tutorials/what –
plc/.
5. [Interactiv] https://automationforum.in/t/what -is-ladder -diagram/1227.
6. donpetru. Portalul Tehnium Azi. Tehnium Azi, Articole, Artic les, Automatizari,
Articol: Automate Programabile – PLC. [Interactiv] 20 mai 2009. [Citat: 26 05 2018.]
http://www.tehnium -azi.ro.
7. Wikipedia – The Free Encyclopedia. Automation. [Interactiv] [Citat: 16 06 2018.]
https://en.wikipedia.org/wiki/Automation# Industrial_automation.
8. [Interactiv] https://ro.pinterest.com/pin/315322411387436694/.
9. Ayoka Systems. Custom Software Development. [Interactiv] 07 martie 2017.
https://www.ayokasystems.com/news/10391/.
10. [Interactiv] http://instrupc.blogspot.com/201 4/05/plcprogrammable -logic –
controller.html.
11. [Interactiv] https://ro.wikipedia.org/wiki/Automatizare_industrial%C4%83.

12. Wikipedia – Enciclopedia liberă. Wikipedia, Automatizare industrială. [Interactiv]
[Citat: 16 06 2018.] https://ro.wikipedia.org/w iki/Automatizare_industrial%C4%83.
13. automatizări, ElectricFilm. ElectricFilm automatizări. [Interactiv] [Citat: 29 05
2018.] www.automatizari -scada.ro.
14. [Interactiv] http://blog.industrialshields.com/en/sistema -de-control -de-una-cinta –
de-transporte -con-un-plc-arduino/.
15. Vishal Kumar Alok, Ajay Goel, Prof. T.K.Dan. To study the different industrial
applications of PLC through ladder diagrams. National Institute of Technology
Rourkela : Rourkela -769008, 2011.
16. [Interactiv] https://www.hitachi –
ies.co.jp/english/products/plc/micro_eh/application.htm.
17. [Interactiv] www.omron.co.id.
18. Telecom, DPS. DPS Telecom. DPS Telecom – Corporate Office. [Interactiv]
[Citat: 15 06 2018.] http://www.dpstele.com/scada/applications -of.php.
19. [Interactiv] https ://www.elprocus.com/scada -systems -work/.
20. Wikipedia – Enciclopedia liberă. [Interactiv] [Citat: 19 06 2018.]
https://ro.wikipedia.org/wiki/Industrializare_4.0.
21. [Interactiv] [Citat: 19 06 2018.] https://www.simio.com/applications/industry –
40/index.ph p.
22. Novich, Jason. How will Industry 4.0 influence the future of PLCs? Industry 4.0.
s.l. : IEN Europe web page (www.ien.eu), 7 aprilie 2016.
23. Forbes. [Interactiv] https://www.forbes.com/sites/joemckendrick/2012/02/22/6 –
shining -examples -of-cloud -comp uting -in-action/.

24. Cirtu, Dragos. T&T – Tehnică și Tehnologie. [Interactiv] 16 martie 2012. [Citat:
19 06 2018.] https://www.ttonline.ro/revista/masini -unelte/simularea -programelor -cnc.
25. Schmitt, Karola. D!gitalist Magazine. [Interactiv] 15 octombrie 2013. [Citat: 20
06 2018.] http://www.digitalistmag.com/industries/manufacturing –
industries/2013/10/15/top -5-reasons -industry -4-0-real-important -0833970.
26. [Interactiv] https://www.kloudui.com/.
27. Niladri, Roy. Altera. [Interactiv] decembrie 2015. [Ci tat: 19 06 2018.]
https://www.altera.com/content/dam/altera -www/global/en_US/pdfs/literature/wp/wp –
01259 -plc-architecture -in-the-industry -4.0-world.pdf.
28. [Interactiv] http://www.controlengeurope.com/article/139633/OEM -size-doesn -t-
matter -when -it-comes -to-Industry -4-0.aspx.
29. Sellitto, Jim. Control Engineering. [Interactiv] 21 mai 2012. [Citat: 20 06 2018.]
https://www.controleng.com/single -article/upgrading –
plcs/5e4a8f538f1364b0567e0529794af47d.html.
30. [Interactiv] [Citat: 20 06 2018.] https://www.co ntroleng.com/single –
article/forerunner -to-industry -40-and-the-internet -of-
things/c2d39072aba97a24892d6ee7a614066f.html.