Controlerul Logic Programabil a aparut pe piata in jurul anilor ’60 fiind folosit in sistemele de actionari electrice automate. Motivul principal… [617757]

1
Capitolul I
1.1. Scurt istoric

Controlerul Logic Programabil a aparut pe piata in jurul anilor ’60 fiind folosit in
sistemele de actionari electrice automate. Motivul principal care a condus la proiectarea si
realizarea unui astfel de dispozitiv a fost acela d e a reduce cat mai posibil costurile imense ce
rezultau din implementarea uni si stem de automatizare cu ajutorul releelor,al circuitelor de
temporizare -contorizare -memeorare,al limitatoarelor de cursa si al microintreruptoarelor .
Primul controller industri al avea sa fie utilizat in industria de autovehicule,fiind realizat
la cererea expresa a firmei Ford.Primul automat programabil a fost propus spre utilizare tot unei
firme de autoturisme din Statele Unite ale Americii de catre firma Bedford Associates din
Massachusetts.In acel moment, aparatul propus a fost denumit Conroler Numeric Modular
(MOdular DIgital CONtroller). Primul automat progamabil intrat in productie si comercializat la
scara larga a fost MODICON -084.Aplicabilitatea si eficienta in exploatare a noului dispozitiv si –
au aratat pe deplin avantajele in practica.
Noul dispozitiv ce avea sa apara atunci pe piata controlerul logic programabil
(PLC),trebuia sa aiba urmatoarele proprieteti:
• Usor de programat;
• Structura modulara si exandabila;
• Lucre in c onditii grele de mediu;
• Preturi mici
• Timpul de viata cat mai mare
• Schimbarea de programe sa fie cat mai usoara
Firmele care au intrat in competitie la acel moment (1968) au fost:Information Instruments
Inc.,care a fost preluata un an mai tarziu de Allen -Bradley; Digital Equipment Corporation
(DEC); Centuty Detroit; Bedford Associates .
Ultima firma, condusa de Richard Morley, a castigat aceasta competitie.In iulie 1969, ei au
reusit sa vanda primul controler programabil numit “MUDICON 084”. El a fost denumit astfel
deoarece a fost, practic,al 84 -lea proiect al firmei.

2

Fig.1 .1 Primul PLC din lume in productie comerciala:MODICON 84

Richard Morley este considerat ca fiind parin tele controlerelor programabile . El are , de-a
lungul intrgii sale activitati,pes te 20 de brevete in Statele Unite ale Amercii si in alte tari si
continua sa lucreze in domeniul inteligentei artifiiale,al proiectarii de noi calculatoare de
process.La mijlocul anilor 1970 tehnologiile dominante de PLC erau mașinile secvențiale și
automa tele programabile pe bit. AMD 2901 și 2903 erau folosite în PLC -urile Modicon A -B.
Posibilitățile de comunicare au apărut prin 1973 . Primul astfel de sistem a fost Modbus
de la Modicon . Protocolul MODBUS a fost definit de producatorul de automate programab ile
Modicon. El are o serie de avantaje, care l -au impus pe piata echipamentelor de automatizare, în
prezent circa 40% din totalul comunicațiilor industriale se bazeaza pe MODBUS.
Printre avantaje, enumeram:
• relativ simplu de implementat;
• nu necesita harw are dedicat pe nivelul fizic;
• dispune de un mecanism sigur de detectie a erorilor;
• este complet open source – astfel încat este foarte bine documentat.

PLC-ul poate acum să comunice cu alte PLC -uri și pot fi la distanță față de mașinile pe
care le comandă . Acum pot fi de asemenea utilizate pentru a trimite și recepționa diferite
tensiuni, deci pot intra în lumea analogică. Din păcate, lipsa standardizării combinată cu
tehnologia în continuă schimbare, a făcut din comunicarea PLC -urilor un coșmar de protoc oale
incompatibile și rețele fizice.

3
În anii 1980 s-a încercat standardizarea comunicațiilor prin protocolul MAP
(Manufacturing Automation Protocol) al firmei General Motor’s. A fost de asemenea o perioadă
a reducerii dimensiunilor PLC -urilor și a face po sibilă programarea lor de pe computere
personale (PC -uri). Azi cel mai mic PLC este de mărimea unui singur releu!
Anii 1990 au adus o reducere graduală a introducerii de noi protocoale și a modernizării
nivelelor fizice a unora din cele mai populare proto coale care au supraviețuit anilor 1980.
Ultimul standard (IEC 1131 -3) a încercat să unească limbajele de programare ale PLC –
urilor într -un singur standard internațional.
Azi avem PLC -uri care pot fi programate în FBD (function block diagram), IL
(instruc tion lists), C și ST (structured text), toate pe același PLC. Computerele sunt utilizate
pentru a înlocui PLC -urile în unele aplicații. Compania care a introdus MODICON 084 a trecut
în prezent la un sistem de control bazat pe computer.
Creșterea producție i cât și a calității a dus la modernizarea liniilor de producție. Flexibilitatea
(posibilitatea de a schimba parametri unui proces) a devenit o mare preocupare a diferitelor
firme.
Primele automate programabile
Primii care au simțit nevoia să înlocuiască sistemul bazat pe fire al tabloului cu relee au fost
cei de la General Motors . Competiția crescută a făcut ca producătorii să îmbunătățească
productivitatea și calitatea. Flexibilitatea și schimbarea rapidă, ușoară a liniilor de produție
automatizate au d evenit avantaje importante. Ideea General Motors a fost să folosească pentru
logica sistemului unul dintre microcomputerele
(microcomputerele erau pe departe a fi punctul lor forte
față de microcontrollerele pe 8 biți din prezent) în loc
de releele ce treb uiau interconectate cu fire.
Calculatorul putea lua locul tablourilor mari, scumpe si
inflexibile. Dacă apăreau schimbări în logica sistemului
sau în ordinea operațiilor, era nevoie doar de
schimbarea programului în locul înlocuirii firelor
releelor. În zi lele noastre, sistemele cu automate
programabile sunt atât de obișnuite pe cât au fost la
început de revoluționare.
Fig.1.1.a. Panou conventional de automatizare
(www.scribd.com )

4
O noua problemă a apărut, aceea de a convinge electricienii să accepte folos irea unui nou
dispozitiv. Sistemele, de multe ori sunt complexe și necesită programe complicate. Nu s -a pus
problema ca electricienii să învețe programare în plus față de îndatoririle muncii lor.

1.2. Ce sunt PLC -urile?
PLC( Programmable Logic Controller )este denumirea in limba romana pentru
prescurtarea in limba romana pentru prescurtarea din limba engleza PLC(Programmable Logic
Controller) -controler logic programabil sau dispozitiv programabil pentru control logic.
Un PLC este un mic computer cu un microproce sor folosit pentru automatizarea
proceselor cum ar fi controlul unui utilaj într -o linie de asamblare. Programul unui PLC poate
adesea controla secvențe complexe și de cele mai multe ori este scris de către o persoana
calificată. Programul este apoi salvat în memoria EPROM
Ceea ce diferențiază un PLC de alte computere este faptul că este prevăzut cu intrări/ieșiri
către senzori și relee.
PLC-urile au fost inventate ca o alternativă mai puțin costisitoare la vechile sisteme care
foloseau zeci sau sute de rel ee și timere. Adesea un PLC poate fi programat să înlocuiască sute
de relee.

Fig. 1. 2 PLC-uri de tip MFD și Easy de la Moeller. (www.moeller.ro )

5
Cele mai importante caracteristici ale PLC -ului sunt:
• Unitatea cen trala de procesare(CPU)
• Memoria
• Alimentarea
• Intrarile unui PLC
• Iesirile unui PLC

Unitatea central de procesare(CPU)
Aceasta este creerul unui automat programabil si de obicei est un microcontroller.In trecut
microcontrollerele erau pe 8biti,iar acum sunt pe 16 si 32 de biti.
Ca o regula nescrisa este faptul ca in automatele programabile facute de japonezi se vor gasi
microcontrollere Hitachi si Fujitsu,Semens in cele facute de europeni si Motorola in
microcontrollerele facute de americani.Unitatea centra la se ocupa de asemenea de comunicare
,internconectarea partilor automatului,executarea programului,operatii cu
memeoria,monitorizarea intrarilor si comanda iesirilor.Automatele programabile au rutine
special si complexe pentru verificarea memoriei pentru a se asigura ca aceasta nu este afectata.In
general,microprocesorul face un numar mare de verificari ale controllerului pentru a descoperi
eventualele erori de timp.Aceste erori sunt semnalizate prin ledurile de eroare ale automatului.
Memoria
Memoria sist emului este folosita de automatul programabil pentru controlul unui proces.In
afara de sistemul de operare ,memoria mai contine si programul convertitin formula binara.
Continutul memoriei de tip FLASH poate fi schimbat daca programul este schimbat. Inaint ea
aparitiei memoriilor FLASH se folosea memoria EPROM care putea fi stearsa cu ajutorul unei
lampi cu ultraviolete si reprogramata. Odata cu folosirea tehnologiei FLASH, s -a redus din
timpul acestui proces.Programarea se realizeaza in general cu ajutorul unui cablu serial.
Alimentarea
Majoritatea PLC -urilor functioneaza fie in 24Vcc,fie in 230Vca. Unele automate au sursa de
alimentare separata de unitatea de baza .Acestea sunt de obicei controller mai mari,in timp ce
automatele de clasa medie si mica conti n sursa de alimentare
Intrarile unui PLC
Inteligenta unui sistem automat programabil consta in mare masura in capabilitatea acestuia
de a interpreta semnalele de la diferite tipuri de senzori. Taste,butoane si comutatoare sunt baza
interactiunii dintre om si masina.Pe de alta parte ,pentru a detecta o piesa aflata in functionare ,a
vedea mecanismul in miscare,a verifica presiunea unui fluid este nevoie de o serie de dispositive

6
speciale precum: senzori de proximitate, limitatoare de cursa ,optocuploare, sen zori de nivel,etc.
astfel incat intrarile pot fi analogice cat si digitale.
De obicei automatele mai mici au numai intrari digitale pe cand automatele mai mari folosesc
si intrari analogice cu ajutorul unor module care se ataseaza separate.Unul dintre cele mai
folosite semnale analogice sunt semnale 4….20mA si 0….10V generate de diferiti
senzori.Senzorii sunt folositi pentru a detecta prezenta anumitor parti componente ale unui
sistem,a masura temperature,presiunea si oricare marime masurabila.
Iesirile unu i PLC
Unele dintre cele mai intanlite dispositive conectate la iesirile unui PLC sunt motoarle,
bobinele, relee, indiatori luminosi si acustici, etc.prin pornirea unui motor sau a unui releu,
automatul programabil poate controla sisteme simple cum ar fi so rtarea de produse, pana la
sisteme complexe cum ar fi pozitionarea capului unei masini de sudat.Iesirile pot fi analogice sau
digitale. Iesirile digitale functioneaza ca un comutator(conecteaza sau intrerupe o linie). Iesirile
analogice sunt folosite sa ge nereze semnale analogice(de exemplu: actionarea unui motor a carui
viteza se poate modifica cu ajutorul modificarii tensiunii)

Avantajele utilizarii PLC -urilor sunt:
• Flexibilitatea : Un PLC poate conduce multe operatii diferite iar modificarile se
realizea za la nivel software si sunt usor usor de implementat decat modificarile la nivel
hardware
• Siguranta : Dispozitivele electronice sunt mai sigure si mai usor de intretinut decat
temporizatoarele si releele mecanice
• Cost : Sistemele numerice pot realiza mai m ulte functii complexe la un cost mai redus
decat echipamentele clasice
• Simulare : Echipamentul de programare a PLC -ului poate furniza o listare imediata a
circuitului de control current astfel incat eventualele erori de programare pot fi sesizate
mult mai u sor
• Securitatea în folosirea PLC -urilor: În comparație cu schemele clasice unde
posibilitatea de intervenție și de modificare în timpul funcționării nu este întotdeauna
asigurată, la PLC -uri modificarea programului după care funcționează schema de
comandă nu poate fi modificat decât dacă acestea sunt oprite și reprogramate.

7
• Viteza de funcționare: La sistemele clasice, datorită inerției părților mecanice în mișcare
a elementelor (contactoare, relee), viteza de funcționare a acestora este limitatăși pentru
anumite aplicații inacceptabilă. La PLC -urile pe
bază de tranzistori, pe măsura evoluției
tehnologiilor electronice, viteza de funcționare a
schemelor crește tot mai mult ea fiind
determinată în primul rând de timpul de baleiere
a programului. La ora actu ală, mărimea timpului
de baleiere a programului este de ordinul
milisecundelor
• Simplitatea achiziției sistemului de comandă:
Sistemele clasice sunt alcătuite de cele mai multe
ori din multe elemente diferite achiziționate de la
producători diferiți.
Fig 1.2. a. Panou de automatizare cu PLC -uri
(www.scribd.com )

Dezavantajele utilizarii PLC -urilor sunt:
• Aplicatii fixe: Unele aplicatii n au nevoie de un automat programabil datorita gradului
foarte mic de complexit ate neexistand astfel necesitatea achizitionarii unui automat
programabil relative sofisticat
• Probleme de mediu: In unele medii exista temperaturi ridicate sau alte conditii care duc
la deteriorarea automatelor programabile astfel ca acestea sunt greu sau imposibil de
utilizat
• Noutatea tehnologiei: PLC-urile constituie o noutate tehnologică pentru majoritatea
electricienilor și tehnicienilor. Această noutate impune un nou mod de gândire, diferit,
necesar schemelor de comandă clasice. În plus, este necesară utilizarea calculatorului
pentru scrierea și rescrierea programelor de aplicații pentru PLC și sunt utilizate
simboluri diferite față de standardele naționale

8
Iata cateva domenii in care sunt prezente PLC -urile:
• Automatizari
• Control industrial
• Controlul miscarii
• Motoare si actionari de c.c.si c.a
• Servomotoare si servomecanisme
• Controlul si urmarirea temperaturii,presiunii,debitului,nivelului,s.a
• Instrumentatie industriala si analitica
In comparative cu MC(microcontrollerul),automatul programabi l poate avea o putere de
calcul si prelucrare mare ,memorie intrinseca mai mare ,posibilitatea de a comanda sarcini
electrice cu consum mai mare de current si un set de instructiuni de program mai complex.
In general ,un dispozitiv automat este un sistem c are pe baza informatiilor primate ,executa
anumite actiuni predefinite ,luand contact cu mediul exterior .El poate fi compus din urmatoarele
elemente:
• Masina sau instalatie
• Senzori
• Sistem de control a energiei
• Sistem de actionare
• Sistem de procesare a dat elor
• Interfata om/masina
Actiunile sunt executate urmand o procedura bine stabilita ce depinde de informatiile primite
si calculate sau parametrii predefinitii.
Coordonatorul instalatieieste un sistem de procesare .Inainte de aparitia si dezvoltarea
micro electronicii si a microprocesoarelor ,coordonarea actiunilor era realizata cu tranzistoare,
relee si contactoare auxiliare(logica cablata).In prezent ,aceasta se face cu PLC -uri puternice si
compacte.

9
1.3. Aplicatii cu PLC -uri
Automatizare centrle electro -termice
Reprezinta gasirea unor solutii pentru modernizarea,comanda si controlul da la dispecerat in
regim automat/manual a unui numar de variabile precum temperature,presiuni,poziti vane.etc
folosind o infrastructura deja existenta.
• Controlul accesului i n punctual termic si semnalizarea vizuala /acustica la distanta
sau locala prin intermediul plc -ului din punct
• Transmisia simultana catre mai multe dispecerate cu diferite nivele de acces
• Gasirea de arhive (cronologic)cu informatile culese
• Implementarea un ui sistem alternative de salvare a datelor local pe cardul de
memorie din plc in cazul defectiunii liniei
• Afisarea local ape panoul operator a valorilor parametrilor din punct

10
Controlul iluminatului în clădiri:

• Aprinderea și stingerea iluminatului sunt posibile în varianta
centralizată sau descentralizată prin intermediul funcției
releu de impuls;
• Comanda de stingere a iluminatului poate fi realizată prin
intermediul tempori zatorului, ceea ce faciliteaza
deconectarea centralizata a iluminatului și economia de
energie;
• Un dispozitiv de bază poate controla pana la 12 grupuri de iluminat independente. Se pot
realiza comenzi speciale pentru iluminat, cum ar fi iluminat centraliz at pentru activitațile
de întreținere, comutare automată pentru iluminatul redus al casei scărilor sau avertizare
de stingere iluminat de scara;
• Montajul acestor dispozitive în tablourile de distribuție pentru aparatura modulară este
facilitat de dimensiu nea frontală de 45mm și de lățimea care este de 4,6,8 și 12 ori pasul
modular.

Controlul mașinilor:

• Un modul de memorie de tip plug -in permite copierea
schemei de conexiuni existentă în Easy fără ajutorul unui PC.
Pe de alta parte, modificari ulterioa re ale schemei de comanda
pot fi efectuate în alta locație, transferul în cadrul Easy
efectuându -se prin intermediul modulului de memorie;
• Se poate modifica modul de lucru la pornire, prin selectarea
modurilor de funcționare "RUN"sau "STOP" la punerea sub
tensiune, ceea ce ușurează punerea în funcțiune;
• Recunoasterea scurtcircuitului și deconectarea selectiva a ieșirilor pe tranzistor în caz de
scurtcircuit și suprasarcina.

Alimentarea cu apa:
• Pentru menținerea constantă a presiunii, soluția modernă
o constituie acționarea pompei prin intermediul unui convertizor
de frecvență (variația turației);
• Se elimină vechea soluție care presupune a construirea
unui castel de apă, variantă extrem de costisitoare;
• Pornirea pompei se face lin, pe rampă, în felul acesta este
protejată structura mecanică: rulmenți, semeringuri, axe;
• În cazul unei avarii (ex: spargerea unei conducte), sistemul oprește automat acționarea

11
pompei, eliminând pierderile accidentale;
• Prin utilizarea convertizorului este asigurată protecția la suprasarcină a motorului de
acționare;
• În unele situații, menținerea constantă a presiunii determinăși o importantă economie de
apă, atât ca debit consumat cât și cantitate deversată la canal;
• Soluția poate fi aplicată la: alimentarea cu apă a fabricilor din puțurile proprii, stații de
epurare a apelor uzate, alimentarea cu apă a localităților, ferme agricole;
• Sistemul poate fi ușor a daptat și extins pentru cerințe cum ar fi monitorizarea
centralizatăși transmiterea datelor la distanță (presiune, consum, nivel) sau comanda unui
grup de pompe.

Comanda semaforizarii unei intersectii
• Scopul acestei automatizari este atat
comanda semafo rizari, cat si optimizarea
functionarii sistemului de dirijare in
intersectie
• Optimizarea este realizata prin coiderarea a
trei regimuri de functionare in functie de
desfasurarea traficului din zona
1. Functionarea semafoarelor intre
orele de varf (de luni pa na sambata
intre orele 08:00 -09:00si 18:00 –
19:00 si duminica)
2. Functionarea semfoarelor in afara
orelor de varf (de luni pana
sambata intre orele 04:00 –
08:00,09:00 -18:00 si 19:00 -24:00)
3. Functionarea in regim de noapte –
galben intermitent(de luni pana
dumin ica intre orele 00:00 -04:00)
• Comanda de start a diferitelor regimuri de functionare a semafoarelor este data de catre
ceasul PLC -ului ,careactioneaza ca un comutator pentru inceputul si sfarsitul
regimurilor(pozitia ON la o anumita ora precizata si pozitia OFF la o alta ora)
• Fiecare regim de functionare este programat cu ajutorul unui “ceas saptamanal”.Acestea
se comporta ca un contactor si in fuctie de ziua si ora la care au fost programate el se
activeaza.

12
Acționarea ventilatoarelor:
• Prin acționarea mot orului de acționare al ventilatorului
cu un convertizor de frecvență, se poate detecta oprirea
unei mașini și se poate diminua debitul de aer prin
reducerea turației și implicit a puterii absorbite de
motor de la rețea;
• Convertizorul poate fi folosit la o bținerea unei
importante economii de energie, o problemă foarte
actuală în contextul scumpirii energiei electrice;
• Un alt avantaj al utilizării convertizoarelor pentru acționarea ventilatoarelor îl constituie
eliminarea problemelor la pornire;
• Convertizo rul permite pornirea lină pe rampăși menținerea curentului de pornire sub
valoarea nominală.
• Principiile prezentate pot fi aplicate la instalațiile de exhaustare astfel: la fiecare mașină
trebuie prevăzut un suber (o clapetă) care să fie închis la oprirea mașinii și un senzor care
să detecteze poziția clapetei. Suber -ul poate fi acționat automat (pârghie cu
electromagnet) sau m

13
Capitolul II.
2.1. Soft -Starter

Soft-Starterele sunt dispositive electronice de putere care comanda pornirea u nui motor
prin aplicarea tensiunii retelei de la 0 la 100% din valoare intr -un timp care poate fi reglat,
mentinand constant raportul tensiune/frecventa pentru a micsora cuplul de pornire (se stie ca
variaza proportional cu patratul acestui raport)
Avantaj ele acestei metode:
• Curent controlabil la pornire
• Nu apar varfuri de current
• Nu necesita intretinere
• Cuplul la pornire controlabil
• Se evita socurile mecanice si socurile de current la pornire
Aceste echipamente electronice se utilizeaza pentru actionarea m otoarelor electrice asincrone
cu rotorul in scurtcircuit,folosite in sisteme inerte si rezolva problemele care pot aparea ca
rezultat al autopornirii moroarelor ,al proceselor mecanice sau electrice tranzitorii la pornirea
motoarelor si al cuplului de porn ire ridicat.
Rolul soft -starterelor in acionarile electrice
Soft-Starterele contribuie la realizarea unui process de productie mai economic , eliminand uzura
mecanica si electrica a echipamentelor.
Accelerarea/decelerarea lina reduc sarcinile mari si socur ile la care sunt supuse utilajele in
timpul pornirii/opririi.La echipamentele de pompare, soft -starterele elimina socurile de presiune
in tevi si si in valve la pornirea /oprirea pompelor.
Cresterea graduala a curentului elimina de asemenea caderile de ten siune ,aparitia curentilor de
circulatie si supaincalzirea motoarelor.Prevenind aparitia unor asemenea fenomene, se reduce
uzura mecanismelor,permitand functionarea fara intreruperi a proceselor industrial timp
indelungat.

14
Domenii de utilizare pentru soft-starter :
• Actionarea pompelor : Socurile de presiune sunt evitate prin pornirea usoara.
Incarcarea mecanica a instalatiilor ca intreg scade,iar durata de viata a componentelor
instalatiei este extinsa
• Actionarea ventilatoarelor si compresoarelor: Prin pornirea usoara curelele
trapezoidale nu mai gliseaza,iar uzarea precoce este impiedicata.Astfel ,scad costurile de
funcionare ,iar durata de viata se prelungeste
• Benzi transportoare: In locul pornirii cu soc,banda transportoare functioneaza lin,iar
obiect ele transportate nu se rastoarna.Banda este protejata mecanic si are o durata de
viata mai lunga.
• Ferastraie circulare,fierastraie -panglica : Prin limitarea curentului de pornire ,se evita
varfurile de curent.Astfel ,se creeaza posibilitati economice a cos turilor energetic si tarife
reduse pentru sarcina de varf din partea furnizorului de energie.
• Mecanisme de malaxare,amestecare :Prin limitarea curentului de pornire ,se evita
varfurile de current.Astfel ,se creeaza posibilitati de economisire a costurilor e nergetice si
tarife reduse pentru sarcina de varf din partea furnizorului de energie.
• Ventilatoare si ventole mult mai fiabile : Performantele ventilatoarelor si ventolelor sunt
mult imbunatatite ,datorita pornirii line si a reducerii curentului de varf la pornire.
• Compresoare : Reducerea curentului de varf este principalul beneficiu rezultat din
instalarea unui softstarter la un compresor.Uzura partilor mecanice ale compresorului
este,de asemenea,mai redusa.Toate acestea duc la cresterea duratei de viata a
echipamentului,mai putine avarii,deci realizare de economii.
• Comanda iluminarii : Aprinderea treptata a lampilor reduce consumul de current in
starea rece.Prin exploatarea punctelor optime de functionare a becurilor se reduce
consumul acestora de current la aceeiasi intensitate a luminii si se prelungeste durata de
viata .Astfel,se creeaza posibilitati de economisire a costurilor energetic si tarife reduse
pentru sarcina de varf din partea furnizorului de energie.
• Generatoare de ozon : Reglerea transfonmatoar elor de inalta tensiune
Alte aplicatii ale soft -starterului
In afara de aplicatiile industriale ,softstarterul poate fi utilizat pentru a optimiza functionarea
unei game mult mai vaste de echipamente,incluzand:
• Macarale
• Pompe special
• Centrifuge
• Mori
• Concasoare

15