Conduc ător științific: Prof. dr. ing. Ioan NAȘCU FACULTATEA DE AUTOMATIC Ă ȘI CALCULATOARE DECAN Prof.dr.ing. Liviu MICLEA Vizat, DIRECTOR… [623923]

FACULTATEA DE AUTOMATIC Ă ȘI CALCULATOARE
201 8

SISTEM AUTOMAT DE DOZARE

PROIECT DE DIPLOMĂ

Autor: Gheorghe NEGREAN

Conduc ător științific: Prof. dr. ing. Ioan NAȘCU

FACULTATEA DE AUTOMATIC Ă ȘI CALCULATOARE

DECAN
Prof.dr.ing. Liviu MICLEA Vizat,

DIRECTOR DEPARTAMENT AUTOMATIC Ă
Prof.dr.ing. Honoriu VĂ LEAN

Autor : Gheorghe NEGREAN

Sistem Automat de Dozare

1. Enunțul temei: Sistem de dozare și cântărire pentru o gamă variată de legume

2. Conținutul proiectului: Pagina de prezentare , Declara ție privind autenticitatea
proiectului, S inteza proiectului , Cuprin s, Titlul capitolului 1, Titlul capitolului 2,…
Titlul capitolului n, Bibliografie, Anexe.

3. Locul documentației: Universitatea Tehnic ă din Cluj -Napoca , PSC Automatizări și
Instalații

4. Consultanți: ing. Raul Radu Prodan

5. Data emiterii temei: 08.02.2018

6. Data predării: 09.07.2018

Semnătura autorului

Semn ătura c onduc ătorului științific

FACULTATEA DE AUTOMATIC Ă ȘI CALCULATOARE

Declarație pe proprie răspundere privind
autenticitatea proiectului de diplomă

Subsemnatul(a) Gheorghe NEGREAN ,
legitimat cu CI seria SX nr. 315995 , CNP [anonimizat] ,
autorul lucrării:
Sistem Automat de Dozare

elaborată în vederea susținerii examenului de finalizare a studii lor de licență la
Facultatea de Automatică și Calculatoare , specializarea Automatică și Informatică
Aplicată , din cadrul Universității Tehnice din Cluj -Napoca, sesiunea Iulie 2018 a anului
universitar 2017 -201 8, declar pe proprie răspundere, că acea stă lucrare este rezultatul
propriei activități intelectuale, pe baza cercetărilor mele și pe baza informațiilor obținute
din surse care au fost citate, în textul lucrării, și în bibliografie.
Declar, că această lucrare nu conține porțiuni plagiate, iar su rsele bibliografice au
fost folosite cu respectarea legislației române și a convențiilor internaționale privind
drepturile de autor.
Declar, de asemenea, că această lucrare nu a mai fost prezentată în fața unei alte
comisii de examen de licență.
In cazul c onstatării ulterioare a unor declarații false, voi suporta sancțiunile
administrative, respectiv, anularea examenului de licență .

Data Gheorghe NEGREAN

FACULTATEA DE AUTOMATIC Ă ȘI CALCULATOARE

SINTEZA
proiectului de diplomă cu titlul:
Sistem Automat de Dozare

Autor: Gheorghe NEGREAN
Conduc ător științific: Prof. dr. ing. Ioan NAȘCU

1. Cerințele temei:
Să se realizeze un sistem automat pentru dozarea diverselor legume, în cantități
cuprinse între 2 si 10 kg.
2. Soluții alese:
Un sistem mecanic din inox, cu benzi rulante, antrenate de 3 motoare. Toate
controlate de un PLC Allen Bradley Micro 8 20.
3. Rezultate obținute:
Pungile sunt umplute cu succes, având o toleranță maximă de 100 g rame pentr u
legume mari (cartofi întregi) și 50 grame pentru l egume mai mic (cartofi tăiați).
4. Testări și verificări:
Testele au fost efectuate în sarcină (producție), atât hardware cât și software,
comandându -se de la un HMI. Toate cerințele proiectului fiind validate.
5. Contribuții personale:
Proiectare și imp lementarea software pentru PLC, proiectare și implementare
hardware (tablou electric), testarea întregului sistem, atât software cât și hardware.
6. Surse de documentare:
Documentații, fișe tehnice, cursuri studiate în cadrul facultății.

Semnătura autoru lui

Semn ătura conduc ătorului științific

1
Cuprins
1 INTRODUCERE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. 3
1.1 CONTEXT GENERAL ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………….. 3
1.2 OBIECTIVE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …… 4
1.3 SPECIFICAȚII ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. … 4
2 STUDIU BIBLIOGRAFIC ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………….. 6
2.1 FCS-H10 10-HEAD COMBINATION SCALE………………………….. ………………………….. ………………………. 6
2.2 BAG FILLING AND WEIGH ING UNIT ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……. 7
3 FUNDAMENTARE TEORETI CĂ ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……… 9
3.1 AUTOMAT LOGIC PROGRAM ABIL ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……… 9
3.1.1 Noțiuni introductive ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………… 9
3.1.2 Funcții principale ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………… 10
3.1.3 Programarea PLC -urilor ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……. 11
3.2 MOTOR ELECTRIC ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………….. 12
3.2.1 Noțiuni introductive ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………. 12
3.2.2 Motorul de curent continuu ………………………….. ………………………….. ………………………….. . 12
3.2.3 Motorul de curent continuu fără perii ………………………….. ………………………….. …………….. 13
3.2.4 Motorul pas cu pas ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………….. 14
3.2.5 Motorul de inducție în curent alternativ ………………………….. ………………………….. ………….. 16
3.2.6 Motorul ales ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………. 19
3.3 CONVERTIZOR DE FRECVE NȚĂ ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……….. 19
3.4 SENZOR DE PROXIMITATE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………. 21
3.4.1 Noțiuni introductive ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………. 21
3.4.2 Senzor inductiv ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………… 21
3.4.3 Senzor magnetic ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………… 22
3.4.4 Senzor fotoelectric ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………… 23
3.4.5 Senzor ultrasonic ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………… 25
3.4.6 Senzorul ales ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………… 26
3.5 CELULĂ DE FORȚĂ ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………….. 26
3.5.1 Noțiuni introductive ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………. 26
3.5.2 Conectarea la PLC ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………. 27
3.6 RELEU SAFETY ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………………. 28
3.6.1 Noțiuni introductive ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………. 28
3.6.2 Releul utilizat ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………….. 29
3.7 CILINDRU PNEUMATIC ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………….. 29
3.7.1 Noțiuni introductive ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………. 29
3.7.2 Tipuri de cilindri pneumatici ………………………….. ………………………….. ………………………….. 29
3.7.3 Cilindrul pneumatic ales ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……. 29
3.8 ELECTROVENTIL ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………….. 29
3.9 INTERFAȚĂ OM -MAȘINĂ (HMI) ………………………….. ………………………….. ………………………….. …….. 29
4 ANALIZĂ, PROIECTARE, IMPLEM ENTARE ………………………….. ………………………….. …………………. 31
5 CONCLUZII ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …. 32
5.1 REZULTATE OB ȚINUTE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………… 32
5.2 DIREC ȚII DE DEZVOLTARE ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………….. 32

Introducere
2 6 REGULI DE FORMATARE ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………… 33
6.1 FORMATAREA PAGINII ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………….. 33
6.2 TITLURI ȘI STILURI ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………….. 33
6.3 FIGURI , TABELE ȘI ECUA ȚII ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………… 34
6.3.1 Figuri ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …. 34
6.4 TABELE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …….. 34
6.5 ECUA ȚII ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……. 34
6.6 REFERIN ȚE BIBLIOGRAFICE ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………… 35
7 BIBLIOGRAFIE ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………………. 36

Introducere
3
1 Introducere
1.1 Context general
Automatizarea reprezintă o tehnologie prin care se efectuează o procedură sau un
proces, fără asistență din partea unui om. Automatizarea sau controlul automat este
folosit în diverse sisteme de control cum ar fi procesele din cadrul fabricilor,
schimbătoarelor de căldură, reactoarelor chimice, ma șini autonome, etc. Sunt procese
care pot fi automatizate complet, dar și procese care nu (vehiculele autonome), din
diverse motive.
Automatiz ările industriale se ocupă, în principal, de automatizarea proceselor de
producție, diverselor procese de manevra re a materialelor, dar și de controlul calității.
Pentru procesele industriale, se folosesc controlere de uz general, cum ar fi automatele
logice programabile (Programable Logic Controllers – PLC) , modulele individuale de
intrare și ieșire, dar și calculat oarele.
Scopul primar al automatiz ărilor industriale este de a înlocui deciziile si comenziile
manuale, efectuate de om, dar și de a răspunde la activitățile sistemului/procesului
folosind echipamente mecanizate, alături de comenzi logice programate. De as emenea,
acestea au rolul de a contribui la creșterea productivității, rentabilității. Prin înlocuirea
comenzilor umane , putem obține și un nivel mai ridicat al siguranței la locul de muncă, ne
mai fiind nevoie de prezența unui om în apropierea proceselor p ericuloase.
O direcție spre care se îndreaptă automatizările industriale o reprezintă creșterea
gradului de utilizare a sistemelor bazate pe imagistică, pentru obținerea unor inspecții
automate și funcții suplimentare pentru orientarea roboților în industr ie. Pe de altă parte,
se pune accent pe creșterea continuă a utilizării roboților.
În ultima perioadă, eficiența energetică a devenit o prioritate în cadrul proceselor
industriale, pentru obținerea unui randament cât mai bun. Companii le de semiconductori
oferă diverse soluții, bazate pe microcontrolere, pentru motoare, pompe, ventilatoare, dar
și mijloace de transport electrice (cu baterii/acumulatori) în ideea micșorării consumului
de energie și creșterea eficienței.
Avantajele sistemelor automate industri ale:
– Productivitate ridicată : permit producția non stop, fără a avea nevoie de închidere
sau concediu, precum oamenii.
– Calitate ridicată: se elimină erorile umane și principala cauză a lor, oboseala umană
– Flexibilitate ridicată: aceste sisteme pot fi reprogramate foarte ușor, spre exemplu
un robot nu necesita timp îndelungat de instruire și exercițiu, ca omul.
– Acuratețe informațională ridicată: adăugând prelevarea automată a datelor, se pot
obține rapoarte foarte precise despre procesul automatizat.

Introducere
4 – Nivel ridicat al siguranței: aceste automatizări pot face viața angajaților mult mai
sigură, prin trimiterea roboților pentru manevarea procesele periculoase.
Dezavantajele sistemelor industriale :
– Prețul inițial ridicat : investiția inițială este foart e ridicată la trecerea de la
producția bazată pe om, la producția automatizată. Costurile cresc și datorită necesității
de angajare a unor persoane bine pregatite, pentru a putea lucra cu aceste echipamente.
Lucrarea conține un studiu bibliografic pentru a prezenta cititorului noțiuni despre
automatizările industriale dar și avataje si dezavantaje ale acestora. Apoi …..
1.2 Obiective
• Proiectarea și implementarea software pentru PLC.
• Programarea software celulă cântărire.
• Proiectare și implemetarea electrică (panou electric)
• Proiectare și realizare circuit pneumatic.
• Comunicația prin RS -485 între convertizoare și PLC.
• Programarea software a interfeței om -mașina (HMI).
• Testarea și validarea instalației de automatizare, atât din punct de vedere
hardware cât și s oftware.
• Sistemul final va trebui să dozeze și să ambaleze diverse cantități de legume
(în principal cartofi întregi, tăiați, feliați și morcovi). Cantitatea și numărul de
pungi umplute trebuie să fie ajustabile de pe un ecran tactil. De asemenea,
trebuie asigurată umplerea automată a buncărelor.
1.3 Specifica ții
Proiectarea software pentru PLC -ul Allen Bradley Micro 820 se va face în mediul
CCW (Connected Components Workbench) astfel încât dozarea legumelor să fie căt mai
precisă, având o toleranță de cântări re de maxim 50 -100 de grame (comandabil din HMI).
Acest software trebuie să asigure și controlul celor trei motoare pentru o dozare cât mai
eficientă.
Programarea software a celulei de cântărire pentru a funcționa între 2 și 10 kg dar
și pentru a avea o pr ecizie cât mai mare. De asemenea este necesară stabilirea semnalului
de ieșire ca fiind în tensiune unificată (0 -10 V) , către PLC.
Proiectarea și implementarea electrică se va realiza în primă fază prin proiectarea
schemei electrice, cuprinzând toate compo nentele tabloului (PLC, module PLC, sursă de
tensiune de 24 V, relee, siguranțe, HMI, etc.) în mediul EPLAN. Următorul pas este
realizarea efectivă a instalației electrice, montajul tuturor componentelor în tablou,
cablajul pentru toate acestea , dar și pentru elementele exterioare, cum ar fi : senzori,
electroventile, compresor.
Partea pneumatică este realizată cu ajutorul unor cilindri, senzori pentru capetele
de cursă ale acestora, dar și electroventilele necesare comenzii. Toate acestea sunt

Introducere
5 obligatorii p entru a putea efectua toate deplasările și acționările din sistem. Cilindri
trebuie calibrați prin rezistențe pneumatice să funcționeze optim (lipsa șocurilor la final
de cursă, dar și viteză ridicată la extindere/retragere).
Realizarea comunicației prin p rotocolul RS -485 implică atât realizarea conexiunilor
specifice dar și comenzi mai complexe între PLC și convertizoare .
Programarea HMI -ului presupune realizarea unor interfețe de informare dar și de
control și configurare pentru sistem. Va exista o pagină principală, o pagină de
informare/configurare pentru cântărire, o pagină pentru informare/comandă instalație
pneumatică, o pagină de vizualizare/comandă benzi transportoare, o pagină pentru
alarme și o pagină de contact.
Testarea și validarea acestei inst alații se face prin verificarea functionalității corecte
atât software cât și hardware, adică obținerea produsului final dorit. Aceasta presupune
setarea unor parametri (număr pungi, cantitate) și compararea rezultatelor cu cele ale
unui cântar calibrat. D e asemena se urmărește și răspunsul sistemului în cazul unei opriri
de urgență (buton Emer gency STOP ), la apariția unei accidentări.
La finalizarea proiectului, această linie de automatizare trebuie s ă dozeze și să
umple pungi cu o greutate configurabilă î n funcție de cerințe. Informații despre cantitățile
cântarite și numărul de pungi umplute trebuie să fie vizibile pe ecran, dar și alte informații
despre starea curentă a sistemului și eventualele alarme care au apărut.

Studiu bibliografic
6
2 Studiu bibliografic
Acest capito l cuprinde prezentări a unor sisteme actuale de pe piață, ale căror
funcționalități sunt asemănătoare celor din acest proiect.
2.1 FCS-H10 10 -head Combination Scale
Acest sistem (realizat de FANT Packaging Engineering) de cântărire, în multiple
combinații, est e rapid, precis, de încredere și igienic. Reprezintă o soluție bună pentru a
obține productivitate ridicată cu acuratețe mare. Este compatibil cu produse precum
diverse granule, snacksuri, brânzeturi, paste, hrană pentru animale, hrană înghețată, orez,
dar și alte produse nealimentare.

Figura 2.1. FCS -H10 10 -head Combination Scale

Caracteristicile sistemului sunt următoarele :
• Interfață cu ecran tactil pentru ușurarea utilizării.
• Construcție din oțel inoxidabil, rezistentă l a apă și praf, standard IP65.
• Funcții de diagnosticare automată a programului și a mecanismului.
• Senzor de cântărire digital, cu precizie ridicată.
• Unghi de deschidere a trapei, ajustabil prin motoare pas cu pas, de mare
precizie.
• Posibilitatea de a alege între două moduri : precizie ridicată sau viteză
ridicată.

Studiu bibliografic
7 • Ordinea deschiderii trapelor este variabilă, pentru a putea evita blocajul
pungilor.
• Funcții de colectare a datelor și menținerea unei evidențe pentru fiecare lot
de produse.
• Funcție de numărare a p ungilor.

Specifica ții tehnice :
• Sarcină maximă pentru o încărcare : 10-1000 g.
• acuratețe : 0.5 -1.5 g.
• productivitate : 70 pungi/minut .
• volum buncăr încărcare : 1.6/2/5 L.
• opțiuni extra: buncăr de colectare.
2.2 Bag filling and weighing unit
Acest sistem de umplere și cântărire a pungilor este folosit pentru a umple pungi
deschise, cu greutate cuprinsă între 10 și 30 de kg. Arhitectura modulară permite
specificații personalizate, flexibilitate în ceea ce privește greutatea, dar și optimizarea
performanțelor.

Figur a 2.2. Bag filling and weighing unit
Acuratețea ridicată de cântărire este obținută printr -o trapă de oprire a debitului de
ieșire, dar și printr -o electronică de ultimă generație. Sistemul are inclus o unitate de
control ce permite modificarea preciziei d e cântărire dar și o structură opționale ce poate
fi ușor curățată. Se pot atașa și suporți pentru prinderea pe palet, pentru a fi mai ușor
transportat și manevrat cu un stivuitor.

Studiu bibliografic
8 Principalele avantaje :
• Posibilitatea de ajustare a mărimii și greutății pu ngii.
• Performanțe ridicate de umplere.
• Structură ușor de curâțat.
• Electronică de mare precizie, configurabilă și calibrabilă.
• Arhitectură opțională pentru industria alimentară, chimică și industria
plastică.

Aceste două sisteme prezentate în capitolul 2. 1, respectiv 2.2 au avantajul preciziei
ridicate, a prețului nu foarte mare, dar nu pot fi folosite în cazul nostru deoarece nu pot fi
folosite pentru cartofi (sau alte legume mai mari) întregi, fiind mai degrabă concepute
pentru materiale poroase sau pulb eri.
În cazul primului sistem avem o problemă în ceea ce privește dimensiunile mari ale
cartofilor întregi, aceștia s -a bloca în cuva de evacuare datorită deschiderii relativ mică.
De asemenea alimentarea acestei mașini ar fi greu de realizat, fiind în par tea superioară a
sistemului.
În cazul celui de -al doilea sistem avem din nou o problem ă datorată m ărimii
cartofilor întregi , dar de această dată nu este din cauza evacuării, ci din cauza modului de
funcționare. Instalația asigură alimentarea cântarului pri ntr-un melc, antrenat de un
motor, deci cartofii nu ar mai rămane întregi în acest caz (fiind rupți sau zdrobiți).
Instalația prezentată în această lucrare va satisface toate cerințele impuse, atăt din
punct de vedere al căntăririi cât și din punct de vede re al alimentării.

Fundamentare teoretică
9
3 Fundamentare teoretică
În cadrul acestui capitol se vor face prezentări ale componentelor hardware
necesare implementării acestui sistem conform cerințelor
3.1 Automat logic programabil
Am ales controlul general să fie făcut cu un PLC, în defavoarea altor mijloace de
control (de exemplu microcontroller)deoarece prezintă o robustețe ridicată în mediu
industrial. PLC -ul folosit în cadrul acestui proiect este Allen Bradley Micro 820, cu două
module de intrări/ieșiri suplimentare față de varia nta standard.

3.1.1 Noțiuni introductive
Un automat logic programabil (eng. Programable Logic Controller – PLC) sau
automat programabil reprezintă un calculator digital indutrial care este rigidizat și
adaptat pentru controlul în mediu de producție. Se utilizea ză în procese precum linii de
asamblare, brațe robotice și în orice altă activitate ce necesită precizie și stabilitate
ridicată de control.
Primele dispozitive au fost proiectate în industria auto, pentru a putea oferi
flexibilitate, robustețe si ușurintă în control, dar și pentru a înlocui releele grele,
temporizatoare și secvențiatoare. După aceasta ele au fost adoptate pe scară largă ca
dispozitive de control de înaltă încredere pentru medii grele. Automatele programbile
sunt un exemplu de sisteme de ti mp real “hard”, deoarece ie șirile sunt asigurate intr -un
timp bine definit față de intrări și nu variază de la o comandă la alta.

Figura 3.1.1 Automat logic programabil Allen Bradley

Fundamentare teoretică
10 3.1.2 Funcții principale
Funcția cea mai de bază a unui automat programabil o reprezintă simularea
funcționării releelor electromecanice. Se verifică starea intrărilor discrete prin
intermediul instrucțiunilor PLC -ului și se decide dacă acestea sunt active sau inactive. Pe
baza unor contacte (pot fi intrări sau alte variabile int ermediare) înșiruite, care permit
trecerea curentului (contact închis) sau nu (contact deschis) se stabilește dacă ieșirea
trebuie sa fie alimentată sau nu. Contactele înseriate reprezintă funția logica ȘI, iar
contacte legate în paralel reprezintă funcția SAU.
Contactele sunt dispuse pe linii (eng. „rung” ), ce se evaluează individual, în mod
continuu, la rularea programului. Capătul din stânga reprezintă borna plus din cadrul unei
scheme electrice, iar în funcție de starea contactelor, dacă acestea permit sau nu trecerea
curentului, această tensiune ajunge la capătul din dreapta. Dacă ajunge în dreapta, acea
bobina, este activată, alimentată, deci ieșirea sau variabila respectivă va deveni activă. La
unele PLC -uri, numărul contactelor de pe o linie este li mitat. Aceste linii formează logica
Ladder.
Funcții mai complexe decât cele prezentate mai sus pot fi implementate pe aceste
automate, sub formă de blocuri care pot avea mai multe intrări și mai multe ieșiri, spre
deosebire de contacte, care au doar o intr are și o ieșire. Blocurile funcționale pot avea la
intrări și ieșiri valori și de alt tip de date (integer, float, etc.), nu doar boolean.
O altă funcție principală este temporizarea. Scopul principal al acesteia este să
mențină o ieșire activă sau inactiv ă pentru o perioadă de timp. Exista trei tipuri de
temporizatoare: „Delay -ON” , „Delay -OFF” și „Delay -ON-Retentive”. Timerul „Delay -ON”
este activat în momentul în care intrarea este activă și atunci se inițializează temporizarea
crescătoare , până cand aj unge la timpul impus, după care se activează ieșirea. Se resetează
în clipa în care intrarea devine inactivă. Timerul „Delay -OFF” se activează când se
activează și intrarea, moment în care începe temporizarea descrecătoare de la timpul
impus. La expirarea timpului, ieșirea blocului va fi dezactivată, fiind activă de la început.
Timerul „Delay -ON-Retentive” este activat de intrare, atunci începe și temporizarea, dar
nu își mai modifică starea la dezactivarea intrării. Acesta va număra până cand va primi
un s emnal special de resetare, pe o altă intrare.
De asemenea, funcția de numărător este si ea des folosită. Aceasta este utilizată în
numărarea obiectelor, de exemplu a unor sticle care urmează să intre într -o ladă. Este o
funcție importantă deoarece din mome nt ce o ladă se umple la maximum , aceasta trebuie
mutată pentru a putea umple una goală. Acest exemplu este foarte ușor de realizat cu un
numărător. Există trei tipuri de numărătoare : „CTU”, „CTD”, „CTUD”. Primul numărător,
„CTU” (Count -UP) este unul care numără crescător impulsurile primite pe intrare și în
momentul în care ajunge la referință activează ieșirea. Numărătorul „CTD” (Count –
DOWN) numără impulsurile de pe intrare în mod descrescător de la o valoare impusă.
Când se ajunge la 0, se activează ieși rea. Ultimul numărător, „CTUD” (Count -UP-DOWN)
are două intrări, pe una numără crescător, iar pe alta descrescător impulsurile primite.
Cand valoarea presetată este atinsă, se activează ieșirea acestui bloc. Toate
temporizatoarele au o intrare speciala pen tru resetare.

Fundamentare teoretică
11 3.1.3 Programarea PLC -urilor
Programele pentru automatele logice programabile se scriu în cele mai multe cazuri
în aplicații speciale, diferite pentru fiecare firmă producătoare (Pentru PLC Allen Bradley,
aplicația se numește Connected Components Workbench – CCW). După finalizarea scrierii
programului, acesta se descarcă pe dispozitiv printr -o conexiune directă, cu cablu, sau
prin intermediul unei rețele. Programul este stocat în memoria automatului, fie într -una
RAM, cu baterii auxiliare, fie într -una de tip flash, nevolatilă. În multe cazuri, un PLC poate
fi programat să înlocuiască mii de relee.
PLC -urile se programează folosind un limbaj special, standardizat, numit „Ladder
Logic” sau „Ladder Diagram” (în majoritatea cazurilor). Acest tip de li mbaj folosește o
logică tip : contact – bobină, pentru a -l putea face asemănător cu o schemă electrică de
control.
Standardul IEC 61131 -3 definește cinci tipuri de limbaje pentru programarea PLC –
urilor :
• Ladder Diagram (LD) – limbaj grafic ;
• Sequential Functi on Chart (SFC) – limbaj grafic ;
• Function Block Diagram (FBD) – limbaj grafic ;
• Structured Text (ST) – se bazează pe text ;
• Instruction List (IL) – se bazeză pe text ;
Noțiunile fundamentale ale programării PLC -urilor sunt identice în toate mediile de
programa re (indiferent de producător), dar diferențele apar la adresarea intrărilor și
ieșirilor, la organizarea memoriei și la seturile de intrucțiuni. Aceste diferențe fac
imposibilă rularea unui program (realizat intr -o singură aplicație) pe mai multe tipuri de
automate, chiar și în cadrul aceluiași producător.

Figura 3.1.3 Exemplu schemă Ladder – automenținere
În figura 3.1.3 avem reprezentată un exemplu de program în Ladder Logic. Sunt
inserate trei contacte normal deschise, cele de sus reprezentând două but oane (Start și
Stop), iar cel de jos un bit din memoria automatului, folosit pentru automenținere. Bobina
din stânga reprezintă o ieșire, de exemplu un bec. Butonul de stop în sine este de tip
normal închis, pentru a putea evita orice fel de pericol, de ac eea este reprezentat ca și
normal deschis în diagramă. Ca funționalitate, acest program va aprinde un bec la
apăsarea butonului start și îl va stinge la apăsarea butonului de stop.

Fundamentare teoretică
12 3.2 Motor electric
3.2.1 Noțiuni introductive
Un motor electric reprezintă o mașină electrică având principalul scop de a converti
energia electrică în energie mecanică, iar un generator electric reprezintă opusul,
convertește energia mecanică în energie electrică.
Majoritatea motoarelor funcționează pe baza interacțiunii dintre câmpul m agnetic
și curentul din înfășurare pentru a genera forțe. Motoarele electrice pot fi alimentate prin
surse de curent continuu sau prin surse de curent alternativ.
Motoarele de uz general, de dimensiuni și caracteristici standard oferă putere
necesară pentr u majoritatea proceselor din industrie. Cele de dimensiuni mai mari se
utilizează pentru propulsarea vapoarelor, dar și pompe de mare putere. Acestea pot
ajunge până la 100 MW. Motoarele electrice se pot clasifica în funcție de construcție, sursa
de alimen tare, aplicație, dar și de tipul mișcării efectuate.
Tipuri de motoare uzuale :
• Motorul de curent continuu;
• Motorul de curent continuu fără perii;
• Motorul pas cu pas;
• Motorul de inducție în curent alternativ;

3.2.2 Motorul de curent continuu
Acest tip de motor c onvertește energia electrică (curent continuu) în energie
mecanică. Principiul de funcționare se bazează pe forța produsă de câmpul magnetic.
Majoritatea motoarelor din această categorie, au un mecanism intern, fie electromecanic,
fie electronic ce asigură schimbarea periodică a direcției curenților.

Figura 3.2.2 Motor de curent continuu
Motoarele de curent continuu au fost primele care s -au utilizat la o scară largă,
deoarece alimentarea lor se putea face de la o rețea de curent continuu . Turația acestui
tip de motor poate fi foarte ușor reglată prin două metode. Prima metodă o reprezintă
modificarea tensiunii de alimentare, prin intermediul unei surse de curent continuu
variabilă. A doua metodă este modificarea intensității curentului din înfășurări.

Fundamentare teoretică
13 Structura acestui tip de motor este formată din următoarele elemente : stator, rotor,
colector, perii și port perii. Statorul are un circuit magnetic, poli magnetici și înfășurare
de excitație. Rotorul are un circuit magnetic, înfășurări ale indusului, și lame le izolate de
comutator. După tipul excitației, motoarele pot fi ori cu excitație electromagnetică, ori cu
magneți permanenți.
Motoarele mici se folosesc în diverse scule, jucării și diverse aparate, în timp ce
motoarele de dimensiuni mai mari au folosință în propulsarea vehiculelor electrice, lifturi
sau elevatoare, diverse aplicații industriale ce necesită putere foarte mare .
Avantaje :
• Asigur ă un cuplu de pornire mare ;
• Ușurința cu care se poate face controlul turației ;
• Pornirea, oprirea și schimbarea dire cției de rotație se face rapid ;
Dezavantaje :
• Cheltuieli ridicate în ceea ce privește întreținerea, deoarece avem existența
periilor ;
• Costuri ridicate de producție, datorită compexității construcției ;

3.2.3 Motorul de curent continuu fără perii
Un motor de curen t continuu fără perii (eng. Brushless Direct Current motor) este
unul comutat electronic. Acesta este alimentat de la o sursă de curent continuu prin
intermediul invertor. La ieșirea acestui invertor avem curent alternativ, iar cu ajutorul
unui regulator s e alimentează fiecare fază a motorului. Dispozitivul de control furnizează
impulsuri de curent în infășurările motorului, ceea ce va duce la posibilitatea ajustării
vitezei și cuplului.

Figura 3.2.3 Structura unui motor de curent continuu fără perii
În cazul unui motor de curent continuu fără perii, pe rotor avem amplasați magneți
permanenți ce asigură fluxul de excitație. În cadrul statorului, înfășurările sunt plasate pe
polii aparenți. Spre deosebire de motorul cu perii, prezentat anterior acesta conți ne și un

Fundamenta re teoretică
14 traductor de câmp magnetic (senzor Hall) pentru a putea determina poziția exactă a
rotorului.
Pentru acest tip de motor, este nevoie de un dispozitiv de comandă ce preia rolul
periilor din cazul anterior, pentru aceasta el are nevoie de poziția ex actă a rotorului. Unele
modele folosesc senzori Hall pentru determinarea poziției, altele un traductor de poziție.
Controlorul conține deobicei trei ieșiri, comandate de un circuit logic. Cele mai simple
dispozitive sunt implementate prin comparatoare, pen tru a decide ordinea impulsurilor.
Driverele mai complexe sunt implementate cu microcontrollere pentru a putea gestionea,
accelerația dar și controlul precis al turației.
Ca aplicații, acestea sunt des întâlnite in ventilatoare, în unități optice și de sto care
din cadrul calculatoarelor, în mașini unelte, în autovehicule, la pompe, în aparate
portabile, dar și în multe alte domenii , unde accesul se face mai greu (nefiind nevoie de
inspecții frecvente) .
Avantaje :
• Absența periilor repezintă avantajul major ;
• Nu este necesară o întreținere permanentă ;
• Silențioase ;
Dezavantaje:
• Prețul este mai ridicat față de cele anterioare, datorită necesității comenzii
electronice, dar și prin prezența magneților permanenți ;

3.2.4 Motorul pas cu pas
Un motor din această categorie este unul de curent continuu fără perii, care divide o
rotație completă într -un număr egal de pași. Poziția unghiulară a motorului poate fi
ulterior comandată să rotească sau să fie menținută pentru un pas fără a fi nevoie de
senzori adiționali sau dizpozit iv de control, se comportă ca o reglare în buclă deschisă.
Această utilizare în buclă deschisă este corectă doar atunci când motorul este bine
determinat pentru aplicația în care se folosește, respectându -se viteza și cuplul.

Figura 3.2.4 Motor pas cu p as

Fundamentare teoretică
15 Motorul se deplasează câte un pas, la fiecare impuls de curent primit, astfel
numărând impulsurile trimite putem ști cu exactitate deplasarea unghiulară a motorului,
fără alte traductoare.
Clasificări ale motoarelor, după modul de construcție :
• Cu magneț i permanenți
• Cu reluctanță variabilă
• Hibride, combinație între cele două tipuri de mai sus
Clasificări ale motoarelor, după alimentare
• Unipolar
• Bipolar
Clasificări ale motoarelor, după tipul comenzii
• Cu pas complet (eng. full step)
• Cu pas înjumătățit (eng. half step)
• Cu micropășire (end. microstepping)
Pășirea completă reprezintă metoda uzuală de comandă. Dacă d ouă faze sunt mereu
conectate, se va debita cuplul maxim contructiv. Dacă doar o fază este conectată obținem
cu același număr de pași un cuplu difer it.
În cazul pășirii înjumătățite, se alternează între o fază conectată și doua faze
conectate, în așa fel obținându -se un pas mai mic. Cu acest tip de comandă ne va rezulta
un cuplu mai mic, aproximativ 70% valoarea din cazul pasului întreg cu o singură f ază.
Acest efect poate fi diminuat prin creșterea curentului în înfășurările active. Pentru a trece
de la pas întreg la pas înjumătățit, nu este necesară nicio modificare asupra dispozitivului
de comandă.
Pentru micropășire, cea ma i uzuală formă de comandă este sinus -cosinus, o fază se
alimentează cu un curent de formă sinusoidală, iar a doua fază se alimentează cu un curent
de formă cosinusoidală. Cu cât pașii devin mai mici, cu atât motorul se mișcă mai lin și se
reduce rezonanța pieselor ce sunt conectate la motor, dar și a motorului în sine. Această
metodă este cea mai eficientă pentru micșorarea pasului și creșterea preciziei în
poziționare. De asemenea se pot folosi și reductoare pentru micșorarea pasului.
Motoarele pas cu pas sunt foarte des folosite la mașinile unelte cu comandă
numerică, la imprimante, la sisteme de poziționare ce necesită precizie foarte ridicată, etc.
Avantaje :
• Simplitatea construcției ;
• Posibilitatea de operare în buclă deschisă ;
• Cuplu mare la turații mici ;
• Oferă precizie foarte mare pentru sisteme de poziționare ;
• Nivel scăzut de mentenanță ;
• Fiabilitate ridicată ;
• Costul comenzii este scăzut ;

Fundamentare teoretică
16 Dezavantaje:
• Necesită un sistem de comandă;
• Cu creșterea turației, scade și cuplul;
• Apar vibrații la frecvențele de re zonanță;

3.2.5 Motorul de inducție în curent alternativ
Motorul de inducție sau motorul asincron reprezintă un motor electric de curent
alternativ. Curentul care trece prin rotor produce cuplu pe baza fenomenului de inducție
electromagnetică între câmpul magnet ic și înfășurările statorului. De asemenea, o mașină
de inducție poate fi construtită fără ca rotorul să fie alimentat electric. Rotorul poate fi ori
bobinat și alimentat (ca în primul caz) ori în scurtcircuit („colivie de veveriță”), fără a mai
avea nevoi e de alimentare.

Figura 3.2.4 .1 Motor de inducție trifazat, cu ventilator
Motoarele de inducție trifazate, cu rotorul scurtcircuitat sunt foarte răspândite în
industrie doarece sunt foarte robuste, fiabile și economice. Cele monofazate sunt și ele
foarte uzuale, însă pentru sarcini mai mici, de exemplu în aplicațiile casnice, la
ventilatoare.
Deși în mare parte sunt utilizate la turații contante, fixe, încep să devină tot mai
folosite și la turații variabile utilizând diverse convertizoare de frecvență. A ceste
convertizoare ajută foarte mult la eficiența energetică a motoarelor de inducție existente
prin variația cuplului, la aplicații precum ventilatoare, pompe, compresoare, înstalații de
încărcare, etc. Varianta constructivă cu rotorul scurtcircuitat est e des folosită atât pentru
aplicatii de turații constante, dar și la turații variabile , prin intermediul convertizoarelor
de frecvență .
Construcția statorului este formată dintr -un miez feromagnetic și înf ășurări. Miezul
feromagnetic este confecționat din tole, iar pe partea interioară a acestuia, avem
prevăzute crestături, în care vor intra înfășurările. Acestea sunt dispuse simetric în spațiu,

Fundamentare teoretică
17 la 120⁰ și formează înfășurarea statorică a mașinii. După modul conexiunii, acestea pot fi
în stea (Y) sau triung hi.

Figura 3.2.4.2 Construcția statorului
Construcția rotorului, în cazul în care acesta este în scurtcircuit cuprinde tole
împachetate în jurul axului, o înfașurare din bare de Cupru sau Aluminiu, plasate în
crestături. La capete, aceste bare sunt scurt circuitate, formând acea „colivie de veveriță”.

Figura 3.2.4.3 Construcția rotorului scurtcircuitat
În cazul în care rotorul este bobinat, acesta cuprinde mai multe elemente. Avem un
miez feromagnetic ce este confecționat din tole cu crestături și o înfa șurare rotorică
trifazată, dispusă simetric. Înfășurarea este asemănătoare cu cea a statorului iar
conexiunile pot fi făcute la fel, în stea (Y) sau triunghi. Capetele acestora sunt legate la trei
inele colectoare. Inelele sunt dispuse concentric pe arbore le rotorului și sunt izolate între
ele, dar și față de arbore. Acest tip constructiv, aduce și un contact mobil pentru
alimentare rotorului bobinat implicit un mare dezavantaj .

Figura 3.2.4.4 Construcția rotorului bobinat

Fundamentare teoretică
18 Principiul de func ționare se bazează pe câmpul magnetic învârtitor . Înfășurările
alimentate de la un sistem trifazat de tensiuni, stabilesc un sistem trifazat de curenți ce
determină câmpul magnetic învârtitor. Cuplul electromagnetic se generează pe baza
interacțiunii dintre câmpul magne tic produs în stator și conductoarele rotorului ce sunt
parcurse de curent. Cuplul are o tendință de a anula deplasarea relativă dintre rotor și
câmpul magnetic învârtitor, deci rotorul va avea aceeași direcție de deplasare ca și câmpul
magnetic învârtitor . Viteza de rotație a câmpului magnetic se numește viteză de
sincronism, iar rotorul va ramâne mereu în urma câmpului, de aici venind denumirea și
de motor asincron .

Figura 3.2.4. 5 Reprezentarea câmpul magnetic învârtitor

Dacă viteza de sincronism ar f i egală cu viteza de rotație a rotorului, atunci
fenomenul de inducție electromagnetică nu ar mai exista , deci nu vor mai fi curenți induși
în rotor iar motorul nu va mai dezvolta cuplu.

Figura 3.2.4.6 Caracteristica cuplului în funcție de viteză
În figu ra 3.2.4.6 putem observa că avem un cuplu destul de mare la pornire (în
partea stânga a figurii), iar pe măsură ce creștem turația, va crește și cuplul. La turația s k
avem un cuplu critic maxim (aproximativ 150% din cuplul nominal), iar dacă mai creștem
tuația vom avea o scădere semnificativă a cuplului.
Motoarele de inducție sunt cel mai des utilizate în mediile industriale, doarece oferă
o gamă largă de puteri dar și de viteze. Acest tip de motor oferă un randament foarte bun
la sarcină maximă, având valo ri cuprinse între 85% și 97%.

Fundamentare teoretică
19 Avantaje :
• Posibilitate de alimentare directă de la rețea.
• Construcția este simplă și oferă o robustețe ridicată.
• Eficiență ridicată

3.2.6 Motorul ales
În urma studierii motoarelor prezentate mai sus, am decis utilizarea motorului de
inducție în curent alternativ, deoarece oferă un grad ridicat de robustețe și fiabilitate. Se
poate folosi în mediu industrial, oferă posibilitatea turației variabile (printr -un
convertizor de frecvență) și nu necesită intervenții dese pentru mentenanță .
Motorul ales este unul de inducție în curent alternativ, cu rotorul în scurtcircuit
Chiaravalli CHT 71B4, având o putere de 0.37 KW și un cuplu de 2.58 N/m, împreună cu
un reductor melcat având un raport de transmisie de 25.

Figura 3.2.6 Ansamblul moto r și reductor ales

3.3 Convertizor de frecvență
În cadrul acestui proiect este nevoie de posibilitatea de reglare a turației motoarelor
folosite pentru antrenarea benzilor, deci avem nevoie de o modalitate de comandă. Cel
mai uzual dispozitiv de comandă pentr u motorul ales îl reprezintă convertizorul de
frecvență.
Convertizorul de frecvență este folosit în sistemele electromecanice pentru
controlul motoarelor de curent alternatv. Controlul turației și a cuplului este realizat prin
variația frecvenței și tensiu nii de ieșire către motor. Având în vedere că turația rotorului
depinde de viteza de rotație a câmpului învârtitor iar această viteză depinde de frecvența
de intrare, rezultă că viteza rotorului depinde de frecvența de alimentare.
Aproximativ 25% din ener gia electrică la nivel modial este consumată de motoarele
electrice din industrie, care ar putea fi mult mai eficiente utilizând convertizoare de

Fundamentare teoretică
20 frecvență. Cele mai multe convertizoare de frecvență au atât la intrare cât și la ieșire
curent alternativ, da r în alte aplicații precum cele cu panouri solare au la intrare curent
continuu iar la ieșire tot curent alternativ.
Partea de control a convertizorului are în principal trei elemente constructive: o
punte redresoare, un nivel intermediar de curent continu u și un invertor. Puntea
redresoare are rolul de a da la ieșirea ei o tensiune pulsatorie de curent continuu, fiind
alimentată la curent alternativ monofazic sau trifazic (alimentarea convertizorului).
Nivelul intermediar are rolul de filtrare și netezire a tensiunii redresate. Ultimul nivel,
incluzând invertorul are rolul de a transforma tensiunea de curent continuu primită de la
nivele anterioare în curent alternativ de frecvență și tensiune variabilă.
Toate operațiile convertizorului sunt controlate de u n microprocesor încorporat,
programarea acestuia fiind imposibilă utilizatorilor. Toate configurațiile necesare se pot
efectua prin panoul frontal sau prin intermediul unui PLC. Noile tipuri de convertizoare
permit ajustarea multor parametri, nu doar turaț ie și cuplu. Printre aceste funcții se
numără și rampa de pornire/oprire, astfel că se poate prelungi foarte mult durata de viață
a motorului, ne mai fiind supus șocurile de pornire/oprire. De asemenea sunt disponibile
medii de comunicație precum ethernet sau RS -485.
În multe cazuri, un convertizor de frecvență din generațiile mai noi poate înlocui cu
succes un dispozitiv de control pentru procese mai simple, datorită multor funcții care le
poate efectua, inclusiv cea de regulator.
În figura 3.3.1 este repr ezentat convertizorul de frecvență ales pentru utilizare în
cadrul acestui proiect.

Figura 3.3.1 Convertizor de frecvență Allen Bradley PowerFlex 4M
Avantaje ale utilizării convertizoarelor :
• Obținerea unei eficiențe energetice mult mai bune ;
• Reducerea pe rioadelor de mentenanță datorită pornirii și opririi în rampă a
instalațiilor, deci eliminarea șocurilor;
• Controlul parametrilor foarte ușor de efectuat;

Fundamentare teoretică
21 3.4 Senzor de proximitate
3.4.1 Noțiuni introductive
Un senzor de proximitate reprezint ă un senzor ce poate dete cta prezența unui obiect
fără a avea un contact fizic cu acesta. Principiul unora de funcționare este de a emite un
câmp electromagnetic sau un fascicul de radiație electromagnetică (de exemplu senzorul
cu infraroșu) și se detectează schimbări în acest câm p sau a semnalului ce se întoarce.
Senzorii se aleg în funcție de obiectele ce trebuie detectate, de mărimea lor, de
materialul din care sunt contruite și de distanța pâna la obiect. În cazul unor obiecte
metalice se folosesc în cele mai multe cazuri senzo ri inductivi, iar în cazul unor obiecte de
plastic sau alte materiale nemetalic se folosesc senzori fotoelectrici (optici) sau senzori
capacitivi. Distanța maximă la care pot fi montați acești senzori, pentru a putea detecta
obiectele, este dată de producă tor ca o valoare nominală.
Acești senzori au o durată de viață ridicată doarece nu intră în contact direct cu
obiectul și din punct de vedere constructiv, nu au piese în mișcare.
Senzorii de prezență sunt foarte des folosiți în industrie, dar și în aplica țiile
domestice. Dispozitivele mobile folosesc un senzor de acest gen pentru a detecta când
acesta este apropiat de ureche (în cazul unei convorbiri telefonice) pentru a bloca în mod
automat ecranul. De asemenea, senzorii de prezență sunt tot mai răspândiț i în domeniul
automobilelor, mai precis pentru parcare. Acești senzori sunt inserați în bara din față și
spate a mașinii pentru a putea ajuta șoferul în timpul parcării , măsurând distanțele până
la obiectele apropiate de autovehicul.
În cazul proiectului a cesta, este nevoie de senzori pentru a detecta când buncărul de
alimentare este plin, respectiv conveiorul de evacuare este plin. De asemenea, sunt
necesari și senzori pentru cilindri pneumatici, deoarece trebuie să se cunoască poziția
pistonului din cadru l fiecăruia.

3.4.2 Senzor inductiv
Senzorii inductivi sunt folosiți pentru detecția obiectelor metalice aflați la o distanță
maximă definită, față de aceștia. Ca principiu de fun cționare, aceștia se bazează pe legea
inducției (Faraday) . Variația fluxului magnet ic printr -un transformator va induce o
tensiune la bornele acestuia.

Figura 3.4.2.1 Structura unui senzor inductiv

Fundamentare teoretică
22 În figura 3.4.2.1 putem observa structura constructivă a unui senzor inductiv. La
capătul de detectare avem un senzor de câmp, urmat de un oscilator, apoi un nivel ce
conține un demodulator și un bistabil T. În capătul opus avem un amplificator și ieșirea
senzorului.
Funcționarea senzorului se bazează pe o buclă de inducție, în prezența curentului
electric, se generează câmp magnetic. Inducta nța acestei bucle se schimbă în funcție de
materialele din interior, astfel, în prezența metalului (acesta având proprietăți inductive
mai bune decât alte materiale) curentul din buclă va crește semnificativ. Schimbarea fiind
sesizată de etajul din mijlocu l senzorului (demodulator și bistabil).
Acest senzor face parte din categoria senzorilor fără contact direct. Raza de acțiune
depinde de materialul din care este confecționat obiectul de urmează a fi detectat.
Metalele feroase, precum fierul sau oțelul per mit oferă o rază de acțiune mai mare, în timp
ce materialele neferoase precum aluminiul și cuprul reduc această rază de acțiune chiar
și cu 60%. Ieșirea acestui senzor are doar dou ă valori, ceea ce înseamnă că poate fi folosit
ca și un întrerupator inducti v de prezență.

Figura 3.4.2.2 Senzori inductiv SICK
Specificațiile tehnice ale senzorilor prezentați în figura 3.4.2.2:
• Raza de acțiune: 1.5 – 38 mm
• Temperatură de lucru : -25℃ până la 75 ℃
• Construcție carcasă : IP 67

3.4.3 Senzor magnetic
Acest tip de senzor f ace și el parte din categoria senzorilor fără contact direct cu
piesa ce trebuie detectată. Senzorul magnetic oferă o gamă variată de raze de acțiune, de
la detectarea obiectelor mici până la detectarea obiectelor dincolo de un perete din metal
neferos (a luminiu, inox), plastic sau lemn.
Principiul de funcționare al acestor senzori este faptul că materialele
nemagnetizabile pot fi pătrunse câmpul magnetic. Astfel, poziția unor obiecte ce conțin
un magnet poate fi detectată foarte ușor chiar și dacă aceste a sunt în interiorul unor țevi
de inox sau aluminiu, dar și dacă acestea sunt după un perete din lemn sau plastic.
Celula de măsurare a câmpului este formată din rezistențe cu straturi feromagnetice
și nemagnetice foarte subțiri . Două rezistențe sunt folos ite pentru a forma o punte
Wheatstone convențională, care produce la ieșire un semnal proporțional cu câmpul
magnetic, în prezența acestuia. Această valoare este comparată cu una standard și prin

Fundamentare teoretică
23 intermediul unui comparator, se emite semnalul de ieșire a s enzorului. Structura descrisă
poate fi observată și în figura de mai jos (3.4.3.1).

Figura 3.4.3.1 Structura unui senzor magnetic
Aplicațiile în care se utilizează acești senzori sunt diverse, de la măsurarea nivelului
într-o coloană de lichid, la limit area curselor pentru cilindri pneumatici și hidraulici .
Avantaje :
• Detectare prin plastic, lemn și materiale nemagnetizabile ;
• Dimensiunea mică a senzorului;
• Distanțe de sesizare de până la 60 mm;
• Robustețe în detecție, chiar și în medii cu praf sau umezeală ;

Figura 3.4.3.2 Senzori magnetici utilizați la cilindri pneumatici

3.4.4 Senzor fotoelectric
Senzorii fotoelectrici sunt folosiți pentru a măsura distanța până un obiect, absența
sau prezența acestuia prin emiterea unui fascicul luminos (infraroșu în cele ma i multe
cazuri) și verificarea acestuia prin intermediul unui receptor. Aceștia se folosesc foarte
des în mediul industrial. După modul lor de funcționare, senzorii sunt de trei tipuri:
senzori fotoelectrici cu barieră, cu retro -reflexie și cu difuzie.
Constructiv, senzorii fotoelectrici cu barieră au două elemente, un transmițător și
un receptor. Transmițătorul emite un fascicul luminos, iar receptorul, fiind aliniat cu
acesta, captează fasciculul. În momentul când un obiect apare în calea acestor două

Fundamentare teoretică
24 elemente, lumina nu se mai transmite până la receptor, iar atunci se va semnala prezența
unui obiect.
Senzorul cu retro -reflexie are și el nevoie de două elemente contructive, de data
aceasta cel de -al doilea nu mai este un receptor ci doar un reflector (ogl indă). Componenta
care transmite este și cea care recepționează. Principiul este asemănător cu cel anterior,
însă în cazul acesta, se emite fasciculul luminos, în mod normal se și recepționează (în
lipsa obiectului), iar când apare un obiect în cale, acest a se întrerupe, refexia ne mai fiind
captată (figura 3.4.4.1 a) .
În aplicații precum număratul unor produse de pe o bandă sau detectarea prezenței
acestora se folosesc cele două tipuri de senzori, enumerate mai sus. Aceștia au o precizie
foarte bună, au o rază de acțiune mare și fiabilitate ridicată. Dezavantajul acestora este că
necesită două elemente, iar în cazul senzorului cu barieră, aceștia trebuie conectați și fizic,
pentru a putea comunica (figura 3.4.4.1 b).

Figura 3.4.4.1 Structura senzoril or fotoelectrici
Senzorii cu difuzie sunt singurii senzori fotoelectrici care au o singură componentă,
nu două, ca în cazurile anterioare. Principiul de funcționare este invers ca și la cele
precedente. Transmițătorul este și receptor, acesta emite o lumi nă difuză (acoperind o
suprafață mai mare decât prin fascicul), iar când obiectul intră în vizor, se comportă ca un
reflector, lumina întorcându -se către emitor. În momentul când senzorul detectează o
cantitate suficientă de lumină care se reflectă, va acti va ieșirea, semnalând prezența unui
obiect. Acest tip de senzor este mai puțin precis decât cel cu barieră sau retro -reflexie,
însă are doar o singură componentă, ce necesită să fie instalată.

Figura 3.4.4.2 Senzor fotoelectric difuz
a
b
c

Fundamentare teoretică
25 3.4.5 Senzor ultrasonic
Acești senzori fac parte din categoria senzorilor acustici și pot fi folosiți atât pentru
a verifica prezența unor obiecte cât și pentru a determina o distanță până la obiect. Ca și
componente avem un transmițător, care convertește un semnal electric în ultr asunete, un
receptor care convertește ultrasunetele în semnal electric și transmițător -receptor care
emite și recepționeaza ultrasunete. Senzorii pot fi de două tipuri, cu barieră sau cu difuzie.
Senzorii ultrasonici cu barieră au două elemente constructi ve, un transmițător și un
recepto r. Principiul de funcționare este ca transmițătorul să emită ultrasunete (nu se pot
auzi de către urechea umană) iar receptorul primește aceste unde, în cazul în care calea
dintre ele este liberă. În momentul în care un obi ect intră între cele două componente,
ultrasunetele se întrerup și nu mai ajung la receptor, atunci senzorul activează ieșirea
semnalizând prezența unui obiect.
În cazul senzorilor ultrasonici cu difuzie, aceștia au o singură componentă care este
și transm ițător și receptor. Funționarea este opusă față de modelul prezentat anterior,
adică în prezența obiectului undele ultrasonice se reflectă prin intermediul acestuia și
sunt percepute de către receptor. În lipsa obiectului, undele doar se transmit.

Figura 3.4.5.1 Senzor ultrasonic difuz
Datorită faptului că acești senzori lucrează cu sunete și nu lumini pot fi folosi ți în
aplicații în care cei fotoelectrici nu. Acest tip de senzori reprezintă o alegere bună în cazul
în care avem de detectat obiecte transpa rente, nivelul unui lichid transparent sau alte
aplicații în care senzorii fotoelectrici întâmpină probleme din cauza translucidității
obiectului. De asemenea, culoarea sau reflectabilitatea obiectului nu afeactează acești
senzori .
Avantaje:
• Detecția unei game variate de obiecte și suprafețe;
• Operează și în medii nefavorabile altor senzori;
Dezavantaje :
• Existența unei zone nedetectabile în apropierea senzorului;
• Posibilitatea de interferență cu zgomotele;
Ca aplicații, senzorii ultrasonici sunt răspândiți î n domeniul auto, la senzori de
parcare pentru ghidarea șoferului. De asemenea se folosesc și pentru detectarea
oameniilor sau obiectelor în timpul mersului (la mașinile care au conducere asistată).

Fundamentare teoretică
26 3.4.6 Senzorul ales
Pentru detectarea cuvei pline și a benzii de ieșire se vor folosi senzori fotoelectrici
cu difuzie deoarece nu este nevoie de o precizie foarte ridicată și senzorul trebuie să fie
dintr -o singură componentă. Aceștia au de asemenea o robustețe crescută și o carcasă
rezistență la stropire, acesta din urmă fiind un avantaj major datorită faptului că se
lucrează într -un mediu cu șanse mari de udare.
Pentru detectarea poziției pistoanelor din cilindri pneumatici se folosesc senzori
magnetici deoarece au dimensiuni mici iar în capetele pistoanelor avem mag neți
permanenți. Majoritatea cilindrilor vin din fabrică echipați cu acest tip de senzor. Prezintă
o robustețe ridicată și fiabilitate.

3.5 Celulă de forță
3.5.1 Noțiuni introductive
O celulă de forță (de cântărire) este un traductor folosit pentru a crea un semnal
electric de o magnitudine proporțională cu forța măsurată. Celulele sunt de mai multe
tipuri: hidraulice, pneumatice și de torsiune
Celulele de torsiune sunt cele mai utilizate în mediul industrial. Acest tip de celulă
este foarte rigidă, valori bune de r ezonanță și au o durată de viață lungă. În interior
conține o rezistență plană. Principiul de funcționare al acestora se bazează pe faptul c ă
deformarea celulei (sub acțiunea greutății) conduce la schimbarea rezistenței electrice a
acesteia, proporțional c u valoarea tensiunii mecanice. Modificarea acestei tensiuni duce
la o modificare a rezistenței, iar pe baza acesteia se face calibrarea celulei.
Ca structură , o celulă de forță este formată din patru rezistențe în configurație de
punte Wheatstone. Semnalul de la ieșirea acesteia este de ordinul a câțiva milivolți (mV),
fiind nevoie de un amplificator, doar apoi fiind utilizabil. Ieșirea celulei poate fi scalată în
funcție de forța ce acționează pe traductor. Uneori se poate folosi și un convertor analog –
digital.
Probleme frecvent întâlnite la aceste celule :
• Problema montării. Celulele trebuie să fie corect montate pentru a putea
determina forța ce acționează asupra ei. Forța trebuie să acționeze doar pe
porțiunea care se deformează, altfel nu se va obține un rezultat corect.
Frecarea poate introduce, de asemenea, întârzieri sau erori.
• Suprasarcina. Celulele sunt confecționate să se deformeze elastic până la
sarcinile maxime admise, adică ele vor reveni întotdeauna la forma inițială.
Dacă celula este supusă un ei forțe mai mari decât cea pentru care a fost
proiectată, materialele acesteia se deformează în mod plastic, deci nu mai
revin la starea inițială
• Neliniaritatea. Aceste traductoare tind să fie neliniare la forțe mici, deci
pentru celulele cu un domeniu la rg de măsurare, ar putea să fie o problemă
ce nu poate fi neglijată.

Fundamentare teoretică
27

Figura 3.5. 1.1 Celulă de forță prin torsiune
Celula din figura 3.5.5.1 a fost aleasă pentru a fi folosită în cadrul acestui proiect.
Sunt instalate două bucăți, pentru a evita fenomen ul de oscilație (fiind prinse doar dintr –
un capăt al celulei)
Specificațiile tehnice ale celulei de mai sus sunt:
• Capacitate : 3, 5, 10, 15, 20, 30, 40 kg (am ales varianta de 10 kg)
• Temperatura de lucru: -10℃ până la 50℃
• Ieșire: 2 mV/V + – 10%
• Rezistență de intrare: 300 – 500 ohm
• Rezistență de ieșire: 300 – 500 ohm
• Suprasarcină: 150%
• Suprasarcină definitivă: 300%

3.5.2 Conectarea la PLC
Conectarea celulei de forță, de cântărire în cazul nostru , la PLC se face prin
intermediul unui modul. Acest modul reprezintă un convertor de semnal. Conexiunea
dintre modul și celulă se poate face prin 4 sau 6 fire iar dintre modul și PLC prin protocolul
serial Modbus -RTU sau ieșire analogică.

Figura 3.5.2.1 Structura modului intermediar
În figura de mai sus putem observa că în partea stângă avem intrarea de la celula de
forță, în partea de sus alimentarea modulului, în dreapta și jos avem ieșirile. Acestea pot
fi ori analogice (tensiune unificat sau curent unificat) ori prin protocol serial RS -485.

Fundamentare teoretică
28
Figura 3.5.2.2 Modul conv ertor de semnal – Seneca Z -SG
În figura 3.5.2.2 este reprezentat modulul ales în cadrul acestui proiect pentru a
putea face legătura între celula de forță și PLC.
Specificații tehnice ale Modulului Seneca Z -SG:
• Alimentare : 10-40 Vdc sau 19.28 Vac
• Intare an alogică : 1 canal pentru achiziție (și alimentare) celulă forță
• Ieșire analogică: 1 canal curent (0 -20 mA sau 4 -20 mA) sau tensiune (0 -5 V
sau 0 -10 V) pentru retransmisia greutății nete.
• Canal digital : intrare/ieșire pentru efectuarea configurărilor
• Acurate țe convertor analog -digital : 0.01%

3.6 Releu safety
3.6.1 Noțiuni introductive
Relelee de safety sunt dispozitive folosite pentru implementarea funcțiilor de safety.
Rolul principal al releelor îl reprezintă luarea unor măsuri de reducere a riscului de
accidentare la un nivel acceptabil în cazul apariției unui hazard. Aceste hazarde sunt
datorate apăsării butonului de urgență (eng. E -STOP), trecerea neautorizată a unei
bariere de siguranță sau gard de siguranță (eng. safety gate, safety fence).
Releele de safety sun t contruite în așa fel încât dacă sunt cablate corect, nici o eroare
a dispozitivului de control sau erori datorate senzorilor sau factorilor externi nu pot să
ducă la pierderea funcției de safety (siguranță).
După modul constructiv, aceste relee se pot cl asifica în:
• Clasic, bazat doar pe relee de contact
• Cu evaluare electronică și ieșiri bazate pe contacte lipsite de potențial
• Complet electronice
Un releu obișnuit are în componență o bobină și o lamelă a cărei deplasare
determină starea acestuia, dacă rele ul este în sarcină sau nu. Dezavantajul acestora îl
reprezintă uzura în timp, astfel că după o utilizare îndelungată acea lamelă poate să

Fundamentare teoretică
29 rămână blocată (sudată) în poziția de închis. Un astfel de blocaj înseamnă că în momentul
în care utilizatorul apasă b utonul de urgență sau se activează sistemul de safety printr -o
altă cale, mașina va funcționa în continuare, datorită acelui releu care nu mai întrerupe.
Din acest motiv, nu se recomandă utilizarea unor simple relee pentru funcțiile de safety.

3.6.2 Releul util izat
În vederea implementării funcțiilor de safety, apăsarea butonului de urgență (E –
STOP) se va folosi un releu safety complet electronic.

Figura 3.6.2.1 Releu safety Euchner ESM -BA301
În figura de mai sus este reprezentat releul de safety ales și are u mrătoarele
specificații tehnice:
• Control pe unul sau doua canale
• Trei relee safety reduntante
• Un contact auxiliar pentru monitorizare
• Monitorizare scurt -circuit.
• Ieșirile sunt decuplate electronic
3.7 Cilindru pneumatic
3.7.1 Noțiuni introductive

3.7.2 Tipuri de cilindri pneumatici
3.7.3 Cilindrul pneumatic ales
3.8 Electroventil
3.9 Interfață om -mașină (HMI)

Fundamentare teoretică
30

Aceasta parte a lucr ării este flexibil ă și depinde foarte mult de natura lucr ării, poate
fi organizat ă în mai multe capitole și conține contribu țiile personale ale autorului .
Include ți:
– Detalii referitoare la a naliz ă și proiectare:
▪ descrierea metodelor pe care le -ați aplicat pentru rezolvarea problemei,
▪ descrierea materialelor, procedurilor
▪ calcule, tehnici, descrierea echipamentelor
▪ metodologia de proiectare
▪ informa țiile nece sare pentru ca cineva s ă poata reface lucrarea
– Implementare :
▪ Descrieti detaliile tehnice ale implementarii aplicatiei: mediul de
implementare, modul de prezentare, modul de utilizare al aplicatiei, etc.
– Testare si validare :
▪ Descrie ți metodologia de testa re a aplica ției și rezultatele
▪ dgt.

Analiză, proiectare, implementare
31

4 Analiz ă, proiectare, implementare
Aceasta parte a lucr ării este flexibil ă și depinde foarte mult de natura lucr ării, poate
fi organizat ă în mai multe capitole și con ține contribu țiile personale ale a utorului.
Include ți:
– Detalii referitoare la a naliz ă și proiectare:
▪ descrierea metodelor pe care le -ați aplicat pentru rezolvarea problemei,
▪ descrierea materialelor, procedurilor
▪ calcule, tehnici, descrierea echipamentelor
▪ metodologia de proiectare
▪ informa țiile necesare pentru ca cineva s ă poata reface lucrarea
– Implementare :
▪ Descrieti detaliile tehnice ale implementarii aplicatiei: mediul de
implementare, modul de prezentare, modul de utilizare al aplicatiei, etc.
– Testare si validare :
▪ Descrie ți metodologi a de testare a aplica ției și rezultatele
▪ Include ți experimentele pe care le -ați realizat, analiza rezultatelor pe care
le-ați obținut.

Concluzii
32
5 Concluzii
5.1 Rezultate ob ținute
Evidentia ți toate rezultatele pe care le -ați obtinut și trage ți concluzii din ele. Puteți
prezenta o analiză critic ă a ceea ce ați realizat comparativ cu alte lucrări/studii anterioare.
Includeți o listă a contribuțiilor pe care le -ați avut în domeniul temei abordate.
5.2 Direc ții de dezvoltare
Descrie ți direc țiile posibile de dezvoltare.

Reguli de formatare
33
6 Regu li de formatare
6.1 Formatarea paginii
– Dimensiunea paginii: A4
– Margini: 2.5 cm (sus, jos, st ânga, dreapta)
– Antet și subsol: 1.27 cm de la marginea paginii
– În antetul paginii (header): titlul capitolului, centrat , stil: Header_style
– În subsolul paginii: num ărul paginii, centrat
6.2 Titluri și stiluri
Titlurile capitolelor și subcapitolelor se marcheaz ă cu stilurile Heading 1 – 4,
conform documentului model anexat în format Word. Descrierea stilurilor utilizate în
document este prezentată în Tabelul 6.1.
Tabelul 6.1. Stiluri utilizate în acest document
Nr. Stil Utilizat pentru Format
1 Normal Text normal Font: (Default) Cambria, 12 pt,
Justified, Line spacing: Multiple 1.1 li,
Space After: 6 pt
2 Titlu Titlul proiectului,
prima pagin ă Font: 24 pt, Small caps, Centered
Line spacing: single, Space Before: 126pt,
After: 0 pt,
3 Titlu2 Titlul proiectului,
pagina de
prezentare Font: 14pt, Bold, Centered
4 Heading 1 Titlurile capitolelor
(nive l 1) Font: 24 pt, Indent: Left: 0 cm
Hanging: 0.76 cm, Space Before: 24pt,
After: 12 pt
5 Heading 2 Titlurile
subcapitolelor
(nivel 2) Font: 14 pt, Bold, Indent: Left: 0 cm
Hanging: 1.02 cm, Space Before: 18pt,
After: 12pt
6 Heading 3 Titlurile sec țiunilor
(nivel 3) Font: Bold, Indent: Left: 0 cm
Hanging: 1.27 cm, Space Before: 6 pt,
After: 6pt
7 Heading 4 Titlurile sec țiunilor
(nivel 4) Font: Italic, Indent: Left: 0 cm
Hanging: 1.52 cm, Space Before: 2 pt,
After: 0 pt
8 Caption Legenda fig urilor și
tabelelor Font: Italic, Font color: Text 1, Line
spacing: single, Space After: 10 pt,

Reguli de formatare
34 Nr. Stil Utilizat pentru Format
9 Header_style Antetul paginii Font: 10 pt, Italic, Centered, Border:
Bottom: (Single solid line, Background 1,
0.5 pt Line width)

6.3 Figuri, tabele și ecua ții
6.3.1 Figuri
Figurile se insereaz ă în text centrate, cu etichet ă de numerotare ș i legend ă (Caption )
în partea de jos a figurii. Num ărul figurii include și num ărul capitolului, dup ă exemplul
prezentat în Figura 6.1.

Figura 6.1. Figur ă exemplu , stil: Caption
6.4 Tabele
Tabelele se insereaz ă în text centrate, cu etichet ă și legend ă (Caption) î n partea de
sus a tabelului, aliniat ă la st ânga. Num ărul tabelului include și num ărul capitolului, dup ă
cum este prezentat, de exemplu, î n Tabelul 6.1.
6.5 Ecua ții
Ecua țiile se insereaz ă în text centrate, cu numerotare în partea dreapt ă. Num ărul
ecua ției include și num ărul capitolului , conform exemplului din rela ția (5.1) .
(𝑥+𝑎)𝑛=∑(𝑛
𝑘)𝑥𝑘𝑎𝑛−𝑘𝑛
𝑘=0 (5.1)

Reguli de formatare
35 6.6 Referin țe bibliografice
Se recomand ă ca citarea referin țelor bibliografice s ă fie făcută în formatul IEEE.
În sec țiunea Bibliografie sunt prezentate exemple pentru: o citare a unui capitol
dintr-o carte [1], un articol publicat într-o revist ă [2] și un articol publicat la o conferin ță
[3].
Detalii cu privire la formatul cit ării diverselor tipuri de referin țe pot fi g ăsite în [4]
sau [5].
Referinț ele bibliografice se pot insera în text utiliz ând facilit ățile Word de a adăuga
surse și bibliografie unui document (References -> Citations & Bibliography) . Dacă
formatul IEEE pen tru bibliografie nu este instalat implicit î n Word, se poate desc ărca
gratuit de la:
https://bibword.codeplex.com/wikipage?title=Styles&referringTitle=Home
Instrucț iunil e de instalare pentru diferite versiuni de Word se pot ob ține de la aceea și
adres ă.

Bibliografie
36
7 Bibliografie

[1] P. Nume, "Titlul capitolului," in Titlul cartii , Oras, Editura, 2016, pp. 1 -24.
[2] P. Nume, "Titlul articolului," Titlul revis tei, vol. 1, no. 2, pp. 22 -30, 2016.
[3] P. Nume, "Titlul articolului," in Numele conferintei , Oras, 2015.
[4] "IEEE Citation Reference," 2009. [Online]. Available:
https://www.ieee.org/documents/ieeecitationref.pdf.
[5] "IEEE Editorial Style Manua l," 2016. [Online]. Available:
https://www.ieee.org/documents/style_manual.pdf.