Automate Programabile

Echipamentele cu logică programată (ELP) sau automate programabile (AP) sunt echipamnete destinate conducerii proceselor inducstriale automat. Acestea pot fi descris prin următoarea schemă bloc. Structura unui proces automatizat poate fi descrisa prin următoare schemă:

Fig. Structura procesului automatizat cu ajutorul automatului programabil

După cum se vede în schema bloc automatul programabil realizează două sarcini principale ale automatizării procesului.

– măsura care în acest caz presupune monitorizarea stărilor unui proces prin achiziția de date de la intrările automatului care reprezintă varibilele de stare ce pot fi senzori, limitatori, butoane;

– controlul presupune prelucrarea de date primite de la intrări și generarea comenzilor necesare spre elementele de execuție din proces, conform programului implementat.

Automatele programate pot inlocui automatizările discrete ce utilizează o comandă realizată cu elemente electromecanice, pneumatice sau electronice în logica cablată aducând flexibilitate si siguranța mărită în funcționare și o programare ușoara și rapidă.

Acesta poate fi definit ca un sistem specializat pentru tratarea problemelor de logică secventială și combinațională, simuland structuri logice de comandă printr-o configurație eleastică, programabilă.

AP s-au impus intr-o gama foarte largă de aplicații dar domeniul unde sunt utilizate cel mai des si cu un randament foarte bun, este domeniul industrial deoarece acestea pot opera în plaja mare de temperaturi si imiditate. Este usor adptabil la interfata cu orice proces si nu ridica probleme în instruirea personalului de deservire datorita facilitatilor de programare oferite.

O altă caracteristică a automatelor programabile este robustetea generala a echipamentului si costul relativ redus fac ca aceste echipamente sa constituie o pondere importanta in sistemele de conducere a sistemelor de automatizare industrială.

Istoric

Automatele programabile au fost introduse prima oara în anii ’60. Motivul principal al proiectarii si dezvoltarii acestor echipamete a fost costul ridicat al realizarii, exploatarii si depanarii sistemelor de automatizare cablate, bazate în principal pe relee electromagnetice, care dominau la acea data sistemele de automatizare industriale.

Aparitia automatului programabil a fost precedata de elaborarea si sistematizarea unui set de cerinte pentru noul sistem de automatizare destinat înlocuirii sistemelor de automatizare cu relee intermediare.

Programarea noului sistem trebuia sa fie simpla, usor de înteles de catre personalul familiarizat cu sistemele de automatizare cu relee.

Primul automat programabil în varianta industriala a aparut în SUA sub numele de MODICON 084 (Modular Digital Controller).

La mijlocul anilor ’70 automatele programabile erau realizate în principal în tehnologia microprocesoarelor cu prelucrare pe bit, iar în 1973 au aparut primele protocoale de comunicatie între automate.

În anii ’80 au aparut primele automate cu microprocesoare cu prelucrare pe cuvânt, si de asemenea au aparut primele tendinte de standardizare a protocoalelor de comunicatie. Tot în aceasta perioada s-a pus accentul pe reducerea dimensiunii PLC-urilor si prin introducerea programarii software simbolice, realizarea programelor putându-se realiza din ce în ce mai mult pe calculatoare personale în locul consolelor de programare dedicate, utilizate exclusive pentru programarea PLC-urilor pâna în acel moment.

În perioada anilor ’90 s-a pus un accent din ce în ce mai mare asupra standardizarii atât a modulelor de programare cât si a protocoalelor de comunicatie. Anii ’90 au fost de asemenea martorii unei tendinte de înlocuire a sistemelor de automatizare bazate pe automate programabile cu sisteme de automatizare bazate pe calculatoare personale.,Automatul programabil este garantat pentru utilizare în conditii severe de "stres"

industrial (variatii de tensiune si temperatura, noxe, vibratii);

Unitatea centrala este o unitate logica special conceputa sa interpreteze un set restrains de instructiuni proprii controlului de proces. Acestea exprima functii de baza ca: evaluarea expresiilor booleene (logice) cu atribuirea rezultatului unei variabile memorate sau unui canal de iesire, secvente de numarare sau temporizare, calcule matematice . Programarea structurilor de tip automat programabil este simpla si consta în scrierea directa de la un terminal a unui sir de instructiuni, conform unor diagrame de semnal, ciclograme, organigrame sau a unui set de ecuatii booleene. Intentia producatorilor de AP este de a se adapta cunostintelor si preferintelor utilizatorilor;

Executia instructiunilor este ciclica, ceea ce face ca derularea rapida a unui program în raport cu timpii de raspuns ai procesului sa permita sesizarea evenimentelor la putin timp dupa ce apar, fara riscul pierderii de informatie sau perturbare a procesului. Exista de asemenea posibilitatea lucrului cu întreruperi pentru procese foarte rapide.

Acest capitol discuta despre proiectarea unui lift pe baza unor calcule a unor parametri ce definesc operatiunea de lift. Pentru a atinge obiectivele proiectului, care a fost derivat din studiile teoretice realizate anterior un model de mașină a fost proiectată. Apoi, pentru a valida și a implementa modelul simulat ca un prototip anumită calcule au fost efectuate la determinarea unor parametri critici. Parametrii includ dimensiunea cabinei, numărul maxim de persoane pot fi gazduite în lift, puterea frânghiei, tip de motor folosit, puterea motoarelor de evaluare și de evaluare a cuplului. Partea cea mai importanta a sistemului este tipul de contrller folosit iar acest caz este folosit PLC. Controlu electromagnetic si contactele acestuia erau foarte lente, componntele mecanice si electromagnetice au inertie mare. De aceea, precizia de control al sistemului a fost dificil. Deci exista o nevoie de a folosi tipuri modern de controlere, cum ar fi PLC, acest tip de control este prevazut sa monitorizeze intregul sistem prin SCADA.

Schema bloc

Bazat pe necesitate blocurile au fost dezvoltate și proiecctate ca diagramă bloc Figura 1. După proiectarea modelului, calculul trebuie să fie făcut pentru fiecare componenta prezenta în modelul.

Fig 1: Block diagram of PLC based Elevator

Figura 1 reprezinta diagrama bloc al unui lift inteligent realizat prin intermediul unui AP.

Alimentarea este asigurata pentru AP cat si pentru motorul liftului. Aceasta este atasata de cabina liftului. Prin intermediul sezorilor de proximitate (LDR) se va identifica pozitia cabinei iar prin senzorii de usa (LDR) pozitia usilor, aceste lucruri ducand la functionarea corespunzatoare a cabinei. Sistemul de antrenare pentru motor poate avea invertor cu un redresor sau poate depinde de tipul de convertor de putere ales de catre proiectant.

2.2 Proiectarea cabinei liftului

Cabina liftului este proiectata tinand cont de numarul de pasageri care incap. Deasemena trebie sa aibe si capacitatea de a sustine greutatea pasegerilor in timpul deplasarii. Liftul propus are o capacitate de a sustine aproximativ 10 persoane de 65 Kg.

Nr max de pesoane in cabina = 10

Greutatea aproximativa a unei pesoane = 65 Kg

Greutatea maxima pe care cabina o poate sustine = 650 Kg

Pentru a incapea 10 persoane, cabina a fost proiectata cu urmatoarele dimensiuni 5x5x7 ( feet)

Din motive de simplitate de proiectare, intregul sistem a fost redus la un prototip cu scara de 1:20 in raport cu realul.

Tensiunea funiei si alegerea sa poate fi determinata cu urmatorul calcul simplu. Forta exercitata pe funie poate fi determinate cu jutorul formulei lui Newton.

2.3 Rezistenta funiei.

Forta care actioneaza asupra funiei poate fi gasita cu ajutorul umatorului calcul.

Forța care acționează asupra funiei este 8.33kN, deci funia care trebuie aleasa trebuie sa aibe capacitatea de rezitenta cel putin 9kN.

Table 1. Rope strength table

Din foaie de date producătorului coarda din tabelul 1, pentru cerința noastră, putem alege pentru cablu cu o capacitate de încărcare și grosime de 3/8 in sau 9.5mm.

2.4 Calcul puterea motorului

Bazat pe specificatiile puterii de iesire si cuplului de iesire a motorului se calculeaza printr-un simplu calcul.

Greutatea cabinii goala = 100Kg

Contragreutate= 100Kg

10 persoane a cate 65Kg = 650Kg

Pentru o viteza constanta de 1m/s=60m/min

Puterea, lucru mecanic si forta sunt calculate utilizand urmatoarele ecuatii:

unde:

Deci:

F=6509.8=6370 N

P=63701m/s = 6370 W

1hp=745W

6370W=8.55hp aproximativ 9hp sau 6705W