Automatizarea are un rol important în îmbunatațirea calitații produselor și marirea [609792]

1
1. INTRODUCERE

Automatizarea are un rol important în îmbunatațirea calitații produselor și marirea
volumului de produse ce pot fi construite într -o anumită perioadă de timp. Principalul scop în
conceperea acestei lucrări este familiarizarea noastră cu diverse le sisteme de control ce se regă sesc
în majoritatea sistemelor automatizate din vremurile noastre. Scopul nostru ca viitori ingineri este
acela de a găsi soluții la diversele problem e întalnite în controlul instalațiilor industriale moderne.
Un astfel de proiect are ca scop inițierea noastră în problemele pe care o să le întâlnim într -un fel
sau altul în viața noastră, probleme cărora noi trebuie să le gasim o soluție, care să fie cât mai uș or
de implementat, dar în același timp să fie solidă și avantajoasă.
Ca viitori inginer i, motivația noastră , ne este dată de dorința de a învața lucruri noi, de a
înțelegere lucruri despre care nu am auzit pană acum ,de a descoperi felul în care fun cționează
diversele mecanisme din jurul nostru și de a pune în aplicare tot ceea ce am invățat în cei 4 ani ,
precum și dorința noastră de a reuși în viată.
Automatul programabil (PLC) este un calculator digital de tip industrial care a fost
ridigizat si adaptat pentru controlul proceselor de fabricatie, cum ar fi liniile de asamblare,
dispozitive robotice sau orice activitate care necesita un control ridicat de fiabilitate, usor de
programat si proc ese de diagnosticare a erorilor .
Apare prin anul 1960, în industria constructoare de automobile, ca răspuns la următoarele
cerințe impuse sistemelor de control industrial:
– reducerea numărului de relee necesare schemelor de contr ol realizate în logică cablată;
– simplificarea și proiectarea mai rapidă a schemelor de control necesare liniilor de asamblare
– creșterea fiabilității
– creșterea flexibilității
– reducerea costurilor
Programarea lor se face folosind tehnica digitală, în programul ladder sau FST Statement
List, iar stocarea lor se face într -o memorie non -volatilă ; eu alegând limbajul de programere FST
Statement List.
În vremurile noastre, electricitatea este folosită pentru control, iar acest control este bazat pe
relee. Releele permit întreruperea sau pornirea energiei fară a folosi un întrerup ator mecanic. În
mod obișnuit se folosesc aceste relee pentru a realiza decizii simple și logice. Dezvoltarea
tehnologiei și implicit a calculatoarelor, a condus la apariția revoluționară a automatelor
programabile controlate cu microprocesoare.
Scopul realizării acestui proiect este acela de a ne familiariza cu utilizarea automatelor
programabile pentru controlul proceselor tehnologice inspirate din necesitățiile industriale, dar mai
departe de aceasta, fiindcă deja am făcut primul pas în lumea a utomatizărilor prin parcurgerea celor
patru ani de studiu, am dorit ca acest proiect să demonstreze capacitățiile teoretice dobândite în

2
cadrul facultății. Mergând și mai departe, am încercat prin prezenta lucrare de diplomă să punem î n
practică noțiunile teoretice dobândite și să conturăm ceva practic, ceva ce ne reprezintă.
În continuare a proiectului vă voi prezenta cum se realizează și funcționează un lift de
persoane structurat pe 4 etaje + parter, comandat de un automat programabil de la Festo , folosi nd
limbajul FST Statement List.

3
2. Automate programa bile

Un Automat programat logic (PLC) este un calculator digital d e tip industrial fiind adaptat si
rigidizat pentru controlul industrial, care foloseste o memorie programabila pentru stocarea
instructiilor interne pentru implementarea functiilor specific, cum ar fi logica, secventii, timpul,
numararea, aritmetica, pentru a controla pe cale digitala sau analogica a intrarilor/iesirilor,
diferitel or tipuri de masini de procesare.
În vremurile noastre, electricitatea este folosită pentru control, iar acest control este bazat pe
relee. Releele permit întreruperea sau pornirea energiei fară a folosi un întrerupator mecanic. În
mod obișnuit se folose sc aceste relee pentru a realiza decizii simple și logice. Dezvoltarea
tehnologiei și implicit a calculatoarelor, a condus la apariția revoluționară a automatelor
programabile controlate cu microprocesoare.
Progresele tehnologiei au dus la posibilitatea s imularii în timp real a multor aplicații din
domeniul industrial. Simularile în timp real sunt foarte utile atunci când are loc programarea unui
proces tehnologic, acestea având scopul de a preveni eventualele defecțiuni sau blocaje ale
sistemului real, ce pot distruge sau afecta temporar componenetele acestuia.
Automatele programabile au fost capabile să realizeze controlul cerut, în timp ce ocupau mult
mai puțin spațiu decat echivalentul lor cu relee și au fost de asemenea mult mai fiabile în
funcționare pe perioade extrem de lungi. În plus automatele programabile sunt extrem de flexibile
din punct de vedere al modificării programului de control. Astfel, a facut posibilă modificarea
programului de control, fară a trebui să se deconecteze nici un fir, fiin d necesar doar modificarea
programului rezident în memorie, utilizând o tastatură sau o consola atasată la automatul
programabil .
Utilizând o logică programată, automatele programabile, în comparație cu sistemele logice
secvențiale, bazate pe logică cablat ă prezintă următoarele avantaje :
• gabarit redus;
• consum redus de energie electrică;
• fiabilitate crescuta ;
• consum redus de conexiuni si de cablaj;
• realizarea facilă a unor funcții specifice;
• reducerea ciclului proiectare, execuție și punere în funcțiune prin posibilitatea supravegherii
unor faze;
• capacitate sporită de prelucrare, flexibilitate.
Fată de calculatoarele electronice, utilizarea automatelor programabile prezintă urmatoarele
avantajel e:
• preț de cost redus;
• viteză de raspuns ridicată;

4
• imunitate sporită la perturbații;
• funcționare sigură în mediul industrial obișnuit;
• limbaj de programare simplu;
Automatele programabile în general sunt destinate automatizării procesel or secvențiale de
complexitate medie. Ele realizează urmatoarele funcții prin logică programată:
• detectarea schimbărilor de stare ale semnalelor aplicate pe intrari;
• prelucrează pas cu pas informațiile primite conform programului stocat în memoria
program;
• emite semnale de comandă corespunzatoare programului stocat in memorie;
• semnalizează optic valorile semnalelor de intrari și ieșiri. (valoare logica 1, LED aprins)

Modul de funcționare
• Scanarea intrarilor. Automatul programabil scanează intra rile și citește valorile din proces,
masurate cu ajutorul senzorilor care sunt conectați la intrarile sale și le stochează în memorie.
• Executarea programului. Automatul prelucrează datele preluate de la intrare și pe baza
acestora programul este executat . După procesarea informației, datele sunt memorate din nou în
memorie pentru a fi folosite ulterior pentru comandarea ieșirilor.
• Actualizarea ieșirilor. Pe baza datelor memorate anterior automatul programabil comută
ieșirile.
• Automatele programabile rulează continuu, iar pașii de mai sus se repetă pană când
automatul este oprit.

2.1 Schema bloc de principiu al unui automat programabil

Organizarea interna si partile componente ale unui automat programabil sunt urmatoarele:
 Modul de intrare digitala :
– contine circuitele electronice de intrare folosite pentru comunicatia cu elementele
externe (butoane,senzori, etc);
– permite ca unitatea centrala sa citeasca starea logica a circuitelor de intrare;
– se gasesc cu 4,8 sau 16 modul e de intrare;
– pentru intrari avem asociat un bit in memoria interna a automatului programabil ( “1”
daca avem continuitate electrica sau “0” daca nu avem continuitate electrica)
 Modul de iesire digitala:
– contine circuite de iesire folosite pentru comu nicarea cu elementele de executie
(motoare, bobine, lampi de semnalizare, etc);
– i se permite cu ajutorul lor ca unitatea centrala sa actionize asupra elementelor de
executie;
– avem urmatoarele variante de iesiri( pentru comanda elementelor de current co ntinuu
se folosesc iesiri cu tranzistoare, pentru comanda elementelor de current alternativ
folosim iesiri cu tiristoare, iar pentru comanda ambelor tipuri de current continuu sau
current alternative se folosesc iesiri cu relee electromagnetice )

5
 Sursa de alimentare

Fig. 1: Partile componente ale unui automat programabil

 Modulul central:
– este compus dintr -o unitate centrala de procesare a informatiilor si o memorie care
poate fi rescrisa
 Programarea automatului programabil folosind calculatorul: – contine mediul software
unde se scrie programul pentru executarea automatului programabil, programul se
stocheaza in memoria interna a automatului programabil
 Modulul de comunicatie: – realizeaza comunicarea intre 2 sau mai multe automate
programabile (fol osit pentru sisteme complexe) sau asigurarea comunicatiei intre un
server si automat.

2.2 Clasificari

Generaț iile actuale de automate programabile a sigură posibilități complexe de comunicație
serială și conectare în reț ea. Ve rsiunile constructive înglobează componente ș i unități de interfaț are
structurate modular pentru mărimi analogice ș i digitale preluate de la diver și traductori, module de
achiziție analogică (temperatură , semnal unificat de automatizare), comunicație (pentru legarea în
rețea ș i monitoriz area automată ), module de ieșire analogică, module de poziționare sau control al
mișcă rii, module specializate de reglare PID, module specializate de regla re fuzzy, module pentru
recunoașterea formelor ș .a.

Din punct de vedere structural se pot distinge:
– automate pro gramabile realizate în structură deschisă, sub forma unei plă ci cu circuite
imprimate, fără carcasă; Acest tip de automate es te foarte ieftin (de obicei preț ul de cost este sub
100 Euro), dar numărul de intrări și ieșiri este limitat și nu are posibilitatea adă ugării unor module
de extensie;

6

Figura 1: Automat programabil realizat în structura deschisa

– automat e programabile cu structură monobloc, realizate în carcasă închis ă; toate elementele
componente ale automatului programabil sunt grupate într-o carcasă , dimensiunile acesteia variind
în func ție de numă rul de terminale de intrare si ie șire.

Figura 2: Automat programabil realizat in structura inchisa

2.3 Proiectarea log icii programate

• Se alege configurația microcalculatorului pe baza analizei de sistem. Se determină numărul
de intrări, numărul de ieșiri , numărul de dispozitive de transmitere a informației, capacitatea
memoriei, tipul și numărul de interfețe cu procesul. Tot în această etapă se face o analiză
preliminară a performanțelor sistemului și a soluțiilor care ar duce la realizarea acestora;
• Schițarea operațiilor ce urmează a fi executate de program;
• Testarea programului urmărește verificarea faptului că programul răspunde corect la
cerințele impuse. Fazele de scriere și testare se repetă de mai multe ori până când codul
funcționează corect.
• Se verifică apoi dacă programul satisface performanțele impuse sistemului prin tema de
proiectare. Se verifică mai ales viteza de răspuns. Dacă sistemul nu răspunde se încearcă o
optimizare a acestuia. Dacă nici după optimizare sistemul nu răspunde cer ințelor se reia analiza
sistemului pentru a vedea ce blocuri pot fi realizate în logica cablată.

7

2.4 Elemente de bază pentru alcătuirea schemelor de comandă

Într-o instalație de comandă electrică complexă sunt necesare numeroase aparate care
îndeplinesc di ferite funcții.
Acestea pot fi:
1. Aparate de conectare (de comutație):
a) Pentru comanda manuală:
– întreruptoare manuale;
– butoane de comandă;
– inversoare de sens;
– comutatoare stea -triunghi;
– controlere de comandă.
b) Pentru comanda automată:
– întreruptoare automate;
– conectoare automate;
– relee de comandă;
– limitatoare de cursă.
2. Aparate de protecție pentru protecția circuitelor de forță și comandă împotriva
supracurenților de sarcină și scurtcircuit:
– siguranțe fuzibile;
– relee termice;
– relee electromagnetice;
– declanșatoare electromagnetice.
3 Aparate de semnalizare care pun în evidență regimurile de lucru ale instalației:
– lămpi de semnalizare;
– hupe (sonerii) de semnal izare.
4. Aparate pentru modificarea unor parametri ai energiei electrice:
– rezistențe de pornire și reglare;
– transformatoare de curent și tensiune;

8
– redresoare comandate și necomandate.

2.5 Principiul de realizare a programelor de condu cere folosind
diagramele ladder

• Descrierea completă a condițiilor de funcționare a procesului, a instalației sau
echipamentului. În acestă etapă trebuie precizate atât elementele de achiziție de informații din
proces, tipul semnalelor traductoarelor, nu mărul și tipul elementelor de execuție asociate procesului
industrial, cât și recomandările privind fiabilitatea configurației de conducere.
• Analiza configurației automatului programabil necesar, astfel încât acesta să acopere
cantitativ și calitativ fun cționarea procesului.
• Cunoscând foarte bine procesul și protocolul său de funcționare și alegând în consecința un
automat programabil, se poate începe transcrierea protocolului de funcționare a procesului, folosind,
de exemplu, metoda diagramelor ladder.
Diagramele ladder au fost și sunt cea mai obosnuită metodă de descriere a circuitelor logice cu
relee, fiind utilizate inițial pentru reperezentarea circuilelor electrice. Ulterior, introducerea
automatelor programabile și dorința de a asigura utilizatoru lui aceleași facilitați în urmarirea
funcționarii sau în testarea circuitelor, au impus adaptarea simbolurilor circuitelor electrice în logica
programabilă. Astfel, a fost firească utilizarea diagramelor ladder pentru programarea automatelor
programabile.

O diagramă ladder, în schemele electrice, este formată din două bare verticale ce asigură
potențialul electric necesar și o retea de contacte și bobine:

Figura 1: Reprentarea diagramei ladder în schemele electrice

O diagramă ladder, reprezentată cu o logica similară este cea oferită de schema electrică, dar
utilizând simobluri specifice automatelor programabile, arată astfel:

Figura 2: Reprentarea diagramei ladder în automatele programabile

9

Pentru a se arata legatura dintre un circuit fizic și o reprezentare ladder, se prezintă circuitul
electric urmator:

Figura 3: Legatura dintre un circuit fizic și o reprezentare ladder

Motorul este conectat la o sursă de putere prin intermediul a trei comutatoare în serie și un
comutator de suprasarcină. Motorul pornește când toate comutatoarele sunt închise. Diagrama
ladder echivalentă arată astfel:

Figura 4: Reprezentarea ladder a unui circuit fizic

Proiectarea ladder -ului trebuie facută, astfe l încât, să permită oricarui utilizator să întelegă
rapid soluția ladder.

2.6 Funcționarea releelor

Releul este un comutator electromagnetic. Acesta formează un sistem din două circuite
separate , o bobină și un set de contactoare, care sunt unite prin intermediul câmpului magnetic
format de trecerea curentului prin bobina releului. În acest mod se poate comanda, cu ajutorul unei
tensiuni mici, o tensiune mult mai mare.

10

Figura 5: Schema de baz ă a releului

Apasarea butonului “1” va comanda magnetizarea bobinei “2” car e ar trebui sa inchidă
contactorul “3”, pentru ca mai apoi motorul “4” sa fie pus în stare de funcționare.

11

3. CONTROLUL UNUI LIFT FOLOSIND SISTEMUL FESTO

Figura 1:Machetă pentru comanda unui lift
( Sistem de control cu automat FESTO pentru comanda unui lift )

3.1 Sistem de control cu automat FESTO pentru comanda unui lift

Comanda liftului realizat de către mine a fost proiectat pornind de la capabilitățile automatului
FESTO FC440 care îndepliniște următoarele cerințe:
– citește corect comenzile primite de la setul de butoane interioare sau exterioare ;
– transmite comanda către motor data de butoane ;
– preluare informați de la sen zorii de nivel pentru fiecare etaj ;
– execută corect transportul cabinei catre etajul solicitat ;
– transmitere comandă pentru avertizare luminoasă pentru fiecare etaj ;

3.1 Arhitectura hardware

Întreaga configurație hardware a fost proi ectată și realizată de către mine pentru a putea fi
condusă de un automat programabil folosind numai intrări și ieșiri digitale și conține următoarele
părți importante:
– automatul programabil FESTO FC440 ;
– structura mecanică;
– sistemul de transport pentru cabina liftului ;
– sistemul de avertizare luminoasă ;

12
– sistemul de senzori de prezență;
– sistem de alimentare cu energie electrică.
Sistemele enumerate mai sus includ o serie de componente dintre care cele mai importante
sunt următoarele:
– un motor de curent continuu prevăz ut cu reductor de turație;
– 5 butoane pentru comanda exterioară, respectiv 5 pentru comanda interioră
– 5 senzori de prezență pentru detectarea corectă a cabinei pentru fiecare etaj in parte ;
– avertizare luminoasă pentru fiecare etaj in parte ;
În pagini le ce urmează vă voi prezenta rolul, principalele caracteristici și modul de funcționare
al fiecărui sistem, iar în cadrul descrierii fiecărui sistem vom detalia și elementele componente.
Componentele cu aceleași principii de funcționare, utilizate în mai multe sisteme ale
instalației, vor fi descrise doar în cadrul unuia dintre sisteme, iar în cadrul celorlalte sisteme vor fi
detaliate numai caracteristicile particulare, rolul și modul de funcționare în cadrul sistemului
respectiv.

3.2 Prezentarea sistemul ui FESTO FC440

Sistemul FESTO este conceput pentru a furniza o soluție logică pentru aplicațiile de
dimensiuni mici și medii. Tipic, aceste aplicații sunt controlate la nivel de masină. Un sistem simplu
poate fi alcatuit dintr -un controller independent c u un singur modul de intrare/ieșire și un dispozitiv
DeviceNet pentru comunicații. În sistemele mai complexe se adaugă, alte sisteme de rețea, controlul
mișcarii și elemente de control și siguranță. Ca parte din arhitectura unui sistem integrat, toate
controlerele FESTO folosesc același soft de programare, protocol de rețea, oferind un mediu comun
de dezvoltare pentru toate disciplinele de control.

13

Figura 7: Sistemul FESTO pe o retea EtherNet/IP

3.4 Descrierea și montarea componentelor Controlerului FESTO FC440
Controlerul FESTO FC440 este alimentat la 24V DC, avand puterea de consum de 200 mA,
continand 16 intrari si 8 iesiri tot pe 24V DC, comunicatia fiind prin Ethernet 10 BaseT. Procesorul
este unul de putere medie, 80186 , avand memoria de lucru si de programare de 512 Kbytes , fiecare.
Sistemul de operare este unul standard de la FESTO, fiind Festo FST Multiprog, avand
interfata RS232 via SM14/ -15 , iar dimensiunea este destul de redusa avand numai 105 x 35 x 114.2
mm.
3.4.1 Asamblarea sistemului Festo FC 440
Montarea controlerul pe șină :
a) se trag în afară clemele de blocare ;
b) se glisează controllerul în pozitie și se împing clemele de blocare;
c) se conecteaza cablul de alimentare.
3.4.2 Impamantarea sistemului Festo FC 440
Inainte ca standardul IPC FEC sa fie pus in functiune, trebuie sa fie legat la impamantare.
Cablul blocat necesar pentru acest scop trebuie sa fie de o sectiune transaversala de cel putin 2,5 mm ².

14
3.4.3 Impamantarea sistemului Festo FC 440 fara a utiliza sina
Glisati capatul cablului de impamantere in unul din cele 2 suporturi pozitionate pe cele 2 parti ala IPC FEC –
Standard. Celalalt capat al cablului de impamantare este conectat la punctul central de impamantare.

Figura 8: Principiul de legare la impamantar e
1 – Cablu functional de impamantare
2 – IPC FEC – Standard
3 – Punctul central de impamantare
Este interzisa legarea in serie a 2 sau mai multe sisteme la impamantare; legarea lor corecta se va face
utilizand exemplul din Figura 8.
3.4.4 Impamantarea a 2 siste me Festo FC 440 utilizand sina
O alta alternativa de impamantare este aceea de a impamanta sina. In acest caz, nu este necesara nici o
conexiune suplimentara intre sina si IPC FEC – Standard deoarece clema folosita la fixarea pe sina stabileste
o conexiune conductiva.

Figura 9: 3.4.4 Impamantarea a 2 sisteme Festo folosind sina

15
1 – Punctul central de impamantare
2 – IPC FEC – Standard
3 – Sina de sustinere
4 – Cablul functional de impamantare
Daca este selectata ca o alternativa de fixare o sina de sustinere, trebuie sa aiba o legatura directa cu punctul
central de impamantare. Daca sina de fixare devine apoi o legatura echipotentiala pentru mai multe
dispozitive, terminalele de impamantare sub forma de suporturi de otel sunt apoi definite ca o impam antare
functionala si pot fi utilizate ca protectii de contacte.