COMANDA UNUI SISTEM DE DOMOTICĂ PRIN INTERMEDIUL UNEI INTERFEȚE [617756]

1

COMANDA UNUI SISTEM DE DOMOTICĂ PRIN INTERMEDIUL UNEI INTERFEȚE
OM-MAȘINĂ (HMI)

2012

2
CUPRINS

CAPITOLUL I –INTRODUC ERE IN DOMENIUL PLC -URILOR ȘI AL DOMOTICII

1. Apariția și necesitatea PLC -urilor
2. Definirea termenilor utilizați
3. Istori cul PLC-urilor
4. Avantajele și dezavantajele utilizării PLC -urilor
5. Domenii de utilizare și aplicații ale PLC -urilor
6. Părțile componente și funcționarea PLC -urilor

CAPITOLUL II – DESCRIEREA APARATELOR UTILIZATE

1. Descrierea lucrării (Introducere)

2. PLC seria XC3
2.1. Caracteristici
2.2. Date tehnice

3. HMI seria TH465
3.1. Caracteristici și date tehnice
3.2. Componente

4. Contactor SIEMENS

5. Relee și socluri

6. Rezistoare
7. LED -uri indicatoare de stare
8. Cabluri ( de alimentare, de date,… )
9. Electrovalve
10. Senzor de mișcare
11. Termostat

CAPITOLUL III – DESF ĂȘURAREA LUCR ĂRII
1. Descrierea aplicației pentru HMI
2. Montaje

CAPITOLUL IV – CONSIDERA ȚII FINALE
1. Viitorul în domeniul domoticii, PLC -urilor și HMI -urilor
2. Observa ții și concluzii

3
CAPITOLUL I – INTRODUC ERE IN DOMENIUL PLC -URILOR SI AL
DOMOTICII

1. Apariția și necesitatea PLC -urilor

Inițial , principala metod ă pentru a controla un sistem avea la bază activitatea umană .
Acum, în vremurile noastre, electricitatea este cea folosit ă pentru control, iar acest control
este bazat pe utilizarea relee lor. Rolul relee lor este de a permit e întreruperea sau pornirea
energiei f ără a folosi un întrerup ător mecanic. De cele mai multe ori , aceste relee se folosesc
pentru a realiz a decizii logice simple. Însă, perspectivele dezvolt ării tehnologiei și astfel, a
calculatoarelor, a dus la revoluționara apariție a PLC -urilor.
Datorită progreselor înregistrate în toate domeniile, mai ales cele legate de procesele
tehnologice, simulările în timp real au devenit posibile și chiar necesare, fiind utile în
programarea diverselor procese tehnologice , în scopul reducerii sau eliminării posibilelor
defecțiuni și/sau blocaje care pot evolua spre diminuarea eficienței sau distrugerea
componentelor sistemului luat în calcul. Astfel, apare premisa diminuării cheltuielilor
(costurilor) alocate implementării și întreținerii oricărui proces tehnologic automatizat, fie
unul simplu sau complex, întrucât testările efectuate pe parcurs cu ajutor ul simulărilor
computerizate nu implic ă utilizarea unei mari cantități de material, rezultând costuri mult mai
mici în situația simulării în timp real a schemelor electrice1.
Ca un exemplu de importanță a apariției PLC -urilor putem aminti industria de aut omobile
care a simțit nevoia de a introduce aceste dispozitive pentru a elimina costul mare al
materialelor utilizate in construcția mașinilor, și anume al panourilor cablate, neflexibile, cu
relee. Divizia Hydramatic a Corporației General Motors s -a preoc upat de elabora rea
specificațiil or de proiectare pentru primul controler logic programabil in 1986 , dorind să
obțină un sistem numeric fiabil și flexibil care să se poată adapta cu ușurință mediul ui
industrial, care ar putea fi ușor de programat și mai ales de întreținut de către personalul din
uzină si care ar putea fi reutilizabil; această problemă s -a ridicat din pricina faptului că de
fiecare dată când era schimbat modelul de mașină, sute de panouri cablate cu relee erau
aruncate la gunoi.

1 Despre PLC -uri – URL: http://www.plc.prosoftware.ro/ [quote 20.05.2012]

4
Astfel, putem concluziona că aparția PLC -urilor a reprezentat o necesitate evidentă, fiind,
printre altele, o metodă de a reduce riscurile apariției defecțiunilor, de a reduce costurile și
materialele utilizate inutil pentr u monitorizarea, controlul sau chiar fabricarea diverselor
mașini. Cu toate că acestea au fost utilizate pentru prima oar ă în urmă cu aproximativ
jumătate de secol, reprezintă în continuare un domeniu în continuă expansiune, atât din punct
de vedere al teh nologiei de fabricație, al performanțelor pe care le poate atinge, cât și din
punct de vedere al domeniilor de utilizare.
Motivația alegerii acestui subiect este reprezentat ă întocmai de interesul pentru evoluția
acestui dispozitiv în timp și de importanț a utiliz ării PLC-urilor în domenii vaste, având
funcții precum cele de timer (cronometru), counter (numărător) etc., fiind util atât în sectorul
industrial cât și în alte sectoare, precum domotica (rolul fiind de a colecta date de la diverși
senzori : de temperatură, umiditate,… și să fie capabil să ia diverse decizii funcție de ceea ce
a fost programat să execute în urma achiziționării informațiilor : să pornească
ventilatorul,…).

5

2. Definirea termenilor utilizați

2.1. PLC ( Programmable logic controller )

Orice sistem sau mașină dispune de un controler. Depinzând de tehnologia utilizată
pentru fabricarea acestora, controlerele pot fi de mai multe tipuri:
– pneumatice,
– hidraulice,
– electrice ,
– electronice.
Deseori însă, este utilizată o combinație între ace ste diferite tehnologii, rezultând
controlere mai performante, cu dimensiuni și costuri mai reduse, cu funcții diversificate,…
Din punct de vedere al diferențierii între tipurile de controller -e obținute, acest lucru se
poate face după numărul conductoa relor și posibilitatea de a le reprograma; astfel, pot exista
două tipuri principale de controller -e:
– controlerele cablate, greu de accesat și modificat ;
– controlerele logic programabile , facil de modificat .
Primele se caracterizează prin faptul că reprogramarea de către utilizator este imposibilă
(ex: mașina de spălat, camera video, autovehiculele). In cazul in care utilizatorul
trebuie/poate sa modifice diverse componente de program, s ă optimizeze sau extind ă
utilizarea controlerelor , să seteze co ntoare ș i cronometre etc. , atunci este nevoie de un
controller care sa aib ă suportul programului intr -o memorie electronic ă așa cum are PLC -ul.
Un PLC ( Programmable Logic Controller) este un dispozitiv inventat pentru a înlocui
circuitele cu relee din tabl ourile de automatizare ale mașinilor, fiind proiectat în așa fel încât
să reziste la condiții severe de lucru, să aibă imunitate la zgomot electric și rezistență la
vibrații sau impact; el este un mic computer cu un microprocesor folosit pentru
automatizar ea proceselor , cum ar fi controlul unui utilaj intr -o linie de asamblare .

6

Fig. Exemplu de PLC oferit de firma Moeller ( quote 20.05.2012, URL: http://www.moeller.ro/ro/detalii –
produse -solutii/Automate_compacte/19 )
Programul unui PLC poate controla secvențe comple xe și este scris, de regulă, de către un
inginer. Programul este apoi salvat in memoria EEPROM (Electrically Erasable
Programmable Read-Only Memory – este un tip de memorie nevolatilă folosită în
calculatoare și alte echipamente electronice pentru a stoca date ce trebuie să persiste și după
întreruperea alimentării cu curent ). PLC-ul este destinat medii lor industriale eterogene,
putând fi programat cu ușurință ( fără a avea aptitudini speciale în programare ) și având la
dispoziție softuri de programare facil de înțeles (unele folosind chiar principiul drag -and-
drop).
Una dintre definițiile acceptate pentr u PLC -uri este oferită de N.E.M.A. (National
Electrical Manufacturers Association), care definește PLC -ul (controlerul programabil) ca
fiind un “ aparat electronic operat digital, conceput pentru mediul industrial, care folosește
o memorie programabilă pentru stocare internă de instrucțiuni, pentru a implementa
funcții specifice, cum ar fi funcțiile logice, secvențiale, de cronometrare, funcții de
numărare și aritmetice, menite a controla prin intermediul modulelor de intrare/ieșire
digitale sau analogice, diferite tipuri de mașini sau procese ” 2.
O altă definiție a PLC -urilor, preluată din EN 61131 -1 (IEC 61131 -1), venită în
completarea definiției precizate mai sus, este aceea conform căreia “atât computer -ul cât și
perifericele asociat e acestuia sunt construite în așa fel încât să poată fi integrate cu ușurință
unui sistem de control industrial și să poată fi manipulat cu ușurință in toate cazurile pentru
care a fost proiectat”.

2 Definire PLC, URL : http://www.suffolk -automation.co.uk/uploads/pdfs/LOGIC_CONTROLLERS.pdf [quote
21.05.2012]

7
Astfel, încă din definiții se poate observa faptul că PLC -urile trebuie să îndeplinească
anumite condiții (de fabricație, programare, utilizare, implementare, etc) , considerate avantaje
ale acestora . Dintre acestea, menționăm3 4:
• Flexibilitate . Un PLC poate executa mai multe operații diferite, iar modificările se
realizează la nivel software și sunt mai ușor de implementat decât modificările la
nivel hardware.
• Siguran ță. Dispozitivele electronice sunt mai sigure si mai ușor de intreținut decât
temporizatoarele si releele mecanice.
• Cost scăzut . Avant ajul PLC -urilor provine din capacitatea sistemelor numerice de a
realiza mai multe funcții complexe la un cost mai scăzut (datorită reducerii
materialelor utilizare, a eliminării unor echipamente din scheme,…).
• Documentarea . Echipamentul de programare a PLC -urilor poate furniza o listare
imediată a circuitului de control curent.
• Numărul de conductoare necesare este redus cu aproximativ 80%
• Reducerea consumului , deoarece PLC -urile consumă mult mai puțin decât releele
• Detectare rapidă și ușoară a erorilo r (și simplitate în utilizarea funcției de detecție)
• Secvențele de operare se pot modifica sau înlocui din program cu ajutorul unui
PC,…

Se poate concluziona că flexibilitatea , insensibilitatea la perturbații sau reducerea
numărului de cabluri sunt printre principalele caracteristici ale automatelor prog ramabile și
nu numai .
Principiul de funcționare de la baza unui automat programabil este următorul: verifică
starea intrărilor și, în funcție de acest ea, activeaz ă sau dezactivează ieșirile. Utilizatorul
introduce un program, prin intermediul unui software, care face ca automatul să dea
rezultatele dorite.

3 Despre PLC, Scribd [online][quote 21.05.2012], disponibil la URL:
http://www.scribd.com/catatu/d/43626814 -Curs -PLC
4 Despre PLC, [quote 21.05.2012], disponibil la URL:
http://www.robotics.ucv.ro/flexform/aplicatii/m2/Stanciu%20Verona%20 -%20Automate%20programabile/

8

Fig. PLC -ul ca parte componentă a unui sistem de control (din M.A. Laughton ș.a., “Electrical Engineer’s
Reference Book”, ediția a 16 -a, Ed. Elsevier Science, 2005, p.511 )

Atribu țiile de baz ă ale PLC -urilor implic ă interconectarea semnalelor de intra re
corespunz ătoare unui program: de exemplu, dacă valoarea este “adevarat”, s ă fie capabil să
acționeze ie șirea corespunz ătoare acelei intrari. Algebra b oolean ă este cea care formează baza
acestor opera ții, fiind capabil ă să recunoas că două stări ale varia bilelor: 0 sau 1 .
Astfel, u n automat programabil (PLC) are mai multe intrări, prin intermediul cărora
interpretează stări logice „înalte” (1 logic) , respectiv „joase” (0 logic) , stări transmise de
senzori și comutatoare. De asemenea, există mai mulți terminali de ieșire, prin intermediul
cărora dispozitivul transmite semnale „înalte” sau „joase” către contactoare, motoare, lămpi,
sau orice alte dispozitive ce pot fi controlate prin intermediul semnalelor de tip
„închis/deschis”. În încercarea de simpli ficare a modului de programare a PLC -urilor,
limbajul de programare a fost proiectat astfel încât să semene cu diagramele ladder . Astfel, un
inginer sau elec trician obișnuit cu citirea diagramelor ladder, se poate adapta relativ ușor
mediului de programare a PLC -urilor pentru realizarea acelorași funcții de control5.
“Ceea ce diferenț iază un PLC de alte computere este faptul c ă este prev ăzut cu
intrări/ieșiri către senzori si relee. PLC-urile citesc starea indicatoarelor (senzorilor) de

5 Despre PLC, [quote 22.05.2012], disponibil la URL: http://www.circuiteelectrice.ro/electronica –
digitala/logica -ladder/automate -programabile -plc

9
temperatur ă, de poziț ie ș.a. și pot să comande motoare elect rice, pneumatice sau
hidraulice,etc ”6.
In prezent, diferența dintre un computer programabil de un PLC este tot mai greu de
observat, deoarece acestea funcționează și împart până la un anumit punct atribuțiile . Un
calculator supervizor comunică cu PLC -urile individuale printr -o rețea locală (LAN – local
area network) pentru a coordona activitățile lor. Un motiv pentru impunerea acestei tendințe
este programul deosebit de complex cerut pentru a controla un sistem centralizat cu un PLC
de dimensiuni mari (în cazul celor folosite în sectorul industrial). Pentru procese care
presupun fabricarea mașinilor, împachetare, manevrarea materialelor, asamblare automată,
sau multe alte domenii,PLC -urile sunt cele mai indicate. În cazul în care nu exis tă o
asemenea automatizare, procesul nu are randament maxim. Aproape toate aplicațiile care
necesită un tip de control electric au nevoie de un PLC.
În cazul PLC -urilor de dimensiuni mai mici, necesitatea utilizării computerului se
limitează doar la imple mentarea programului și testarea funcționării acestuia până la
montarea finală.

2.2. HMI ( human – machine interface )

HMI -urile, după cum arată și numele, reprezintă o interfață care permite interacțiunea
dintre om și mașină . De asemenea, reprezintă un mediu pentru schimbul de informații și
comunicare mutuală între sisteme electromecanice și utilizatorul uman, permițând
îndeplinirea sarcinilor prin intermediul unor imagini pe display sau prin intermediul
butoanelor de pe consolă .
Domeniul de aplicabilitate al acesteia este unul foarte variat, putând fi întâlnit atât la
telefoanele mobile cât și în panourile de control din fabrici.
HMI -urile conțin două module. Un modul de intrare (input) prin care dispozitivul preia
comenzi (îi sunt implementate funcțiile necesare), având diferite forme: tastatură,
întreruptoare, joystick -uri sau chiar touch -screen. Cel de -al doilea modul este cel de ieșire
(output), care permite afișarea stării dispozitivelor aflate sub controlul său (prin intermediul
mesajelor afișate pe ecran) sau care permite comandarea în spațiul fizic a dispozitivelor.

6 Despre PLC , URL: http://www.automatizari -scada.ro/html/ce_este_scada__ce_este_modbus_.php

10
De asemenea, u n HMI elaborat, poate fi conectat la o baz ă de date pentru realizarea de
grafice în timp real, pentru analiza datelor, proceduri de întreținere planificate, scheme
detaliate pentru un anumit senzor sau utilaj, precum si me tode de depanare a sistemului. Încă
din anul 1998, majoritatea prod ucatorilor de PLC ofera sisteme HMI integrate, cele mai
multe folosind sisteme de comunica ție ș i proto coale deschise, neproprietare, m ajoritatea
sistemelor HMI oferind compatibilitate cu PLC -urile.

Fig. Exemplu de HMI (human machine interface), având atât posibilitatea utilizării sale sub formă de touch –
screen cât și de folosire a butoanelor de pe consolă ( imagine disponibilă la URL:
http://www.delta.com.tw/product/em/control/touch_hmi/control_touch_hmi_product.asp?p id=3&cid=2&itid=
5)

2.3. Domotică

Domotica reprezintă una din numeroasele funcții ale calculatoarelor și roboților, folosite
în acest caz pentru aplica ții casnice. Este un cuvânt compus , format prin alipirea cuvintelor
domus (provenit din latină , însemnând casă) și informatică .
Termenul de domotică (sau principiul de “casă inteligentă”) este relativ recent,
descriind totalitatea elementelor de automatizare cuprinse într -un spațiu, cu rolul de a
îmbunătăți performanțele aparatelor electrice dar și de a spori confortul și siguranța
posesorilor de “case inteligente”. Desigur, se poate considera faptul că și existența unor
prize programabile, a unor alarme inteligente sau a unor sisteme de iluminație pe bază de
senzori pot reprezenta elemente de automatizare, însă, principiul de domot ică înseamnă
mai mult, cuprinzând și elementul de centralizare al tuturor activităților într -un singur
dispozitiv, acesta fiind sistemul PLC -HMI.
O casă dotată cu un astfel de sistem va fi capabilă (prin intermediul sistemului integrat
menit a proteja obiectivul pe care îl are sub control) să facă singură diverse operațiuni: poate
să sune la poliție sau la pompieri , cu multă ingeniozitate fa ță de sistemele cu alarmă normală.

11
Din punct de vedere al funcționării sistemel or domotice , acestea trebuie să colecteze date
de la diver și senzori și să facă diferite operațiuni, cum ar fi: ajustarea luminii și selectarea
melodiilor preferate de fiecare membru al casei, atunci când e i intră sau pleacă din camera
personală.
Termenul de domotică7 este asociat setului de elemente care, după ce au fost instalate,
interconectate, iar controlul lor este automatizat, eliberează utilizatorul de rutina zilnică de a
face diverse activități și, în același timp , oferă un control optimizat asupra confortului,
consumului energetic, securității și comunicațiilor. Au fost identificate, astfel, trei tipuri de
elemente de domotică, apte să satisfacă aceste cerințe:
– Senzori;
– Dispozitive d e comandă/ acționare;
– Controlere.
Senzorii, denumiți și receivers (receptori), reprezintă elemente care primesc informații din
atmosferă (de exemplu, variabile precum luminozitate, temperatură,…), din activitatea umană
obișnuită (cum ar fi mutarea dintr -o cameră în alta – senzori de mișcare,…). Clasa senzorilor
cuprinde elemente precum: senzori de temperatură, luminozitate, senzori de fum, de gaz, de
mișcare, ș.a.
Dispozitivele de comandă reprezintă elemente care primesc o comandă de activare sau
dezactivare. Mai explicit, se referă la acțiuni precum aprinderea/stingerea luminii, ridicarea
sau coborârea jaluzelelor. Ca și în cazul senzorilor, există o mare varietate de dispozitive,
cuprinzând elemente precum sistemul de î ncălzire, aerul condiționat, ac ționarea jaluzelelor,
alarma acustică sau vizuală.
In cele din urmă, controlerele sunt cele care au menirea de a procesa informația primită de
la senzori și, conform programului implementat în acestea, să activeze sau dezactiveze
dispozitivele de comandă.
De asemenea, elementele de domotică sunt grupate funcție de zona pe care o
manageriază , putând exista mai multe clasificări . Astfel, putem avea de -a face cu elemente de
confort termic, de control al iluminării, controlul și paza obiectivului sau controlul
consumului energetic. O altă clasificare, identifică șa se trăsături caracteristice ale
domotic ii8:

7 A.I.M. Díaz , M.Á.R. Duque , M.O. Cantero , “Virtual reality for teaching domotics ”, in International Conference
Applied Computing , La Mancha, Spania, 2004
8 Despre domotică, [quote 22.05.2012], disponibil la URL: http://smarthomeshack.com/domotica -2/

12
– Organizarea (semnificând aprinderea/stingerea luminii când este nevoie)
– Comunicarea (comanda și controlul prin internet sau telefon mobil a întregii case)
– Relaxarea (sisteme audio -vizuale adaptate cerințelor, muzică ambientală,…)
– Comfortul (asigurarea temperaturii potrivite)
– Economisirea (coborârea sau ridicarea jaluzelelor pentru crearea confortului termic,
fără a porni instalații de climatizare)
– Securitatea (identificată sub forma sistemelor de alarmă).
“ Din punct de vedere tehnic, un sistem domotic primește info rmații și emite
comenzi. T ransferul datelor se bazează pe un suport fizic (în general) și pe un protocol de
comunicare (un set de reguli pe care două dispozitive trebuie să le respecte atunci când
comunică/transmit date între ele ).
În funcție de suportul d e transmisie al datelor putem găsi:
• Instalația electrică din locuință : în această situație, comenzile de control al e aparatelor
electrocasnice sunt suprapuse curentului electric din prizele obișnuite din casă;
• Cablu coaxial: în acest caz , controlul aparatelor electrocasnice este realizat printr -o
rețea de cablu ri special instalată pentru elementele de domotică ;
• Fără fir: caz în care nu se poate vorbi de o rețea fizică, transmiterea comenzilor fiind
realizată prin unde radio, eventual în in fraroșu .
Pentru ca un sistem domotic să fie complet, trebuie cel puțin un emițător, un controlor și
un receptor (aparatul controlat). Receptorii primesc și execută comenzile trimise de
emițătoare sau de controlori (comenzi pre -programate). Ca urmare a come nzilor primite de
receptori, aparatele conectate execută acțiuni de genul „START”, „STOP” sau „comanda
variabilă”.9

9 Domotică [quote 23.05.2012], disponibil la URL: http:/ /www.piko -domotique.com/ro

13

Fig. Exemplu de aplicații ce defines c termenul de domotică (preluată de la URL:
http://www.piko -domotique.com/ro )

3. Istoric

Pornind de la structura unei linii de producție automatizată din anii ’60, se poate
constata faptul că suprafața pe care aceasta o ocupa, dar și numărul de cablur i electrice
utilizate pentru control erau cu mult mai mari decât ceea ce putem observa în prezent.
Motivația acestui fapt este simplă: existența unui număr crescut de relee electromagnetice
(unele scheme putând conține chiar și peste o sută de relee de dif erite tipuri) care realizau
munca întregului sistem de automatizare . De asemenea, o linie de producție automatizată din
acea perioadă presupunea existența unui număr mare de persoane specializate în punerea în
funcțiune a aparatelor, în întreținere, depan are,… (inginerii se ocupau de concepția logică a
schemelor, pe când electricienii trebuiau să o implementeze corespunzător).
Necesitatea apariției unor echipamente mai reduse ca volum și mai simplu de
implementat a survenit din pricina faptului că a utomat izările au ajuns să ocupe un cadru
foarte larg în industrie si nu numai.
Întrucât atât în industrie cât și în alte domenii activitățile au caracter repetitiv și sunt
bine delimitate și definite funcție de diverși parametrii (cum ar fi temperatura sau viteza de
lucru), tendința a fost de atribuire a acestor activități unor mașini capabile să comande și
controleze întregul proces. Inițial, instalațiile utilizate erau ac ționate manual, parțial sau total,
însă ulterior (dup ă apariția circui telor digitale ) s-a trecut la un dispozitiv capabil să ia singur
decizii, funcție de anumiți parametri denumit controller. Acest dispozitiv poate citi datele
furnizate de instalația pe care o are sub control prin intermediul porturilor de intrare și poate

14
transmite mai departe instrucțiuni prin intermediul porturilor de ieșire , având avantajul atât al
dimensiunilor reduse cât și al costurilor reduse (pentru aplicațiile industriale, costul de
fabricație este redus întrucât piesele sunt destinate producției d e serie) . Prin evoluția
controller -elor, s -a dezvoltat conceptul de microcontroller, având avantaje atât dimensionale
cât și de aptitudini de comandă și control mai inteligent. Însă din pricina problemelor pe care
le ridică dimensiunile reduse (de protecți e, de montaj imperfect care poate determina apariția
rezistențelor parasite, de imposibilitatea reparării componentelor care cedează din cauza
faptului că sunt capsulate), a apărut necesitatea proiectării unui sistem capabil să poată fi
folosit direct în f orma în care se găsește, în tablouri.
“Astfel, PLC-urile au ap ărut la sfâr șitul anilor `60 în industria de automobile. Bedford
Associates (Bedford, MA) a propus unui produc ător din Statele Unite de autoturisme un
dispozitiv denumit Modular Digital Controller (MODICON) , preluat și dezvoltat ulterior și
de alte companii care au introdus propriile lor variante ; ca și acronim, acesta s -ar traduce
prin „controler digital modular”. Acesta a devenit mai târziu și numele diviziei care se ocupa
cu proiectarea, realizarea și vânzarea acestor calculatoare de control special”10.
Ulterior , acest dispozitiv a primit denumirea de PLC (Programmable Logic
Controller), având ca denumire echivalentă cea de automat programabil. “Scopul unui PLC a
fost de a înlocui releele electromecanice ca și elemente de logică, locul lor urmând a fi luat de
calculatoare digitale semiconductoare. Un program stocat în memoria calculatorului este
capabil să simuleze funcții logice realizate înainte prin interconectarea unui număr mare de
relee electromecanice. Astfel , s-a ajuns la performanț a schimb ării schemelor de comand ă de
la aproape o lună la câteva zile. ”11
In anul 1990 , piața de producători de PLC -uri a avut o expansiune, exist ând mai mult
de o mie de firme specializate , fiecare având implementat limbajul Ladder Diagram si nu
numai. Cele mai cunoscute firme producatoare de automate programabile sunt Mitsubishi
Electric, Siemens, Moeller,Schneider, Telemecanique, Omron, General Electric.

10 http://www.circuiteelectrice.ro/electro nica-digitala/logica -ladder/automate -programabile -plc
11 http://www.circuiteelectrice.ro/electronica -digitala/logica -ladder/automate -programabile -plc

15

Fig. Evolutia sistemelor de control de la sfarsitul secolului 19 (preluat din IEC 61131
Control Languages, ABB Automation Products AB, October 2001 , p.11 )

În paralel cu PLC -urile, necesitatea ilustr ării diverse lor stări și/sau parametri ale
echipamentului pentru operatorul uman a crescut, ducând la dezvolta rea mijloace lor de
semnalizare vizuale și auditive, cum ar fi lămpi și becuri, afișaje cu led -uri și ulterior
display -uri cu cristale lichide însoțite de diverse butoane. De asemenea, a apărut
necesitatea de a contopi cele două părț i; astfel, au fost introduse ecranele
senzoriale (touch -screen), ce ofereau posibilitatea de a vizualiza și acționa sistemul prin
simpla atingere a ecranului. La început au fost monoco lore, apoi având rezoluție și suprafață
mărită, ajungând la soluția în care display -urile de tip touch -screen sunt atașate de automate le
programabile .

16

4. Avant ajele si dezavantajele utilizării PLC -urilor

Avantajele lucrului cu automatele programabile sunt urmatoarele12:

• flexibilitate : Prin intermediul automatelor programabile este posibilă conducerea
concomitentă a mai multor dispositive folosind un singur automat programabil.
Fiecare dispozitiv va avea programul său care va rula pe automatul programabil;
• implementarea schimbărilor și corecția erorilor : Prin utilizarea automatelor
programabile schimbările sau corecțiile pot fi efectuate foarte ușor în program și
într-un timp mult mai scurt;
• dimensiuni și cost redus13: la acest cost s -a ajuns in decursul timpului și astfel
poate fi achiziționat un automat cu numeroase timere, numărătoare si alte funcții
la sume rezonabile ;
• posibilit ăți de testare : programul poate fi rulat si evaluat înainte de a fi instalat pe
automat pentru a realiza conducerea dispozitivului. Astfel, pot fi evaluate cu
costuri foarte mici erorile care apar , precum si posibilit ățile de îmbun ătățire a
programului;
• viteza de operare este un alt avantaj. Viteza de operare este dependent ă de timpul
de scanare al intr ărilor, timp care î n prezent este de domeniul milisecundelor;
• modul de programare : prin introducerea diagramelor ladder, respectiv a metodei
boolee ne de programare , a fost facilitat accesul la mediul de programare si pentru
cei care nu au cuno științe deosebite în domeniul program ării;
• documentare : este posibil ă o foarte bun ă documentare a programelor prin
inserarea de comentarii în spa țiile alocate acestora , facilitând astfe l continuarea și
depanarea acestora de c ătre al ți programatori;
• securitatea : marit ă, datorit ă modului de lucru cu procesul.

12 http://www.robotics.ucv.ro/flexform/aplicatii/m2/Greculescu%20Aura%20Camelia%20 –
%20OPTIMIZAREA%20ORGANIZA RII%20PRODUCTIEI%20PRIN%20UTIL IZAREA%20AUTOMATELOR%20PROGRA
MAB ILE/
13 http://electronics.howstuffworks.com/microcontroller1.htm

17
Dintre dezavantajele lucrului cu automate programabile putem men ționa14:
▪ aplica ții “ fixe”: unele aplica ții nu au nevoie de automat e programabil e datorit ă
gradului foarte mic de complexitate , neexistând astfel necesitatea achizi ționă rii unui
automat programabil relativ sofisticat;
▪ probleme de mediu : în unele medii exist ă temperaturi ridicate sau alte condi ții care
pot duce la d eteriorarea automatelor programabile astfel c ă acestea sunt greu sau chiar
imposibil de utilizat;
▪ func ționare “ fixă”: dacă nu apar schimb ări în cadrul procesului de multe ori ,
folosirea automatului poate fi mai costisitoare decât alte metode ;

5. Domenii de utilizare si aplica ții ale PLC -urilor

PLC-urile sunt utilizate, în zilele noastre, în domenii din ce în ce mai variate, în unele
cazuri devenind chiar standard industrial. Printre acestea menționăm următoarele domenii15:
– în industria de automobile (controlul aprinderii/motorului, climatizare, diag noză,
sisteme de alarmă, etc.). Ca un exemplu, numai la nivelul anului 1999, un BMW
seria 7 utiliza 65 de microcontrolere, iar un Mercedes din clasa S utiliza 63 de
microcontrolere;
– în așa zisa electronică de consum (sisteme audio, televizoare, camere video și
videocasetofoane, telefonie mobilă, GPS -uri, jocuri electronice, etc.) ;
– în aparatura electrocasnică (mașini de spălat, frigidere, cupt oare cu microunde,
aspiratoar e);
– în controlul mediului și climatizare (sere, locuințe, hale industriale);
– în industria aerospațială ;
– în mijloacele moderne de măsurare – instrumentație (aparate de măsură, senzori și
traductoare inteligente);
– la realizarea de periferice pentru calculatoare ;
– în medicină .

14 http://www.robotics.ucv.ro/flexform/aplicatii/m2/Greculescu%20Aura%20Camelia%20 –
%20OPTIMIZAREA%20ORGANIZARII%20PRODUCTIEI%20PRI N%20UTIL IZAREA%20AUTOMATELOR%20PROGRA
MAB ILE/
15 http://retele.elth.ucv.ro/Bratu%20Cristian/MAP/016%20 -%20Laborator%20001%20 -%20MAP%20 –
%20Microcontrolerul.pdf

18
Ca aplicații ale PLC -urilor în diverse situații, menționăm16:
1. Controlul mișcă rii
Modulul de control al miș cării are rolul de a simula legile de miș care cât mai pre cis,
de a controla pozi ția și viteza de funcționare , fiind foarte des folosite in construcția lifturilor,
in robotic ă, etc.
2. Controlul p roces ării semnalelor analog ice
PLC-ul poate realiza conversii digital -analog si analog -digital cu ajutorul
intrărilor/ie șirilor (I/O) analog ice. Aceasta func ție este folosit ă în situa ții în care trebuie
măsurate temperaturi, etc.
3. Procesarea datelor
PLC-urile din noile genera ții pot face opera ții matematice (precum adunare a,
scăderea, înmulț irea sau împărț irea), opera ții cu matrici, opera ții cu func ții, opera ții logice,
etc. sau pot colecta datele, le pot analiza, procesa și apoi transmite c ătre alt dispozitiv.
4. Conectarea în rețea
PLC-urile pot comunica cu alte PLC -uri, cu module I/O la distan ță și se pot constitui
în server -e de conectare de forma DCS cu alte dispo zitive inteligente.
Pentru a demonstra atât importanța cât și utilitatea PLC -urilor în industrie, am ales
câteva exemple de funcț ii îndep linite cu succes de către acestea17:
* în industria alimentar ă:
a)Sisteme de control pentru diverse masini -unelte:
– controlul temperaturii,
– controlul presiunii,
– controlul vidului

16 http://www.academypublisher.com/proc/iwisa09/papers/iwisa09p51.pdf
17 http://www.academypublisher.com/proc/iwisa09/papers/iwisa09p51.pdf ()

19
– alegerea succesiunii operaț iilor
– controlul nivelului
-controlul PH -ului
– controlul vitezei
– tăiere controlat ă
-sistem de refuzare in cazul etichet ării gre șite
b)Sisteme de dozare :
– sisteme de co ntrol pentru amestecare continuă
– sisteme de amestecare si dozare
-controlul pompelor si valvelor
c) Manevrarea materialelor :
– sisteme pneumatice de transport
– sisteme de transport al e produselor
– pozitionarea materialelor

20
6. Părțile componente și funcționarea PLC -urilor
6.1. Părțile componente
PLC-urile sunt alcătuite în principal din unitatea centrală de procesare (CPU= central
processing unit), zona de memorie și diverse circuite care pot manevra unitatea de intrări și
ieșiri de date. Unitatea centrală coordonează activitățile PLC -ului și execută programul de
control în memorie, starea procesului fiind monitorizată și testată prin intermediul uni tății de
intrări/ ieșiri. Programarea PLC -urilor se face în mod normal, cu ajutorul unei “stații
inginerești” ( aceasta realizează funcțiile de configurare și întreținere a sistemului de operare,
în ea se pastrează programele de sistem si codurile inițiale ale programelor aplicate ). În urma
compilării, programul este încărcat în unitatea centrală, apoi mutat în memorie cu ajutorul
unui canal serial sau printr -o rețea locală (LAN).

Fig. Părțile componente ale unui PLC (preluat din IEC 61131 Control Languages, ABB Automation
Products AB, October 2001, p.19 )

Unitatea central ă de procesare : reprezintă “creierul” care coordonează toate
activitățile și care îndeplinește toate operațiunile specificate în program. Aceasta conține

21
micropr ocesorul și are rolul de a interpreta semnalele de intrare și de a trimite comenzi sub
forma unor semnale de ieșire.
Stația inginerească18 : prin intermediul acesteia este implementat programul în
memoria procesorului. Programul este creat pe această platf ormă, apoi implementat în
memoria microprocesorului.
Memoria : reprezintă componenta în care se găsește programul cu instrucțiunile pe
care PLC -ul trebuie să le realizeze .
Unitatea de intrări/ ieșiri: “reprezintă locul în care procesorul primește informații de
la dispozitive externe și transmite informații către dispozitive externe , făcând astfel legătura
dintre sistem și componentele externe . Astfel, semnalul de intrare se poate obține de la
întreruptoare sau diverși senzori (de temperatură, lumin ă,…), iar ieșirile pot fi către motoare,
etc. De regulă, dispozitivele de intrare sau ieșire se clasifică după semnalele trimise ca fiind
discrete, digitale sau analogice. Primele două sunt cele reprezentate de semnalele “pornit” sau
“oprit”. Dispozitivele digitale pot fi considerate dispozitive discrete care oferă o secvență de
semnale “pornit/oprit”. Dispozitivele analogice oferă semnale proporționale cu mărimea
variabilei monitorizate. Ca exemplu, un sen zor de temperatură poate oferi o tensiune
proporțio nală cu temperatura obținută de acesta ”19. In general, cele mai folosite module de
intrare/ieșire sunt cele in curent continuu (DC) cu nivelul semnalului de 24 sau 48 V, dar pot
exista și module cu intrări și ieșiri în curent alternative, cu nivelul semnal ului cuprins între
110 si 220V.

Fig. Semnale de tip: a) discret ; b) digital; c) analog (preluat din W. Bolton , Programmable Logic
Controllers, fifth edition, Ed. Elsevier, 2009, p.5 )

18 http://www.isystemsautomation.com/ro/technology/ovation/index.php
19 W. Bolton , Programmable Logic Controllers, fifth edition, Ed. Elsevier, 2009, p.4 -5

22
6.2. Principii de bază în funcționarea PLC -urilor
Principiul de funcționare al unui PLC se bazează pe scanarea permanentă a intrărilor și
ieșirilor sale. Procesul de scanare prezintă mai multe etape, în funcție de complexitatea PLC –
ului utilizat; de regulă, 3 etape sunt de bază, fiind urmate de alte etape secundare (se acceptă
existența a încă 7 etape20):
• Prima etapă constă în testarea intrărilor . În acest stadiu , PLC -ul scanea ză fiecare
intrare în parte, pentru a putea stabili stăril e ON (pornit) sau OFF (oprit) pe care
acestea le pot prezenta, verific ându -se dacă senzorii sau întreruptoarele conectate la
intrări sunt activate sau nu. Informația culeasa pe parcursul acestui pas se stochează în
memorie, urmând a fi utilizat ă ulterior.
• Cea de -a doua etapă presupune execuția efectivă a programului . În acest stadiu,
PLC-ul execut ă program ul implementat pas cu pas, pornind de la prima instrucțiune și
coborând spre ultima. Ca rezultat, se poate activa una sau mai multe ie șiri sau se pot
stoca informații în zone specifice în memorie, urmând ca acestea sa fie utilizate în
pasul următor.
• În cea de -a treia etapă, PLC -ul verific ă și set ează ieșiril e (în cazul în care este
nevoie, le modifică starea pe baza informațiilor obținute de la pașii anteriori). După
execuția acestei etape, PLC-ul reia ciclul de la capăt, într -un timp denumit timp de
scanare.

20 http://www.scritube.com/tehnica -mecanica/Definirea -notiunii -PLC15311.php Ciclu de scanare al PLC -ului Citire intră ri
Programul PLC -ului
schimbă starea
ieșirilor după
examinarea intrărilor
Stabilirea unor
noi stări pentru
ieșiri în urma
implementării
noilor stări, PLC -ul
ia o pauză pentru
examinări finale

23
În afară de aceste etape de bază, se pot identifica și următoarele componente ale
ciclului de programare si execuție:
• stocarea în memorie a rezultatelor par țiale sau a stă rii intră rilor și ieșirilor
(programele ce au un grad de complexitate ridicat sunt stocate într -o memorie separată
temporar)
• înregistrarea valorilor de reper si transferarea acestora c ătre proces ;
• implementarea unor funcț ii de calcul aritmetic (cum ar fi radicalul, funcții
trigonometrice, incrementare sau decrementare, etc.)
• realizarea dialogului de exploatare (dialoguri om-mașină cu rol de a
regla/depana/conduce mașina, cu ajutorul butoanelor, elementelor de semnalizare acustică
sau vizuală, etc);
• realizarea dialogului de supervizare (întregul process este condus și supervizat de
la un punct de comandă și dialoghează cu perifericele sistemului) ;
• realizarea dialogului de programare (modificarea programului – datorat evoluției
procesului – presupune existența dialogului de programare prin intermediul unui calculator,
legătura dintre dispozitivele de programare și PLC fiind realizate printr -o linie de
comunicație serială) ;
• realizarea dialogului cu elementele periferice (cum ar fi i mprimantele , utilizate la
printarea informațiilor din memoria PLC -ului și astfel, facilitarea procesului de monitorizare
a liniilor de program) .

24
CAPITOLUL II – DESCRIEREA APARATELOR UTILIZATE

1. Introducere

Întrucât tehnologia este într -o continuă schimbare, și astfel, într -o continuă evoluție,
necesitatea echipamentelor performante , economice și ușor adaptabile oricăror condiții,
medii sau cerințe este din ce în ce mai evidentă. De aceea considerăm că domeniul
selectat pentru a fi examinat în prezenta lucrare, și anume domotica, este un domeniu
interesant din punct de vedere al posibilității evidențierii evoluției tehnologiei (atât din
punct de ved ere al echipamentelor, cât și din punct de vedere al aplicațiilor ce pot fi
implementate).
Astfel, în vederea susținerii celor enunțate, proiectul se bazează pe automatizarea unui
apartament, cu luarea în calcul mai exact a sistemului de iluminat, a siste mului de alarmă,
controlul temperaturii, introducerea unui program de trezire și a unui program de
“vacanță”, cu rol de a proteja apartamentul.

Electrovalvă
HMI și PLC Termostat
Contactor, relee,
alarmă, LED,
rezistoare Tabloul de
siguranțe Electrovalvă Senzor mișcare Termostat
Radio pentru
trezire

25

Imaginea cuprinde o parte din echipamentele utilizate, urmând să fie prezentate în
detaliu atât acestea cât și alte echipamente în subcapitolele ce urmează . Astfel, avem :
1 – PLC
2 – contactor
3 – relee
4 – cabluri de alimentare
5 – LED -uri
6 – senzor de mișcare
7 – aparat de măsură
8 , 8` – instrumente adiacente (șurubelniță autofiletantă, patent,…)

8

4 2
8` 1
7 6
3
5

26
2. PLC seria XC 3 – firma Xinje Electronic Co.

2.1. Caracteristici

Controller -ele programabile din această serie au următoarele caracteristici:
– pot suporta implementarea a două tipuri de limbaje de programare , atât separate cât și
in combinație (atât limbajul grafic tip Ladder – schemă cu relee – cât și un limbaj care
permite exprimarea secvențelor de pa și pentru un automat, denumit Sequential
Func tion Chart = SFC );

Fig. Exemplu diagram ă tip Ladder
– dispun de funcții de bază complexe (instrucțiuni de transfer de date, de comparare,
instrucțiuni aritmetice sau logice, schimb de informații cu alte dispozitive și alte
instrucțiuni cu timp de răspuns redus);
– pot realiza adresări indirecte (Avantajul este că pentru un cuvânt de lungime N, este
disponibil un spațiu de adresare de 2N. Dezavantajul este că execuția instrucțiunii
necesită două referiri la memorie pentru obținerea operandului, una pe ntru citirea
adresei operandului și alta pentru valoarea acesteia21)

– instrucțiuni de comunicare M odbus facile (“Modbus este este un protocol de
comunicație apropiat de utilizator, bazat pe o arhitectură master/slave sau
client/server. Protocolul este conceput pentru a fi folosit la PLC -uri. A devenit un
standard de comunica ție în industrie ș i este în prezent cel mai folosit la conectarea
tuturor dispozitivelor industriale. Motivele cele mai importante pentru utilizarea

21 http://users.utcluj.ro/~baruch/book_ac/AC -Moduri -Adr.pdf

27
acestuia s unt:
1. este un proto col deschis, cu documenta ție disponibil ă;
2. poate fi implementat într-un timp scurt (zile , nu luni) ;
3. lucreaz ă cu bi ți sau octe ți și în acest fel nu impune cerin țe deosebite
produc ătorilor ”22).

2.2. Date tehice
PLC-urile din seria XC -3 dispun de memorie internă tip FlashROM (cunoscută și sub
denumirea de EEPROM – electrically erasable programmable read -only memory ), ceas intern
de mare precizie și un număr de 48 de porturi de intrare/ieșire (2 8 porturi de intrare și 20
porturi de ieșire).
Denumirea PLC -urilor din seria XC se face astfel:

unde:
1 : denumirea seriei/ tipului de PLC (seria din exemplu: XC 3)
2 : numărul de porturi de intrare/ ieșire
3 : tipul de ieșire
– pe tranzistoare (T)
– pe relee (R)
– mixt (ieș irile Y0 și Y1 sunt tranzistoare, restul relee)
4 : sursa de alimentare
– E : 220 V c.a.
– C : 24 V c.c.
5 : ceas
– S : cu ceas și port COM RS485
– fără ceas și port RS485
Modelul utilizat pentru această lucrare este XC 3 – 48RT – E.

22 http://www.automatizari -scada.ro/html/ce_este_scada__ce_este_modbus_.php

28

Fig. Componentele principale ale PLC -ului XC3 – 48RT – E
1. terminale de intrare
2. port pentru conectare module de extindere
3. denumirea intrărilor
4. port COM
5. port COM
6. capac protecție porturi COM
7. denumirea ieșirilor
8. terminale de ieșire
9. șuruburi
10. LED de semnalizare alimentare intrări
11. port pentru conectarea modulelor de extindere
12. LED indicator : alimentare (PWR), rulare (RUN) și eroare (ERR)
13. LED de semnalizare stare ieșiri

29
3. HMI seria TH 465 – firma Xinje Electronic Co.23

3.1. Caracteristici și date tehnice

Din punct de vedere al performanțelor HMI -ului utilizat, putem aminti următoarele
caracteristici:
– Ale display -ului
o Ecran LCD cu dimensiunea de 4.3” (10.9 cm)
o 65536 culori, suportând astfel încărcarea imaginilor de format .bmp sau .jpg ,
cu o rezoluție de 480*272
o Dimensiunea, fontul, trăsăturile scrisului (bold, italic,…) se pot alege dintr -o
gamă variată, asemănătoare celei disponibile pe PC
o Timp de răspuns scăzut
– Ale manevrabilității
o Posibilitatea folosirii numeroaselor funcții: alarmă în timp real, istoricul
alarmelor active, diagrame în coordonate carteziene, …
o Posibilitatea simulării programelor atât online cât și offline
o Transfer de date rapid prin intermediul porturilor USB
o Posibilitatea implementării de animații
o Se poate utiliza timp de 50.000 ore (în condițiile funcționării permanente, la o
temperatură de 25oC)
o Memorie internă de 8 MB
– Ale comunicației

23 Date preluate din “User’s Manual of TH series HMI” al firmei Xinje Electronic Co., disponibil pe site -ul
http://xinje.pl/pliki/INSTRUKCJE/HMI/TH%20manual/TH%20series%20HMI.pdf

30
o HMI -ul dispune de două porturi de comunicație independente de tip USB ,
putându -se conecta astfel două dispozitive diferite în același timp și un port de
comunicație serială (bit cu bit) de tip RS232
o Posibilitatea conectării directe la o imprimantă
Pentru utilizarea / exploatarea corespunzătoare și deplină a HMI -ului, fluxul
informațional trebuie să respecte o anumită schemă, după cum urmează:

Instalarea software -ului
corespunzător HMI -ului
Editarea proiectului (a
programului)
Simularea offline a
proiectului (în software) Simularea online a
proiectului Alimentarea și conectarea
HMI -ului la calculator
Încărcarea în HMI a
proiectului realizat
Conectarea HMI -ului la
alte echipamente
Realizarea comunicării și
a transmisiei de date

31

3.2. Componente

PORT USB -A
PORT USB -B
ALIMENTARE
(+24 V DC)
COM 1
COM 2 COMUTATOR
DIP

32

Funcțiile componentelor exterioare sunt următoarele:

PORT NUME FUNCTIE ALTE OBSERVATII

COMUTATOR
DIP Download forțat
(pentru update) și
ajustarea zonei cu
touch On-off-off-
off nedefinit
Off-on-off-
off Download
forțat prin
USB -B
Off-off-on-
off Ajustare
touch
Off-off-off-
on Test
intern

COM1 Comunicații – RS-
232 (transfer de
date între PC și
HMI)
–

COM2 Comunicații – RS-
232 (transfer de
date de la PLC
spre HMI)
–

USB -A
Conexiune directă
cu imprimante/etc.
–

USB -B Încărcarea sau
descărcarea unui
program în/din
HMI
–

Prin intermediul porturilor COM1 și COM2, HMI -ul realizează comunicarea cu PLC –
uri din diferite familii sau alte dispozitive (cum ar fi imprimantele, etc.). PWR LED PORT USB -A
TOUCH SCREEN

33

Selecția portului pentru PLC, pentru download și alegerea PLC-ului se realizează încă
din pagina de start a programului TouchWin fo r TH Edit Tool V 2.C, după cum urmează:

– Selecția portului pentru PLC (COM2)

Se selectează
modelul HMI -ului
Se selectează
tipul PLC -ului ce
urmează a fi
conectat la HMI

34

– Selecția portului pentru download (COM1)

Rata de transfer
(număr de
simboluri/secundă)
Numărul de
biți de date
Selectare număr
biți de pauză
pentru
sincronizare Verificarea
parității
(selectat: par)
Se
selectează
dispozitivul
de pe care
se face
descărcarea
programului

35
4. Contactor

Contactoarele pot fi definite ca fiind aparate acționate altfel decât manual, cu rolul de
a închide, suporta și deschide un anumit curent, în condiții normale de funcționare a
circuitului, atâta timp cât este aplicată comanda , fiind capabili să suporte un număr foarte
mare de manevre .
Posibilitatea comandării lor pe cale electrică (comandă la distanță), contactoarele sunt
utilizate în domenii diferite, în instalații electrice m oderne, comandând și protejând alte
echipamente (în general, contactoarele se utilizează în comanda unor consumatori de
mare putere,pentru a -i proteja) .
Ca o scurtă clasificare, contactoarele pot fi de curent continuu, alternativ sau pot fi
mixte (calea de curent este parcursă de curent alternativ, dar bobina electromagnetului de
acționare este alimentată în curent continuu, putând fi posibil și invers).
Contactorul utilizat aparține firmei Siemens, având un număr de două contacte normal
deschise ( contactul este deschis în poziția de repaus a contactorului) și două contacte
normal închise. Conform fișei tehnice a acestuia, bobina electromagnetului de acționare
este alimentată în curent continuu (24 V), iar calea de curent este parcursă de curent
alternativ ( fiind alimentată la 2 20 Vca).
Acesta are rolul, în prezenta lucrare, de a deconecta întregul circuit de alimentare al
casei, ca măsură suplimentară de protecție a locuinței în momentul părăsirii un timp
îndelungat a acesteia , comanda întreruperii alimentării fiind dată de către PLC .

36
5. Relee cu soclu

Releul reprezintă un dispozitiv integrat unei instalații de comandă automată, fiind
capabil să comut e sub acțiunea unei mărimi de intrare starea unuia sau mai mult or elemente
de comutație de mică putere pentru a se comanda ulterior altor elemente .
Ca principiu de funcționare, în urma trecerii unui curent prin bobina releului apare un
câmp magnetic și astfel, o forță de a tracție asupra armăturii mobile care atinge, la capătul
cursei, armătura fixă, închizând circuitul de declanșare.
Soclul este de fapt suportul pe care se monteaz ă releul, având următoarele
componente:
– 2 contacte (A1 ș i A2) c u rol în alimenta rea bobin ei releului ;
– 2 contacte (COM 11 și COM 21) – echivalente nulul ui ;
– 2 contacte de tip normal închis (NC 22 și 12) ;
– 2 contacte de tip normal deschis (NO 24 și 14).

De asemenea, tipurile de relee utilizate au fost:
– Releu cu bobină alimentată la 2 20 VAC
– Releu cu bobina alimentată la 24 VDC Contactele
A1 și A2
COM 11 și
COM 21 NO 14 și
NO 24 NC 12 și
NC 22

37

6. Rezist oare

Întrucât alimentarea LED -urilor trebuie să se facă la maxim 5 V, iar sursa folosită (PLC –
ul) furnizează 24 V, a fost necesară înserierea unor rezistoare cu rol de limitare a intensității
curentului electric.
Rezistoarele au fost alese conform relației de dimensionare:

unde: R= valoarea rezistenței
VS= tensiunea de alimentare (de la sursă)
VL= tensiunea de alimentare a LED -ului
I= valoarea curentului LED -ului
Valorile curentului LED -ului și a tensiunii de alimentare pentru LED -uri au fost alese conform
următorului tabel24:

24 http://www.kpsec.freeuk.com/components/led.htm#calculate

38

TIP CULOARE CURENT TENSIUNE
ALIMENTARE LED INTENSITATE
LUMINOASA
Standard Roșu 10 mA 2.1 V 5 mcd
Standard Verde 10 mA 2.5 V 32 mcd
Standard Galben 10 mA 2.5 V 32 mcd

7. LED -uri (light -emitting diode , de tip THD – Through Hole Device)

LED -ul creeaz ă lumină în urma aplicării asupra semiconductorilor anorganici a unui
curent electric (semiconductorii sunt cei ce dau culoarea LED -ului, și sunt de obicei pe bază
de galiu, arsen sau fosfor ; ca exemplu pentru LED -urile utilizate în prezenta lucrare avem:
AlGaAs – pentru roșu, AlGaP – pentru verde și GaAsP – pentru ga lben). Aceste elemente
sunt stimulate de mișcarea electronilor, generând astfel fotoni care sunt percepuți de ochiul
uman sub formă de lumină25.

8. Cabluri

25 http://www.leduri.ro/Articole/Articol2.htm#led3 1
4 2 3

39

1 – cablu convertor USB la serial RS-232 (utilizat pentru transferul datelor de la PC la PLC)
2 – cablu adaptor USB la mini -DIN (standard, cu 8 pini – pentru conectarea HMI -ului la PC)
3 – cablu RS-232
4 – cablu USB tip a-b (pentru imprimantă , etc., utilizat pentru transferul de date între HMI și
PLC)

De asemenea, pentru realizarea lucrării practice am utilizat cabluri pentru alimentarea
echipamentelor (de secțiune 1mm2 – pentru legarea echipamentelor la PLC , 2.5 mm2 și 4
mm2 – pentru a face legături la panoul de siguranțe sau cu contactorul).

Pentru a putea alimenta sistemul de alarmă (respectiv goarna), a fost necesară utilizarea unui
adaptor capabil transfo rme o tensiune alternativă de 220 V (acesta având de fapt plaja de
tensiuni între 100 și 240 V) să furnizeze tensiunea c erută de goarnă (12 VDC) .

9. Electrovalve

40

10. Senzor de mișcare

Rolul senzorului de mișcare în această lucrare este de a detecta prezența unei persoane
într-o încăpere , de a transmite semnal către PLC pentru ca ulterior, acesta să aprind ă lumina
în acea zonă. Senzorul este alimentat la 2 20 VCC.

Schema electrică:

11. Termostat

2
6 unde:
1 – fază
2 – nul
3 – fir de semnal
4 – alimentare (input)
5 – ieșire (output)
6 – bec
7 – senzor
1
4
7 5
3

41
Termostatul utilizat are comanda prin cablu (nu este wireless), fiind folosit pentru a
comanda sistemul de climatizare (electrovalvă de la calorifer), astfel încât să poată fi
menținută temperatura impusă inițial. Poziționarea sa a fost efectuată luând în calcul
necesitatea detectării unei temperaturi reale și nu a uneia influențate de surse de căldură sau
de frig , alegându -se înălțimea optimă la 1,5 m de podea. Contactele releului pot comuta 24
Vcc sau Vca și până la 230Vca (la 50 Hz ).
Câteva d ate tehnice ale termostatului sunt 26:

— sensibilitatea de comutare ± 0,2 °C sau ± 0,3 °C selectabilã.
— domeniul de reglaj al temperaturii 10 – 30 °C din 0,5 în 0,5 °C
— tensiunea de alimentare 2 x 1,5 V baterii alcaline LR6 (AA)
— tensiunea care se poate cu pla 24 Vca sau Vcc … 230 Vca

CAPITOLUL III – DESFĂȘURAREA LUCRĂRII

1. Descrierea aplicației pentru HMI

Aplicația realizată se referă la automatizarea diferitelor elemente dintr -un apartament.
Acest lucru se va face atât cu ajutorul unui HMI (interfața om -mașină), cât și cu un PLC
(controller programabil). Programarea HMI -ului se va realiza în funcție de sintaxa
implementată în PLC, întrucât obiectele utilizate în HMI (butoane, lămpi, ecrane, etc. ) sunt
în strânsă legătură cu intrările (în ca zul PLC -ului utilizat, cu marker -ele) definite în aplicație.
De asemenea, se poate realiza simularea programului atât în modul offline (fără a fi conectat
la PLC) sau în mod online (după ce a fost conectat ).
Posibilitățile de realizare a unei interfețe câ t mai prietenoase cu ajutorul HMI -ului
sunt multiple, acesta având numeroase funcții și obiecte, precum:
–
Screen jump : prin intermediul acestei funcții se poate realiza mutarea dintr -o
secvență a aplicației în alta ;

26 http://www.celsiusplus.ro/img/produse/414/termostat –computherm -q3_fisa_tehnica.pdf

42

–
Button : acest obiect implementează un buton cu rol de modificare a stării unui
contact;

–
Lamp : acest obiect are rolul de a semnaliza starea unui contact (aprins /verde
pentru contact închis, stins /roșu pentru contact deschis);

–
Lamp button : cu ajutorul lui, se poate atât schimba starea unui contact cât și
vizualiza modificării stării; Zona de editare
a programului Zona de afișare
a rezultatului Selecție
simulare în
mod offline

43
–
Importarea de obiecte din mediul extern al programul ui (imagini, tabele,
grafice,…);
–
sau
Posibilitatea scrierii unui text (static sau mobil), etc.

Astfel, utilizând funcțiile și obiectele de care dispune mediul de programare al HMI –
ului, aplicația pentru prezenta lucrare conține următoarele:

Meniul principal va conține butoane de “screen jump” către fiecare componentă
(programarea alarmei, controlul temperatu rii, al storurilor, al luminii sau către programele de
test necesare verificării stării aparatelor și către “mod vacanță”, necesar întreruperii
alimentării cu energie electrică a apartamentului și menținerii doar a alarmei și a luminilor de
prezență).

Submeniul corespunzător aplicației de activare sau dezactivare al alarmei va conține:
– Butoanele pentru setarea combinației de caractere corespunzătoare parolei
(aceste butoane sunt în legătură cu marker -ele M din programul PLC -ului);
– Screen jump către meniul principal;
– Screen jump (“Back”) către meniul de “Mod vacanț ă”, în cazul accesării alarmei din
acel meniu. Meniul în care se definesc ecranele
corespunzătoare fiecărei aplicații în
parte (și astfel, și screen jump -ul spre
care se va face trimitere ulterior)

44

Se poate observa corelarea dintre programul PLC -ului (imaginea de jos) și programul
HMI -ului (imaginea de sus) din punct de vedere al butoanelor – marker -elor. Astfel, de
exemplu, butonului “OK” îi corespunde în ambele programe marker -ul cu numărul 12 .

Submeniul corespunzător alarmei de trezire va conține butoane de selecție ale orei
preferate de trezire, fiecare corespunzând câte unei linii de program (și astfel unui marker)
din programul PLC -ului.

Programul de test va conține “Lamp -button” -uri, ast fel încât la apăsarea acestora, se
va putea observa starea respectivul ui contact. De asemenea, este prevăzută și posibilitatea
verificării manuale a stării de funcționare pentru goarnă, LED -uri sau elect rovalve, metodă
nerecomandată însă oric ărui utilizato r.

45

Submeniul “Temperatură” conține posibilitatea activării sau dezactivării
electrovalvelor de la calorifere sau de la central pentru menținerea unei temperaturi constante,
presetate (prin intermediul termostatelor), în fiecare cameră.

De asemenea, au ma i fost utilizate submeniuri pentru:
– Sistemul de iluminare al apartamentului, permițând aprinderea/stingerea luminii atât
manual (prin pornirea sau oprirea senzorului), cât și în mod automat, prin intermediul
comenzilor primite de la PLC.

– Storuri (care î și vor schimba poziția funcție de informațiile primite de la PLC, care la
rândul lui va primi informații de la un sensor de crepuscul)

46

– Selectarea modului vacanță și a opțiunilor aferente acesteia

2. Montaje

Ulterior realizării programelor aferente PLC -ului și HMI -ului, pot fi menționate
următoarele etape:
– Încărcarea programelor pe HMI, respectiv PLC :

– Sincronizarea celor două aparate :
– Verificarea compatibilității programelor/ interfeței realizate pe HMI:
După terminarea s ecvenței de programare și sincronizare, a urmat etapa de montaj
propriu -zis al echipamentelor, cablurilor , etc. necesare .
1. Stabilirea zonelor de amplasare ale echipamentelor și amplasarea orientativă a
cablurilor:

47

2. Montarea pe suport a aparatelor
a. Senzor de mișcare
b. Termostate
c. Electrovalve
d. Dispozitiv alarmă trezire
e. Goarnă alarmă
f. Contactor
g. Relee
h. PLC și HMI
3. Așezarea convenabilă a sigura nțelor în tabloul de siguranțe din apartament (întrucât
programul “Mod vacanță” presupune întreruperea alimentării în toată casa cu ajutorul
unui contactor, mai puțin alimentarea unei singure încăperi (de unde se vor alimenta
PLC-ul, HMI -ul, centrala termic ă și becul de simulare prezență), a fost necesară
reașezarea siguranțelor astfel încât să fie facilă legarea la contactor a zonei ce va fi
decuplată și la PLC și HMI a zonei ce va rămâne alimentată ):

48

4. Cablarea corespunzătoare (realizarea legăturilor fizice între PLC , HMI și restul de
echipamente subordonate acestora : senzori, …)

CAPITOLUL IV – CONSIDERA ȚII FINALE

1. Viitorul în domeniul domoticii, PLC -urilor și HMI -urilor

Întrucât domeniul selectat pentru realizarea prezentei lucrări , și anume “Comanda unui
sistem de domotică prin intermediul unei interfețe om -mașină” este unul extrem de vast și
într-o continuă și accentuată evoluție, putem considera faptul că stadiul la care ne aflăm este
unul incipient, putând fi supus unor numeroas e prelucrări, îmbunătățiri sau chiar renunțări la
diverse echipamente, programe sau chiar aplicații.
De exemplu, prezenta aplicație poate fi implementată într -un spațiu industrial, ducând la
renunțarea la anumite componente (cum ar fi programul de trezire matinală) , dar inserarea
unora noi (controlul umidității, al emisiei de noxe, etc.) sau poate fi îmbunătățită cea
existent ă (prin introducerea de noi “îndatoriri” ale sistemului de automatizare : irigație
controlată a peluzei, monitorizare wireless a echipamentelor ce se află în incintă, lumină și
muzică ambientală după preferințele fiecărei persoane, etc. ).
Astfel, posibilitățile extinderii aplicațiilor la nivelul PLC -urilor și HMI -urilor sunt practic
infinite, fiind în funcți e de dorințele posesorilo r de acest tip de tehnologie, putând menționa
câteva exemple de alte aplicații și funcții ale domoticii27:

27 http://www.proiectepentrucasa.ro/case -inteligente/Catalog -de-functii -Casa -Inteligenta.pdf

49

Oprirea alimentării cu energie electrică a spațiilor selectate în situația în
care nu există consumatori î n acel e spați i
Detecta rea prezenței apei ( în cazul unei inunda ții) și comanda rea
închider ii electro valvei de alimentare cu apă
Detecta rea scurgeril or de gaze și comanda rea închider ii electrovalvei de
alimentare cu gaz
Închiderea obloanelor/ jaluzelelor electrice/ etc. în cazul detectării unei
viteze crescute a vântului (detecție realizată cu ajutorul anemometrului)

Pornirea ș i oprirea automat ă a ventilatoarelor, conform unui
program sau unui regim de func ționare prestabilit.
Gestionarea eficientă a sistemului de irigat , funcționând după un interval de
timp prestabilit sau în funcție de condițiile climatice .
Gestionarea alarmelor de la distanță prin SMS – beneficiarul este informat
prin telefon la declanșarea unei alarme
Deschidere sau închidere centralizată a casei – se pot active ș i dezactiva
funcțiile dorite, pentru a permite sau împiedica accesul unei persoane

De asemenea, evoluția tehnologiei realizării PLC -urilor și HMI -urilor va duce la
modificarea modului de utilizare și programare a acestora, apărând din ce în ce mai multe
aplicații wireless d e control (de exemplu, butoane cu conexiune wireless, fără baterie, cu
utilizare universală), display -uri din ce în ce mai performante (HMI -uri ce au integrată
comanda vocală sau funcție de înregistrare video sau acustică) .
Aparent, acest domeniu al domot icii nu întâmpină obstacole sau limitări, îndeplinind
cerințe din ce în ce mai elaborate, putând înclina uneori chiar și spre nonconformism.

50
2. Observații și concluzii

Deși d in punct de vedere al dificultăților întâmpinate în realizarea aplicației nu există
multe mențiuni, în urma unei selecții voi putea menționa următoarele două dificultăți
întâmpinate :
– Utilizarea unui mediul de programare nou, ce a necesitat timp pentru dobândirea
cunoștiințelor de programare (întrucât există numeroase firme ce produc HMI -uri și
PLC-uri, există și numeroase medii de programare aferente fiecărui tip) ;
– Înțelegerea modului de realizare al conexiunilor pentru intrările/ ieșirile PLC -ului și
ale HMI -ului.
Cu toate acestea, experiența dobândită în urma realizării părții practice este una
importantă, servind la aprofundarea cunoștiințelor dobândite până la momentul elaborării
lucrării dar și la acumularea unor noi informații și aptitudini.