Inginerie Electrica, Energetica si Informatica Aplicata – Iasi [311141]

Universitatea Tehnica „Gheorghe Asachi”-[anonimizat] – Iasi

Tema Licenta

Anul Universitar:2010-2011 Student: [anonimizat]:C.G.Haba

1. Enuntul temei

Realizarea unui programator pentru o centrala termica cu ajutorul automatului programabil Mitsubishi Alpha 2.

Cuprins

I. Partea teoretica

1. Programatoare pentru centrala termica

1.1 Programator

Un programator se utilizeaza in instalatii de incalzire pentru programare zilnica sau saptamanala. [anonimizat]. [anonimizat], pentru a mentine temperatura corecta. Poate fi o unitate de control pentru un sistem de racire sau de incalzire si pot fi construite in multe feluri si poate folosi o varietate de senzori pentru a masura temperatura.

Termostatul poate fi programat pe durata unei saptamani. [anonimizat]. [anonimizat] a [anonimizat]. Programul unei zile poate fi format din maxim 6 perioade (P1,P2,P3,P4,P5,P6) cu 6 valori de temperaturi diferite.

Functiile programatorului:

reglarea temperaturii;

afisarea temperaturii;

fixarea datei curente;

fixarea orei;

selectarea zilei pentru stabilirea programului pe ziua respectiva;

functionarea manuala;

functionarea automata;

[anonimizat], sistemul centralei va fi pornit atunci cand temperatura scade sub punctul de setare de pe termostat si se opreste atunci cand aceasta creste cu cateva grade peste temperatura punctului de setare de pe termostat pentru a preveni comutarea excesiva.

[anonimizat]. [anonimizat], sistemul trebuie să folosească o supapă de putere joasă pentru a controla gazul.

termostate 24 volti – Majoritatea termostatelor moderne funcționează la joasă tensiune ([anonimizat] 24 de volți curent alternativ). Sursa de 24 V curent alternativ este un transformator de control instalata ca parte a echipamentului de încălzire / răcire. Avantajul sistemului este abilitatea de a [anonimizat] , contactoare, și folosirea de secvente de tensiune în mod inerent în condiții de siguranță și la nivelurile actuale.

[anonimizat].

[anonimizat]-l opereze, desi utilizeaza ca sursa de alimentare 24 V curent alternativ. [anonimizat], unele modele avansate au ecrane tactile. [anonimizat] a acționa si de a comuta controlul unitatii.

Fig.1 Schema de conectare a termostatului

N – nul, 230 V AC

L – faza, 230 V [anonimizat] (normal open); AC 24….250 V / 6(2,5) A; aceasta conexiune se

foloseste pentru conectarea termostatului la echipamente de incalzire

COM – comun; CA 24….250 V

NC – contact normal inchis (normal closed) AC 24….250 V / 6(2,5) A; aceasta conexiune se

foloseste in locul conexiunii NO, atunci cand termostatul este conectat la un echipament

de racire a aerului.

Conectarea termostatului

Bornele de legatura se afla pe peretele posterior al termostatului. Exista trei jacuri de conexiune, COM,NO si NC. Pentru conexiunea la centrala termica se folosesc COM si NO iar pentru aer conditionat se folosesc COM si NC.

Afisajul termostatului

Ziua saptamanii;

Ora – sistemul orar de 24 ore;

Temperatura – temperatura camerei;

Programul;

1.2 Centrale termice

Centralele termice reprezinta un generator de caldura bazat pe conversia unei forme de energie (curent electric, combustibil lichid, solid sau gazos etc) in energie termica. Ele transporta un purtator de caldura, agent termic, si asigura alimentarea centralizata a unor consumatori diversi – instalatii de incalzire, de climatizare, de preparare a apei calde de consum etc. Forma primara de energie cea mai utilizata se bazeaza pe arderea directa a carbunelui, a pacurei, a gazului metan sau lichefiat, intr-o masura mai mica, a lemnului, a deseurilor de lemn sau a utilizarii curentului electric. De asemenea, se pot folosi sursele alternative (biogaz, energie eoliana, solara etc) si, in curand, hidrogenul.

Centrala este formată în principiu dintr-o carcasă fixată pe perete, în care se găsesc:

un arzător;

cameră de ardere;

un sistem de evacuare a gazelor arse;

un schimbător de căldură principal;

pompă de circulație;

un sistem de preparare a apei calde de consum;

un robinet cu trei căi;

un vas de expansiune;

armături (supape, robinete de umplere, golire și aerisire ;

senzori ;

electronică de comandă;

Centralele termice destinate incalzirii cladirilor mici sunt prevazute cu un singur cazan si asigura, de regula, necesarul de caldura destinat incalzirii apei de consum. Ele poarta denumirea de microcentrale termice. Microcentrala cuprinde in aceeasi carcasa cazanul de apa calda – cu temperatura de pana la 95 de grade C, cu circulatie fortata si cu asigurare prin vas de expansiune deschis – arzatorul, unul sau mai multe vase de expansiune, supape de siguranta, pompe, schimbatorul de caldura pentru incalzirea apei de consum si sistemul de automatizare.

Fig.2 Centrală termică de perete cu tiraj natural

Din punct de vedere al preparării apei calde de consum ( apă caldă menajeră, apă caldă sanitară) ele pot fi cu prepararea instantanee a apei sau cu acumulare (cu prepararea apei în prealabil). Prepararea apei calde de consum se face cu ajutorul agentului termic produs de centrală.

În cazul preparării instantanee apa caldă este produsă în momentul apariției cererii de consum. Prepararea se face comutând agentul termic de la instalația de încălzire la un schimbător de căldură cu plăci.

Fig.3 Scheme de preparare instantanee a apei calde de consum, la centrale cu tiraj natural, respectiv forțat.

In figura 3.a este prezentat schema de preparare instantanee a apei calde de consum la centrala cu tiraj natural:

1 – robinet de umplere cu apă;

2 – schimător de căldură pentru prepararea instantanee a apei calde menajere;

3 – supapă de by-pass;

4 – pompă de circulație;

5 – shimbător de căldură principal;

6 – vas de expansiune;

7 – hotă;

8 – cameră de ardere;

9 – robinet de reglare gaz;

10 – senzor de temperatură;

11 – robinet cu trei căi;

12 – senzor de presiune;

13 – racord apă caldă;

14 – racord apă rece;

15 – racord gaz;

16 – retur încălzire;

17 – tur încălzire;

In figura 3.b este prezentat schema de preparare instantanee a apei calde de consum la centrala cu tiraj fortat:

1 – robinet de umplere cu apă;

2 – schimător de căldură pentru prepararea instantanee a apei calde;

3 – supapă de by-pass;

4 – pompă de circulație;

5 – vas de expansiune;

6 – shimbător de căldură principal;

7 – hotă;

8 – racord de admisie aer și evacuare gaze de ardere;

9 – presostat de aer;

10 – ventilator;

11 – cameră de ardere;

12 – senzor de temperatură;

13 – robinet de reglare gaz;

14 – robinet cu trei căi;

15 – senzor de presiune;

16 – racord apă caldă;

17 – racord apă rece;

18 – racord gaz;

19 – retur încălzire;

20 – tur încălzire;

Corelarea fluxului termic necesar producerii apei calde cu cel produs prin ardere este dificilă. Există două soluții:

se optează pentru un debit de apă fix (cât curge la un robinet) cu o diferență de temperatură fixă, caz în care automatizarea arzătorului este simplă, dar centrala nu este flexibilă la cererea de apă caldă: poate servi doar un robinet, care nu poate avea debit mic, nu se poate face economie de apă caldă. Soluția este însă ieftină;

se optează pentru flexibilitate, ceea ce necesită modularea flăcării (reglarea puterii flăcării prin cantitățile de gaz și aer introduse în camera de ardere), ceea ce conduce la o soluție mai scumpă;

În cazul preparării apei calde în prealabil, aceasta se face într-un vas, încălzit de agentul termic. Soluția este flexibilă, simplă, dar mai voluminoasă și mai scumpă, datorită vasului de acumulare. În plus, din vasul de acumulare căldura se pierde puțin câte puțin în mediul ambiant, așa că centrala consumă combustibil și în absența solicitării de apă caldă.

Fig.4 Scheme de preparare cu acumulare a apei calde de consum, la centrale cu tiraj natural, respectiv forțat.

In figura 4.a este prezentat schema de preparare cu acumulare a apei calde de consum la centrala cu tiraj natural respectiv fortat (fig.4.b):

1 – retur încălzire;

2 – tur încălzire;

3 – racord gaz;

4 – racord apă caldă;

5 – racord apă rece;

Din punct de vedere al tirajului, centralele de perete pot fi:

cu tiraj natural;

cu tiraj forțat;

În cazul celor cu tiraj natural (zise și cu arzător cu aer autoaspirat) aerul necesar arderii este preluat la fel ca la o sobă obișnuită, din incinta în care se află centrala, iar gazele de ardere sunt evacuate în exterior printr-un coș de fum, cu ajutorul tirajului realizat de acesta. Camera de ardere este deschisă, adică comunică cu incinta în care este amplasată centrala. Centralele cu tiraj natural sunt mai simple, mai fiabile, mai silențioase și mai ieftine, însă pot fi amplasate doar în spații care îndeplinesc condiții foarte restrictive.

Centrale cu condensare

Primul inventator care a dorit sa recupereze caldura gazelor arse evacuate de centrala termica a fost Hugo Junkers in 1894.
Primele centrale termice in condensare au fost produse in 1981 de firma olandeza Nefit (preluata ulterior de Buderus, si apoi de Bosch/Junkers). Principiul de condensare la centrale termice pe gaze a fost pus in practica in 1985 de Junkers: centrala CL100.

Fig.5 Principiul de condensare la centrale termice pe gaze

Centralele termice în condensare se deosebesc de cele clasice prin consumul redus de energie. Acestea produc cantități de emisii mult mai reduse comparativ cu centralele așa – numite „clasice”, și dispun de un tub scurt din plastic de evacuare, care permite amplasarea centralei în orice loc din locuință.

Prin condensare se intelege racirea gazelelor de ardere evacuate de catre centrala termica pana la formarea condensului. Energia termica degajata este refolosita in instalatia termica. Recuperarea caldurii nu are loc si la centralele termice conventionale (clasice): la acestea energia continuta in condensul gazelor de ardere este evacuata in mediul ambiant pe cos. Centralele termice cu condensare pot fi integrate in orice instalatie termica. Caldura recuperata prin condensare si gradul de utilizare depind de dimensionarea instalatiei termice. Utilizarea optima a condensarii se obtine cu temperaturi tur-retur scazute, ex. 40/30°C (incalzire prin pardoseala).
Chiar si in instalatiile termice vechi, cu temperaturi de 90/70°C si temperatura cazanului reglata in functie de temperatura exterioara, se utilizeaza condensarea aproximativ 80% din perioada de functionare.

Impactul asupra mediului provocat de centrala termica cu condensare este mic, iar nivelul de noxe emise scazut. Exista diverse centrale termice cu condensare:

cu gaze;

cu motorina;

cu peleti;

2. Automate programabile (AP)

2.1. Generalitati introductive

Un AP (Automat Programabil) este un dispozitiv apărut pentru a înlocui releele și schemele secvențiale necesare pentru controlul sistemelor automate. Principiul de bază al unui AP este următorul: verifică starea intrărilor și, în funcție de acestea, activează sau dezactivează ieșirile. Utilizatorul introduce un program, care face ca automatul să dea rezultatele dorite. Automatele programabile (AP) au aparut la sfarsitul anilor 60 in industria de automobile. In mod obisnuit, la fiecare schimbare a modelului de automobile produs, fabrica era inchisa pentru a permite modificarea liniilor de fabricatie si a sistemelor de comanda a acestora. Cat fabrica statea inchisa, o mare parte a timpului era consumat pentru recablarea panourilor care contineau sistemele de comanda pe baza de relee.

Introducerea AP a dus la diminuarea timpilor necesari schimbarii schemelor de comanda prin recablarea panourilor pline de cabluri, relee de temporizare si alte elemente de comanda, de la aproape o luna la cateva zile.

In perioada de inceput a utilizarii AP, o problema importanta o constituia reprogramarea acestora. Limbajele utilizate in acest scop erau complicate ceea ce presupunea angajarea unor programatori inalt calificati pentru programarea si reprogramarea AP. In urma eforturilor depuse de producatorii de AP, spre sfarsitul anilor 70 programarea AP a devenit mult mai usoara necesitand astfel personal mult mai putin calificat.

Aparitia microprocesoarelor si utilizarea acestora in constructia AP a dus la dezvoltarea functionalitatii acestora odata cu reducerea pretului de cost. La programarea AP au inceput sa se utilizeze limbaje de programare de nivel mai inalt, mai usor de inteles si de folosit si deci, mai accesibil unei categorii mai mari de utilizatori.

In anii care au urmat, odata cu imbunatatirea performantelor componentelor microelectronice, s-au imbunatatit si performantele AP acestea reducandu-si in acelasi timp gabaritul, pretul de cost si consumul de energie. Datorita calitatilor cu care au fost inzestrate, aria de utilizare a AP a crescut incluzand nu numai aplicarea in cadrul liniilor de asamblare dar si in industria chimica si de prelucrare a materiilor prime, in sistemele de productie a energiei, in sistemele de protectie si mai nou in aparatura medicala si de uz casnic. Inventarea automatelor programabile se datoreaza constatarii ca, la scara timpilor componentelor electronice, are loc o schimbare foarte redusa a starii contactelor, cat si putine comenzi in interiorul schemelor de comanda.

2.2. Modul de functionare al unui AP

Modul de functionare al unui automat programabil este ciclic. Putem considera ca un ciclu are trei pasi importanti care sunt prezentati mai jos:

Pasul 1: citirea intrarilor. La acest pas, automatul programabil citeste valorile masurate de senzorii conectati la intrarile sale si le stocheaza in memorie pentru a le folosi la pasul urmator.

Pasul 2: executarea programului. Dupa ce a citit intrarile, automatul programabil trece la executarea programului utilizator. Programul este executat instructiune cu instructiune. De exemplu daca in program i-ati spus automatului programabil ca daca prima intrare este on atunci trebuie ca prima iesire sa fie tot on, automatul programabil stie starea intrarilor de la pasul anterior si poate acum sa decida ce trebuie sa faca cu iesirile. Rezultatele sunt stocate tot in memorie pentru a fi folosite la pasul urmator.

Pasul 3: actualizarea iesirilor. Pe baza rezultatelor de la pasul anterior automatul automatul programabil comuta iesirile in conformitate cu datele stocate in memorie.

Dupa cel de-al treilea pas, el se intoarce la primul pas si repeta continuu cei trei pasi.

2.3. Elementele componente ale AP

Unitatea centrala de prelucrare;

Programatorul/Monitorul;

Module de intrare/iesire;

Sertare si carcase;

Imprimanta (optional);

Unitati de stocare a informatiei;

Fig.6 Structura unui automat programabil

2.3.1 Unitatea centrala de prelucrare

Contine:

Procesorul – ce consta dintr-unul sau mai multe microprocesoare care realizeaza calcule aritmetice si logice precum si comunicatia si interactiunea dintre celelalte componente.

Memoria:

ROM – utilizata pentru stocarea sistemului de operare al AP;

RAM – împartita în mai multe blocuri in care sunt pastrate:

imaginile iesirilor si intrarilor AP;

valorile prestabilite si actuale ale temporizatoarelor si contoarelor;

zona de lucru a procesorului;

zona de stocare a programului;

alte zone de memorie având destinatie speciala;

Memoria RAM îsi pierde continutul la întreruperea sursei de alimentare de aceea, pentru  mentinerea  programului  si  a  datelor  stocate  în  aceasta,  AP  trebuie  sa  aiba prevazuta o sursa de alimentare auxiliara (baterie).

Sursa  de  alimentare  realizeaza  adaptarea  si  conversia  tensiunii  alternative  în tensiune  continua  pentru  alimentarea  diferitelor  elemente  ale  AP,  cum  ar  fi  elementele conectate la intrari si iesiri (senzori, elemente de executie etc).

2.3.2 Programatorul/Monitorul

Este un dispozitiv care comunica cu  elementele  AP  si  care  permite  transferarea programului de aplicatie în memoria AP, monitorizarea si vizualizarea functionarii AP.

Programatorul poate fi:

un programator manual;

un terminal industrial;

un calculator personal;

2.3.3 Module de intrare/iesire

Sunt dispozitive prin care AP comunica cu sistemul de actionare sau instalatia pe care trebuie sa le comande si cu mediul exterior.

2.3.4 Sertare si carcase

Aceste elemente permit montarea într-un  ansamblu  unitar  a  elementelor automatului programabil.

2.3.5 Imprimanta

Este folosita pentru listarea programului de aplicatie dupa care functioneaza AP si a altor mesaje si informatii legate de sistemul comandat.

2.3.6 Unitatile de stocare a informatiei

Sunt folosite ca dispozitive de stocare secundare pentru:

programul de aplicatie din memoria AP;

alte  date  si  informatii  utile  pentru  salvarea  acestora  sau  încarcarea  lor  pe/de  pe suportul magnetic (banda sau disc magnetic);

Programele de aplicatii pot fi realizate si înregistrate pe suport magnetic în laboratoare de dezvoltare a aplicatiilor de baza pentru AP si apoi încarcate în memoria AP aflata în sistemele de comanda plasate în halele de productie. Versiunile  mai  vechi  de  AP  erau  dotate  cu  casetofoane. Versiunile recente utilizeaza unitati de disc flexibil sau unitati de disc dur.

2.4 Modulele de intrare/iesire totul sau nimic (digitale)

Semnalele sunt de tip logic. Valorile tipice sunt:

“0” logic = 0 V;

“1” logic = 5 Vcc, 12 Vcc, 24 Vcc, 48 Vcc, 12 Vca, 24 Vca, 120 Vca,240 Vca;

2.4.1 Modulele de intrare digitale

Permit unitatii central a AP sa efectueze o citire a starii logice a traductoarelor sau senzorilor care îi sunt asociati. Modulele au în general 4, 8, 16 sau 32 de intrari. Fiecarei intrari îi corespunde o cale  care  prelucreaza  semnalul  electric pentru a elabora o informatie binara, bitul de intrare care este memorat.

Ansamblul de biti de intrare formeaza cuvântul de intrare. Periodic,  procesorul automatului  adreseaza  (citeste  modulul),  continutul  cuvântului  de  intrare  fiind  astfel copiat în zona de date ale automatului. Fiecare cale este filtrata împotriva parazitilor si a contactelor imperfecte si izolate electric pentru a mari fiabilitatea si securitatea sistemului (izolare galvanica). Un modul de intrare este definit în principal prin numarul de intrari pe care le are si caracteristicile electrice acceptate (tensiune, tipul curentului etc).

Fig.7 Schema bloc a caii de semnal pentru o intrare digitala

2.4.2 Module de numarare de mare viteza

Sunt module de intrare digitale care au de îndeplinit functia de numarare a impulsurilor aplicate la intrarea modulului. Sunt utilizate în general pentru  numararea impulsurilor cu frecventa mare provenind de la senzori, encodere, sau contacte. Informatia transmisa catre memoria automatului, atunci când AP va adresa acest modul, va  fi numarul de impulsuri sosite de la ultima adresare sau  numarul total de impulsuri numarate de la initializare.

Utilizarea modulelor de numarare de mare viteza usureaza munca programatorului deoarece el poate degreva unitatea centrala a AP de astfel de functii care consuma din puterea si timpul de calcul al acesteia.

2.4.3 Modulele de iesire digitale

Un modul de iesire permite automatului programabil sa actioneze asupra elementelor de actionare. Realizeaza  corespondenta: stare logica – semnal  electric. Periodic, procesorul  adreseaza  modulul de iesire si realizeaza  înscrierea bitilor unui cuvânt de memorie pe caile de iesire ale modulului.

Elementele de comutatie ale modulului sunt:

electronice (tranzistoare si triacuri);

electromecanice (contacte de relee interne modulului);

Iesirile cu tranzistoare sunt utilizate în cazul comenzii dispozitivelor de c.c. Iesirile cu triacuri sunt folosite pentru comanda dispozitivelor de c.a.

Iesirile cu relee pot fi utilizate atât pentru comanda dispozitivelor de c.c. cât si a celor de c.a. Modulele care au numar mare de iesiri au avantajul ca, prin  utilizarea lor, se ocupa mai putine locuri pe magistrala automatului si dezavantajul ca nu pot furniza un curent mare de comanda pentru iesiri.

Fig.8 Schema bloc a caii de semnal pentru o iesire digitala

2.5 Modulele de intrare/iesire analogice

Având în vedere ca AP sunt dispozitive numerice, modulele analogice trebuie sa realizeze o corespondenta între marimi analogice (curenti sau   tensiuni) si valori numerice.

2.5.1 Modulele de intrare analogice

Exista doua tipuri de module de intrare analogice:

intrari analogice care realizeaza detectarea depasirii unui prag de  tensiune sau curent;

intrari analogice de masura;

2.5.2 Modulele de intrare analogice cu detectie de prag

Fig.9 Schema bloc a caii de semnal pentru o intrare analogica cu detectie de prag

2.5.3 Modulele de intrare analogice de masura

Sunt prevazute cu circuite de conversie analog numerica (A/N). Modulele  de intrare analogice de masura de tensiune pot fi:

unipolare (primesc la intrare numai tensiuni pozitive în general 0÷10V), un exemplu fiind modulele de curent ce primesc la intrare curenti în general în  gama 4÷20mA;

bipolare (primesc la intrare tensiuni negative si pozitive în general -10÷ +10V);

Exista posibilitatea reglarii atenuarii sau amplificarii semnalului de intrare ceea ce permite marirea domeniului de masura. Un astfel de modul poate sau nu sa efectueze o serie de operatiuni de liniarizare a semnalului de intrare înainte de a fi scris cuvântul de intrare în memorie.

Fig.10 Schema bloc a caii de semnal pentru o intrare analogica de masura

2.5.4 Modulele de iesire analogice

Fiecare iesire este imaginea analogica a valorilor numerice codificate pe un grup de biti (8 sau 12) definit de program si este definita prin natura semnalului furnizat si prin limitele sale (0-10V, 4-20 mA). Modulele analogice de iesire  permit conectarea AP la elemente de preactionare (variatoare de putere,  variatoare de viteza) pentru a realize functii de comanda si de reglare.

Fig.11 Schema bloc a caii de semnal pentru o iesire analogic

2.6 Module de intrare/iesire la distanta

Folosite în cazul în care instalatia comandata prin intermediul AP este formata din mai multe echipamente care sunt amplasate în locuri diferite aflate la o anumita distanta unul fata de celalalt si fata de AP.

Caracteristici:

calea prin care este transmisa informatia;

distanta de la care se realizeaza aceasta transmisie;

Transmisia informatiei se face prin intermediul unei legaturi prin:

cablu torsadat (distante de sute de metri);

cablu cu fibre optice (distante de kilometri);

2.7 Modulele de comunicare

Cea mai utilizata legatura pentru dialog între AP si elementele periferice (terminale de programare sau exploatare, imprimante) este cea serie. Acest mod de comunicare permite schimbul de caractere compuse din biti transmisi unul dupa altul pe linia de comunicare. Viteza de transmisie se exprima în biti pe secunda (bauds).

2.7.1 Module de comunicare cu server

Aceste module sunt utilizate pentru a permite AP sa realizeze o comunicatie bidirectionala cu un server care poate fi un PC sau un alt AP. În general, comunicarea de la server la AP prin intermediul acestor module este folosita pentru programarea AP. Pot fi modificati anumiti parametric în program  sau chiar întregul program existent în memoria AP. În sens invers, AP poate sa transmita serverului o serie de informatii care pot fi folosite de acesta pentru a  determina  durata  unor  procese,  încheierea  anumitor  etape, aparitia unor situatii de functionare necorespunzatoare.

De obicei aceste module permit comunicarea AP cu serverul prin intermediul unei legaturi seriale de tip RS232.

2.7.2 Module de comunicare ASCII

Au capacitatea de a receptiona si a transmite informatia codificata folosind fisiere în cod ASCII. Avantajul acestor module este faptul ca pot fi folosite pentru  a realiza interfata dintre AP si alte echipamente care recunosc informatia în cod ASCII cum ar fi imprimantele sau terminalele de dialog cu utilizatorul.

2.8 Module pentru controlul pozitiei

Aceste module sunt utilizate în cadrul aplicatiilor care necesita  pozitionarea spatiala  a  unor  elemente  componente  prin  intermediul  unor  elemente  de  actionare. Modulele pot fi utilizate pentru controlul pozitiei în  sisteme în bucla deschisa – bucla închisa.

2.8.1 Module de pozitionare în bucla deschisa

În aceasta categorie intra modulele de control a pozitiei bazate pe utilizarea motoarelor pas cu pas (MPP). Asigura o serie de functii, în special de accelerare  si încetinire. Este mult usurata comanda MPP cu ajutorul AP în aplicatii ce  implica pozitionarea precisa în doua sau trei axe.

Alte functii:

pozitionare a sistemului într-o pozitie initiala;

protectie a sistemului prin limitarea cursei anumitor elemente mobile;

2.8.2 Module de pozitionare în bucla închisa

Utilizate pentru comanda masinilor cu comanda numerica, linii de asamblare automate sau robotica. Cele mai întâlnite aplicatii presupun  pozitionarea unei mese mobile care este actionata de motoare de c.c. sau de c.a.

Pentru închiderea buclei, în cazul controlului pozitiei se utilizeaza un encoder. Pentru reglajul vitezei, închiderea buclei este realizata cu ajutorul unui tahometru.

2.9 Module video

Folosite în special în aplicatiile care necesita realizarea unor operatii de inspectie în cadrul procesului de fabricatie. Se poate face un reglaj automat al  procesului pentru eliminarea pieselor fabricate necorespunzator.

2.10 Module cititoare pentru codurile de bare

Utilizarea codurilor de bare pentru identificarea automata a devenit o  practica curenta în cadrul liniilor de asamblare automata. Folosite pentru a  codifica informatia referitoare la diverse etape ale procesului de productie/asamblare, pentru a urmari traseul si evolutia anumitor produse în cadrul fluxului tehnologic permit tinerea evidentei exacte a stocurilor existente si a celor care sunt în curs de a fi finalizate.

Îmbogatesc capacitatea unui AP cu functii ce permit citirea informatiilor  astfel codificate pentru a fi ulterior folosite în comanda instalatiei.

2.11 Module pentru reglajul automat

AP pot fi utilizate în acest scop în cazul în care nu se urmareste aplicarea unor algoritmi de reglare de complexitate ridicata.

Variante:

utilizarea unor module de prelucrare speciale;

utilizarea modulelor de intrare/iesire obisnuite si materializarea prin  program a algoritmilor de reglaj;

Cele mai utilizate module pentru reglajul automat sunt cele care implementeazaalgoritmii de tip PID. Ajustarea sistemului se realizeaza prin  reglarea potentiometrelor care stabilesc parametrii buclelor de reactie proportionala, diferentiala si integrala.

2.12 Dispozitive de intrare/iesire pentru interfata om-masina

Functii:

(principala) cea de programare a AP;

monitorizarea functionarii AP;

verificarea programului înscris în memoria AP;

depanarea circuitului;

Prin intermediul acestor terminale, operatorul uman poate introduce sau modifica programul unui AP la locul în care acesta se afla, fara a mai fi nevoie de alte dispozitive sau aparate ajutatoare. Prin cuplarea terminalului, comportarea AP poate fi examinata în timpul functionarii.

Informatiile necesare operatorului sunt afisate prin intermediul unui ecran cu tub catodic  sau  cu  cristale  lichide. Dimensiunile acestora pot varia de la  câteva linii de caractere pâna la un ecran. În primul caz, dispozitivul de afisare va fi mai ieftin însa nu va permite decât afisarea unei portiuni mici din programul AP si un numar restrâns de informatii legate de starea AP.

Informatiile catre AP sunt introduse de catre operatorul uman prin intermediul:

unor butoane;

a tastaturii;

a ecranelor sensibile la atingere;

cititoarelor de coduri de bare;

2.12.1 Terminale simple

Dispozitive simple care au de cele mai multe ori doar un monitor si o tastatura. Sunt dotate cu inteligenta, întreaga functionalitate privind comunicarea  dintre om si masina este înglobata în AP. Afiseaza informatia transmisa de AP si permit introducerea si transmiterea informatiei de la utilizator la AP.  Transmiterea informatiei prin intermediul acestor terminale se realizeaza în format ASCII.

Avantaje:

pret de cost redus;

terminalul poate fi utilizat cu o gama larga de AP;

Dezavantaje:

nu permit încarcarea unui program sau modificarea acestuia în memoria AP;

utilizarea lor devine din ce în ce mai redusa;

2.12.2 Terminale industriale dedicate

Au încorporata o anumita inteligenta care le permite sa îndeplineasca o parte mai mica sau mai mare din functiile amintite mai sus.O serie de terminale permit scrierea directa a programului în memoria AP. O alta categorie de  terminale sunt dotate cu memorie proprie astfel încât programul poate fi scris în aceasta memorie dupa care el este transferat în memoria AP.

Mare parte din aceste dispozitive permit utilizatorului sa depaneze  programul scris chiar în timpul functionarii acestuia.

Pot fi introduse valori pentru intrarile sau pentru iesirile automatului astfel încât sa se poata urmari functionarea acestuia în diverse situatii.

2.12.3 Programatoare de mâna

Sunt utilizate în general pentru programarea AP de dimensiuni mici. Cuplate la AP, ele pot afisa informatii privind:

starea AP;

starea intrarilor;

starea iesirilor;

valorile diferitelor variabile interne;

valoarea curenta si cea prestabilita a numaratoarelor;

valoarea curenta si cea prestabilita a temporizatoarelor;

Programatoarele de mâna pot fi folosite pentru depanarea AP prin monitorizarea functionarii acestuia si prin modificarea   intrarilor, iesirilor sau alti parametric ai programului.

Avantaje:

dimensiunile mici care le fac portabile;

Dezavantaje:

au înglobata inteligenta redusa;

dimensiunea mica a ecranului de afisare (la un moment dat nu poate fi vizualizata decât o mica parte a programului din memoria calculatorului);

2.13 Funcționarea automatelor programabile

Automatele programabile funcționează scanând (executând) continuu un program. Putem spune că un ciclu de scanare are trei pași importanți ( fig.15 ).

Fig.12 Ciclul de funcționare al unui automat programabil

Pasul 1 – TESTAREA INTRĂRI LOR – AP-ul cercetează starea intrărilor (active/inactive în cazul intrărilor numerice sau valoarea unei intrări analogice) și o copiază, în formă binară, în anumiți regiștri asociați intrărilor.

Pasul 2 – EXECUTAREA PROGRAMULUI – AP-ul execută programul instrucțiune cu instrucțiune. În funcție de starea intrărilor si de logica programului, schimbă configurația registrilor de ieșire, în formă binară.

Pasul 3 – ACTIVAREA IEȘIRILOR – În final AP-ul actualizează și starea ieșirilor fizice pe baza stării ieșirilor rezultate din pasul anterior.

După cel de-al treilea pas, AP-ul revine la pasul 1 și reia ciclul. Un ciclu de scanare este definit ca timpul în care se execută cei trei pași de mai sus.

De fapt sunt mai mult de trei pași, mai au loc verificarea sistemului și actualizarea valorilor curente ale ceasului și numărătorului intern.

2.14 Avantajele si dejavantajele automatelor programabile

Avantajele:

flexibilitate: in trecut era nevoie pentru fiecare dispozitiv care trebuia controlat de un automat care sa-l conduca. Prin intermediul automatelor programabile este posibila conducerea concomitenta a mai multor dispozitive folosind un singur automat programabil. Fiecare dispozitiv va avea programul sau care va rula pe automatul programabil;

implementarea schimbarilor si corectia erorilor: prin intermediul unei conduceri realizata in logica cablata era nevoie de timp in cazul unei schimbari sau in corectia unei erori. Prin utilizarea automatelor programabile aceste schimbari sau corectii pot fi efectuate foarte usor in program;

cost redus: la acest cost s-a ajuns in decursul timpului si astfel poate fi achizitionat un automat cu numeroase timere, numaratoare si alte functii pentru sume pornind de la cateva sute de dolari;

posibilitati de testare: programul poate fi rulat si evaluat inainte de a fi instalat pe automat pentru a realiza conducerea dispozitivului. Astfel, pot fi evaluate cu costuri foarte mici erorile care apar precum si posibilitatile de imbunatatire a programului;

viteza de operare: este dependenta de timpul de scanare al intrarilor, timp care in prezent este de domeniul milisecundelor;

modul de programare: prin introducerea diagramelor ladder respective a metodei booleeene de programare a fost facilitat accesul la mediul de programare si pentru cei care nu au cunostinte deosebite in domeniul programarii;

documentare: este posibila o foarte buna documentare a programelor prin inserarea de comentarii in spatiile alocate acestora facilitand astfel continuarea si depanarea acestora de catre alti programatori;

securitatea: marita datorita modului de lucru cu procesul;

Dezavantajele:

aplicatii „fixe”: unele aplicatii nu au nevoie de automat programabil datorita gradului foarte mic de complexitate neexistand astfel necesitatea achizitionarii unui automat programabil relativ sofisticat;

probleme de mediu: in unele medii exista temperaturi ridicate sau alte conditii care pot duce la deteriorarea automatelor programabile astfel ca acestea sunt greu sau chiar imposibil de utilizat;

functionare „fixa”: daca nu apar schimbari in cadrul procesului de multe ori folosirea automatului poate fi mai costisitoare;

3. Limbaje de programare pentru AP

Limbajele de programare in care pot fi scrise programele de aplicatie ale AP au evoluat la fel ca si limbajele utilizate pentru programarea calculatoarelor. Limbajul de nivel scazut folosit la inceput, bazat pe utilizarea instructiunilor procesorului cu care era echipata unitatea centrala, a fost inlocuit in decursul timpului cu limbaje de nivel inalt care se apropie de modul de reprezentare a schemelor electrice sau de limbajul natural.

In incercarea de a oferi utilizatorilor un limbaj de programare cat mai accesibil, producatorii de AP si de pachete de limbaje de programare, acestea avand, la randul lor, numeroase variante. Ele erau diferite prin modul de denumire a instructiunilor, a operanzilor si a formatului acestora, prin modelul de programare utilizat, precum si prin rezultatul executiei instructiunilor.

Pentru unii utilizatori, depasirea diferentelor aparute la folosirea unor AP provenind de la producatori diferiti, s-a dovedit a fi o sarcina destul de dificila, necesitand multe ore de munca si costuri suplimentare. Astfel, programarea diverselor AP presupunea cunoasterea mai multor limbaje de programare, precum si achizitionarea pachetelor de programe specific fiecarui AP in parte. La aceasta se adauga faptul ca, variante de AP provenind de la acelasi producator foloseau limbaje de programare diferite.

Printre dificultatile de care se loveau programatorii AP era si acea ca limbajul cel mai des folosit, bazat pe schemele cu contacte, prezenta unele neajunsuri legate de dificultatea de a structura aceste programe (ele nu puteau fi reutilizate cu usurinta in alte programe) sau de a materializa calcule matematice de complexitate ridicata.

Pentru a inlatura aceste neajunsuri, Comisia Electrotehnica Internationala a elaborate standardul IEC 1131- 3 menit sa normalizeze problemele legate de programarea AP.

Standardul IEC 1131- 3 stabileste folosirea a patru limbaje de programare din care:

doua sunt textuale:

limbajul lista de instructiuni (IL – Instruction List)

limbajul text structurat (ST – Structured Text)

doua sunt grafice:

limbajul bazat pe diagrame bloc functionale (FBD – Functional Block Diagram)

limbajul orientat pe schema cu contacte ( LD – Ladder Diagram)

Fig.13 Reprezentarea unei portiuni de program folosind limbajul: a) lista de instructiuni, b) text structurat, c) diagrame bloc functionale, d) schema cu contacte

In fig.13 sunt date reprezentari ale aceleiasi portiuni dintr-un program folosind cele patru limbaje de programare agreate in standardul IEC 1131-3.

Alegerea celor patru limbaje de programare s-a bazat pe faptul ca ele erau deja in uz si erau limbajele cele mai folosite.

Alegerea limbajului de programare se va face in functie de pregatirea programatorului, de pachetul de programare disponibil, integrarea cu alte documente etc.

Limbajul orientat pe schema de contacte a fost conceput si este foarte utilizat in SUA. El se bazeaza pe o reprezentare grafica care foloseste aceleasi simboluri ce sunt utilizate pentru reprezentarea schemelor electrice bazate pe relee.

Limbajul lista de instructiuni este foarte raspandit in Europa si isi are originea in limbajele de asamblare. Este un limbaj textual care foloseste o serie de nume simbolice pentru a define operatiile de baza ce pot fi efectuate de catre AP.

Limbajul bazat pe diagrame bloc functionale este o modalitate grafica de a specifica comportamentul unui program prin reprezentarea functiilor sub forma unor blocuri grafice interconectate si care comunica intre ele prin intermediul unor semnale.

Mai multe blocuri functionale interconectate pot fi reprezentate printr-un alt bloc, ceea ce permite o descriere ierarhizata pe mai multe niveluri.

Limbajul text structurat este de asemenea un limbaj textual. El isi are originea in limbajele de programare de nivel inalt care permit programarea structurata cum ar fi Ada, Pascal si C.

4. Limbajul bazat pe blocuri functionale

Limbajele de programare a automatelor programabile (AP) bazate pe blocuri funcționale (FBD – functional block diagram) fac parte din categoria limbajelor grafice și sunt normalizate prin standardul IEC 1131-3.

Aceste limbaje specifică în mod grafic comportamentul unui program prin intermediul unor funcții, acestea fiind reprezentate sub forma unor blocuri grafice (numite blocuri funcționale – BF) interconectate și care comunică între ele prin intermediul unor semnale. În limbajele evaluate mai multe blocuri funcționale interconectate pot fi reprezentate printr-un alt bloc ceea ce permite o descriere ierarhizată pe mai multe niveluri.

Pentru a realiza comportamentul general, toate blocurile sunt conectate între ele.

Circulația semnalelor în cadrul unei scheme cu FB este unidirecțională și se face conform următoarelor reguli:

semnalele circulă de la intrările schemei către intrările BF sau ieșirile schemei;

semnalele circulă de la ieșirile BF către intrările celorlalte BF sau către ieșiri;

Evaluarea unui program scris folosind FB se realizează conform următoarelor reguli:

un element este executat o dată ce au fost calculate toate semnalele de intrare pentru acel element;

un element este complet evaluat atunci când au fost calculate toate semnalele de ieșire ale acestuia;

evaluarea unei scheme cu BF se încheie atunci când toate ieșirile schemei au fost calculate;

4.1 Tipuri de blocuri

Într-un program ce utilizează blocuri funcționale se pot utiliza 5 seturi de elemente:

intrări: în funcție de tipul AP, acesta poate avea 4, 6 sau 12 intrări. Acestea pot fi atât intrări digitale cât și analogice. Intrările sunt notate cu I01-I06.

taste ale panoului frontal: acestea sunt notate cu K01-K08 și permit introducerea datelor în zona de date a programului, deplasarea prin meniuri și program, selectează opțiunile de programare sau pot fi folosite ca intrări suplimentare în timpul funcționării AP.

biții de memorie a sistemului: aceștia por furniza valori predefinite ale semnalelor și informații despre erorile din sistem. Biții de memorie sunt notați cu M01-M05.

ieșiri: acestea sunt digitale și permit comanda elementelor de comutare de tip releu sau tranzitor ce pot fi introduse în schemele electrice de comandă. Acestea sunt notate cu O01-O04.

blocurile funcționale: acestea sunt elementele de bază ale programului. Cu ajutorul lor informațiile primite de la intrări, taste ale panoului frontal și biții de memorie sunt prelucrare fiind elaborate comenzile transmise la ieșirile AP.

Functionarea AP se bazeaza pe executarea de catre procesorul unitatii centrale a unui set de instructiuni. Instructiunea este cea mai mica unitate independenta de program fiind formata din simbolul sau denumirea operatiei si operandul sau operanzii.

In cazul AP, operatiile cele mai des utilizate sunt cele ale algebrei booleene:

SI (AND,*);

SAU (OR,+);

NU (NOT,N);

SI-NU (NAND,ANDC);

SAU-NU (NOR,ORC);

SAU-EXCLUSIV (XOR);

La care se aduga operatile de temporizare, numarare si memorare.

In ultimul timp, datorita cresterii capacitatii de prelucrare si a vitezei de executie, la operatiile de baza au fost adaugate:

operatii aritmetice cum sunt adunarea, inmultirea, impartirea;

operatii logice pe mai multi biti cum sunt deplasari la stanga si la dreapta;

operatii de conversie a informatiei dintr-un cod intr-altul;

functii de memorare de tip bistabil;

alte functii special specifice AP;

Operanzii acestor instructiuni sunt variabile de intrare (notate cu I, X sau IN), de iesire (notate cu E,Y sau OUT), de memorare (notate cu M) – modeleaza releele intermediare din schemele electrice cu contacte, de temporizare (notate cu T) si de incrementare (notate cu C).

Aceste variabile sunt in corespondenta directa cu resursele pe care AP le are la dispozitie: intrari, iesiri, variabile intermediare (ale caror numar este in stransa legatura cu dimensiunea memoriei de lucru a AP), temporizatoare si numaratoare implementate prin program sau prin circuite si module specializate. Aceasta corespondenta este indicata prin alaturarea la notatiile prezentate anterior a unui identificator numeric care arata numarul resursei respective.

II. Partea experimentala

1. Specificatiile programatorului

1.1 Functiile programatorului

Date tehnice ale programatorului:

element termosensibil NTC 10 Kohm la 25°C ± 1%

domeniul de reglaj al temperaturii 17-28°C din 1 in 1°C

domeniul de afisare a temperaturii 17-28°C

tensiunea de alimentare 24V

dimensiunile programatorului 53.1x90x24.5

numar programe 7

Functia principala – reglarea temperaturii.Temperatura programatorului este cuprinsa intre 17-28°C. Cu ajutorul unor senzori de temperatura programatorul masoara temperatura camerei si afiseaza temperature.

Functii secundare

afisarea temperaturii – programatorul afiseaza temperatura camerei cu ajutorul unor senzori de temperatura.

fixarea datei curente – fixam data cu ajutorul butoanelor: „▲”si „▼”.

fixarea orei – fixam ora cu ajutorul butoanelor: „►” si „◄”.

selectarea zilei pentru stabilirea programului pe ziua respectiva – selectam ziua cu ajutorul butonului „OK” si vom selecta numarul programului pe ziua respectiva.

functionarea manuala – consta in faptul ca utilizatorul poate pune o anumita temperature iar centrala va functiona numai dupa acea temperature fara nici un program anume.

functionarea automata – centrala functioneaza dupa un program anume, program setat de utilizator.

Fig.14 Functiile programatorului

1.2 Caracteristicile programatorului:

stabilirea unui program din cele 7;

posibilitatea functionarii manuale;

poate fi plasat oriunde în casă pentru a detecta și a controla temperatura intr-o zona la alegerea utilizatorului ;

ecran LCD mare;

ecranul afișează temperatura setată și temperatura camerei simultan;

Temperatura programatorului va fi cuprinsa intre 17- 28°C. Programatorul poate fi programat pe durata unei saptamani. El va functiona automat, repetand ciclic programul introdus. Desigur acesta are si o comanda manuala in care putem modifica programele dupa dorinta realizand programul saptamanal cel mai potrivit pentru proprietar. Programatorul va avea urmatoarele 7 programe:

Pr.1: ora 7:00 – 19°C; ora 9:00 – 17°C; ora 12:30 – 21°C; ora 15:00 – 18°C; ora 17:30 – 21°C; ora 23:00 – 17°C.

Pr.2: ora 7:00 – 20°C; ora 9:00 – 18°C; ora 12:30 – 20°C; ora 15:00 – 17°C; ora 17:30 – 23°C; ora 23:00 – 17°C.

Pr.3: ora 7:00 – 22°C; ora 9:00 – 19°C; ora 12:30 – 23°C; ora 15:00 – 17°C; ora 17:30 – 24°C; ora 23:00 – 19°C.

Pr.4: ora 7:00 – 25°C; ora 9:00 – 20°C; ora 12:30 – 22°C; ora 15:00 – 18°C; ora 17:30 – 26°C; ora 23:00 – 20°C.

Pr.5: ora 7:00 – 19°C; ora 9:00 – 16°C; ora 12:30 – 21°C; ora 15:00 – 17°C; ora 17:30 –

23°C; ora 23:00 – 18°C.

Pr.6 si Pr.7 – pot fi setate dupa dorinta utilizatorului.

Programul unei zile poate fi format din maxim 6 perioade (P1,P2,P3,P4,P5,P6) cu 6 valori de temperaturi diferite.

Fig.15 Diagrama programului 1

Fig.16 Diagrama programului 2

Fig.17 Diagrama programului 3

Fig.18 Diagrama programului 4

Fig.19 Diagrama programului 5

1.3 Informatii afisate de programator:

ziua saptamanii;

ora;

temperatura curenta a camerei;

programul;

2.Automatul Mitsubishi Alpha II

Automatul programabil (AP) Mitsubishi Alpha poate fi programat folosind doar tastele de pe panoul frontal.  Când diagrama cu blocuri funcționale (BF) este completă programul astfel creat poate fi memorat în memoria AP.

2.1 Caracteristicile familiei de AP Mitsubishi Alpha

2.2 Elementele constructive ale AP Alpha

Alimentare Intrari

Interfata cu PC pentru programare, Interfata de programare cu 8 Interfata pentru caseta de memorie taste functionale si afisor LCD

Iesiri

Fig.20 Elementele constructive ale unui automat programabil ALPHA 2

2.3 Tastele functionale

2.4 Meniuri

Meniul principal are două moduri de funcționare:

Run Mode – poate fi utilizat când AP execută un program;

Stop Mode – poate fi utilizat când AP nu execută un program;

Există opțiuni ce sunt accesibile în ambele moduri, altele sunt specifice unui anumit mod de funcționare.

2.5 Meniul Stop Mode

Este meniul pe care îl vede utilizatorul când AP nu execută un program. În cadrul acestui meniu sunt disponibile următoarele comenzi:

2.6 Submeniul Others

2.7 Meniul Run Mode

Când AP Alpha execută un program, afișorul LCD afișează implicit imaginea stărilor intrărilor și ieșirilor. Se apasă orice tastă pentru a intra în meniul Run Mode.

2.8 Meniul Edit

Poate fi selectat când AP este in opțiunea ProgEdit sau Monitor.

2.9 Meniul de editare a BF

Meniul de editare a BF poate fi accesat din modul ProgEdit  sau Monitor.

2.10 Afișorul LCD

Prin intermediul afișorului LCD pot fi afișate și alte informații în afara meniurilor AP.

2.11 Imaginea I/O

Primul lucru care este afișat de afișorul LCD este imaginea I/O (intrări/ieșiri) și ceasul de timp real care indică ora curentă. Fiecărei intrări și ieșiri îi corespunde un cerc. Dacă acesta este gol înseamnă că intrarea/ieșirea respectivă este inactivă. Dacă cercul este plin, înseamnă că intrarea/ieșirea este activă. Pentru ceasul de timp real, modul corespunzător orarului de vară este indicat prin afișarea literei „s” în fața orei afișate.

2.12 Funcția LCD

Prin această funcție pot fi afișate informații pe 4 linii, fiecare linie conținând maxim 10 caractere.

2.13 Elementele programului de aplicații

Elementele programului de aplicații sunt sub forma unor blocuri. Fiecare bloc are o anumită formă și se indică numărul blocului, numărul de intrări disponibile, ieșirile disponibile și mnemonicul blocului (indică funcția blocului).

2.14 Blocuri de intrare

Corespund intrărilor AP (I01-I12), intrărilor de la tastatură (K01-K08) și biților sistem (M01-M05). Numărul intrării este in colțul dreapta sus, tipul de intrare în dreapta jos iar ieșirea în partea dreaptă.

2.15 Blocuri funcționale

BF pot avea până la 4 intrări reprezentate în partea stângă a blocului iar ieșirile sunt reprezentate în partea dreaptă. Unele BF pot conține date pentru a fi folosite în comparații sau sunt folosite pentru a afișa diverse mesaje. Aceste BF nu au ieșiri. Numărul și mnemonicul BF sunt reprezentate în colțul dreapta sus respectiv dreapta jos al simbolului.

2.16 Blocuri de ieșire

Blocurile de ieșire au o singură intrare și o singură ieșire. Numărul și mnemonicul BF sunt reprezentate în colțul dreapta sus respectiv dreapta jos al simbolului.

2.17 Blocuri conectate

Blocurile care sunt conectate pot fi reprezentate simultan pe afișajul LCD. Blocul care furnizează semnalul de ieșire este reprezentat în partea stângă a afișorului. Borna de intrare care primește semnalul va fi afișat intermitent. O bornă de intrare care este deja conectată va fi afișată printr-un triunghi plin.

2.18 Conectarea blocurilor

2.18.1 Conectarea blocului sursa cu blocul receptor al semnalului

Se execută pașii:

se selectează blocul sursă, se face deplasare spre dreapta până ieșirea blocului este afișată intermitent. În cazul în care se dorește adăugarea unui bloc nou se apasă tasta "+";

în dreapta blocului sursă apar o serie de opțiuni ce includ ieșiri ale AP disponibile, BF care au borne de intrare libere, adăugarea unui nou BF. Se face selecția cu tasta "OK";

blocul receptor va afișa cât mai multe dintre bornele de intrare  (uneori nu toate acestea vor încăpea pe afișaj). Bornele libere sunt reprezentate cu ">" iar cele conectate deja cu un triunghi plin. Un cursor "Connect" va fi afișat deasupra sau dedesubtul blocului din stânga. Opțiunea curentă va fi afișată intermitent. Se parcurg opțiunile folosind tastele de deplasare și se acceptă opțiunea dorită apăsând tasta "OK";

2.19 Conectarea blocului receptor al semnalului cu blocul sursa

Se execută pașii:

se selectează blocul care va recepționa semnalul;

deoarece bornele de ieșire pot avea mai multe conexiuni, vor fi afișate toate opțiunile posibile (taste, BF, intrări și ieșiri ale AP) incluzând și cea de adăugare a unui BF nou. Se parcurg opțiunile posibile până la cea dorită care este selectată prin apăsarea tastei "OK";

conexiunea selectată va fi afișată intermitent pe ecran împreună cu "Connect". Pentru acceptarea conexiunii se apasă tasta "OK";

2.20 Deconectarea a două blocuri

Se face deplasarea până la conexiunea care trebuie eliminată. Se apasă tasta "-" pentru a comanda deconectarea. Va apare cuvântul "Disconnect". Se apasă "OK" pentru validarea comenzii.

2.21 Deplasarea printre blocurile programului de aplicație

Deplasarea între BF se poate realiza cu tastele de deplasare. Aceasta se realizează de-a lungul legăturilor care există între blocuri.Se poate sări de la un bloc la altul folosind comanda "Jump".

2.22 Biții sistem

Biții sistem au fost creați pentru a furniza semnale corespunzătoare valorilor logice constante și pentru a oferi informații despre funcționarea ceasului de timp real.

2.23 Blocurile funcționale

În tabelul de mai jos este descrisă pe scurt funcționalitatea BF și memoria pe care o consumă.

1)     nr.de octeți folosiți=19+1x(nr. caractere din ecuație)

2)     nr.de octeți folosiți=8+4x(nr. de comutări)

3)     nr.de octeți folosiți=13+1x(nr. de caractere afișate)

3. Programul Mitsubishi Alvls

Programul Mitsubishi ALVLS este destinat scrierii programelor de aplicatii pentru automatele Mitsubishi Alpha. Acest program utilizeaza limbajul orientat pe blocuri functionale (FBD – functional block diagram). Acest limbaj face parte din categoria limbajelor grafice si sunt normalizate prin standardul IEC 1131-3.

Elementele software-lui AVLS de programare a AP folosind FB sunt date în Fig. 24.

Fig.21 Elementele software-lui AVLS de programare a AP

Bara de meniu contine meniurile programului.

Bara standard contine butoanele pentru comenzile standard: „New”; „Open”; „Save”; „Cut”; „ Paste”; „Print”; „About”; „Help”; „Zoom” si „Read from Controller”.

Bara imagini contine butoanele pentru „Import” si „Export” imagini în fereastra care contine schita sistemului.

Bara de desenare contine butoane pentru comenzi de desenare: „Line”; „Rectangle”; „Oval”; „Thin”; „Medium”; „Thick”; „Line Color” ; „Brush Color” si „Align Drawing Objects”.

Bara de control contine butoanele prin care se controleaza comunicarea între software-ul de programare si AP .Contine butoanele „Write to Controller” ; „Verify Controller Data”; „Diagnosis of controller”; „Run Controller”; „Stop Controller”; „AutoFBD Wizard”; „Start/Stop Monitor” si „Start / Stop Simulation”.

Bara de accesorii contine BF pentru intrari, iesiri, functii, functii logice si functii utilizator: „Input Signals” ; „Functions”; „Logic Functions”; „Output Signals” si „User Functions”.

Bara de conexiuni contine doar butonul pentru selectarea uneltei de conexiune a BF.

Bara functii utilizator contine butoanele pentru crearea functiilor utilizator: „User Func” si „User Func Registration” buttons.

Bara de stare – indica setul de BF utilizate curent si procentul de BF utilizate etc.

Fig.22 Bara de accesorii

3.1 Exemplu de scriere a unui program folosind BF

1.Se porneste programul ALVLS.

2.Se da comanda File-New.

3.În fereastra de dialog se aleg parametrii AP: AL Series, 6 Input and 4 Output. Se valideaza parametri selectati apasând OK.

Din bara de accesorii se selecteaza cu ajutorul mouse-ului elementele de intrare (IN) si dintre acestea se alege tipul buton prin clic cu mouse-ul pe icoana corespunzatoare (Push Switch). În fereastra ce contine placa de baza (FBD) se plaseaza butonul în casuta corespunzatoare intrarii I01 prin clic cu mouse-ul în respectiva casuta. Se face dublu clic pe butonul plasat anterior si în casuta de dialog care apare, în zona Comment se scrie „Pornire General".

Se repetă operațiunea pentru I02-I06 cu următorii parmetrii:

I02: Push Switch; Comment „Oprire General";

I03: Push Switch; Comment „Pornire Antrenare";

I04: Push Switch; Comment „Oprire Antrenare";

I05: Limit Sensor; Comment „Limita Superioara";

I06: Limit Sensor; Comment „Limita Inferioara";

Din bara de accesorii se selecteaza cu ajutorul mouse-ului elementele de iesire (OUT) si dintre acestea se alege tipul motor prin clic cu mouse-ul pe icoana corespunzatoare (Motor). În fereastra ce contine placa de baza (FBD) se plaseaza butonul în casuta corespuzatoare iesirii O01prin clic cu mouse-ul în respective casuta. Se face dublu clic pe elementul plasat anterior si în casuta de dialog care apare, în zona Comment se scrie „Motor pompa ulei".

Se repeta operatiunea pentru O02-O03 cu urmatorii parametrii:

O02: Motor; Comment „Motor Antrenare";

O03: Light; Comment „Semnalizare ungere";

Din bara de accesorii se selecteaza cu ajutorul mouse-ului bara de functii (FUNC) si dintre acestea se alege BF de tip bistabil (SET RESET). În fereastra FBD seplaseaza BF facând clic în interiorul placii de baza (zona verde).

Se selecteaza bara de conexiuni. Se fac conexiunile între intrari, BF de tip bistabilsi iesiri. Cu ajutorul mouse-ului, tinând apasat butonul din stânga al acestuia se uneste borna de iesire a intrarii IO1 cu intrarea SET a BF de tip bistabil. Se uneste apoi iesirea intrarii IO2 cu intrarea RESET a BF de tip bistabil. În mod similar se uneste iesirea BF de tip bistabil cu borna de intrare a iesirii O01.

Se procedeaza în mod similar pentru a se realiza schema din Fig.23.

Fig.23

În Fig.23 blocurile sunt dupa cum urmeaza: B20 – bloc tip DELAY, B19 – bloc tip SET/RESET, B18 – bloc functie logica AND (SI logic), B22 – bloc functie logica OR (SAU logic). Blocurile B18 si B22 se aleg din bara de accesorii selectând setul de functii logice (LOGI). Întârzierea blocului B20 se configureaza facând dublu clic pe icoana corespunzatoare. În câmpul On Operation Delay se trece valoarea 50 care corespunde unei întârzieri t=50×100 ms=5s.

3.2 Simularea functionarii programului

Pentru simularea functionarii programului se apasa icoana Start/Stop Simulation din bara de control sau se selecteaza din meniu comanda Controller-Simulation-Start. Activarea intrarilor se realizeaza facând clic pe casutele I01-I06 corespunzatoare. În modul simulare pentru toate iesirile BF este precizata starea în care acestea se afla: activ=ON, inactiv=OFF. Caile active la un moment dat sunt precizate cu culoarea rosie iar cele inactive cu culoare albastra.

4. Realizarea programatorului

4.1 Tipuri de blocuri care s-au folosit la realizarea afisarii

Pentru realizarea afisarii s-au folosit o serie de elemente:

elementele de intrare (IN)

OK Key;

+ Key;

– Key;

Right Key;

Push Switch;

functii logice (Logi)

AND;

OR;

Blocuri tip „functions” (Func)

DISPLAY;

COMPARE;

Counter;

Up/Down Counter;

Addition;

Fig.24 Afisarea programatorului – schema

4.2 Fixarea temperaturii

In fig.27 fiecarei apasari a blocului + Key ii corespunde o crestere a temperaturii cu 1°C. La atingerea temperaturii de 28°C aceasta revine automat la 17°C. Fiecarei apasari a blocului – Key ii corespunde o scadere a temperaturii cu 1°C pana la valoarea de 17°C.

4.3 Alegerea programului

La prima pornire se instaleaza automat programul 1(Pr.1). La apasarea blocului OK Key se va modifica programul pana la Pr.7.

4.4 Comanda programatorului

La pornirea programatorului acesta va fi pe comanda automata (C1). Daca dorim sa trecem pe comanda manuala (C2) vom apasa blocul Right Key iar aceasta se va modifica.

Fig. 25 Afisarea programatorului in timpul simularii

In fig. 25 este prezentat afisarea programatorului. La pornire programatorul imi va afisa:

Ora;

Ziua saptamanii;

Temperatuta curenta a camerei (respectiv 17°C la noi in figura );

Programul (Pr1);

Comanda manuala (C1);

Comanda automata (C2);

4.5 Realizarea schemei de comanda a programatorului

La intrarile programului am folosit:

Push Switch (I01 Start)

TC Analog Input (I02 Senzor temperatura)

Toggle Switch (I03 Comanda M/A)

La iesire am folosit:

Light (O01 Felinar )

Binary Output (O02 Pornire centrala)

Fig.26 Intrarile si iesirile schemei de comanda

Fig.27

In fig. 27 am delimitat prin blocuri de culori diferite elementele de program ce definesc conditiile de timp si temperatura pentru diferite intervale de timp. Blocurile de culori albastru sunt pentru perioada 1, cele de culoare verde sunt pentru perioada a 2-a si cea mov pentru perioada a 3-a.

4.6 Simularea schemei de comanda a programatorului

Simularea programaului se realizeaza astfel: Controller – Simulation – Start (fig.31).

Fig.28

Apoi vom da dublu click pe blocul „Hour Meter” pentru a putea seta intervalul de timp in care vrem sa porneasca centrala. Vom urma pasii urmatori:

vom da dublu click pe blocul “Hour Meter” si ne va aparea astfel(fig.32):

Fig.29

apoi vom selecta „change current values” pt. a putea selecta o anumita ora (fig.33). In dreptunghiul „Hour” vom selecta ora iar in dreptunghiul „Minute” vom selecta minuntele.

Fig.30

vom selecta o anumita ora, de exmplu ora 6:00 pentru a se activa perioada 1 a programatorului (fig.31)

Fig.31

vom da „write to controler” si ne va aparea „current value is written to controller successfully” (fig.32):

Fig.32

apoi vom da „Close” apoi „OK” si astfel se va activa perioada 1 a programatorului, perioada marcata cu culoarea albastru deschis (fig.33). Astfel centrala va porni pentru ca la ora 6:00 are o temperatura mai mica decat 19°C. Pentru perioada 1 am selectat o temperatura de 19°C

Fig.33

in fig.34 se observa cum arata schema dupa simulare si activarea blocului„Hour Meter”. Blocurile „Compare” sunt „On” deci este activata perioada 1 a programatorului, iar iesirea „O 03” este „On” deci centrala este pornita. Acest lucru se intampla in cazul in care este activata comanda automata, daca intrarea I03 – Toggle Switch (Comanda M/A) este „On”.

Fig.34

daca vom activa comanda manuala, intrarea I03 – Toggle Switch (Comanda M/A) va fi „Off”. Astfel vom putea cu ajutorul intrarii I02 – TC Analog Input ( Senzor de temperatura) sa punem o anumita temperatura, in cazul nostru 20°C iar iesirea „O 02” va fi „Off” deci centrala se va opri deoarece pentru perioada 1 avem setata o temperatura de 19°C. (fig. 35)

Fig.36

schema de comanda va arata ca in fig.37

Fig.38

apoi vom continua aceiasi pasi pentru fiecare perioada a programatorului.

4.7 Implementarea schemei de comanda in Automatul programabil Mitsubishi Alpha 2

Pasul 1 – Vom conecta Automatul programabil Mitsubishi Alpha 2 la calculator cu ajutorul unui cablu port serial.Astfel vom transfera schema din programul ALVLS in memoria automatului. Din programul ALVLS vom selecta „Controller – Write to controller – Stop”.(fig.39)

Fig.39

Pasul 2 – ne va aparea apoi „Controller stopped is successfully”(fig.40).

Fig.40

Pasul 3 – selectam „Write to controller”(fig.41).

Fig.41

Pasul 4 – ne va aparea ca in fig.42 si vom da „OK”.

Fig.42

Pasul 5 – ne va arata „ Write to controller successfull”(fig.43).

Fig.43

Pasul 6 – Vom selecta „ Controller – Monitot/Test – Start”(fig.44).

Fig.44

Pasul 7 – schema a fost implementata in Automatul Programabil Mitsubishi Alpha 2(Fig.45).

Fig.45

Pasul 8 – Vom apasa pe automat pe butonul „OK” vom selecta optiunea „Run” apasand tot butonul „OK”(fig.46).

Fig.46

Pasul 9 – Schema de comanda din programul AVLS va incepe sa ruleze (fig.47).

Fig.47

Pasul 10 (fig.48)- automatul programabil Mitsubishi Alpha 2 imi va afisa pe ecranul sau:

Ora;

Ziua saptamanii;

Temperatuta curenta a camerei (respectiv 17°C la noi in figura );

Programul (Pr1);

Comanda manuala (C1);

Comanda automata (C2);

Cu ajutorul butoanelor de pe automatul programabil Mitsubishi vom putea regla:

Temperatura: butoanele „+” si „-”;

Programul: vom modifica programul cu butonul „OK”;

Comanda: vom modifica comanda cu butonul „sageata spre dreapta”;

Fig.49

Pasul 11 – reglam pe automatul programabil o temperatura de 19°C (fig.50).

Fig.50

Pasul 12 – Vom da click pe blocul „ Hour Meter” si vom selecta ora 9:03 si apoi vom da „Write to Controller”(fig.51).

Fig.51

Pasul 13 – In fig. 52 observam ca iesirea „O03” este „Off” deci centrala s-a oprit pentru ca avem setat pe automat o temperatura de 19°C. Setand cu blocul „ Hour Meter” ora 9:03 comform programului 1 (Pr.1) in acest interval de timp trebuie sa avem o temperatura de 17°C deci centrala s-a oprit pentru a putea scadea temperatura la 17°C.

Fig.52

Fig.53 Schema de comanda a programatorului

5. Concluzii

Exista numeroase avantaje ale automatelor programabile cum ar fi:

cost redus: la acest cost s-a ajuns in decursul timpului si astfel poate fi achizitionat un automat cu numeroase timere, numaratoare si alte functii pentru sume pornind de la cateva sute de dolari;

posibilitati de testare: programul poate fi rulat si evaluat inainte de a fi instalat pe automat pentru a realiza conducerea dispozitivului. Astfel, pot fi evaluate cu costuri foarte mici erorile care apar precum si posibilitatile de imbunatatire a programului

securitatea: marita datorita modului de lucru cu procesul;

In lucrarea mea am realizat un programator pentru o centrala termica cu ajutorul automatului programabil Mitsubishi Alpha 2.

Am realizat schema de comanda a programatorului in programul ALVLS.

Am implementat schema de comanda in Automatul programabil Mitsubishi Alpha 2 si am realizat simularea cu ajutorul programului ALVLS.

Bibliografie

1. C.G. Haba , Sisteme de comanda a masinilor electrice, Editura „Gh.Asachi” Iasi 2002.

2. http://www.filehost.ro/698020/Automate_programabile_curs_13_2010_pdf/

3. http://www.scribd.com/doc/40098144/Automate-Programabile

4. http://www.ee.tuiasi.ro/~cghaba/LabSPME/L08%20-%20Programe%20AP%20cu%20BF.htm

5. http://ghemog.page.tl/manuale.htm

6. http://www.scritube.com/tehnica-mecanica/Definirea-notiunii-PLC15311.php

7. http://www.ee.tuiasi.ro/~cghaba/LabSPME/L09%20-%20Programarea%20directa%20Alpha.htm

8. http://www.centrale.ro/termostate/programator-ferroli-romeo-pt-econcept-p146.html

9. http://en.wikipedia.org/wiki/Thermostat

10. http://www.condensare.eu/

11. http://ro.wikipedia.org/wiki/Central%C4%83_termic%C4%83_de_perete