INGINERIE ELECTRICĂ ȘI ELECTRONICĂ Str. Științei Nr. 2, cod poștal 800146, Galați, România, tel/fax: +0236 4 70 905, e-mail: aciee@ugal.ro, web:… [629351]

UNIVERSITATEA „DUNĂREA DE JOS” DIN GALAȚI
FACULTATEA DE AUTOMATICĂ, CALCULATOARE,
INGINERIE ELECTRICĂ ȘI ELECTRONICĂ

Str. Științei Nr. 2, cod poștal 800146, Galați, România, tel/fax: +0236 4 70 905, e-mail: [anonimizat], web: www.aciee.ugal.ro

PROIECT DE DIPLOMĂ

Îndrumător proiect/Coordonator științific,
Ș.l.dr.ing. Răzvan ȘOLEA
Absolvent: [anonimizat]
2018

UNIVERSITATEA „DUNĂREA DE JOS” DIN GALAȚI
FACULTATEA DE AUTOMATICĂ, CALCULATOARE,
INGINERIE ELECTRICĂ ȘI ELECTRONICĂ

Str. Științei Nr. 2, cod poștal 800146, Galați, România, tel/fax: +0236 4 70 905, e-mail: [anonimizat], web: www.aciee.ugal.ro
SPECIALIZAREA: AUTOMATICĂ ȘI INFORMATICĂ APLICATĂ

MODELAREA ȘI PROIECTAREA UNUI SISTEM
AUTOMAT DE IRIGAT

Coordonator științific,
Ș.l.dr.ing. Răzvan ȘOLEA
Absolvent: [anonimizat]
2018

UNIVERSITATEA „DUNĂREA DE JOS” DIN GALAȚI
FACULTATEA DE AUTOMATICĂ, CALCULATOARE,
INGINERIE ELECTRICĂ ȘI ELECTRONICĂ

Str. Științei Nr. 2, cod poștal 800146, Galați, România, tel/fax: +0236 4 70 905, e-mail: [anonimizat], web: www.aciee.ugal.ro
Anexa 1 la Regulamentul de întocmire a proiectelor de diplomă și a lucrărilor de disertație

Departamentul __________________________________________________________________________

PROIECT DE DIPLOMĂ/LUCRARE DE DISERTAȚIE

Numele si prenumele absolvent: [anonimizat]___________________________________________________
Domeniul / Specializarea:
_________________________________________________________________________
Tema proiectului de diplomă/ lucrării de disertație
_________________________ ___________________
_______________________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________________________
______________________________________________ _________________________________________________
_______________________________________________________________________________________________
Conducător științific: ______________________________________________________________________
Consultant de spe cialitate: ________________________________________________________________
Data primirii temei:____________________________
La elaborarea proiectului de diplomă / lucrării de disertație se va respecta
Regulamentul de întocmire a proiectelor de diplomă și a lucrărilor de disertație,
disponibil pe site -ul facultății http://www.aciee.ugal.ro/studenti/finalizare –
studii/regulamente -si-formulare

Conducător științific, Absolvent: [anonimizat] „DUNĂREA DE JOS” DIN GALAȚI
FACULTATEA DE AUTOMATICĂ, CALCULATOARE,
INGINERIE ELECTRICĂ ȘI ELECTRONICĂ

Str. Științei Nr. 2, cod poștal 800146, Galați, România, tel/fax: +0236 4 70 905, e-mail: [anonimizat], web: www.aciee.ugal.ro
Anexa 2 la Regulamentul de întocmire a proiectelor de diplomă și a lucrărilor de disertație

Nr. _____/__________________
Aprobat,
Decan

DOMNULE DECAN

Subsemnata/Subsemnatul, ______________________________________________________________,
absolventă/absolvent a/al Facultății de Automatică, Calculatoare, Inginerie E lectrică și
Electronică, din cadrul Universității Dunărea de Jos din Galați, domeniul
_____________________________, specializarea (licență/master) __________________________________
_________________________________________________________________________ ___________________________,
promoția ______________, vă rog să -mi aprobați înscrierea la examenul de
licență/disertație sesiunea _________________________________________________.
Am ales proiectul de diplomă/lucrarea de disertație cu titlul
_____________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________sub îndrumarea
___________________________________________________________________ ________.
Am citit cu atenție REGULAMENTUL DE ÎNTOCMIRE A PROIECTELOR DE
DIPLOMĂ ȘI LUCRĂRILOR DE DISERTAȚIE și l -am respectat integral.

Data: __________________________ Semnătura ____________________________

Viza îndrumătorului proiectului/coordonat orului lucrării__________________________

Viza Directorului de departament ce coordonează programul __________________

Media
multianuala Viză secretariat
ACIEE

UNIVERSITATEA „DUNĂREA DE JOS” DIN GALAȚI
FACULTATEA DE AUTOMATICĂ, CALCULATOARE,
INGINERIE ELECTRICĂ ȘI ELECTRONICĂ

Str. Științei Nr. 2, cod poștal 800146, Galați, România, tel/fax: +0236 4 70 905, e-mail: aciee@ugal.ro, web: www.aciee.ugal.ro
Anexa 3 la Regulamentul de întocmire a proiectelor de diplomă și a lucrărilor de disertație

DECLARAȚIE

Subsemnata (ul), _________________________________________________________________________
absolventă/absolvent a/al Facultății de Automatică, Calculatoare, Inginerie Electrică și
Electronică, din cadrul Universității “Dunărea de Jos” din Galați, promoția ________________,
specializarea ____________________________________________________________________________________,
declar pe proprie răspundere că proiectul de diplomă/lucrare de disertație cu titlul
„_______________________ _____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________________”
este elaborat/elaborată de mine și nu a mai fost prezentat/prezentată niciodat ă la o altă
facultate sau instituție de învățământ superior din țară sau străinătate. De asemenea,
declar că toate sursele utilizate, inclusive cele de pe Internet, sunt indicate în
proiect/lucrare, cu respectarea regulilor de evitare a plagiatului.

“Plag iatul: însușirea ideilor, metodelor, procedurilor, tehnologiilor, rezultatelor sau
textelor unei persoane, indiferent de calea prin care acestea au fost obținute, prezentându –
le drept creație proprie.”

Am luat la cunoștință că prezentarea unui/unei proiec t/lucrări plagiate va
conduce la anularea diplomei de licență/master.

Lucrarea conține un număr de __________ pagini.

Data: ________________ Semnătura ____________________________

UNIVERSITATEA „DUNĂREA DE JOS” DIN GALAȚI
FACULTATEA DE AUTOMATICĂ, CALCULATOARE,
INGINERIE ELECTRICĂ ȘI ELECTRONICĂ

Str. Științei Nr. 2, cod poștal 800146, Galați, România, tel/fax: +0236 4 70 905, e-mail: aciee@ugal.ro, web: www.aciee.ugal.ro
Anexa 4 la Regulamentul de întocmire a proiectelor de diplomă și a lucrărilor de disertație

ACORD PRIVIND TRANSFERUL REZULTATELOR PROIECTULUI DE DIPLOMĂ/LUCRĂRII
DE DISERTAȚIE

Subsemnata (ul), ______________________ __________ ___________________________________,
absolventă/absolvent a/al Facultății de Automatică, Calcu latoare, Inginerie Electrică și
Electronică, din cadrul Universității “Dunărea de Jos” din Galați, promoția
_______________________, specializare ______________________________________________________
_______________________________________________________ _____________________________________________,
(NU) SUNT DE ACORD * să cedez rezultatele software și hardware – aferente
proiectului de diplomă/lucrării de disertație – în favoarea Facultății de Automatică,
Calculatoare, Inginerie Electrică și Electronică, din cadrul Universității “Dunărea de Jos”
din Galați, pentru creșterea dotării materiale a facultății și în folosul exclusiv al
studenților.

Proiectul/lucrarea conține următoarele:

1) Partea hardware compusă din:
_________________________________________ ____________________________________________________
_____________________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________________
__________________ ___________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________________
2) Partea software compusă din:
________________________________________________________ _____________________________________
_____________________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________________
_________________________________ ____________________________________________________________
___________________________________________________________________________________________

Data: ________________ Semnătura ____________________________

Notă:
* Se taie (bifează), după caz

Anexa 5 la Regulamentul de întocmire a proiectelor de diplomă și a lucrărilor de disertație

Departa mentul __________________________________________________________________________
Sesiunea:_________________________________________________________________________________

REFERAT DE EVALUARE

a proiectului de diplomă / lucrării de disertație cu titlul
_____________________________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________________________
______________________________________________________ _______________________________________________
Elaborat (ă) de absolventul _____________________________________________________________
Perioada de documentare și pregătire __________________________________________________
Conținutul proiectului __________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________________ _
_______________________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________________________
Contribuții personale ale autorului
____________________________ ___________________________________
_______________________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________________________
______________________________ _________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________________________

Respectă regulile de întocmire și redactare? DA / NU
Se propune ADMITEREA / RESPINGERE A proiectului / lucrării pentru susținerea
publică.
Nota propusă ________________ (această notă nu va fi luată în calculul mediei finale)

Data, Conducător științific,

REZUMAT
Agriculura este una dintre cele mai vechi și importante activități ale omenirii.
Nevoia sistemelor de irigat a apărut datorită schimbarii climatice , cantitatea de apă fiind
insuficientă pentru a satisfice nevoile plantelor.
Scopul acestei lucrări este de a evidenția importanta actuală și viitoare a
sistemelor de irigat. Indiferent de dimensiunea terenului agricol, un sistem de irigat
autonom se poate adapta cerințelor și nevoilor reale ale plantei. În acest proiect vom
demo nstra ușurința cu care poate fi f olosit un sistem de irigat de mici dimensiuni,
folosind doar 2 pom pe ș i senzori de umiditate. Pompele vor fi utilizate pentru a menține
nivelul apei din rezervor între nivelul minim (low) și nivelul maxim (high). Senzorii de
umiditate ne vor transmite info rmații în timp real despre nevoia de apă ale plantei, cu
senzorii de umiditate vom rezolva și problema senzorilor de precipitații sau a unei stații
meteo, deoarece senzorii de umiditate ne vor oferi informația vitală a plantei și aceea de
necesarul apei de către plantă. Această lucrare intenționează să dezvolte o irigare
eficientă din punct de vedere al costurilor care este adaptabil la condițiile climatice
zilnice, fără a fi nevoie de senzori scumpi.
În primul capitol se aborda evoluția sistemelor de iriga t de la începuturile ei și
evoluția acestora până în prezent, cât și sisteme de irigat folosite în antichitate și care
sunt folosite și în momentul de fată de către băștinași în menținerea producțiilor
proprii.
În al doilea capitol, vom prezenta soluții pr actice pentru un sistem agricol pentru
a determina ce sistem se potrivește pentru nevoile noastre . În acest capitol vor fi
precizate atât avantajele cât și dezavantajele irigației și metode de a putea automatiza
sistemul în funcție de necesitate și cerere. În cadrul capitolului vor fi prezentate ș i
componentele vitale pentru construcția unui sistem de irigat.
În al treilea capitol se abordează soluții practice de irigare, în care vom calcula
modelul matematic al unui motor de curent continuu în funcție de v iteza unghiulară și
tensiune. Ulterior am ales să calculat modelul matematic în funcție de viteza unghiulară ,
deoarece dorim o turație constantă . Pe langă calculele efectuat e de mână vom folosi
Matlab și S imulink pentru a vedea răspunsul sistemului.
În ultimul capitol vor fi prezentate rezultatele programării unui sistem de irigare
utilizănd Simatic Step 7 și se vor descrie modulele , pompele și senzorii folosiți în cadrul
proiectului pentru o imagine cât mai clară a ansamblului. Pentru a vedea dacă sistemu l
răspunde cererilor vom folosi un simulator offline PLCSIM.

CUPRINS
Introducere ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. 1
Capitolul 1. Începuturile sistemelor de irigat ………………………….. ………………………….. ………………………. 2
1.1 Rețele de irigat folosind oale de lut poroase ………………………….. ………………………….. ……………… 2
1.2 Statistici privind sistemele de irigat ………………………….. ………………………….. ………………………….. ..3
Capitolul 2. Soluții practice pentru irigarea unui teren agricol ………………………….. …………………… 5
2.1 Tipuri de amenajări și metode de irigații ………………………….. ………………………….. …………………… 5
2.2 Criteriile d e alegere a metodei de irigare ………………………….. ………………………….. …………………… 6
2.3 Beneficii și dezavantajele sistemelor de irigat subterane ………………………….. ………………….. 7
2.4 Metode automatizate de irigat ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………….. 7
2.4.1 Sistem bazat pe timp ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………. 7
2.4.2 Sistem bazat pe volum ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………… 7
2.4.3 Sistem cu bucla deschisă ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………. 8
2.4.4 Sistem cu buclă inchisă ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………….. 8
2.4.5 Sistem de răspuns în timp real ………………………….. ………………………….. ……………………….. 9
2.4.6 Sisteme de control al irigării bazate pe sisteme informatice ………………………. 9
2.5 Componente ale unui sistem de irigat ………………………….. ………………………….. ………………………… 9
2.5.1 Modul de funcționare al sistemului ………………………….. ………………………….. ……………. 15
2.5.2 Automatizarea sistemelor de irigat ………………………….. ………………………….. ……………. 15
2.5.3 Întreținerea ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. … 15
2.5.4 Cost ul ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………….. 15
Capitolul 3. Soluții tehnice de irigare ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……… 16
3.1 Modelarea matematică și simularea unui motor electric de current continuu ……… 16
3.2 Modelare matematică și simularea unui regulator PID ………………………….. ……………………. 20
3.3 Stabilizarea sistemului utilizând o lege de comandă după stare. ………………………….. ….. 23
Capitolul 4. Conducerea unui sistem de irigare autonom ………………………….. ………………………….. 29
4.1 Automatizarea și simularea unui sisistem de irigat folosind Simatic Step 7 ………….. 29
4.2 Configurația hardware a sistemului de automatizare Simatic S7 – 300 ………………….. 30
4.3 Descrierea și funcționarea modelului de conducere a unui sistem de irigat ………….. 35
4.3.1 Senzorii de umiditate ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………….. 39
4.3.2 Rezultate obținute în urma simulării ………………………….. ………………………….. ………… 43

Capitolul 5. Concluzii ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………. 46

LISTA FIGURI LOR
Fig. 1.1. – Sistem de irigare cu vase de lut ………………………….. ………………………….. ………………………….. .3
Fig. 1.2. – Distribuția consumului de apa în România ………………………….. ………………………….. ……… 4
Fig. 2.1. – Sistem în buclă închisă ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………… 8
Fig. 2.2. – Panou de control ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………… 9
Fig. 2.3. – Sistem de irigare prin picurare ………………………….. ………………………….. ………………………… 10
Fig. 2.4. – Sursă de apă provenintă dintr -un iaz ………………………….. ………………………….. ……………… 11
Fig. 2.5. – Sursă de apă provenită dintr -o puț ………………………….. ………………………….. …………………. 12
Fig. 2.6. – Valvă de reducere a presiunii – principiu de functionare ………………………….. ……… 13
Fig. 2.7. – Cap control ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……. 14
Fig. 3.1. – Schema electrică echivalentă pentru un motor de curent continuu ……………….. 16
Fig. 3.2. – Diagrama bloc în funcție de tensiune ………………………….. ………………………….. ……………… 19
Fig. 3.3. – Diagrama bloc în funcție de viteza unghiulară ………………………….. …………………………. 19
Fig. 3.4. – Diagrama bloc PID ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………… 20
Fig. 3.5. – Răspunsul simulării sistemului PID ………………………….. ………………………….. ………………… 23
Fig. 3.6. – Schema sistemului cu comandă după stare – forma ideală ………………………….. ……. 24
Fig. 3.7. – Schema echivalentă s site mului cu comandă după stare a sistemului ……………. 25
Fig. 3.8. – Simularea sistemului cu lege de comandă după stare ………………………….. ……………. 26
Fig. 3.9. – Schema echivalentă a sistemului cu structură de comadă dupa stare cu
integrator ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. 26
Fig. 3.10. – Rezultatul simulării sistemului de comandă dupa stare cu integrator ………… 27
Fig. 4.1. – Imagine de ansamblu asupra unui proiect de automatizare ………………………….. … 30
Fig. 4.2. – Șina de montare ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………….. 31

Fig. 4.3. – Diagrama sursei de tensiune ………………………….. ………………………….. ………………………….. … 31
Fig. 4.4. – Schema modulului PS 307 2A ………………………….. ………………………….. ………………………….. . 32
Fig. 4.5. – CPU 312 ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………. 33
Fig. 4. 6. – Conexiuni terminale și diagrama modulului SM 323 ………………………….. ……………… 34
Fig. 4.7. – Exemplu de montare PS – CPU – I/O ………………………….. ………………………….. ………………. 35
Fig. 4.8. – Schema logică a unui sistem de irigat ………………………….. ………………………….. ……………. 36
Fig. 4.9. – Tabelul de simboluri al sistemului de automatizare ………………………….. ………………. 38
Fig. 4.10. – Testare offline ut ilizând PLCSIM ………………………….. ………………………….. …………………… 39
Fig. 4.11. – Instrucțiume pentru pornirea și oprirea sistemului ………………………….. …………….. 43
Fig. 4.12. – Instrucțiune funcționare pompa puț ………………………….. ………………………….. ……………. 43
Fig. 4.13. – Menținerea nivelului din rezervor ………………………….. ………………………….. ………………… 44
Fig. 4.14. – Funcționare pompei din rezervor ………………………….. ………………………….. …………………. 44
Fig. 4.15. – Funcționare pompei din puț ………………………….. ………………………….. ………………………….. . 45

1
INTRODUCERE
Apa devine treptat una dintre cele mai prețioase resurse naturale și cel mai
important factor in sistemele de irigat este apa. Sistemele de irigat le oferă fermierilor și
agriculorilor să folosescă eficient apa pentru buna creștere a culturilor.
În urmato rii 35 – 45 de ani, producția mondială de alimente va trebui sa se dubleze
pentru a răspunde cererilor de creștere a populației. Din această creștere, 90% din
producția mondială va trebui să vina din sistemele de irigat actuale și 70% din acestă
creștere va trebui să vină din pământurile irigate. Fără irigare, agricultura este foarte
limitată și dacă ploile nu vor fi la timp să completeze necesarul de apă pentru nevoile
plantelor, agricultura devine imposibilă fară irigare.
Multe tipuri de sisteme au fost de zvoltate pentru controlul automat al aplicării
apei în câmpuri. În ceea ce privește cele mai simple tipuri de control al sistemelor de
irigat, municipalitățile și proprietarii comerciali ai zonelor verzi stabilesc în mod
obișnuit un program de udare care i mplică perioade de timp specifice de funcționare pe
zile și controlerul execută același program indiferent de sezon sau condiții meteo. Din
când în când , un tehnician poate ajusta manual udarea, dar aceste ajustări sunt de
obicei efectuate doar de câteva ori pe parcursul anului și se bazează mai mult pe
percepțiile tehnicienilor decat pe nevoile reale de udate. O schimbare este adesea facută
în primăvară târzie, când o parte din plante devin m aro din cauza deficitului de apă . O
altă schimbare este adesea f ăcută în toamnă târzie când proprietarul presupune că
vegetația nu mai necesiă multă apă. Aceste modificări la progamul de udare sunt de
obicei insuficiente pentru a obține o eficientă în udare.
Noțiunea de automatizarea a sistemelor de irigare se referă la funcționarea
sistemului fără intervenții manuale. Sistemul de automatizare al irigațiilor este justificat
în cazul în care o zonă mare irigată este împărțită în segmente mici numite blocuri de
irigare și segmentele sunt irigar e în funcție de necesitatea fiecarui bloc pentru irigat.
În această lucrare vreau să evidențiez avantajele sistemelor de irigat și nevoia
acesora în evoluția omenirii.

2
CAPITOLUL 1. ÎNCEPUT URILE SISTEMELOR DE IRIGAT
Noțiunea de irigare reprezintă un ansamblu de lucrări și operații prin care se
administreaza artificial apă pe un teren cu vegetație , cu scopul de a crea condiții
favorabile pen tru creșterea și dezvoltarea culturilor . Astfel, recoltele sunt mai prospere
și independente de cantitatea de precipitații atmosferic e.
Încă de la începuturile agricu turilor irigate, agricul torii și specialiștii în domeniul
agriculturii au căutat concepte și tehnologii pentru îmbunătățirea utilizării apei în
agriculutură. Unul dintre concepte a fost aplicarea localizată a apei direct la rădăcinile
plantei. O altă metodă a fost aplicarea apei s ubterane pentru a se evita evaporarea din
sol către suprafaț ă.
1.1 Rețele de irigat folosind oale de lut poroase
O modalitate veche, folosită de Persani și care este i ncă folosită în unele zone ale
Asiei și Africii este accea de a î ngropa vase din argila dire ct în p ămâ nt. Acest sistem
vechi a fost modernizat și reaplicat pentru arii limitate de apă. Tehnologia constă în
utilizarea vaselor de lut și a capsulelor poroase pentru a îmbunătăți practicile de irigare
prin creșterea stocării și îmbunătățirea distribuț iei apei în sol. Aceast sistem de irigare
cu volum redus se bazează pe stocarea și distribuirea apei în sol, folosind vase de lut și
capsule poroase interconectate prin conducte din plastic. Un rezervor cu nivel constant
este utilizat pentru a menține o pr esiune constantă.
Vasele de lut sunt deschise la vârf și sunt, de obicei, arse în cuptoare de uz casnic
după ce au fost fabricate din argilă sau zgură obținută pe plan local, amestecată cu nisip.
Vasele, de obicei conice și cu o capacitate de 10 până la 12 litri, sunt parțial îngropate în
sol, doar cu vârfurile îndoite. Distribuția se face prin tuburi din plastic pentru a asigura
o permeabilitate și porozitate destul de uniformă. Menținerea unui nivel constant în
rezervorul de stocare reglează presiunea .
Un sistem similar care a fost testat în Mexic și Brazilia, utilizează containere mai
mici, închise sau capsule poroase, îngropate complet în sol. Aceste recipiente distribuie
apa fie prin aspirație, fie prin acțiunea capilară în interiorul solului sau pr in presiunea
externă asigurată de un rezervor de nivel constant (ca în sistemul anterior). Fiecare
capsulă are în mod normal două deschideri pentru a permite conectarea conductelor
din plastic care interconectează capsulele. [6]

3

Fig. 1.1. – Sistem de irigare cu vase de lut
[10] https://www.pinterest.com/pin/573153490051864313/, 4/05/2018
Capacitatea acestor capsule variază între 7 și 15 litri, iar rezervoarele de stocare
care alimentează sistemul sunt ridicat e la 1 sau 2 m deasupra suprafeței solului.
Capsulele sunt îngropate la o distanță de 2 metri, la cel puțin 10 cm sub stratul superior
al solului. Numărul de vase sau capsule utilizate este o funcție a zonei de cultivare, a
condițiilor solului, a climei și a dimensiunii oalei. Peste 800 de vase / ha au fost instalate
în Brazilia. [6]
O altă metodă de irigare a fost folosită î n unele zone ale Asiei, irigarea cu bambus
prin picurare a fost folo sită timp de 200 de ani. Curenții și apa de izvor erau direcționate
către tevile de bambus pentru a iriga plantații le. Aproape 18 -20 l/min de apă care intră
în sistemul de țevi din bambus curge de -a lungul câtorva sute de metri și este în cele din
urmă distrib uită la fiecare plantă la o rată de 20 -80 picături pe minut. Acest sitem
tradițional este încă utilizat de catre fermierii tribali pentru a -și iriga plantațiile de piper
negru.
Descoperirea de irigare prin picurare a avut loc la începutul anilor 1960 în p rimul
rând în Israel și mai apoi în S tatele Unite. [1]
1.2 Statistici privind sistemele de irigat
Creșterea în ritm accelerat a amenajărilor de irigații atrage dupa sine și
dezvoltarea activității de întreținere și exploatare a tuturor instalațiilor și a
echipamentelor de la sursa de apă și până la distribuirea ei în toată instalația.
Problemele de exploatare și întreținere a amenajărilor pentru irigații se multiplică
odată cu creșterea suprafețe lor amenajate în țara noastră.[3 ]

4
Statisticile privind distri buția consumului de apă sunt dupa cum urmeaza:

Fig. 1.2. – Distribuția consumului de apa în România
În prezent, irigarea prin udare subterană s-a răspâ ndit exponențial și este intr -o
creștere constantă deoarece are mai multe avantaje . Aplicarea precisă a apei atrage
după sine reduce rea pierderilor de apă prin evaporarea ei , astfel plant a beneficiind de
mai multă apă. C onsumul de energie este un ul mult mai scăzut decât în celă lalte metode
și întreținerea este mult mai ieftină. Scăderea infestării cu buruieni deoarece zona
limit ată umede scade dezvoltarea buruienilor. [4]
Controlul automat poate fi introdus uș or în sistemele de irigat. Ast fel reducând
semnificativ munca , însă pentru a putea ajunge la rezultate compromițătoare și cât mai
optime sunt necesari și alți factori. În acest caz, un rol important îl are modelarea
matematică. Modelele de calcul sunt operaționale întrucât au ca scop stabilirea unor
decizii .
Pentru rezolvarea unei probleme sau pentru optimizarea ei este necesară
stabilirea unor restricții care să exprime granițele zonei si condițiile în care care
posibila dezvoltarea aplicației. Găsirea unor soluții optime apare datorită faptului că
tehnologia și nevoile au o evoluție accelerată . Astfel, de exemplu, dacă deceniul trecut
calculele și optimizările se axau pe consumul de apă pe o singură parcel ă, acum datorită
cererii calculele se explind pe 6, 8, 10, 20 parcele simu ltam. Parcele care aștepată
udarea de la același si stem de iri gare, însă pentru o altă cultură , cu umidități diferite și
caracteristici diferite.
Astfel, în irigații teoria sistemelor poate fi utilizată cu bune rezultate pentru
prognozarea umidității solului și a stabilirii regimului op tim de udare cu consum minim
de apă și energie. În acest sistem se are în vedere ca planta, solul și apa să formeaze un
“sistem” cu numeroase conexiuni directe și inverse [5].

5
CAPITOLUL 2. SOLUȚII PRACTICE PENTRU IRI GAREA UNUI TEREN AGR ICOL
În zilele noastre, sisteme le de irigat autonome nu mai sunt un lucru de ignorat,
reprez intă actuala nevoie a populației. O mare influență în alegerea sistemului de irigat
o reprezintă sursa de apă și nevoile planației. Pentru a planifica în mod corespunzător
irigare a, un cultivator trebuie să cunoască cererea mediului și suprafața irigabilă.
Pentru a cunoaște cantitatea exactă de apă necesară culturii, trebuie să ținem cont de
condițiile climatice, ceea ce este un ajutor in a aflat necesarul de apă, planificarea
irigației, proiectarea eficientă și gestionarea sistemului de irigare. Acest lucru este
realizat prin utilizarea sistemelor automate de irigare.
În componența amenajărilor de irigații prin picurare, ca și în alte metode se includ
atât materiale comune tuturor rețelelor cât și componente particulare cum ar fi
dispozitive de protecții și control al presiunii și coloanelor de apă distribuite in rețea.
Echipamente care să permită aplicarea unor tratamente specifice și fertilizărilor prin
apa de irigare și echipame nte de udare care sa se adapteze la condițiile de cultură și
relief cu asigurarea udărilor de calitate.
2.1 Tipuri de amenajări și metode de irigații
Tipul de amenajare se referă la modul de realizare al rețelei de dstribuție, care
poate fi din canale deschide, conducte îngropate (de joasă presiune sau de înaltă
presiune), sau mixte. Tipul de canale cel mai răspândit în Romania este cel cu conducte
îngropate sub presiune.
Prin metoda de irigare se înțelege tehnica și modalitățile de aplicare sau
distri buție a apei pe terenurile amenajate, în scopul obținerii unor producții maxime sau
optime din punct de vedere economic.
Diferențele în privința condițiilor topografice, hidrografice, a culturilor irigate, a
surselor de apă folosite, și a factorilor social -economici, determină alegerea metodei de
irigație.
Metodele de irigații folosite în tehnica irigațiilor se pot clasifica funcție de mai
multe criterii, cel mai adesea în funcție de aplicarea apei . [4]
 Irigația prin aspersiune , ploaie artificială sau strop ire. Dispersarea apei în
picături, imitând ploaia naturală, se face utilizând instalații de energie și aparate de
ploie (aspersoare). Este metoda cu cea mai mare răspân dire, a plicată la orice cultură .

 Irigația prin scurgere la suprafața solului (gravitațională), se aplică în
următoarele variante de udare:

a) Irigația prin inundare sau submersiune , prin care parcelele se acoperă cu
un strat de apă care se infiltrează treptat în adâncime. Se utilizează atât prin

6
fertilizarea solului prin colmatare, î n perioada stagnării vegetației, cât și pentru
umezirea solului în timpul perioadei de vegetație. Este metoda specifică a orezului.

b) Udarea prin revărsare sau circulație, constând din circulația pe suprafața
în pantă a terenului a unui strat subțire de apă, care în timpul scurgerii se
infiltrează pe verticală. Se aplică mai ales culturilor de ierburi și cereale.

c) Udarea pe brazde – apa curge în brazde înclinate sau stagnează în brazde
orizontale, între șirurile de plante, îmbibă solul în profunzime și lateral, prin gravitație
și capilaritate. Această metodă se utilizează mai ales pentru irigarea prășitoarelor.

 Irigația subterană la care apa este introdusă în sol prin tuburi, jgeaburi sau
galerii – cârtiță subterane, umezind solul în toate sensurile, p rin gravitație și
capilaritate.[7]

 Irigația localizată este cea mai recentă metodă, care se află în faza de extindere,
recomandată mai ales pentru plantații pomicultore, viticole, cultura legumelor in sere,
solarii și în câmp. Aceasta poate fi:

a) Prin picurare
b) Prin rampe perforate
Apa este distribuită pe teren prin conducte de udare și dispozitive de udare,
udându -se numai o parte din teren, mai precis zona în care este sistemul radicular al
plantelor. [4]
2.2 Criteriile de alegere a metodei de iriga re
Acestea se referă la: condițiile naturale cu privire la sol (textură, permeabilitate,
grosime), apă freatică (adancime și grad de mineralizare), teren (pantă, grad de
uniformitate a microreliefului și posibilități de nivelare a terenului), condiții tehnice
privind regimul irigării care este solicitat de culturi și posibilitățile de realizare a lui cu
metoda de irigație respectivă și condiții de respectare a cerințelor de protecție a
mediului . De asemenea, se au in vedere: tipul de exploatație agricolă și dim ensiunile ei,
disponibilitățile de manoperă pentru udări, disponibilitățile de capital, cantitatea și
calitatea apei disponibile și costul acesteia, posibilitățile de automatizare pe care le
oferă metoda de udare, posibilități de realizare a fertirigației, asolamentul și variația
culturilor pe c are o permite fiecare metodă.[4 ]

7
2.3 Beneficii și dezavantajele sistemelor de irigat subterane
Beneficii:
– sistemul de irigat pornește și se oprește exact când trebuie, reducând costrile
energetice ,
– elimină pierderile de apă și evaporația ,
– eficient – aplică apa direct la rădăcinile plantei ,
– cel mai bun pentru zonele de vârf ,
– un mediu mai bun pentru creșterea rădăcinilor ,
– mai puțin sol umed, astfel încât utilizarea mai puțină a apei împiedică creșterea
buruienilor ,
– flexibilitatea în proiectare și utilizare ,
Dezavantaje:
– pot apărea daune din cauza rozătoarelor ,
– înfundarea emițătorului și scurgerile pot să nu fie detectate ,
– o zonă limitată pentru dezvoltarea rădăcinilor ,
– dificil de utilizat pent ru gazon .[18]
2.4 Metode automatizate de irigat
Există șase sisteme de automatizare de înaltă tehnologie, care sunt descrise mai
jos.
2.4.1 Sistem bazat pe timp
Regulatoarele de ceas cu timp de irigare sau temp orizatoarele sunt parte integra tă
a unui sistem automat de irigare. Un cronometru este un instrument esențial pentru a
aplica apa în cantitatea necesară la momentul potrivit. Timpii pot duce la o irigare sub
sau peste, dacă nu sunt programate corect sau cantitatea de apă nu este calcula tă.
Timpul de funcționare (timpul de irigare – ore pe zi) se calculează în funcție de volumul
de apă necesar (necesarul de apă – litri pe zi) și de debitul mediu de apă (rata de
aplicare – litri pe oră). Un timer pornește și oprește procesul de irigare.
2.4.2 Sistem bazat pe volum
Cantitatea prestabilită de apă poate fi aplicată în segmentele câmpului prin
utilizarea supapelor de dozare controlate cu volum automa.

8
2.4.3 Sistem cu bucla deschisă
Într-un sistem cu buclă deschisă, operatorul ia decizia cu privire la cantitatea de
apă ce trebuie aplicată și la momentul evenimentului de irigare. Controlerul este
programat corespunzător, iar apa este aplicată în funcție de programul dorit. Sistemele
de control cu buclă liberă utilizează fie durata de irigare, fie volumul aplicat pentru
control. Regulatoarele cu buclă deschisă au în mod normal un ceas care este utilizat
pentru a începe irigarea. Terminarea irigării poate fi bazată pe un timp prestabilit sau
poate fi bazată pe un volum specificat de apă care trece printr -un debitmetru.
2.4.4 Sistem cu buclă inchisă
În sistemele cu buclă închisă, operatorul dezvoltă o strategie generală de control.
Odată definită strategia generală, sistemul de control preia și ia decizii detaliate cu
privire la momentul când se aplică apa și canti tatea de apă care trebuie aplicată. Acest
tip de sistem necesită feedback de la unul sau mai mulți senzori. Sunt luate decizii de
irigație și acțiunile sunt efectuate pe baza datelor de la senzori. În acest tip de sistem,
feedback -ul și controlul sistemulu i sunt efectuate în mod continuu. Circuitele de buclă
închise necesită obținerea de date privind parametrii de mediu (cum ar fi umiditatea
solului, temperatura, radiația, viteza vântului etc.), precum și parametrii sistemului
(presiune, debit, etc.).

Fig. 2. 1. – Sistem în buclă închisă
[11] http://archive.sswm.info/category/step -university/module -4-sustainable -water –
supply/module -4-sustainable -water -supply/furt -50, 05. 05.2018

9
O versiune si mplă a unui sistem de control în bucla închisă este cea a unui
controler de irigare. Un senzor de umiditate întrerupe procesul de irigare. Când
umiditatea solului scade sub un anumit prag, dispozitivul de detectare închide circuitul,
permițând controlerului să alimenteze supapa electrică și pornește irigarea .
2.4.5 Sistem de răspuns în timp real
Cu această aplicație, irigarea se bazează pe cerințele dinamice actuale ale plantei
în sine, zona rădăcinii plantelor reflectă efectiv toți factorii de mediu care acționează
asupra plantei. Fu ncționând în parametri controlați, planta însăși determină gradul de
irigare necesar. Diferiți senzori, tensiometre, senzori de umiditate relativă, senzori de
ploaie, senzori de temperatură etc. controlează programarea irigării . Acești senzori
furnizează r ăspunsul controlorului pentru a controla funcționarea acestuia.
2.4.6 Sisteme de control al irigării bazate pe sisteme informatice
Un sistem de control bazat pe computer constă dintr -o combinație de hardware și
software care acționează ca un supervizor în scopul gestionării irigării și al
conexiunilor, cum ar fi fertigarea și întreținerea. În general, sistemele de control bazate
pe calculator utilizate pentru gestionarea sistemelor de irigare (de exemplu sisteme de
irigare prin picurare) pot fi împărțite în două categorii: sisteme interactive și sisteme
complet automate. [6]

Fig. 2. 2. – Panou de control
[12] http://slideplayer.com/slide/738185/ , 18/05/2018
2.5 Componente ale unui sistem de irigat
Deși picurătorii sunt nucleul rețelei de irigare prin picurare, sistemul este realizat
din multe componente . Aceste componente trebuie să fie compatibile reciproc, cu
cerințele culturii și cu caracteristicile siste mului de irigat.

10

Componentele sunt clasificate în 6 categorii principale:
1) Sursă de apă: un sistem de pompare de la o sursă de la suprafață sau subterană
sau o conexiune la o rețea de distribuție publică
2) Sistem de livrare: linie principală, sub -rețea și colectoare (țevi de alimentare)
3) Picurători laterali
4) Accesorii de control: supape, contoare de apă (debitmetre), presiune și debit,
regulatoare, dispozitive de automatizare, dispozitive de prevenire a refluxului, eliberare
în vid și aer, supape .
5) Sistemul de filtrare
6) Echipame nte pentru injectarea nutrienților vegetali și agenți de tratare a apei

Fig. 2. 3. – Sistem de irigare prin picurare
[13] http://hmkfarm.com/author/hunghh/

11
1. Sursa de apă: există două surse alternative de apă:
a. Sursă de apă de la suprafață – in general este cel mai ieftină sursă de apă pentru
irigare. Dar, de asemenea, este cel mai puțin fiabil. Dacă câmpurile necesită mai multă
apă decât cea disponibilă în timpul uscării, apa trebuie depozitată pentru a asigura o
alimen tare adecvată atunci când este necesar. Sursă de apă poate provine de un lac, râu,
iaz, rezervor de baraj.

Fig. 2. 4. – Sursă de apă provenintă dintr -un iaz
[14] https://www.nrcs.usda.gov/Internet/FSE_DOCUMENTS/stelprdb109709 5.pdf
c. Surse de apă subterană – la majoritatea sistemelor de irigare subterană, sursele
sunt furnizate de puțuri. De obicei când apa provide dintr -un izvor subteran, apa nu este
trimisă direct în spre instalația de irigat, ci este depozitată în tancuri/r ezervoare de
stocare, urmând ca ulterior să fie folosită la irigat.

12

Fig. 2. 5. – Sursă de apă provenită dintr -o puț
[30] http://news.sokoni.solar/2017/01/03/how -to-build -your -own -solar -water -pump/
2. Sistemul de livrare – linile principale pentru livrarea și distribuția apei.
Țevile sunt fabricate din PVC sau din polietilenă (PE). Țevile din PVC instalate
subteran de obicei nu au nici o protecție împotriva radiațiilor UV. Conductele PE pot fi
insta late subteran sau deasupra solului, deoarece conțin negru de fum, care asigur
protecție UV. Presiunea nominală de lucru a țevilor trebuie să fie mai mare decât
valoarea nominală a presiunii de lucru în cazul în care sistemul trebuie să reziste
presiunii în chise a supapei. Cea mai comună presiunea nominală de lucru a liniilor de
distribuție și de distribuție este 6 -8 bar (60 – 80 m cap de presiune).
3. Picurători laterali – există diferite tipuri de conectori între sub -rețea /
distribuitoare și laterale. Co nectorii trebuie să reziste la presiunea de lucru. Picurătorii
sunt ingropati 25 -35 cm în pământ.
4. Acesorii de control – irigarea simultană a mai multor parcele, fiecare cu cerințe
diferite de apă dintr -o singură sursă de apă necesită subdivizarea zonei irigate în
sectoare, fiecare controlată de o supapă. Aceste supape pot fi operate manual sau
automat. Un alt acesoriu de control este regulatoarele de presiune, utilitatea acestuia
este de a limita presiunea excesivă din instalație care duce la degradarea prematură a
întregului sistem.

13
Închis Deschis Modulare

Când presiunea de
admisie este aplicată
camerei de comandă,
supapa se închide etanș.
Când presiunea de
funcționare este eliberată
din camera de control,
presiunea din conducta de
admisie deschide valva.

Poziția diafragmei
este dictată de volumul de
apă din camera de
comandă, care este reglat
de valva pilot pentru a
menține o presiune
presetată.
Fig. 2. 6. – Valvă de reducere a presiunii – principiu de funcț ionare
[15] http://www.netafim.com.ro
5. Sistem de filtrare – pasajele înguste ale emitătoarelor au tendința de a se
înfunda, pentru a previne asta sunt luate următoarele măsuri:
– înainte de a fi livrată apa în conducte aceasta trece prin mai multe rezervoare de
filtrarea a apei
– tratamente chimice pentru descompunerea materiei organice, prevenind
dezvoltarea microorganismelor în interiorul liniilor de distribuție a apei și a
picurătorilor .[1]
Sisteme de filtrare pot avea blocaje, cele mai frecvente fiind:
– blocaje fizice cum ar fi nisip, praf sau alte substanțe,
– blocaje biologice apar adesea atunci când se depun bacterii pe coloana de apă,
– blocaj chimic apare atunci când mineralele se depun pe coloanele de apa,
împiedicând astfel trecerea apei. [9]
6. Echipamente pentru injectarea nutrienților vegetali și agenți de tratare a apei
– 3 tipuri de substranțe chimice sunt injectate în sistemele de irigare prin picurare:
îngrășăminte, pesticide și agenți anti -colmatare. Îngrășămintele sunt cel mai fr ecvent
folosite, acestea contribuind la creșterea randament ului obținut în urma irigării.[1 ]

14

Fig. 2. 7. – Cap control
[31] http://www.netafim.com.ro/agricultura/sistemul -de-irigare -prin -picurare.html
Valva manuală – are rol de a elibera treptat apa către sistem la pornirea irigării.
Apometru (debitmetru) – are rolul de a măsura consumul de apă pentru
suprafața irigată.
Valva de reducție a presiunii – are rol de a stabiliza presiunea între sursa de apă
și necesarul de presiune din sistem.
Valva de aerisire – are rolul de a elimina aerul din instalație. Aerul care este adus
odată cu apa, poate provoca pagube sistemului de irigații, valva de aerisire având acest
rol de a elimina aerul. [31]

15
2.5.1 Modul de funcționare al sistemului

Funcționarea acestor echipamente, instalații și sisteme de irigare cu conducte de
picurare se bazează pe distribuirea apei în mod uniform, în puncte apropiate de plante,
în mod lent, picătură cu picătură, într -o proporție și cu o frecvență adap tată nevoilor
plantei, având posibilitatea compensării stricte a evapotranspirației, permițând un
control riguros al normelor de udare și aplicarea acestora.[8]

2.5.2 Automatizarea sistemelor de irigat
Aproape fiecare sistem de irigare poate fi automatizat. Poate fi folosit în fiecare
regiune a lumii, deoarece economisește timp și apă. În plus, proiectele de înaltă
tehnologie permit o irigare foarte eficientă, adică măsurarea cu precizie a volumului de
apă. Odată ce sistemul este optimizat, muncitorii nu treb uie să -și facă griji în privința
procesului de irigare și se pot concentra pe sarcini mai importante.
2.5.3 Întreținerea
Pe durata exploatării este necesar să se facă verificări alea intregului ansamblu
periodic pentru a împiedica îmbatranirea prematură a sistem ului, în această privință se
vor avea în vedere:
– Spălarea cu apă a linilor de picurare.
– Deschiderea robineților pentru trecerea apei prin linii cu capacele deșurubate
pană ce apa care se scurge pe la capat devine limpede.
– Eliminarea să ruri lor se face in mod obiș nuit prin tratarea liniilor de picurare cu
diverși acizi dizolvați în apă. [19]
Verificarea s istemele lor automate de irigare trebuie să fie operate de muncitori
calificați și întreținute frecvent. Defecțiunile senzorilor și supapelor trebuie să fie
evitate cu orice preț și trebuie să fie luate în considerare și lucrările de reparații
obișnuite, de exempl u blocaje.
2.5.4 Costul
Dimensiune sistemului de irigare și de gradul de automatizare sunt factori ce
determina costul unui întreg ansamblu de sistem d e irigat. De la un mic (temporizator
care activează supapa) la sisteme de mari dimensiuni (de exemplu, sistem de raspuns în
timp real).[6]

16
CAPITOLUL 3. SOLUȚII TEHNICE DE IRIGARE
3.1 Modelarea matematică ș i simularea unui motor electric de current continuu
Caracteristica electrică a morotului de c.c. Circuitul electric echivalent al unui
motor de c.c. este reprezentat in Fig. 3.1.

Fig. 3. 1. – Schema electrică echivalentă pentru un motor de curent continuu
[16] http://www.profjrwhite.com/system_dynamics/sdyn/s6/s6fmathm/s6fmathm.html
In aceasta se regăseș te:
– 𝑉𝑎 este sursa de tensiune care alimentează circuitul
– 𝑉𝑐 este tensiune electromotoare indusă în circuit
– 𝐿𝑎 este inductanța bobinei
– 𝑅𝑎 este rezisteța
– ɷ𝑎 este viteza unghiulară a bobinei
– 𝐼𝑎 este curentul prin circuit
– 𝑘𝑣 este constanta
– 𝑇𝑒 este cuplu electromotor
– 𝑇ɷ′ este momentul de inerți e al rotorului (datorat accelerării acestuia)
– 𝑇ɷ este momentul de rezistent de frecare internă al motorului (când acesta se
rotește)
– 𝑇𝐿 este momentul de inerție al sarcinilor externe
– 𝑘𝑡 este constantă de construcție fizică

17
– J este momentul de ienerție al rotorului
– B este coeficientul de frecare asociat sistemului rotor -stator
– ɷn este pulsația naturală a sistemului
– 𝜉 este factor de amortizare
Pentru calcule se vor folosi următoarele valori:
– R = 10
– L = 2.5
– J = 0.1
– B = 0.5
– Ke = 0.1
– Kt = 0.1
– Kv = 0.1
– ɷn = 3
– 𝜉 = 0.7
– ⍺ = 3
Se poate scrie o ecuație diferențială dedusă din Legile lui Kirchoff pentru un circuit
închis, aceasta spune că suma tensiunilor pe un ochi de circuit trebuie sa f ie egală cu 0
sau :
𝑉𝑎− 𝑉𝑅𝑎 − 𝑉𝐿𝑎 − 𝑉𝑐 = 0 (3.1)
Conform Legii lui Ohm, pentru un rezistor se poate sc rie relaț ia:
𝑉𝑅𝑎= 𝑖𝑎𝑅𝑎 (3.2)
Tensiunea generată de bobină este proporțională cu variația î n timp a curentului
care trece prin ea:
𝑉𝑅𝑎= 𝐿𝑎𝑑
𝑑𝑡𝑖𝑎 (3.3)

Tensiunea electromotoare indusă poate fi scrisa sub forma:
𝑉𝑐= 𝑘𝑣ɷ𝑎 ( 3.4)

18
Înlocuind în relația 3.1 se obține:
𝑉𝑎− 𝑖𝑎𝑅𝑎− 𝐿𝑎𝑑
𝑑𝑡𝑖𝑎− 𝑘𝑣ɷ𝑎 =0 (3.5)
Echilibrul de cup luri (momente de rotație) ce acț ionează asupra motorului este
urmatorul:
𝑇𝑒− 𝑇ɷ′ − 𝑇ɷ − 𝑇𝐿 = 0 (3.6)
𝑇𝑒 – cuplul electromotor mai poate fi scris
𝑇𝑒= 𝑘𝑡𝑖𝑎 (3.7)
𝑇ɷ′ – poate fi scris sub forma:
𝑇ɷ′ = 𝐽𝑑
𝑑𝑡ɷ𝑎 (3.8)
𝑇ɷ – poate fi scris astfel:
𝑇ɷ= Bɷ𝑎 (3.9)
Înlocuind în relația 3.6 se obține:
𝑘𝑡𝑖𝑎 − 𝐽𝑑
𝑑𝑡ɷ𝑎 − Bɷ𝑎 − 𝑇𝐿 = 0 (3.10)
Blocurile cu funcțiile de transfer se obțin folosind relațiile:
𝑉𝑎−𝑖𝑎𝑅𝑎−𝐿𝑎𝑑
𝑑𝑡𝑖𝑎− 𝑘𝑣ɷ𝑎 =0 (3.11)
𝑘𝑡𝑖𝑎− 𝐽𝑑
𝑑𝑡ɷ𝑎−Bɷ𝑎− 𝑇𝐿=0 (3.12)
Se aplică Transformalata Laplace (trecerea din domeniul timp în domeniul
s – frecvență).
{ s𝐼𝑎(𝑠) − 𝑖𝑎(0) = − 𝑅𝑎
𝐿𝑎𝐼𝑎(𝑠) − 𝑘𝑣
𝐿𝑎Ω(s)+ 1
𝐿𝑎𝑉𝑎(s)
𝑠Ω𝑎(𝑠)− ɷ𝑎(0)= 𝑘𝑡
𝐽𝐼𝑎(𝑠)− 𝐵
𝐽Ω𝑎(𝑠)− 1
𝐽𝑇𝐿(𝑠) (3.13 )
Se consideră starea inițială ca fiind 0 și pentru curent și pentru viteza unghiulara,
ca urmare din relația 3.13 rezultă urmatoarele relații:
𝐼𝑎(𝑠)= −𝑘𝑣Ω𝑎(𝑠)+𝑉𝑎(s)
𝐿𝑎𝑠+𝑅𝑎 (3.14 )
Ω𝑎(𝑠)= −𝑘𝑡𝐼𝑎− 𝑇𝐿(𝑠)
𝐽𝑠+𝐵 [17] (3.15 )

19

În primul pas c alculăm funcția de transfer în funcție de curentul prin circuit :
𝑉𝑎(𝑠) Uc 𝐼𝑎(𝑠)

Fig. 3. 2. – Diagrama bloc în funcție de tensiune
Funcția de transfer în buclă închisă devine:
𝐻1(𝑠)=𝐼𝑎(𝑠)
𝑉𝑎(𝑠) (3.16)
Conform relației 3.14 rezultă:
𝐼𝑎(𝑠)∙(𝐿𝑎∙𝑠+𝑅𝑎)=−𝐾𝑣∙(−𝐾𝑡∙𝐼𝑎(𝑠)−𝑇𝐿(𝑠)
𝐽∙𝑠+𝐵)+𝑉𝑎(𝑠) (3.17)
Din ecuația 3.17 rezultă funcția de transfer:
𝐻1(𝑠)=𝐼𝑎(𝑠)
𝑉𝑎(𝑠)=𝐽∙𝑠+𝐵
𝐿𝑎∙𝐽∙𝑠2+𝑠∙(𝐿𝑎∙𝐵+𝑅𝑎∙𝐽)+𝑅𝑎∙𝐵−𝐾𝑣∙𝐾𝑡 => (3.18)
𝐼𝑎(𝑠)∙(𝐿𝑎∙𝑠+𝑅𝑎)∙(𝐽∙𝑠+𝐵)=𝐾𝑣∙𝐾𝑡∙𝐼𝑎(𝑠)+𝐾𝑣∙𝑇𝐿(𝑠)+𝑉𝑎(𝑠)∙(𝐽∙𝑠+𝐵)=>
𝐼𝑎(𝑠)∙(𝐿𝑎∙𝑠∙𝐽∙𝑠+𝐿𝑎∙𝑠∙𝐵+𝑅𝑎∙𝐽∙𝑠+𝑅𝑎∙𝐵)
=𝐾𝑣∙𝐾𝑡∙𝐼𝑎(𝑠)+𝐾𝑣∙𝑇𝐿(𝑠)+𝑉𝑎(𝑠)∙(𝐽∙𝑠+𝐵)=>
𝐼𝑎(𝑠)[𝐿𝑎∙𝐽∙𝑠2+𝑠∙(𝐿𝑎∙𝐵+𝑅𝑎∙𝐽)+𝑅𝑎∙𝐵−𝐾𝑣∙𝐾𝑡]=𝐾𝑣∙𝑇𝐿(𝑠)+𝑉𝑎(𝑠)∙(𝐽∙𝑠+𝐵) (3.19)
Se consideră 𝐾𝑣∙𝑇𝐿(𝑠)=0
În al doilea pas calculă m funcția de transfer în funcție de viteza unghiulară:
𝑉𝑎(𝑠) Uc Ω𝑎(s)

Fig. 3. 3. – Diagrama bloc în funcție de viteza unghiulară

Regulator Motor Regulator Motor

20
Funcția de transfer în bu clă închisă devine:
𝐻2(𝑠)=Ω𝑎(𝑠)
𝑉𝑎(𝑠) (3.20)
Ω𝑎(𝑠)∙(𝐽∙𝑠+𝐵)=−𝐾𝑡∙(−𝐾𝑣∙Ω𝑎(𝑠)−𝑉𝑎(𝑠)
𝐿𝑎∙𝑠+𝑅𝑎)−𝑇𝐿(𝑠) (3.21)
Din ecuația 3.21 rezultă funcția de transfer:
𝐻2(𝑠)=Ω𝑎(𝑠)
𝑉𝑎(𝑠)=𝐾𝑡
𝐿𝑎𝐽𝑠2+𝑠(𝐿𝑎𝐵+𝑅𝑎𝐽)+𝑅𝑎𝐵−𝐾𝑣𝐾𝑡=> (3.22)
Ω𝑎(𝑠)∙(𝐿𝑎∙𝑠+𝑅𝑎)∙(𝐽∙𝑠+𝐵)=𝐾𝑡∙𝐾𝑣∙Ω𝑎(𝑠)+𝐾𝑡∙𝑉𝑎(𝑠)−𝑇𝐿(𝑠)∙(𝐿𝑎∙𝑠+𝑅𝑎)=>
Ω𝑎(𝑠)∙(𝐿𝑎∙𝑠∙𝐽∙𝑠+𝐿𝑎∙𝑠∙𝐵+𝑅𝑎∙𝐽∙𝑠+𝑅𝑎∙𝐵)
=𝐾𝑡∙𝐾𝑣∙Ω𝑎(𝑠)+𝐾𝑡∙𝑉𝑎(𝑠)−𝑇𝐿(𝑠)∙(𝐿𝑎∙𝑠+𝑅𝑎)=>
Ω𝑎(𝑠)∙[𝐿𝑎∙𝐽∙𝑠2+𝑠∙(𝐿𝑎∙𝐵+𝑅𝑎∙𝐽)+𝑅𝑎∙𝐵−𝐾𝑣∙𝐾𝑡]
=𝐾𝑡∙𝑉𝑎(𝑠)−𝑇𝐿(𝑠)∙(𝐿𝑎∙𝑠+𝑅𝑎) (3.23)
Se consideră 𝑇𝐿(𝑠)∙(𝐿𝑎∙𝑠+𝑅𝑎)=0
3.2 Modelare matematică și simularea unui regulator PID
Pentru a determina dacă sistemul este stabil, vom calcula regulatorul PID
(proporțional, integrativ, derivativ) în funcția de transfer a motorului, ținând seamă de
viteza unghiulară .
În cele ce urmează se va prezenta schema de reglare a unui proces de ordinal II,
comandă printr -un regulator PID.

Fig. 3. 4. – Diagrama bloc PID
Sistemul echivalent în buclă de reacție închisă, are funcția de transfer:
𝐻0(𝑠)= 𝐻𝑅(𝑠)∙𝐻𝑃(𝑠)
1+𝐻𝑅(𝑠)∙𝐻𝑃(𝑠) (3.24)

21
Funcția de transfer pentru regulatorul PID (proportional, integral, derivativ) este
următoarea:
𝐻𝑅(𝑠)= 𝐾𝑃+𝐾𝐼
𝑠+𝐾𝐷∙𝑠 (3.25)
În primul rând vom calcula funcția de transfer ideală a motorului, din ecuația 3. 22
rezultă:
𝐻𝑃(𝑠)=0.1
0.25∙𝑠2+2.25∙𝑠+4.99 (3.26)
În al doilea rând , înlocui nd în ecuația 3. 25 rezultă:
𝐻0(𝑠) =(𝐾𝑃+𝐾𝐼
𝑠+𝐾𝐷∙𝑠)∙0.1
0.25∙𝑠2+2.25∙𝑠+4.99
1+(𝐾𝑃+𝐾𝐼
𝑠+𝐾𝐷∙𝑠)∙0.1
0.25∙𝑠2+2.25∙𝑠+4.99 (3.27)
Unde 𝐻0(𝑠) devine:
𝐻0(𝑠) =(𝐾𝐷∙𝑠2+𝐾𝑃∙𝑠+𝐾𝐼
𝑠)∙0.1
0.25∙𝑠2+2.25∙𝑠+4.99
1+(𝐾𝐷∙𝑠2+𝐾𝑃∙𝑠+𝐾𝐼
𝑠)∙0.1
0.25∙𝑠2+2.25∙𝑠+4.99

𝐻0(𝑠) =0.1∙𝐾𝐷∙𝑠2+0.1∙𝐾𝑃∙𝑠+0.1∙𝐾𝐼
0.25∙𝑠3+2.25∙𝑠2+4.99∙𝑠
1+0.1∙𝐾𝐷∙𝑠2+0.1∙𝐾𝑃∙𝑠+0.1∙𝐾𝐼
0.25∙𝑠3+2.25∙𝑠2+4.99∙𝑠

𝐻0(𝑠) =0.1∙𝐾𝐷∙𝑠2+0.1∙𝐾𝑃∙𝑠+0.1∙𝐾𝐼
0.25∙𝑠3+2.25∙𝑠2+4.99∙𝑠+0.1∙𝐾𝐷∙𝑠2+0.1∙𝐾𝑃∙𝑠+0.1∙𝐾𝐼 (3.28)
În cazul regulatorului PID, funcția de transfer ideală a sistemului echivalentă
devine:
𝐻(𝑠)=ω𝑛2
𝑠2+2∙ζ∙ω𝑛2+ω𝑛2 (3.29)
Unde ζ este în intervalul 0 <ζ<1, care corespunde unui sistem de ordinul II, cu
poli complex conjugați plasați în z ona de stabilitate.

22
Din ecu ația 3. 26 și 3.2 9, rezultă:
{ 𝐻0(𝑠) =𝐻𝑅(𝑠)∙𝐻𝑃(𝑠)
1+𝐻𝑅(𝑠)∙𝐻𝑃(𝑠)
=>
𝐻(𝑠)=ω𝑛2
𝑠2+2∙𝜉∙ɷ∙𝑠+ω𝑛2 𝐻𝑅(𝑠)∙𝐻𝑃(𝑠)
1+𝐻𝑅(𝑠)∙𝐻𝑃(𝑠)=ω𝑛2
𝑠2+2∙𝜉∙ɷ∙𝑠+ω𝑛2
0.1∙𝐾𝐷∙𝑠2+0.1∙𝐾𝑃∙𝑠+0.1∙𝐾𝐼
0.25∙𝑠3+2.25∙𝑠2+4.99∙𝑠+0.1∙𝐾𝐷∙𝑠2+0.1∙𝐾𝑃∙𝑠+0.1∙𝐾𝐼=
=100
𝑠2+14∙s+100 (3.30)

Se constată că sistemul este instabil, așa că vom alege al III –lea pol mai îndepărtat.
𝑝3= −(−5÷10)·ɷ𝑛 (3.31)
𝑝3= −5∙10 =>𝑝3= −50
Din ecuațiile 3. 30, adăugând al III lea pol și egalând numitorii rezultă:
0.25∙𝑠3+2.25∙𝑠2+4.99∙𝑠+0.1∙𝐾𝐷∙𝑠2+0.1∙𝐾𝑃∙𝑠+0.1∙𝐾𝐼
=(𝑠2+14∙s+100)∙(𝑠+50)
0.25∙𝑠3+2.25∙𝑠2+4.99∙𝑠+0.1∙𝐾𝐷∙𝑠2+0.1∙𝐾𝑃∙𝑠+0.1∙𝐾𝐼
=𝑠3+14∙s2+100∙𝑠+50∙s2+700∙𝑠+5000
0.25∙𝑠3+2.25∙𝑠2+4.99∙𝑠+0.1∙𝐾𝐷∙𝑠2+0.1∙𝐾𝑃∙𝑠+0.1∙𝐾𝐼
=𝑠3+64∙s2+800∙𝑠+5000
0.1∙𝐾𝐷∙𝑠2+0.1∙𝐾𝑃∙𝑠+0.1∙𝐾𝐼
=𝑠3−0.25∙𝑠3+64∙s2−2.25∙𝑠2+700∙𝑠−4.99∙𝑠+5000
0.1∙𝐾𝐷∙𝑠2+0.1∙𝐾𝑃∙𝑠+0.1∙𝐾𝐼
=0.75∙𝑠3+61.75∙s2+795.01∙𝑠+5000 (3.32)
Din ecuați a 3.32 scoatem 𝐾𝐷, 𝐾𝑃, 𝐾𝐼 :
0.1∙𝐾𝐷=61.75=>𝐾𝐷=61.75
0.1 =>𝐾𝐷=617.5 (3.33)
0.1∙𝐾𝑃=795.01=>𝐾𝑃=795.01
0.1=>𝐾𝑃=7950.1 (3.34)
0.1∙𝐾𝑖=5000=>𝐾𝐼=5000
0.1=>𝐾𝐼=50000 (3.35)

23
În urma simulării se obține sistemul:

Fig. 3. 5. – Răspunsul simulării sistemului PID
Se poate observa că suprareglajul σ (cu cât depășește răspunsul valoarea finală)
este 1 ,1. Timpul tranzi toriu 𝑡𝑡𝑟 (până când răspunsul se incadrează in banda de
stabilitate) este de 1,2. Eroare staționară este nula.
3.3 Stabilizarea sistemului utilizând o lege de comandă după stare.
A determina o lege de comandă înseamnă a calcula coeficienții lui K. Legea de
comadă supa stare este o relație de foma:
𝑢= −𝐾 ∙𝑥 (3.35 )
unde: u ∈ 𝑅𝑚 este comanda sistemului
x ∈ 𝑅𝑛 este starea sistemului
Evoluția stărilor sistemului rezultant este:
x(t) = {𝑒(𝐴−𝐵∙𝐾)𝑡∙𝑥0
(𝐴−𝐵∙𝐾)𝑡∙𝑥0 (3.36)
În urma aplicării legii de comndă după stare, sistemul rezultant este descris de
relațiile 3.35 și 3.36 . Matricea mărimilor de stare a sistemului rezultant este 𝐴1=𝐴−
𝐵𝐾, valorile ei proprii depinzând de K. [20]

24
{𝑥=(𝐴−𝐵∙𝐾)𝑢
𝑦=𝐶∙𝑥 (3.37 )
Sistemul echivalent pentru simulare devine:

Fig. 3. 6. – Schema sistemului cu comandă după stare – forma ideală
Pornind de la ecuațiile de stare ale procesului inișial vom afla matricile sistemului:
{(𝑡)𝑥∙=𝐴∙𝑥(𝑡)+𝐵 ∙𝑢(𝑡)

𝑦(𝑡)=𝐶∙𝑥(𝑡)+𝐷 ∙𝑢(𝑡) (3.38)
Din funcț ia de transfer a motorului 3.26 , rezulă:
𝐻𝑃(𝑠)=𝑌(𝑠)
𝑈(𝑠)=0.1
0.25∙𝑠2+2.25∙𝑠+4.99 (3.39)
𝑌(𝑠)∙(0.25∙𝑠2+2.25∙𝑠+4.99)=𝑈(𝑠)∙0.1
0.25∙𝑌(𝑠)∙𝑠2+2.25∙𝑌(𝑠)∙𝑠+4.99∙𝑌(𝑠)=𝑈(𝑠)∙0.1
0.25∙𝜕𝑦2(𝑡)
𝑑𝑡2 +2.25∙𝜕𝑦(𝑡)
𝑑𝑡 +4.99∙𝑦(𝑡)=0.1∙𝑢(𝑡)
0.25∙𝜕𝑦2(𝑡)
𝑑𝑡2 =−2.25∙𝜕𝑦(𝑡)
𝑑𝑡−4.99∙𝑦(𝑡)+0.1∙𝑢(𝑡)

25
{
(𝑡)𝑥∙=
[ 𝜕𝑦2(𝑡)
𝑑𝑡2
𝜕𝑦(𝑡)
𝑑𝑡]
=[−2.25
0.25−4.99
0.25
10]∙[𝜕𝑦(𝑡)
𝑑𝑡
𝑦(𝑡)]+[1
0]∙ 𝑢(𝑡)
𝑦=[00.1
0.25]∙ 𝑦(𝑡) (3.40)

Din ecuația 3.40 rezultă matricile:
𝐴=[−2.25
0.25−4.99
0.25
10]=>𝐴=[−9−19.96
10] (3.41)
𝐵=[1
0] (3.42)
𝐶=[00.1
0.25]=>𝐶=[00.4] (3.43)
𝐷=[0] (3.44)
În urma rezultatelor, sistemul echivalent devine:

Fig. 3. 7. – Schema echivalentă s sitemului cu comandă după stare a sistemului

26
Rezultatul simularii este:

Fig. 3. 8. – Simularea sistemului cu lege de comandă după stare
Din Fig. 3. 8 se poate ob serva că sistemul este instabil , acesta nu intră în banda de
stabilitate. Pentru a aduce sistemul în banda de stabilitate adăugam un integrator pe
calea directă la intrare treaptă .

Fig. 3. 9. – Schema echivalentă a sistemului cu structură de comadă dupa stare cu
integrator

În continuare se testează stabilitatea internă, prin rezolvarea ecuației
𝑑𝑒𝑡(𝑠∙𝐼−𝐴)=0.
𝑑𝑒𝑡(𝑠∙𝐼−𝐴)=𝑑𝑒𝑡([𝑠0
0𝑠]−[−9−19.96
10])=𝑑𝑒𝑡([𝑠+919.96
−1𝑠])
=𝑠∙(𝑠+9)+19.96 (3.45)

27
Astfel, ecuațiile de stare devin:
{𝑢(𝑡)=𝑟(𝑡)−𝐾∙ 𝑥(𝑡)
(𝑡)𝑥∙=𝐴∙𝑥(𝑡)+𝐵 ∙[𝑟(𝑡)−𝐾∙ 𝑥(𝑡)]
𝑦(𝑡)=𝐶∙𝑥(𝑡) (3.46)
Din ecuația 3.46 , funcția de transfer a si stemului de reglare automată din Fig. 3. 9,
devine:
{(𝑡)𝑥∙=(𝐴−𝐵∙𝐾)∙𝑥(𝑡)+𝐵 ∙𝑟(𝑡)

𝑦(𝑡)=𝐶∙𝑥(𝑡) (3.47)
Vom calcula 𝐾1 ș𝑖𝐾2:
𝑑𝑒𝑡(𝑠∙𝐼−(𝐴−𝐵∙𝐾))=𝑑𝑒𝑡([𝑠0
0𝑠]−[9−19.96
10]−[1
0]∙[𝐾1𝐾2])
=𝑑𝑒𝑡([𝑠+8∙𝐾118.96∙𝐾2
−1 𝑠])=𝑠∙(𝑠+8∙𝐾1)−18.96∙𝐾2
=𝑠2+8∙𝐾1∙𝑠−18.96∙𝐾2 (3.48)

În urma simulării s -a obținut:

Fig. 3. 10. – Rezultatul simulării sistemului de comandă dupa stare cu integrator

28
În urma simularii putem observa că suprareglajul σ este de 105, 𝑡𝑡𝑟 este de 3,5
după care sistemul intra în banda de stabilitate și nu mai iese. În urma simulărilor a
rezultat un sistem stabil , cu eroare staționară nulă.

29
CAPITOLUL 4. CONDUC EREA UNUI SISTEM DE IRIGARE AUTONOM
Un sistem inteligent de conducere este dezvoltat și implementat cu o metodologie
inteligentă, cu o cumulare a unor tehnici ce reproduc funcții ale unor sisteme biologice.
Temenul de inteligent este usor abuziv dacă ne gandim că în spatele acestei sintagme
stă un automat care iși propune modelarea gândirii și a modului de acțiune umană. În
acest scop, acest automat are la bază un model și unul sau mai mulți algoritmi care
reacționează în urma unor strategii prestabilite. În măsura în care acest automat este
dotat cu tehnici și tehnologii de invățare care și -l face creativ și cât mai autonom, se
poate spune că există o anumită acoperire a termenului de inteligență. [21]
4.1 Automatizarea și simularea unui sisistem de irigat folosind Simatic Step 7
În acest proiect am folosit softul Step 7 în care a m creat un program S7 în cadrul
unui proiect pentru a putea ‘scrie’ și simula programul după bunul plac.
La general vorbind, automatele programabile sunt echipamente electronice
destinate realizării în logică programată. Din punct de vedere al complexității
automatele programabile sunt situate intre echipamentele clasice cu contacte sau cu
comutație static. Ale instalațiilor de comandă și calculatoare electronice. [23]
Controller -ul Logic Programabil (PLC) monitorizează și controlează un
echipament (instalație) cu ajutorul programului S7. [22]
Utilizând o logică programată, circuitele logice integrate și elementele
semiconductoare de putere, automatele programabile, în comparație cu sistemele logice
secvențiale, bazate pe logica cablată prezintă avantajele:
– gabarit redus
– consum redus de energie electrică
– facilități la puterea în funcționare
– fiabilitate ridicată
– consum redus de conductoare de conexiuni și de cablaj
– realizar ea facilă a unor funcțiuni specifice
– reducerea cicluclului proiectare, execuție și punere în funcționare prin
posibilitatea supravegherii unor faze. [23]

30

Fig. 4.1. – Imagine de ansamblu asupra unui proiect de automatizare
[22] Simatic Step 7 2009, Ruben Crișan
Un automat programabil operea ză în interacțiunea cu senzori (întreruptoare,
bariere de lumină), elemente de execuție (motoare), traductori, butoane etc. [23]
4.2 Configurația hardware a sistemului de automatizare Simat ic S7 – 300
Componentele principale ale unei stații de automatizare Simatic sunt următoarele:
a) Șina de montare – asigură conectarea modulelor individuale. Automatele S7 –
300 utilizează o șină simplă, lungimea sa fiind de numarul m odulelor. S7 – 400 foloses c
o șină d e aluminiu de lungime fixă prevă zută cu conectori pentru magistrală. [24]

31

Fig. 4.2. – Șina de montare
[24] https://vdocuments.mx/tehnologia -siemens -s7-300.html ,12/06/2018
b) Sursa de alimentare folosită în proiect este PS 307 , 2A
În cadrul proiectului s -a folosit modulul : 6ES7 307 -1BA00 -0AA0 , acest modul
asigură alimentarea întregii stații de automatizare cu tensiune .
Modulul de alimentare PS 307 (2A) are următoarele caracteristici dominante:
– curent de ieșire 2A ,
– tensiunea de ieșire 24 V curent alternativ , rezistență la scu rtcircuit și ci rcuite
deschise ,
– conectare la sistemul curent alternativ cu o singură fază 120/230 V curent
alternativ , 50-60 Hz ,
– izolare solidă la EN 60 950 ,
– poate fi folosit și ca surs ă de alimentare suplimentară . [27]

Fig. 4.3. – Diagrama sursei de tensiune
[25] http://www.induteq.nl/induteq/bestanden/S7 -300_RHB_e.pdf ,12/06/2018

32

Fig. 4.4. – Schema modulului PS 307 2A
[25] http://www.induteq.nl/induteq/bestanden/S7 -300_RHB_e.pdf ,12/06/2018
c) Unitatea central de procesare CPU 312
În cadrul proiectului s -a folosit modulul: 6ES7 321 -1AE13 -0AB0 – acest modul
înmagazinează și execută programul utilizator, atribuie parametrii m odulelor,
realizează comutația î ntre dispozitivul de programare, module, stații adiționale prin
intermediul magistralei.
Unitatea Centrală de Procesare (CPU) are la bază un microprocessor care
coordonează activitatea Automatului Programabil. Execută programe, procesează
semnalele I/O și comunică cu dispozitivele externe.
Fiecare CPU are aceleași caracteristici în ceea ce privește înălțimea și adâncimea,
doar lățimea diferă. [24]
Date tehnice CPU 312 – unitate centrală de pro cesare cu MPI, alimentare 24V
curent continuu , memorie de lucru 32 KB, foloseș te un micro card de memorie.
Led pentru ’24 VDC
tensiunea ieșirii
disponibile ’
Selector de tensiune
Comutator ON/OFF
pentru 24 VDC
Terminale le pentru tensiunea
sistemului și protejarea masei
conductorului
Terminale le tensiunii de ieșire
pentru 24 VDC
Cădere de tensiune

33

Fig. 4.5. – CPU 312
[26] https://www.nexinstrument.com/6ES7312 -1AE14 -0AB0 ,13/06/2018
d) Modul digital de intrare/ieșire SM 323 DI 8/DO 8x DC 24V/0,5A
În cadrul proiectului s -a folosit modulul : 6ES7 323 -1BH0 1-0AA0
Date tehnice modul SM 323 – 8 intrări și 8 ieșiri izoltate în grupuri de 8, tensiune
nominal de intrare 24 V DC, tensiune nominal de sarcină 24 V DC, ieșirile sunt capabile
să conduc ă supape electromagnetice, con tactori de current continuu și indicatoare
luminase. [25]

34

Fig. 4.6. – Conexiuni terminale și diagrama modulului SM 323
[27]https://cache.industry.siemens.com/dl/files/629/8859629/att_55794/v1/s7300_module_dat
a_manual_en -US_en -US.pdf ,18/06/2018

Număr canal
Status display – verde
Interfață bus

35

Fig. 4.7. – Exemplu de montare PS – CPU – I/O
[24] https://vdocuments.mx/tehnologia -siemens -s7-300.html ,12/06/2018

4.3 Descrierea și funcționarea modelului de conducere a unui sistem de irigat
În epoca modernă, avansarea tehnologiilor este importantă să ne facă viața mai
ușoară și mai simplă. Într -o țară în care agricultura este un punct forte în economie, un
sistem automat de irigare ar servi ca o soluție excelentă pentru problemele cu care se
confruntă cultivarea unui plante bune în zone nefavorabile din punct de vedere
geografic, al temperaturii și al solului , irigare devine o soluție. Aceasta va aduce un plus
solului, minimizarea p ierderilor de apă și va minimiza intervenția manuală necesară.
Aproape fiecare casă are cel puțin o gradină mică în care există un sistem de irigat.
Cu toate acestea, cea mai grea parte devine cea in care sistemul ar trebui sa știe când și
cât să ude. De a semena, în scopuri comerciale, cum ar fi în ferme este nevoie de timp și
totul trebuie făcut într -un timp rezonabil, este nevoie de o mulțime de resurse umane.
Pentru a eficientiza agricultura, este important să reducem aceste costuri suplimentare
și sa că utăm opțiuni mai fezabile.
Așadar, în continuare vom prezenta o soluție a sistemul de irigat pentru o fermă
mică cu 2 culturi, o cultură de porumb și una de grâu. Aceste culturi vor fi udate diferit
în funcție de necesarul fiecăruia de apă.

36

Fig. 4.8. – Schema logică a unui sistem de irigat
Conform schemei logice vom prezenta un mod de a iriga o fermă de mici
dimensiuni cu 2 pompe , o pompă af lată într -o sursă externă de apă de exemp lu puț,
fântână, lac, mare și aș a mai departe și o pompă aflată în rezervorul în care se depune
apă din puț în acest caz . Ambele pompe au senzori. Pompa aflată în puț are un senzor d e
minim (low) iar pompa din rezervor are 2 senzori, unul de nivel minim (low) si unul de
nivel maxim (high). Sistemul este împărțit în 2 faze, fiecare fază are 2 parcele.
Faza 1 are 2 parcele cu cu 2 electrovane care va iriga câmpul de porumb și a 2 -a
fază are 2 parcele cu 2 electrovane care va uda câmpul de grâu . Cele 2 faze sunt
comandate de o elctrovană principală care va fi deschisă atât timp cât este apă în
rezervor.
Udarea se va efectua în ore solare (atâta timp cât soarele este pe cer), deoarece
întregul sistem este la 25 de cm sub pământ și soarele nu in fluentează în nici un fel
modul de dezvoltare al plantelor.

37
Scopul acestui proiect este de a menține nivelul tancului în cele 2 limite de minim
și maxim pentru a asigura buna funcționare a întregului sistem.
Programarea sistemului de irigat este realizat utilizând diagrame Ladder Logic
(LAD ) și Function Block Diagram ( FBD ).
Ladder Logic este un limbaj grafic cu sintaxa similară cu o schemă cu relee.
Function Block Diagram este un limbaj grafic și folosește blocuri logice din
algebra booleană. Funcțiile complexe (de exemplu funcțiile matematice) pot fi
reprezentate direct în conjuncție cu blocurile logice.
Programul mai are un limbaj Statment List (STL) însă nu este folosit în acest
proiect . Limbaj Statment List (STL) este un limbaj textual. Dacă un program este scris în
STL, instrucțiunile individuale corespund pașilor cu care procesorul execută programul.
STL cuprinde construcții de limbaj de nivel înalt (de exemplu acces la date structurate și
la parametrii blocurilor).
Proiectul este structurat in un blocul OB1, un bloc FC1 și un bloc FC2. Blocul OB1
conține blocurile FC1 și FC2.
OB–urile (Organization block) sunt singurele care se execută în rularea
programului dintr -un CPU, restul funcțiilor fiind doar apelate din interiorul acestor
blocuri. Singurul OB care va apărea obligatoriu în acest proiect dezvoltat in STEP7 este
OB1, un bloc care se execută intr -o buclă infinită atât timp cât CPU -ul se afla în modul
RUN. Toare celelalte OB -uri reprezintă cazuri speciale în evoluția programului.
Un alt astept important în proiect il reprezintă Symbol Table . Cu Symbol Table se
gestionează toate simbolurile aplicației. Sunt disponibile următoarele funcții:
– Crearea numelor și componentelor simbolice pentru semnalele procesului
(intrări/ieșiri, bit memorie și blocuri),
– Funcții de sortare,
– Import/export la/de la alte programe Windows.
Tabela de simboluri creată cu acest instrument este disponibilă pentru poate
celelalte inst rumente ale pachetului SIMATIC. Orice modificare a proprietătilor unui
simbol este așadar recunoscută automat de toate celelalte instrumente. [28]

38
Tabelul de simboluri din proiect este următorul:

Fig. 4.9. – Tabelul de simb oluri al sistemului de automatizare
În cadrul proiectului este folosită adresarea absolută și adresarea simbolică.
Adresarea ab solută este alcatuită dintr -un identificator și o locație de memorie (de
exemplu Q4.0, I1.1, M2.0). Adresarea simbolică este mai ușor de înțeles și se simplifică
rezolvarea problemelor de d epanare dacă se atribuie nume si mbolic adreselor
absolute. Astfel, o adresă din program poate fi accesată prin intermediul unui simbol.
[28]
Simularea programului este făcută offline. Testarea offline a programului realizat
se face utilizând simulatorul PLCSIM. Prin realizarea unui download, programul se
încarcă ca și cum am avea un automatic programabil atașat, astfel există posibilitatea de
a vedea dacă in tregul ansamblu funcționează corect sau nu.

39

Fig. 4.10. – Testare offline utilizând PLCSIM
4.4. Alegerea s enzori lor de umiditate
Ce este senzorul? Trebuie spus că nu există o definiție unitară și necontestată a
„senzorului”, motiv care lasă mult spațiu pentru interpretări, ambiguități și confuzii.
Mulți autori preferă să folosească sintagma „senzori și traductoare”, în cadrul căreia, fie
pun pe picior de egalitate senzorul și traductorul, utilizând, alternativ sau preferențial,
unul dintre termeni, fie c onsideră că unul reprezintă o categorie ierarhică superioară,
incluzându -l pe celălalt. De multe ori se mai utilizează și noțiunea de „captor”, care
amplifică semnele de întrebare, întrucât în limba franceză, termenul „capteur” este
utilizat pentru a desem na elementele tehnice, care în această carte au fost numite
„senzor”. [2]

40
La general vorbind, senzorul este un dispozitiv care măsoară o mărime fizică
(masă, presiune, temperatură, umiditate etc.) și o transformă într -un semnal care poate
fi citit de către un observator printr -un instrument sau poate fi prelucrat.
Exista mai multe clasificări; una dintre ele se referă la senzori de tip:
1. Activ: consumator de energie, de exemplu radar (măsurarea distanțelor
prin emitere de radiatii electromagnetice)
2. Pasiv: de exemplu fotorezistența cu care se poate măsura intensitatea
luminii incidente.
În automatizare, informația calitativă/cantitativa măsurabilă livrată de senzori,
dupa o eventuală amplificare și prelucrare servește la controlul și reglarea sistemelor
tehnic e automate. [29]

Fig. 4.1 1. Schema bloc a unui senzor cu semnale de intrare/ieșire
[2]http://webbut.unitbv.ro/carti%20on -line/BSM/BSM/capitol4.pdf
Pentru acest proiect am ales un senzor de umiditate a solului FC -28, care are ieșire
analogică și digitală. Am ales să folosim ieșirea digitală din cauza costului redus. Având
deja o cartela digitală, costul pentru încă o cartelă analogică ar fi impus un cost dublu.

41

Fig. 4.12. Senzor dew umiditate FC -28
[32] http://www.circuitstoday.com/arduino -soil-moisture -sensor/pin -out
Acest senzor măsoară conținutul volu metric al apei în sol și ne dă nivelul de
umiditate . Senzorul de umiditate a solului este format din două sonde care sunt utilizate
pentru măsurarea conținutului volumetric al apei. Cele două sonde permit curentului să
treacă prin sol, ceea ce dă valoare rezistenței pentru a măsura valoarea de umiditate.
Atunci când există apă, solul va conduce mai multă energie electrică, ceea ce
inseamnă că va exista o rezistentă mai mică. Pământul uscat conduce slab elec tricitate,
astfel încât atunci când există mai puțină apă, solul va conduce mai puțină energie
electrică, ceea ce înseamnă că va exista o rezistență mai mare.
Specificații senzor FC -28:
– Tensiune de intrare: 3.3 – 5 V
– Tensiune de ieșire: 0 – 4.2 V
– Curent de intrare: 35 Ma
– Semnal de ieșire: atât analogic, cât și digital
Senzorul de umiditate a solului FC -28 are patru pini:
– VCC: Putere
– A0: Ieșirea analogică
– D0: Ieșirea digitală
– GND: Sol [32]

42
Modulul conține, de asemenea, un potențiometru care va stabili valoar ea pragului.
Această valoare de prag va fi comparată cu comparatorul LM393 sau LM293. LED -ul de
ieșire se va aprinde în sus și în jos în funcție de această valoare de prag.
Comparatorul compară valoarea de ieșire a senzorului și valoarea de prag și apoi
ne oferă ieșirea prin pinul digital. Când valoarea senzorului este mai mare decât
valoarea pragului, pinul digital ne va da 5V, iar LED -ul senzorului se va aprinde. Când
valoarea senzorului va fi mai mică decât această valoare de prag, pinul digital ne va da
0V și lumina va scădea. [33]
4.5. Alegerea pompei
Pentru a putea iriga în două faze, două culturi diferite, una de grâu și una de porumb, la o
fermă de mici dimensiuni vom alege două pomp e submersibile, care poat fi alimentate la 12V/24V
curent continuu.

Fig. 4.13. Pompa sumbersibila HZ – 35
[34]https://www.aliexpress.com/item/12V -24V-DC-35L-MIN -100W -Mini -Car-Airmatic -Pump -Vacuum –
Pump -Diaphragm -Air-Compressor -GZ/32325023727.html
Pompa este model GZ -35 cu următoarele specificații:
– Putere: 100 W ,
– Presiune maximă: 3.6 BAR ,
– Viteza motorului: 2800 RPM ,
– Curent maxim: 8A/4A ,
– Curgere liberă: 35 L/min ,
– Dimesiuni: 190*120*110MM ,
– Tipul pompei: submersibilă .[34]

43
4.6. Rezultat e obținute în urma simulării
Primul pas pentru o funcționare bună este să adăugam un buton de Start și Stop
pentru a porni și opri întreg ansamblu în caz de avarii. Acest lucru este posibil cu un
bloc Set-Reset . Când pe S (set) este 1 pe R (reset) este 0 iar cand R este 1, S este 0 întreg
ansamblu se va reseta.

Fig. 4.11. – Instrucțiume pentru pornirea și oprirea sistemului
Un alt aspect important este menținerea pompelor în nivelele de minim și maxim .
În momentul acționarii butonul de start,începe funcționarea întregului sistem. Pompa
începe să ia apă din puț și să o depună în rezervor. Dacă nivelul apei din puț este prea
mic, senzorul de low (nivel mic) va acționa și se va opri pompa pentru a nu deteriora
întregul sistem.

Fig. 4.12. – Instrucțiune funcționare pompa puț

În acestă instrucțiune, avem o memorie set reset care face auto menținere pompei
din puț și se va reseta dacă senzorul de nivel maxim din rezervor este în 1, adică activ și
dacă nivelul apei din puț atinge nivel m inim.
Când pompa din puț este activă, dupa 15s de la pornirea sistemului va porni și
pompa din rezervor, pentru a permite pompei din puț să depună apă în rezervor. Cât

44
timp senzorul high (nivel maxim) din rezervor este actionat, pompa din puț se opreste,
în caz contrar, dacă este actionat senzorul low (nivel minim) din rezervor, pompa din
rezervor se oprește dar porneste pompa din puț. Acest lucru în Step 7 va fi transpus
astfel.

Fig. 4.13. – Menținerea nivelului din rezervor
În Fig. 4.13 avem un On Delay Time Parameters and Start care va cronomentra
15s din momentul acționării butonul de start și se va reseta dacă nivelul de minim din
puț este activ.
Funcționarea pompelor v a fi tra nspusă astfel:

Fig. 4.14. – Funcționare pompei din rezervor

45

Fig. 4.15. – Funcționare pompei din puț

46
CAPITOLUL 5. CONCLUZ II
În urma realizării acestui proiect s -au întâmpinat trei aspecte problemă. Prima
problemă a fost aducerea sistemului intr -un punct stabil. Primul pas a fost calcularea
unui motor de curent continuu în funcție de tensiune și viteza unghiulară. În urma
calculelor am decis ca soluția optimă pentru a menținerea unui nivel optim este calculul
în funcție de viteza unghiulară.
A doua problemă a fost de a menține nivelul optim in rezervor. În funcție de cele
două pompe, cea din puț și cea din rezer vor, cu ajutorul senzorilor de n ivel minim și
nivel maxim aflați în rezerv or și senzorul de nivel minim din puț am reușit să menținem
un nivel optim.
A treia problema a fost de a stabili momentul optim de udare. Acesta a fost
determinat de disponibilitatea apei din rezervor și de necesitatea campurilor de a fi
udate.
În cadrul p roiectului , vom prezenta soluții practice pentru un sistem agricol
pentru a deterimina ce sistem se potrivește nevoilor noastre. Vor fi precizate atât
avantaje cât și dezavantajele sistemelor de irigat actuale. În cadrul capitolului vom
prezenta componente le vitale pentru a construi un sistem de irigat și metode de
automatizare al acestuia.
O altă problemă abordată în proiect este găsirea unei soluții practice și ieftină de
irigat. Primul pas a fost calculul unui motor de curent continuu în funcție de tens iune și
viteza unghiulară. Al doilea pas, reglarea unui proces de ordinul II, comandă printr -un
regulator PID. În al treilea pas am stabilizat sistemul utilizând o lege de comandă dupa
stare din care a rezultat un sistem stabil. Pentru a stabiliza sistemul , în al patrulea pas
am stabilizat sistemul utilizând o lege de comandă dupa stare cu integrator. Pentru a
vedea răspunsurile sistemelor am folosit Matlab și Simulink.
În ultimul capitol vom prezenta rezultatele programării unui sistem de irigat de
mici di mensiuni utilizând Simatic Step 7, în cadrul căruia vor fi prezentate modulele
folosite și modul de programare al acestuia. .Pentru a vedea dacă sistemul răspunde
cererilor vom folosi un simulator offline PLCSIM. Va fi prezentatată pompa cât și
sensorul fo losit pentru sistemul irigabil.
Deși s -au întâmpinat probleme în realizarea întregului sistem de irigat, proiectul
și-a atins scopul, el funcționând cu o intervenție umană minimă, acesta fiind autonom.
Prin acest proiect s -a avut atragerea atenției asupra importanței sistemelor de
irigat axistente cât și viitoare. Eficiența lor fiind una impotantă umanității.

47
BIBLIOGRAFIE
[1] Drip Irrigation second edition by Moshe Sne
[2] http://webbut.unitbv.ro/carti%20on -line/BSM/BSM/capitol4.pdf , 26-05-2018
[3] Exploatarea sistemelor de irigații de I. Pleșa, R. Voicu, I. Toma și M. Mocanu
[4] Irigații, amenajări, reabilitări și modernizări de Corneliu Cismaru și Victor Gabor
[5] Metode M atematice pentru rezolvarea problemelor de irigații. U. Berar, Gh. Pricop,
V. Ionescu
[6] https://www.sswm.info/water -nutri entcycle/wateruse/hardwares/optimisation –
water -use-agriculture/automatic -irrigation , 27-04-2018
[7] Contribuția privind optimizarea regimului de exploatare al instalațiilor de irigat prin
aspersiune cu tambur si furtun de Ing. Mihai Nedelcu
[8] Sistem opt imizat de irigare de Georgeta Broasca
[9]http://www.aganytime.com/Documents/ArticlePDFs/TheImportanceofRegularMain
tenanceofIrrigationSys tems.pdf , 18-05-2018
[10] https://www.pinterest.com/pin/573153490051864313/ , 04-05-2018
[11] http://archive.sswm.info/category/step -university/module -4-sustainable -water –
supply/module -4-sustainable -water -suppl y/furt -50, 05-05-2018
[12] http://slideplayer.com/slide/738185/ , 18-05-2018
[13] http://hmkfarm.com/author/hunghh/ , 09-05-2018
[14] https://www.nrcs.usda.gov/Internet/FSE_DOCUMENTS/stelprdb1097095.pdf ,
09-05-2018
[15] http://www.netafim.com.ro , 10-05-2018
[16] http://www.profjrwhite.com/system_dynamics/sdyn/s6/s6fmathm/s6fmathm.ht
ml, 10-06-2018
[17] http://www. mec.upt.ro/fisiere/sse/Laborator_6.pdf , 11-06-2018
[18] Drip Irrigation Basics: A Workshop for Home Landscapers and Gardeners
November 7, 2015
[19] http://irigati i-profesionale.ro/content/5 -intretinerea -sistemului -de-picurare ,
24-05-2018
[20] http://www.aie.ugal.ro/isa/Laborator/Laborator%204.pdf , 24-05-2018

48
[21] Structuri de conducere ierar hizată a sistemelor electroenergetice de Sl. Dr. Ing.
Iușia Stamatescu
[22] Simatic Step 7 2009, Ruben Crișan
[23] http://www.shiva.pub.ro/PDF/CAIE/Laborator_1.pdf , 12-06-2018
[24] https://vdocuments.mx/tehnologia -siemens -s7-300.html , 12-06-2018
[25] http://www.induteq.nl/induteq/bestanden/S7 -300 _RHB_e.pdf , 12-06-2018
[26] https://www.nexinstrument.com/6ES7312 -1AE14 -0AB0 , 13-06-2018
[27]https://cache.industry.siemens.com/dl/files/629/8859629/att_55794/v1/s7300_
module_data_manual_en -US_en -US.pdf , 18-06-2018
[28] http://users.utcluj.ro/~rcrisan/SIMATIC%20Step%207_v5.pdf , 23-06-2018
[29] https://ro.wikipedia.org/wiki/Senzor , 28-06-2018
[30] http://news.sokoni.solar/2017/01/03/how -to-build -your -own -solar -water –
pump/ , 29-06-2018
[31] http://www.netafim.com.ro/agricultura/sistemul -de-irigare -prin -picurare.html ,
29-06-2018
[32] http://www.circuitstoday.com/arduino -soil-moisture -sensor/pin -out,
30-06-2018
[33] https://maker.pro/arduino/projects/arduino -soil-moisture -sensor , 30-06-2018
[34] https://www.aliexpress.com/item/12V -24V -DC-35L-MIN -100W -Mini -Car-
Airmatic -Pump -Vacuum -Pump -Diaphragm -Air-Compressor -GZ/32325023727.html , 30-
06-2018

49
Anex a 1
R=10;
L = 2.5;
J=0.1;
b=0.5;
Ke=0.1;
Kt=0.1;
Kv=0.1;

H=tf([Kt],[L*J L*b+R*J R*b -Kv*Kt]) %calculul funcției de transfer

bo = Kt/(L*J)
a1 =(L*b+R*J)/(L*J)
a0 = (R*b -Kv*Kt)/(L*J)

wn=10;
zeta=0.7;
alfa=5;

Kp=(wn^2*(1+2*zeta*alfa) -a0)/bo
Ki=(wn^3)/b
Kd=(wn*(2*zeta+alfa) -a1)/bo

50
Anexa 2
R=10;
L = 2.5;
J=0.1;
b=0.5;
Ke=0.1;
Kt=0.1;
Kv=0.1;
num=[Kt] % numitorul funcției pentru viteza unghiulară
den=[L*J L*b+R*J R*b -Kv*Kt] % numărătorul funcției în funcție de viteza unghiulară
[A,B,C,D]=tf2ss(num,den) % calculul funcț iei de transfer
ctrb(A,B) % matricea de controlabilitate
k=[B A*B]
rank(k) % rangul matricii
P=roots([1 2*0.7*3 9]) % rădă cinile polinomului
k=acker(A,B,P) % calcul ul unei legi de comandă după stare
k1=k(1)
k2=k(2)
syms k1 k2 ki s
As=[A -B*[k1 k2] B*ki; -C 0]
D=det(s*eye(3) -As)
d=collect(D) % rezultatele in ordinea puterilor lui s
Pp=poly([P(1) P(2) -10])
k1=Pp(2) -9
k2=Pp(3) -499/25
ki=5*Pp(4)/2

51
Anexa 3
OB1

52
FC1

53

54

55
FC2

56

57