Nr. crt. CRITERIUL DE APRECIERE CALIFICATIV [618768]

F 271.13/Ed.3 Fișier SMQ/Formulare

Anexa 8

MINISTERUL EDUCAȚIEI NA ȚIONALE
UNIVERSITATEA PETROL – GAZE DIN PLOIEȘTI
FACULTATEA: INGINERIE MECANICĂ Ș I ELECTRICĂ
DEPARTAMENTUL: AUTOMATICĂ, CALCULATOARE ȘI ELECTRONICĂ
PROGRAMUL DE STUDII: AUTOMATICĂ ȘI INFORMATICĂ APLICATĂ
FORMA DE ÎNVĂ ȚĂMÂNT: IF

Vizat
Facultatea IME
(semnătura și ștampila) Aprobat,
Director de departament,
Prof.dr.ing. Cristian Pătrășcioiu

PROIECT DE DIPLOMĂ

Studiul, proiectarea și realizarea unui sistem automat de reglare a
temperaturii

Conducător științific:
Conf. dr. ing. Gabr iela Bucur

Absolvent: [anonimizat]
2019

F 272.13/Ed.2 Fișier SMQ/Formulare

UNIVERSITATEA PETROL – GAZE DIN PLOIESTI Anexa 9
FACULTATEA: INGINERIE MECANICĂ ȘI ELECTRICĂ
DOMENIUL: INGINERIA SISTEMELOR
PROGRAMUL DE STUDII: AUTOMATICĂ ȘI INFORMATICĂ APLICATĂ
FORMA DE ÎNVĂ ȚĂMÂNT: IF

Aprobat,
Director de departament,
Prof.dr.ing. Cristian Pătrășcioiu Declar pe propria răspundere că voi elabora personal proiectul
de diplomă și nu voi folosi alte materiale documentare în afara
celor prezentate la capitolul „Bibliografie”.

Semnătură student(ă):
DATELE INIȚALE PENTRU PROIECTUL DE DIPLOMĂ
Proiectul a fost dat student: [anonimizat]/student: [anonimizat]:

1) Tema proiectului

2) Data eliberării temei:
3) Tema a fost primită pentru îndeplinire la data:
4) Termenul pentru predarea proiectului:
5) Elementele inițiale pentru proiect:

6) Enumerarea problemelor care vor fi dezvoltate:

7) Enumerarea materialului grafic (acolo unde este cazul):

8) Cons ultații pentru proiect , cu indicarea părților din proiect care necesită consultarea:

Conducător științific: Student(ă)

Semnătura: Semnătura:

F 273.13/Ed.2 Fișier SMQ/Formulare

UNIVERSITATEA PETROL – GAZE DIN PLOIESTI Anexa 10
FACULTATEA: INGINERIE MECANICA ȘI ELECTRICĂ
DOMENIUL: INGINERIA SISTEMELOR
PROGRAMUL DE STUDII: AUTOMATICĂ ȘI INFORMATICĂ APLICATĂ
FORMA DE ÎNVĂ ȚĂMÂNT: IF

APRECIERE
privind activitatea absolvent: [anonimizat]:
în elaborarea proiectului de diplomă cu tema:

Nr. crt. CRITERIUL DE APRECIERE CALIFICATIV
1. Documentare, prelucrarea informațiilor din bibliografie
2. Colaborarea ritmică și eficientă cu conducătorul temei proiectului de diploma
3. Corectitudinea calculelor, programelor, schemelor, desenelor, diagramelor și
graficelor
4. Cercetare teoretică, experimentală și realizare practică
5. Elemente de originalitate (dezvoltări teoretice sau aplicații noi ale unor teorii
existente, produse informatice noi sau adaptate, utile în aplicațiile inginerești)
6. Capacitate de sinteză și abilități de studiu individual
CALIFICATIV FINAL
Calificativele pot fi: nesatisfăcător/satisfăcător/bine /foarte bine /excelent .

Comentari i privind calitatea proiectului :
________________________________________________________________________________________________
____________________________________ ____________________________________________________________
________________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________________
____ ____________

Data:
Conducător științific
Conf. dr. ing. Gabriela Bucur

CUPRINS

INTRODUCERE ……………………………………………………………………… ……………5
CAPITOLUL I – Analiza sistemelor de reglare automată ……………… …………7
1.1 Clasificarea sistemelor de reglare automat ă………………… ……….8
1.2 Sisteme de reglare automată a temperaturii……………………… …………10
CAPITOLUL II – Proiectarea sistemului de reglare automată a
temperaturii ………………………………………………………………………………. …………16
2.1 Modelul matematic al procesului……………………… ……………38
CAPITOLUL III – Implementarea sistemului de reglare automat ă a
temperaturii …………………………………………………… ………………41
3.1 Punerea în funcțiune a sistemului……………………………… ……50
CAPITOLUL IV – Acordarea regulatorului ………………………………………. …53
CONCLUZII …………………………………………………………… …….55
BIBLIOGRAFIE ………………………………………………………… ……56
ANEXE …………………………………………………………………… …..58
SUMMARY (REZUMAT) …………………………………………… ………65

INTRODUCERE

Pa
rametrul fundamental de stare care caracterizează starea termică a unui corp este
temperatura.

Cele mai des întâlnite sisteme de reglare automată a temperaturii sunt cele
utilizate în domeniul

economic dar și în aplicațiile
casnice.

Instrumentul de măsurare a
temperaturii cel mai des utilizat este termometrul.
Preluarea funcțiilor operatorului uman de
către dispozitivele de automatizare reprezintă automatizarea procesului.

Menținerea constantă a temperaturii se realizează prin interm
ediul regulatoarelor de
temperatură

de tip bipoziționale sau tripoziționale

sau

cu acțiune continuă de tip PID.

S
istemele de reglare automată a temperaturii folosite în instalațiile industriale au în
componență traductorul, regulatorul și elementul de exec
uție, acestea comunicând între ele
printr
–
un semnal unificat.

Deoarece procesele tehnologice se desfășoară întotdeauna sub acțiunea diferitelor
perturbații, acestea tind să modifice valoarea mărimilor reglate, din această cauză scopul
reglării automate
constă în monitorizarea în permanență a acestor mărimi și aducerea lor la
valoarea prescrisă.

Principalul obiectiv urmărit în cadrul realizării acestui proiect îl reprezintă realizarea
practică și funcționarea corectă a sistemului de reglare automată proie
ctat.

Alegerea temei, studiul, proiectarea și realizarea unui sistem de reglare automată a
temperaturii este motivată de faptul că în prezent, se pot aduce mari contribuții în acest
domeniu atât în industrie cât mai ales în domeniul utilizatorilor de tip
casnici.

Lucrarea se desfășoară pe parcursul a patru capitole în cadrul cărora tematica este
abordată în așa fel încât se poate aprofunda de către un larg auditoriu.

În cadrul primului capitol

intitulat „Analiza sistemelor de reglare automată”, se
evidenț
iază aspecte importante caracteristice acestor tipuri de sisteme automate, noțiunea de
sistem, mărimile fizice fundamentale ale acestora, structura generală unui sistem automat,
diferite clasificări ale acestora în funcție de anumite criterii precum și cât
eva exemple de
sisteme folosite în industrie.

5

În conținutul capitolului II denumit
„Proiectarea sistemului de reglare automată a
temperaturii” se scoate în evidență structura sistemului de reglare a temperaturii respectiv
elementele din care acesta urmeaz
ă să fie alcătuit, schema bloc a acestuia, diagrama
procesului, diagrama P&ID, precum și informații referitoare

la semnificația acestora și
detalierea elementelor componente ale sistemului de reglare automată.

În capitolul III, intitulat
„Implementarea
sistemului de reglare automtă a temperaturii”
se detaliază modul de selectare al traductoarelor precum și modul în care acestea se vor
monta în structura sistemului precum și diagrama conexiunilor electrice împreună cu
semnificația acesteia, modul de reali
zare a algoritmului de tip PID in programul software TIA
Portal, informații cu privire la modul în care elementele componente ale sistemului vor
funcționa și imagini ale proiectului finalizat.

În

capitolul

IV,

intitulat

„Acordarea

regulatorului”

este

descrisă

metoda

de

acordare
ZIEGLER-
NICHOLS,

în

cadrul

căreia

sunt

prezentați

pașii

necesari

de

efectuat

pentru
identificarea parametrilor optimi de acordare ai buclei.
Finalizarea proiectului este realizată prin intermediul paginii intitulată

„Concluzii” în
conținutul căreia se descriu problemele întâlnite respectiv posibilele îmbunătățiri asupra
sistemului precum și o scurtă sinteză a proiectului de diplomă.

6

CAPITOLUL I

Analiza sistemelor de reglare automat
ă

Un sistem este un ansamblu
de elemente c
e interacționează î
ntre ele și cu exteriorul,
în vederea atingerii unei fin
alități (sens, obiectiv, scop).

Sistemul de reglare automat (SRA) este un sistem
capabil să urmărească evoluția unui proces
și să reducă sau chiar să elimine eventualele perturbații apărute din exterior, în mod automat,
fără intervenția directă a omului.

[
Cîrtoaje Vasile

2004
]

[1]

De asemenea este necesar ca sistemul să fie
caracterizat
de trei tipuri de mărimi fizice
fundamentale: mărimile de intrare, mărimile de ieșire și mărimile de stare.



Mărimile de intrare, deoarece provin din exteriorul sistemului, sunt independente de
acesta, ceea ce conduce la modificarea evoluției s
istemului.



Mărimile de stare caracterizeaza starea internă curentă a sistemului și sunt dependente
de mărimile de intrare.



Mărimile de ieșire transmit în mediul exterior informații referitoare la starea curentă a
sistemului și sunt dependente la rândul lor

de mărimile de stare.

Un sistem de reglare automat este compus din două subsisteme elementare numite
procesul de automatizare (P) respectiv dispozitivul de automatizare (DA).

Fig 1.1 Diferite structuri ale unui sistem automat

[2]

7

In figurile a)

respectiv b) sunt prezentate st
ructurile unor sisteme automate în buclă
deschisă, iar în figura c) este prezentat un sistem de reglare automată după abatere, in buclă
închisa.

Sistemul de reglare automată din figura c) se diferențiază de celelalte sisteme prin
faptul că dispozitivul de automatizare primește prin bucla de reacție informații referitoare la
starea curentă a procesului reglat și generează comenzile corespunzătoare a
stfel încat
mărimea de ieșire să fie egală cu valoarea de referință chiar și sub acțiunea perturbațiilor
asupra procesului.

[2]

1.1

Clasificarea sistemelor de reglare automată

Sistemele de reglare automată se pot clasifica în funcție de mai multe criteri
i după
cum urmează:

1.

În funcție de dependențele, în regim staționar, dintre mărimile de ieșire și dintre
mărimile de intrare ale elementelor componente.



SRA liniare: Acestea sunt reprezentate folosind ecuațiile liniare atunci când
dependențele sunt
liniare.



SRA neliniare: Sunt reprezentate folosind ecuațiile neliniare atunci când cel
puțin una dintre dependențe este neliniară.

2.

În funcție de prelucrarea semnalelor.



SRA continue: Atunci când toate marimile care intervin sunt continue în timp.



SRA disc
rete: Atuci când cel puțin o marime prezintă o variație discretă în
timp.

3.

După viteza de răspuns a procesului reglat atunci când se aplică un semnal la intrare.



SRA pentru procese rapide: Când constantele de timp ale procesului nu
depășesc 10 secunde.



SRA

pentru procese lente: Când constantele de timp ale procesului sunt mari
;
cu posibilitatea apari
ț
iei timpului mort.

8

4.

După principiul de funcționare, pot fi:



SRA după efect: Valoarea mărimii de ieșire este măsurată și comparată în
permanență cu valoarea
mărimii de referință cu scopul menținerii sau aducerii
acesteia la valoarea de referință.



SRA după cauză: Menține sau aduce valoarea ieșirii procesului la valoarea
mărimii de referință prin măsurarea permanentă a perturbațiilor sau chiar și a
referinței

as
tfel încât ieșirea să nu se modifice odată cu modificarea
perturbațiilor, iar la modificarea referinței, ieșirea să fie egală cu aceasta.

5.

În funcție de caracteristicile constructive ale dispozitivelor de automatizare:



SRA unificate: Atunci când toate mări
mile sunt semnale unificate.

(Ex: 4…20

mA sau

0,2…1 bar)



SRA specializate: Atunci când nu se folosesc semnale standardizate.

6.

În funcție de agentul purtător de semnal:



SRA electronice



SRA pneumatice



SRA hidraulice



SRA mixte

[3]

9

1.
2

Sisteme de reglare automată a temperaturii

R
eglarea automată a temperaturii cuptoarelor cu combustibil

Reglarea temperaturii reprezintă o reglare a unui transfer de căldură. Astfel, atunci
când transferul de căldură este mare, se ajunge la oscilații de
amplitudini mari fiind
recomandată o reglare de tip P, însă în general, la procesele cu constante de timp mari în care
se reglează temperatura, se recomandă o reglare de tip PID.

Pentru reglarea
temperaturii se vor folosii regulatoare liniare cu semnal electronic
unificat 4…20 mAcc. Mărimea de referință W este aplicată regulatorului RA de tip PID, iar ca
element de măsură EM a temperaturii din cuptor este utilizat un termocuplu cu rolul de a
tra
nsforma t
emperatura într
–
o tensiune (mV) ce urmează să fie transmisă adaptorului
tensiune
–
curent Ad. Astfel mărimea de reacție a sistemului este dată de intensitatea curentului
i de la iesirea Ad.

Fig 1.
2

Reglarea temperaturii într
–
un cuptor

[4]

10

Comparatorul din interiorul RA compara W cu mărimea de reacție și în funcție de
abaterea

rezultă mărimea de comandă u ce urmeaza să fie aplicată
convertorului electropneumatic CV.

La rândul său CV acționează asupra elementului de execuție EE,

format din
servomotorul pneumatic SP și clapeta de reglare CR,
mărind sau micșorând debitul de gaz
astfel încât să fie menținută temperatura de referință W.

[4]

Reglarea automată a temperaturii apei la ieșirea din schimbătorul de căldură

În figura
1.3

este
reprezentată

schema

unei instalații pentru reglarea automată a
temperaturii apei la ieșirea din schimbătorul de căldură. Instalația de reglare automată
cuprinde: elementul de măsură, elementul de comparație, regulatorul automat și elementul de
execuț
ie
.

Fig 1.
3

Reglarea automată a temperaturii apei la ieșirea din
schimbătorul de căldură

[5]

11

Traductorul este reprezentat de termometrul manometric 1, instalat pe ieșirea
conductei de apă caldă. Acesta transformă temperatura într
–
o
variație de presiune pe care o
transmite prin tubul 2 către tubul Bourdon 3. Variația de presiune se va transforma într
–
o
deplasare a poziției indicatorului 4.

Eroarea este dată de elementul de comparație EC care compară temperatura apei de la
ieșire cu v
aloarea de refernță. Folosind tija 5 se poate ajusta manual punctul de oscilație al
indicatorului 4. Atunci cand variația temperaturii este zero indicatorul se va regăsi poziționat
în dreptul ajutajului conic 6, iar cand variația temperaturii este diferită

de zero atunci
indicatorul va reprezenta o mărime proporțională cu diferența dintre

.

Regulatorul automat RA
îndeplinește funcția de amplificator al semnalului primit de
la elementul de comparație. O sursă de aer constantă

este conectată la amplificatorul
pneum
atic 9, astfel încât la trecerea prin elementul de strangulare 7 se va obține în zona 8
respectiv în zona 10 o presiune proporțională cu distanța dintre ajutajul conic 6 și indicator

corespunzătoare mărimii de comandă.

Elementul de execuție este reprezentt de ventilul 12 care modifică debitul de abur
incalzit. Acest ventil este prevăzut cu o membrană 11
asupra căreia acționează presiunea din
conducta 10.

12

Reglarea automată a
temperaturii
cuptoarelor electrice

În mod obișnuit, regulatorul bipozițional se utilizează la sistemele de reglare automa
tă
a temperaturii în cuptoarele electrice ca în figura 1.4 a).

A
limentarea rezistențelor de încălzire

se realizează prin intermediul
contactor
ului C
,
mărimea de comandă este intensitatea curentului I ce trece
prin bobina B a contactorului, iar
mărimea reglată este temperatura din cuptor.

Dacă temperatura în cuptor este mai mică decât temperatura
reglată

(
ε > 0
)
, contactul
comandat de
regulatorul bipozițional (
RBP
)

se închide, bobina contactorului este alimentat
ă,
contactele contacto
rului se vor închide, rezistențele de încălzire sunt alimentate
, iar
temperatura în cuptor va crește. La depășirea temperaturii
reglate

(
ε < 0
)
, contactul comandat
de
regulatorul bipozițional
se va deschide iar contactorul va
întrerup
e

contactele,
astfel
temperatura în cuptor va începe să scadă
.

În reprezentarea g
raficul
ui

variației temperaturii în cup
tor în funcție de timp:

,
se regăsesc intervalele

de timp I
, în care

conta
ctorul are contactele deschise, respectiv
intervalul II

în care

conta
ctorul are contactele

închise. Datorită inerției termice
temperatura

a.Scema electrică
b.variația în timp a mărimii reglate

Fig 1.4
Reglarea automată a temperaturii cuptoarelor electrice

[6]

13

continuă să crească și

după d
eschiderea contactelor până la atingerea punctului
A
,
dar să și
scadă după închiderea contactelor până la atingerea punctului B.
Reglarea bipozi
țională
are
drept dezavantaj faptul că nu

asigura o precizie ridicată, deoarece mărimea reglată oscilează

în jurul valorii prescrise. R
egulatoarele bipoziționale se folosesc în sisteme de reglare care
utilizează

ca elemente de execuție contactoare, întreru
pătoare, electromagneți.

[6]

Reglarea automată a temperaturii intr
–
un reactor chimic

Reglarea temperaturii în reactorul chimic se realizează prin intermediul schimbului de
căldură dintre două medii diferite printr
–
o suprafață de separare.

Fig 1.5
Reglarea automată a temperaturii într
–
un reactor chimic

[7]

14

Deoarece r
eactorul chimic RC este alimentat cu reactanți prin conducta C1
, și
mai
apoi
agitați folosind paleta P, în interiorul acestuia se vor produce reacții chimice cu degajare
de
căldură. Astfel pentru reglarea temperaturii

este necesară modificarea debitului de lichid
de răcire Qr care circula prin serpentina S.

Temperatura din interiorul reactorului chimic este obținută folosind trductorul Tr și
comparată cu mărimea reglată de că
tre elementul de comparație EC astfel încât atunci când Q
are o valoare mai mare decât

valoarea reglată Qr, regulatorul automat RA comandă
deschiderea robinetului de reglare RR și a debitului lichidului de răcire Qr în timp ce la
scăderea temperaturii Q
su
b valoarea mărimii reglate Qr
se va reduce debitul lichidului de
răcire.
[7]

15

CAPI
TOLUL II

Proiectarea sistemului de reglare automată a temperaturii

Sistemele de reglare automată a temperaturii sunt disponibile sub o multitudine de
variante, în funcție natura procesului reglat, de tehnologia
disponibilă, și de gradul de
pregătire a personalului ce urmează să exploateze ș
i să întrețină sistemul automat
, precum și
de modul de operare, astfel,

pentru același proces tehnologic se pot imagina mai multe
moduri de automatizare, totul pentru eficientizare din punct de vedere economic.
[8]

Fig
2.1 Schema bloc SRA
–
T

16

Sistemul de reglare a temperaturii, proiectat in figura 2.1, este alcătuit din următo
a
rele
elemente
componente
:



Vas de apă rece cu o capacitate de 24L
.



Vas de apă caldă cu o capacitate de 15L
.



Traductor

de temperatură TT1 de tip termo
rezistență
.



Traductor de temperatură TT2 de tip termo
rezistență
.



Traductor de temperatură TT3 de tip termo
rezistență
.



Regulatorul reprezentat de
Siemens SIMATIC S7
–
300 IHB
.



Elementul de execuție reprezentat de
servomotorul

RedMax 50YF
.



Robinetul de reglare
cu trei căi
.



Înregistratorul

(
T
R)
.



Sursa de alimentare PS 307



Interfața de comunicare CP 343
–
1



Convertorul

ABB TTH200



Regulatorul Universal UDC1700



Indicatorul programabil PR 5715D



Contactorul Siemens 3TG1001

Pentru a putea înțelege mai bine structura sistemului de reglare automată a
temperaturii se vor utiliza câteva reprezentări

schematice

în cadrul cărora elementele de
măsurare și reglare sunt figurate
prin semne și simboluri definite printr
–
un standard
internațional, IPS
–
E
–
PR
–
170.

Pentru o instalație industrială este esențială înțelegerea simbolurilor din schemele de
conducte și automatiza
re, deoarece, acestea au rol
ul de a realiza un limbaj comun
între
personalul tehnic, desenator, proiectant, și personalul de întreținere a instalației.
[8]

Fluxul tehnologic al sistemului de reglare automată a temperaturii este reprezentat în
diagrama proc
esului (Process Flow Diagram) prin intermediul echipamentelor de proces
definite în standardul internațional.

17

Diagrama Procesului
(Process Flow Diagram)

Această

diagramă reprezintă primul document folosit la realizarea fizică a procesului
deoarece pe
baza informațiilor cuprinse în cadrul acestuia se pot proiecta mai departe
structurile de reglare și de protecție corespunzătoare procesului.

Deoarece în cadrul acestui

do
cument, informațiile

referitoare asupra procesului reglat
sunt minime, este necesară realizarea unei noi diagrame mai detaliate.

Fig 2.2 Diagrama Procesului

18

Diagrama P&ID

(Piping and Instrumentation Diagram)

Diagrama P&ID reprezintă un desen în cadrul căruia se găsesc toate interconectările
între echi
pamentele de proces și aparatele de măsură și control utilizate în reglarea
procesului, realizate prin intermediul unui set de simboluri asociate unui standard
internațional.

Spre deosebire de documentul anterior, în stuctura
diagra
mei P&ID, informațiile
referitoare asupra procesului reglat sunt mult mai numeroase și mult mai detaliate.

Fig 2.
3 Diagrama P&ID

19

Astfel în cadrul acestui document, aparatele se pot identifica ușor, prin intermediul
următoarelor elemente:



Identificarea tipului de aparat



Id
entificarea locului de montare al acestuia



Identificarea funcțională



Identificarea buclei de măsurare și reglare



Identificarea informației transmisă între dispozitivele de automatizare.

Toate echipamentele utilizate

în structura sistemului de reglare auto
mată a
temperaturii sunt accesibile utilizatorului și se vor regăsi în bucla de reglare și măsurare 01.

Înregistratorul

01
–
TR
–
101, precum și regulatorul 01
–
TIC
–
101 se vor putea localiza în
camera de comandă centrală și vor fi vizibile pe un panou.

Obiectivul acestui sistem

constă în aducerea valorii temperaturii

, de la ieșirea din sistem,

la valoarea de referință

, setată de către operator.

Pentru a realiza acest lucru,
automatul programabil
l
Siemens SIMATIC S7
–
300 IHB
(01
–
TIC
–
101
), recepți
onează valoarea

,

corespunzătoare valorii curente a temperaturii apei
din vasul cu apă rece

,

de la traductorul 01
–
TT
–
101
ș
i a valorii

, corespunzătoare valorii
curente a temperaturii apei din vasul cu apă caldă

, de la traductorul 02
–
TT
–
10
1
.

La pornirea sistemului, regulatorul va acționa elementul de execuție,
RedMax 50YF,

pentru aducerea robinetului de reglare cu trei căi în poziția inițială
.

Această poziție inițială a robinetului de reglare cu trei căi se referă la faptul că d
eschiderea
acestuia este egală cu 100%

pentru

parametrul

ș
i de
respectiv

0% pentru parmetrul

.

P
rin
măsurarea

valorii
curente a
temperaturii

, la ieșirea din sistem de către
traductorul

03
–
TT
–
101,
ș
i utilizarea unui algoritm de reglare de
tip PID,

regulatorul
,

comandă acționarea robinetului de reglare

în mod corespunzător astfel încât valoarea
temperaturii

să fie adusă și menținută la valoarea de referință, ținând cont și de perturbații.

20

Automatul programabil

Siemens SIMATIC S7
–
300 IHB

Un automat programabil este un sistem electronic digital special proiectat
pentru
utilizarea în mediul industrial ce rulează în buclă permanentă o secvență de cod de program.

Automatul programabil folosit la sistemul de reglare

automată a temperaturii este
conceput pentru utilizarea în aplicații de mici dimensiuni care nu necesită o putere mare de
calcul.

Printre c
ele mai importante caracteristici
se pot enumera
următoarele:



Tensiunea de alimentare este de

24V DC.



Memoria de lucru internă
este
de 32Kb.



Spațiul de stocare a programului este de 8Mb.



Până la 64 de intrări și ieșiri analogice



Interfață RS485



Limbaj de programare STEP 7

[9]

Fig 2.
4
Siemens SIMATIC S7
–
300 IHB

[9]

21

Automatul programabil S7
–
300 IHB
(CPU)
se poate utiliza împreună cu o gamă largă
de module și echipamente precum șina de montare, surse de alimentare de 24Vdc

(PS)
,
diverse module de cu intrări sau ieșiri semnal analogic respectiv digital

(SM)
, module de
c
omunicare, cabluri PROFIBUS sau PROFINET și altele.

Montarea acestuia trebuie să se realizeze fie în poziție orizontală cât mai în stânga

șinei de montare

fie în poziție verticală cât mai jos

pe șina de montare
,

numai în locuri unde
temperatura mediului
nu depășește 40

în cazul montării verticate respectiv 60

în cazul
montării orizontale
.
[9]

Unde:



1: Montare verticală



2: Montare orizontală



3: Șina de montare

Fig 2.
5 Montarea echipamentelor [9]

22

De asemenea trebuie ținut cont ca în jurul
unui șir de echipamente să se regăsească un spațiu
de degajare de cel puțin 40mm pentru a facilita disiparea căldurii generate în timpul
funcționării acestora.

Întotdeauna ordinea de montare a echipamentelor trebuie să fie: sursa de alimentare,
procesorul
iar mai apoi toate celelalte modude de intrare
–
ieșire.

Unde:



1: Canalul

de organizare a conductorilor

electrici



2:Distanța

minimă

canal de organizare

a conductorilor

–

șina de montare

Fig 2.
6 Spațierea echipamentelor [9]

23

Pentru
realizarea conexiunilor

electrice

nu se recomandă flosirea conductorilor solizi,
astfel este necesară utilizarea

conductori
lor de tip

m
ultifilar

cu dimensiuni
începând de la
0.25

până
la 1.5

.

Automatul programabil nu are nevoie de întreținere și
este capabil de realizarea de
copii de siguranță a sistemului de operare. Această funcție este utilă în cazul în care este
necesară înlocuirea automatului programabil cu unul nou.

[9]

Servomotorul

RedMax 50
–
YF

Servomotorul RedMax

este destinat pentru utilizarea sigură în medii cu atmosferă
explozivă sau praf, fiind certificat IP67.

Acesta dispune de

protecție la suprasarcină și de

un
mecanism cu resort pentru revenirea în poziția de siguranță în cazul unei căderi de tensiune.

[10]

Fig 2.
7 RedMax 50
–
YF [10]

24

Servomotorul cuprinde următoarele caracteristici importante:



Carcasă din aluminiu



Tensiune de alimentare autoadaptivă 24…240V DC/AC



Cuplul de 50Nm



Unghi maxim de rotație 90



Semnal feedback 4…20mA sau 0…10V



Viteză de rotație ajustabilă pe cinci trepte 40
–
60
–
90
–
120
–
150 s/90

[10]

Realizarea conexiunilor electrice se face prin intermediul unor conductori electrici cu
secțiunea de 0.4

până în zona de siguranță iar mai apoi în cadrul zonelor explozive 2
res
pectiv 22 este necesară utilizarea unei
cutii cu terminale cu protecție antiexplozivă

(RedBox)
.

Fig 2.
8 Modul de instalare al servomotorului [10]

25

Sursa de alimentare
Siemens PS
–
307

Sursa de alimentare PS
–
307 este un echipament în lipsa căreia
sistemul de reglare
automată a temperaturii nu poate funcționa, aceasta asigurând alimentarea cu energie
electrică a tuturor echipamentelor din componența sistemului.

Cele mai importante
caracteristici sunt următoarele:



Intensitate maximă a curentului: 2A



Tensiune de ieșire: 24V DC



Protecție la scurtcircuit



Protecție IP20

[12]

Fig 2.
7 Sursa de alimentare PS 307 [11]

26

Această sursă de alimentare în comutație dispune de o intrare de alimentare la
120/230V AC
50
–

60 Hz
ș
i de trei

ieșiri cu o tensiune electrică de 24Vdc.

P
entru o mai bună protecție atât a sursei de alimentare, dar și a echipamentelor
conectate la aceasta este necesară folosirea unei sigurnțe automate cu o caracteristică de tip C
a cărei valoare a intensității cure
ntului electric să fie de 3A.

De asemenea funcționarea sursei de alimentare este împiedicată în cazul în care
temperatura mediului ambiant este mai mare de 60

. Acest lucru se realizează p
rin
intermediul termistorului NTC 22 din interiorul carcasei.

[11]

Conductorii electrici ce se pot utiliza împreună cu sursa de alimentare

trebuie să fie
aleși în funcție de curentul necesar pentru funcționarea în siguranță a sistemului, astfel se pot
utiliza conductori electrici multifilari cu secțiunea cuprinsă între 0.14

și 2.5

.

Mărirea performanțelor se poate realiza prin faptul că există posibilitatea conectării în
paralel a unei surse de alimentare secundare. De asemenea culoarea verde a

indicatorului aflat
în partea frontală semnifică faptul că tensiunea electrică a
re o valoare mai mare de 21Vdc[11]

Fig 2.
8 Protecție la supraîncălzire cu NTC 22 [11]

27

Interfața de comunicare

CP 343
–
1

Acest echipament realizează comunicarea cu automatul programabil
S7
–
300 folosind
un protocol de
comunicare denumit PROFINET prin intermediul unei interfețe E
thernet
.

Prevenirea accesului

de pe computerele

neautorizat
e se realizează cu ajutorul unei liste de
adrese IP de acces.

Caracterisitcile cele mai inportante sunt urmátoarele:



Securitate sporită



Ușor de înlocuit făra a avea nevoia de un instrument de configurare



Se poate sincroniza cu timpul



Permite diagnosticarea prin interfață web

Fig 2.
9 Interfața de comunicare CP 343
–
1 [12]

28

Împreună cu cei cinci indicatori LED dispu
ș
i în partea frontală a echipamentului, și
folosiți pentru indicarea modului de operare, mai există un display adițional format din doi
indicatori luminoși localizat în vecinătatea portului RJ45 ascuns de către panoul frontal.Cele
trei culori posibile ale
indicatorilor sunt roșu, verde și galben
.

[12]

Indicarea
stării de funcționare a interfeței de comunicare cu conexiunea industriala se
realizează astfel:



LINK
:

semnalizează

o conexiune existentă către ITP/TP;



RX/TX
:

semnalizează intermitent

faptul că CP
–
343
–
1 trimite/recepționează prin
TP/ITP/AUI;



FAST
:

semnalizează o conexiune existentă către ITP/TP la o viteză de 100Mbps (Fast
Ethernet);



FD
:

semnalizează o conexiune exis
tentă de tipul full duplex.

Fig 2.
10 Indicatorii modului de operare al CP
–
343
–
1 [12]

29

Pentru indicarea tuturor modurilor posibile de operare a echipamentului se folosesc
doar trei indicatori având culori specifice,respectiv, SF
–

roșu, RUN
–

verde și STOP
–

galben

după cum urmează:

Schimbarea între diferitele moduri de operare se poate face fie fizic din selectorul de
moduri fie software prin intermediul
Simatic Manager disponibil în cadrul Step 7.

Selectorul de moduri oferă posibilitatea
alegerii a doar două moduri de operare
respectiv STOP și RUN.

La schimbarea din modul STOP în modul RUN se citesc datele
configurate sau modificate în memoria de lucru și se trece în modul RUN. La schimbarea din
modul RUN în modul STOP, conexiunile stabil
ite sunt închise, însă funcțiile de configurare
și diagnosticare rămân active.

[12]

Fig 2.
11 Indicarea
modului de operare al CP
–
343
–
1 [12]

30

Convertorul

ABB TTH200

Este un dispozitiv ce permite monitorizarea cu ușurință a temperaturii solidelor,
lichidelor sau gazelor de toate tipurile aflate în conducte sau
în diverse vase și este compatibil
cu senzorii de temperatură de tip termorezistență sau de tip termocuplu.

Comunicarea se realizează prin intermediul protocolului HART sau prin semnal 4
–
20mA, astfel fiind proiectate pentru
utilizare universală în industrie.

Pe lângă funcția de monitorizare a temperaturii, dispozitivul dispune și de
monitorizarea sursei de
alimentare precum și de existența unui conductor electric întrerupt
sau corodat.

De asemenea este permisă utilizarea în zone cu potențial exploziv, respectiv în zona 0,
zona 1 sau zona 2.

Fig 2.
12 Convertorul ABB TTH200 [13]

31

Pentru montarea dispozitivului este permisă amplasarea în orice po
ziție

cu condiția de
a se asigura o protecție de cel puțin IP20. Montarea se poate realiza în interiorul carcaselor,
pe șina specială sau pe diverse suprafețe.

La pornirea dispozitivului, se va afișa interfața de proces, unde se vor regăsi
informații cu pr
ivire la valoarea curentă a procesului și alte informații secundare.

[13] [14]

Unde:



1: Eticheta de identificare a punctului unde se realizează măsurarea



2: Valoarea curentă a procesului



3: Protejat la
modificarea parametrilor de funcționare

În cazul apariției unei erori se va afișa
un cod de identificare al erorii respective astfel:



I : Dispozitivul funcționează și sunt disponibile informații



C : Dispozitivul se află în modul de întreținere



S : Valoare
a punctului măsurat a depășit specificațiile de funcționare



M : Este necesară efectuarea întreținerii



F : Eroare; Problemă in zona punctului de măsurare

[13] [14]

Fig 2.
13 Interfața ABB TTH200 [13]

32

Regulatorul

Universal

UDC1700

Acest regulator este un aparat dedicat monitorizării și reglării temperaturii, presiunii
sau nivelului
ș
i se poate integra într
–
o ga
mă extinsă de aplicații. Datorită tastaturii de
dimensiune mare și a ecranului cu patru cifre este ușor de configurat și uti
lizat.

Pentru alimentarea
dispozitivului se poate folosi alimentarea de la rețeaua electrică de
240Vac sau prin utilizarea unei surse fie de 24Vdc fie de 24Vdc.

Modificarea setărilor de configurare este posibilă prin apăsarea continuă
timp de o
secundă a

combinației de taste Setup + Tasta Sus

și selectarea meniului Setup folosid cele
două taste de navigare Sus respectiv Jos.

Navigarea în meniul de modificare a pa
rametrilor se realizează prin apăsarea
succesivă a tastei Setup și modificarea valorilor prin utilizarea tastelor Sus respectiv Jos.

Fig 2.
14 Regulatorul universal UDC1700 [15]

33

Efectul modificării parametrilor este imediat și nu necesită confirmarea utilizatorul,
iar pentru revenirea în modul opera
tor este suficient ca utilizatorul să nu apese tastele
aparatului timp de două minute.

Posibilele erori se vor indica pe ecran prin apariția următoarelor

mesaje:



Goto
–

ConF : Este necesară configurarea aparatului



[HH] : Valoarea mărimii de intare a depă
ș
it cu mai mult de 5% domeniul



[LL] : Valoarea mărimii de intrare a scăzut sub 5% din domeniu



OPEN : Este detectată o întrerupere în conductoarele electrice sau în componența
senzorului conectat

În cadrul setărilor de configurare sunt disponibile
următoarele meniuri:



OPtr: Reprezintă meniul operator și este disponibil la pornirea aparatului



SEtP: Reprezintă meniul de configurare al aparatului în funcție de sistemul în care
urmează să fie utilizat.



ConF: Reprezintă meniul utilizat pentru
configurarea aparatului atunci când se
realizează prima punere a acestuia în funcțiune



inFo: Reprezintă meniul în care utilizatorul poate verifica versiunea softwareului
instalat pe UDC1700



Atun: Reprezintă funcția prin care regulatorul își modifică param
etrii în mod automat
după un anumit algoritm pentru reglarea optimă a unui proces.

Protejarea împotriva modificărilor neautorizate a parametrilor și a setărilor se
realizează prin necesitatea introducerii unui cod de acces la apariția mesajului ULoc.

[15]

34

Înregistratorul

virtual

Înregistratorul oferă posibilitatea vizualizării sub formă grafică a tuturor variabilelor
de proces dorite precum și monitorizarea valorilor limită. Configurarea, vizualizarea și
arhivarea datelor se poate realiza cu
ușurință prin utiliza
rea software
–
ului de programare.

Înregistratorul dispune de funcții avansate pentru procesarea eficientă a datelo
r,
posibilitatea de adăugare de alarme, etichete sau alte
elemente disponibile sub formă de
librării. De asemenea este posibilă diagnosticarea sistemului pe baza informațiilor oferite de
înregistrator.

Datorită unui design modular utilizatorul are posibilitatea de a configura interfața în
mod rapid, modificările

având efect imediat.

Fig 2.
15
Înregistratorul virtual [16]

35

Indicatorul programabil PR 5715D

Echipamentul PR 5715D este caracterizat de o mare flexibilitate și stabilitate și
îndeplinește toate cerințele pentru a putea di utilizat în cadrul sistemelor automate. Acesta
poate afișa cu
precizie toate valorile regăsite în componența unui proces.

[17]

Configurarea aparatului se poate realiza ușor și rapid fie prin conectarea la un
computer, fie prin utilizarea butoanelor
regăsite în partea frontală a acestuia
.

Montarea se poate realiza pe suprafețele plane ale dulapurilor cu echipamente ce sunt
prevăzute cu un grad minim de protecție de IP20

din cauza faptului că echipamentul este
prevăzut cu protecție doar în partea front
ală a acestuia.

Mărimea recomandată a conductoarelor electrice ce urmează să fie conectate la PR
5715D trebuie să fie cuprinsă între 0.05

și respectiv 1.5

.

Fig 2.
16
Indicatorul programabil PR 5715D

[17]

36

Tensiunea de alimentare a indicatorului programabil trebuie să fie cuprinsă între
20Vdc/ac și respectiv 300Vdc/ac, astfel că este posibilă utilizarea oricărei surse de alimentare
pentru a se putea asigura funcționarea corectă.

În cazul în care programarea se va realiza prin intermediul unui computer, în cadrul
setărilor de configurare s
e vor regăsi câteva funcții avansate a căror programare nu este
posibilă în cazul alegerii configurării aparatului prin intermediul butoanelor din partea
frontală.

Pentru a prevenii schimbarea accidentală a parametrilor configurați indicatorul
programabil
se poate seta astfel încât să fie necesară introducerea unei parole compusa din
patru caractere înainte de accesarea meniului de configurare.

Dacă timp de 5 secunde nu este apăsat niciun buton în timpul accesării meniului de
configurare, atunci se va afișa

un mesaj text în derulare care va conține explicații cu privire la
funcția fiecărui parametru din meniu.

Cele mai întâlnite mesaje de eroare din timpul configurării sunt:



SE.BR: Conexiunea senzorului este întreruptă.



SE.SH: Senzorul este în scurtcircuit.



IN.HI: Valoarea intrării a depășit domeniul



IN.LO: Valoarea intrării este mai mică decât domeniul



9.9.9.9: Valoarea de afișat este prea mare



–
1.9.9.9: Valoarea de afișat este prea mică

Modul de funcționare al celor trei butoane este:



(tasta sus) : Permite selectarea următorului parametru sau creșterea valorii
parametrului selectat.



(tasta jos) : Permite selectarea parametrului anterior sau micșorarea valorii
paramentrului selectat.



Tasta OK : Confirmă acțiunea efectuată și trece la
meniul următor. In cazul
menținerii acestuia apăsat timp de două secunde se va revenii la meniul
anterior fără confirmarea
modificărilor efectuate.

[17]

37

2.
1

Modelul matematic al procesului

Realizarea modelului matematic înseamnă utilizarea legilor
generale și particulare
specifice fenomenelor fizice și chimice caracteristice evoluției unui sistem.

Legile transferului termic stau la baza conceperii și exploatării unui număr mare de
procese, aparate și instalații industriale, caracteristice nu numai
industriei alimentare, ci
tuturor industriilor de proces.

Pentru realizarea modelului matematic
se va utiliza
principiul conservări energiei,
principiu exprimabil pentru sistemele izolate prin următoarea ecuație generală de bilanț
termic:

(2.1)

În cadrul procesului se vor utiliza următoarele ipoteze simplificatoare:



Se neglijează temperatura mediului exterior



Curgerea este laminară



Temperaturile

respectiv

sunt constante în timp.



Debitele

respectiv

sunt constante



38

Pentru a putea determina modelul matematic este necesară realizarea unei scheme de
principiu a sistemului pentru o înțelegere mai ușoară a procesului.
Schema principială a
sistemului de reglare a
temperaturii este:

Dacă debitele masice

cu temperatura

respectiv

cu temperatura

, și

cu
temperatura

sunt egale, atunci
debitul

cu
temperatura

de la i
eșirea sistemului este

constant
.

În caz contrar, dacă această condiție nu mai este validă, atunci
temperatura

se va
modifica cu

, iar debitul

cu

astfel încât (2.1) va avea următoarea formă:

(2.2)

Respectiv:

(2.3)

Fig 2.
17
Schema
echivalentă a sistemului

39

Unde

reprezintă intervalul de timp în care debitul

se modifică cu

.
Considerând

foarte mic (

se poate calcula prima derivată în raport cu timpul prin
calcularea limitei:

(2.4)

Astfel din relația (2.4) și din

relația (2.3) devine:

(2.5)

(2.6)

40

CAPITOLUL III

Implementarea sistemului de reglare automată a temperaturii

Traductoarele, au rolul de a transforma mărimile de ieșire ale procesului într
–
o
mărime corespunzătoare cu intrarea regulatoarelor din proces.

Un prim criteriu de alegere a unui
traductor în cadrul activității de proiectare a unui
sistem de reglare pentru un proces tehnologic îl con
stituie natura procesului. Alte
criterii se
referă la performanțele care se impun unui traductor și anume: liniaritate, pragul de
sensibilitate, preciz
ia, fiabilitatea și viteza
de răspuns, [Cîrtoaje V., 2003].

Montarea traductoarelor de temperatură 01
–
TT
–
101 respectiv 02
–
TT
–
101 se va realiza
în poziție orizontală în pereții laterali ai vaselor pe suporți pentru evitarea deformării tubului
de protecție.

În cazul traductorului 03
–
TT
–
101, este nece
sară montarea acestuia perpendicular

pe conductă.

[8]

Fig 3.1
Montarea traductorului

de temperatură

03
–
TT
–
101

41

În cazul robinetului de reglare cu trei căi și a elementului de acționare al acestuia,
montarea se va realiza la un nivel inferior față de cele două vase.

Cele două conexiuni realizate

intre i
eșirea

vasului

de apă caldă

și prima intrare a
robinetului de
reglare

respectiv

ieșirea vasului de

apă rece

și a

doua intrare a

robinetului de
reglare

se vor

realiza

cu ajutorul unei conducte având diametrul
de 1
2mm.

La i
eșirea din r
obinetul de reglare cu trei căi se va obține mărimea de ieșire

a
cărei valoare trebuie să corespundă cu mărimea de referință.

Fig 3.2
Montarea robinetului de reglare

42

Diagrama conexiunilor electrice
(Loop diagram)

Diagrama conexiunilor electrice reprezintă un document în conținutul căruia
sunt
evidențiate conexiunile electrice între dispozitivele de automatizare din cadrul unei bucle de
reglare sau măsurare.

Diagrama conexiunilor electrice permite o bună comunicare între personalul de
proiectare, implementare și întreținere a unei bucle de reglare. Aceasta este utilizată în
activitățile de depanare, întreținere sau rearanjare a conexiunilor între dispozitivele de
automatizare dintr
–
o buclă de reglare sau măsurare.

Fig 3.
3

Diagrama conexiunilor electrice

43

SIMATIC STEP 7
reprezi
ntă o componentă a

TIA
–
Portal

și

este o unealtă de tip
software pentru programarea și configurrea automatelor programabile Siemens. Utilizarea
este facilă datorită funcțiilor de copiere, inserare sau de autocompletare, ceea ce îl face să fie
o unealtă foar
te productivă.

Acest pachet software cuprinde diverse aplicații avansate pentru setarea automatelor
programabile printre care și Simatic S7
–
300 IHB, con
figurarea

aparatelor și rețelelor,
diagnosticare precum și vizualizarea funcționării sub forma
unui HMI
de tip virtual.

[18] [19]

Printre caracteristicile cele mai importante se regăsesc:



Securitate sporită la manipulare, controlul accesului sau la copierea datelor



Detectarea automată a echipamentelor



Posibilitatea de urmărire a parametrilor în timp real



Posibilitatea de încărcare a programelor în timpul execuției acestuia (RUN)



Permite programarea folosind mai multe tipuri de limbaje de tip ladder logic (LAD),
funcții bloc (FBD) sau programare sub formă text (SCL)



Este compatibil cu programele realizate î
n versiuni anterioare

Pentru realizarea de interfețe grafice este nevoie de componenta WinCC ce se
regăsește în cadrul pachetului TIA Portal.

Acordarea precisă a regulatorului astfel încât procesul reglat să răspundă în mod
optim și să țină cont de pertur
bații este esențială.

Funcția de reglare PID a sistemului automat de reglare a temperaturi este realizată
prin intermediul unui software de programare denumit TIA Portal.

Pentru a realiza
algoritmul

de reglare PID este necesară
mai întâi
alegerea
automatului
programabil corespunzător din lista de echipamente.

44

După alegerea automatului programabil se va adăuga din meniul blocuri program
(
P
rogram blocks)

un nou bloc denumit PID de tipul întrerupere ciclică
(Cyclic interrupt)
cu
valoarea de 1ms.

[18] [19]

Fig 3.
4

Alegerea automatului programabil S7
–
300

[19]

Fig 3.
5

Adăugarea unui bloc program

[19]

45

Se selectează
meniul obiecte tehnologice (
T
echnology objects)
ș
i se adaugă un nou
bloc de tipul regulator
PID_Compact din subcategoria PID. Acest bloc reprezintă un
regulator universal care se poate configur
a

în funcție de necesități.
[18] [19]

Schimbarea parametrilor de funcționare a
algoritmului

PID se va realiza din
următoarele meniuri după cum urmează:

1)

Meniul

setări de bază (B
asic settings)

a)

Tip regulator (Controller type) : Temperatură [

]

b)

Mod setat (Set Mode to): Automat (Automatic mode)

c)

Intrare (Input): Input_PER(analog)

d)

Ieșire
(Output): Output_PER (analog)

2)

Meniul valori de process (Process value settings)

a)

Valoare limită maximă (High limit): 100

b)

Valoare limită minima (Low limit): 0

c)

Scalare maxima:
100

d)

Scalare minima: 0

Fig 3.
6

Adăugarea unui bloc de tip

algoritm

PID

[19]

46

3)

Parametrii PID (PID Parameters)

a)

Factor de proporționalit
ate (Proportional gain): 0.1

b)

Factor de integrare (Integral action time): 0.1

c)

Factor de derivare (Derivative action time): 0

d)

Timp de eșantionare (Sampling time): 0.1

După setarea algoritmului PID se va insera blocul PID_Compact în cadrul blocului
realizat

anterior denumit PID.

Fig 3.
7

Configurarea b
locul
ui

PID_Compact

[19]

47

Pentru funcționarea algoritmului realizat este necesară crearea unui bloc de date
având numele PID_Data
ș
i popularea acestuia cu variabila Setpoint de tip întreg (integer).

Acest bloc de date, PID_Data, se va atribui intrării Setpoint cores
punzătoare blocului
PID_Compact. Suplimentar se va adăuga și variabila Input cu adresa %IW64 respectiv
variabila Output cu adresa %QW64 la intrările
corespunzătoare PID_Compact, Input_PER
respectiv Output_PER.

Resetarea sistemului se va putea realiza prin acționarea unui
comutator aconectat la intrarea Reset a blocului PID_Compact.

[18] [19]

Fig 3.
8

Blocul PID_Data

[19]

Fig 3.
9

Blocul PID_Compact

[19]

48

Servomotorul RedMax 50YF poate să realizeze cursa de la 0% la 100% într
–
un timp
care se poate
ajust convenabil

de la 40 de secunde până la 150 de secunde. Această setare a
timpului de închidere se poate face în zece trepte.

Echipamentele de control a sistemului de reglare automată a temperaturii
se vor
localiza

într
–
un dulap

aflat

la distanță față procesul reglat.

Fig 3.10

Ajustarea
timpului de acționare al RedMax 50YF

[10]

Fig 3.11

Automatul programabil S7
–
300 IHB

49

3.
1

Punerea în fu
ncțiune a sistemului

Pentru punerea în funcțiune și utilizare a sistemului este necesar să se realizeze o serie
de evenimente într
–
o anumită ordine pentru a se asigura o funcționare corectă a sistemului.

Astfel, este nevoie ca utilizatorul
să îndeplinească următoarele sarcini:



Verificarea manetei robinetului aflat la ieșirea sistemului pentru a se afla pe
poziția închis.



Verificarea tuturor comutatoarelor siguranțelor automate și a celor aflate pe
partea frontală a echipamentelor de automati
zare și aducerea lor în poziția
OFF respectiv STOP.



Alimentarea sistemului cu energie electrică de la rețeaua de 220Vac



Se aduc comutatoarele siguranțelor automate în poziția ON, pe rând pornind
de la stânga la dreapta.



Se așteaptă câteva minute pentru ini
ț
ializarea regulatorului de temperatură a
apei calde.



Se aduc comutatoarele aflate pe partea frontală a echipamentelor în poziția
RUN, pe rând, de la stânga la dreapta.



Se așteaptă câteva minute inițializarea acestora



În cazul în care valoarea curentă înre
gistrată de regulatorul de temperatură a
apei calde nu a atins SetPointul, se așteaptă realizarea acesteia.



Se setează SetPointul sistemului de reglare automată a temperaturii la
valoarea dorită folosind indicatorul PR 5715D



Se acționează maneta robinetulu
i aflat la ieșirea sistemului și se aduce în
poziția deschis.



Se așteaptă reglarea temperturii apei de la ieșirea sistemului la valoarea de
referință



Se verifică interfața grafică pentru studierea comportamentului sistemului.



Se acționează maneta robinetul
ui aflat la ieșirea sistemului și se aduce în
poziția închis.



Se aduc comutatoarele aflate pe partea frontală a echipamentelor în poziția
STOP, pe rând, de la stânga la dreapta.

50



Se aduc comutatoarele siguranțelor automate în poziția OFF, pe rând pornind
d
e la dreapta la stânga.



Se deconectează sistemul de la rețeaua de alimentare de 220Vac.

Fig 3.12
Vedere generală a
conexiunilor echipamentelor

51

Fig 3.13

Vedere g
enerală a proiectului de diplomă

52

CAPITOLUL IV

Acordarea regulatorului

Acordarea regulatorului PID, are ca și scop principal determinarea parametrilor

,

și respectiv

astfel încât sistemul să se asigure un răspuns optim atât în regim dinamic cât și
în regim staționar.

Metodele prin care sistemul de reglare automat ajunge la limita de stabilitate,
respectiv ieșirea oscilează cu amplitudine constantă, prin realizarea de modificări succesive
ale parametrilor regulatorului sunt metode care nu necesit cunoașterea parametrilo
r părții
fixate respectiv proces, element de execuție și trductor
.

Metodele de acordare a regulatoarelor sunt următoarele:



Metode teoretice



Metode experimentale



Metode bazate pe atingerea limitei de stabilitate



Metode bazate pe folosirea rezultatelor ident
ificării [ Băieșu, 2012]



Criteriul modulului



Criteriul simetriei

Metoda de acordare a regulatorului sistemului de reglare automată a temperaturii este
metoda Ziegler
–
Nichols. Astfel sunt necesari următorii pași pentru determinarea parametrilor
de acordare

ai sistemului:



Regulatorul se trece în modul manual



Se anulează componenta derivativă

, și componenta integratoare



Se crește treptat valoarea parametrului

până când valoarea temperaturii
începe să oscileze.



Se va nota cu

valoarea găsită anterior a lui

53



Din graficul obținut se va măsura timpul dintre două oscilații succesive și se
va nota cu

.

Valorile parametrilor se vor determina prin utilizarea formulelor specifice
regulatoarelor de tip PID enunțate de Ziegl
er
–
Nichols.

T

(4.1)

(4.2)

(4.3)

Valoarea determinată a lui

se va introduce în relațiie de calcul anterioare de unde
se vor deduce valorile parametri
lor necesari pentru acordarea regulatorului de tip PID.

(4.
4
)

(4.
5
)

(4.
6
)

(4.
7
)

54

C
ONCLUZII

În cadrul acestui proiect principalul obiectiv urmărit îl reprezintă realizarea practică și
funcționarea corectă a unui sistem de reglare automată a temperaturii.

Astfel pentru a se
asigura faptul că sistemul se comportă corect a fost necesară luarea în calcul, pe lângă alți
factori perturbatori, și a inerției sistemului.

Prin intermediul punerii în funcțiune a sistemului se poate studia variația temperaturii
în ti
mp în cadrul unui proces de reglare automată.

Printre avantajele acestui sistem se regăsește faptul că nu este necesară utilizarea unei
surse de încălzire cu ardere de combustibil, aces lucru fiind realizat pe cale electrică prin
intermediul unei rezistenț
e electrice.

Un alt avantaj este

faptul că se poate utiliza în zone cu
risc de explozie datorită gradului de protecție de tip Ex.

Faptul că în structura sistemului scurgerea nu se face în mod forțat, ci se apelează la
forța gravitațională poate constitui u
n avantaj din punct de vedere economic și al
complexitătii, însă poate constitui și un dezavantaj în cazul în care se dorește modificarea
valorii debitului de apă de la ieșirea sistemului.

Printre dezavantajele sistemului de reglare automată se poate preci
za volumul mic al
celor două vase de 24L și respectiv 15L ceea ce implică un neajuns în utilizarea sistemului
pentru o perioadă îndelungată de timp.

Încă un posibil dezavantaj în reprezintă faptul că au
fost utilizate conducte cu diametrul de 12mm ceea ce
poate fi insuficient pentru obținerea
unui debit mai mare de apă la ieșirea din sistem.

Posibilitățiile în ceea ce privește realizarea de modificări în vedere aducerii de
îmbunătățiri sunt ridicate, astfel se poate lua în calcul utilizarea unor vase cu cap
acități mari,
utilizarea unei pompe la ieșirea din sistem pentru a putea modifi
ca convenabil și debitul de
apă, precum și utilizarea unor conducte de diametru mai mare sau utilizarea unei rezistențe
electrice de putere ridicată.

Cea mai semnificativă probl
emă întâlnită la proiectarea și realizarea sistemului de
reglare automată a temperaturii este eliminarea inerției sistemului și mărirea timpului de
răspuns a acestuia fără ca sistemul să devină instabil.

55

B
IBLIOGRAFIE

1
. Bucur Gabriela
–

Senzori , Traductoare , Măsurari . Editura Universității Petrol
–
Gaze din
Ploie
sti 2011

2
. Cîrtoaje Vasile
–

Teoria Sistemelor Analiza elementara in Domeniul Timpului Editura
Universității Petrol
–
Gaze din Ploiesti 2007

3
.
Mihalache Sanda F.
–

Elemente de Ingineria Reglarii automate Editura Matrix ROM
București 2008

4
. Mihalache Sanda F. , Popescu Marian
–

Îndrumar laborator IRA Editura Universității
Petrol
–
Gaze dinPloiesti 2010

5
. Paraschiv Nicolae
–

ISSC Editura Universită
ț
ii Petrol
–
Gaze din Ploiesti 2011

6
. Popescu Marian
–

Automatizarea Proceselor Chimice Indrumar de laborator Editura
Universității Petrol
–
Gaze din Ploiesti 2008

[1] Vasile cartoaje 2004

[2] Cîrtoaje Vasile
–

Teoria Sistemelor Automate Analiza în Domeniul C
omplex Editura
Universității Petrol
–
Gaze din Ploiesti 2013

[3] Băieșu Alina S.
–

Tehnica Reglării Automanuale Editura Matrix ROM București 2012

[4] Manual de instalatii electrice si de automatizare
–

ed.artecno bucuresti 2002

[5]
Victor P
opescu
–

S
isteme de

reglare automată

–

C
hi
ș
in
ă
u 2013

[6] Diaconu Gabriela
–

Si
steme de reglare automata 2009

[7] Mariana Robe, Silviu Frandos, Sorin Stan, Doina Dick, Nicoleta Fediuc, Liana Ivascu,
Luminita Marin, Vasilica Popa, Cristina Stefan

–

Manual mecatronică Clasa a X
II
–
a
–

ed.
Economică Preuniversitară

2006

56

[8] Cristina Popa
–

Curs Proiectarea Automatizării Proceselor

[9]
https://cache.industry.siemens.com/dl/files/415/15390415/att_41918/v1/S7
–
300_IHB_
e.pdf

[10]
http://www.schischek.com/pdf/products/RedMax
–
M
–
Y_en.pdf

[11
]
https://cache.industry.siemens.com/dl/files/515/41133515/att_900656/v1/A5E36063733
–
2
–
XA_OP
–
INST_SIMATIC
–
PS307
–
24V
–
2A
–
5A
–
10A_2016
–
07
–
19
.pdf

[12
]
https://cache.industry.siemens.com/dl/files/308/8777308/att_39695/v1/ghb3431_e.pdf

[13]
https://library.e.abb.com/public/83d10d4498a643fbb910f8b00c22baca/CI_TTH200_EN_
B.pdf

[14]
https://library.e.abb.com/public/7b930684c7a94cde81357e3eb9a63d4c/DS_TTH200_EN
_C.pdf

[15]
http://www.lesman.com/unleashd/catalog/control/Honeywell
–
UDC1200
–
UDC1700/man_51
–
52
–
25
–
122_2005
–
03.pdf

[16]
https://portal.endress.com/wa001/dla/5000557/7881/000/07/BA00247R09EN_0314.pdf

[17]
https://www.prelectronics.com/filearkiv/PDF/5700%20series/5715/Ma
nual/Arkiv/5715V
100_UK.pdf

[18]
https://cache.industry.siemens.com/dl/files/542/40263542/att_829827/v1/GS_STEP7Bas
105enUS.pdf

[19]
https://cache.industry.siemens.com/dl/files/593/109741593/att_895681/v1/s71200_syste
m_manual_en
–
US_en
–
US.pdf

57

Power supply modules

1.1 Power supply module PS 307
; 2 A; (6ES7307-1BA01-0AA0)

Product Information on SIMATIC S7-300 Automation System Module
Data
8

Product Information, 05/2010, A5E03007212-01
Wiring diagram of PS 307; 2 A
5
3
2
1
4
/
/
'&9
;
<68;;


36
$
/
0
0
1

①
Display for "Output voltage DC 24 V present"
②
24 VDC On/Off switch
③
Mains and protective conductor terminals
④
Terminals for 24 V
DC output voltage
⑤
Strain-relief
Block diagram PS 307; 2 A
1
/
/
8
0
'&9

Figure 1-1 Block diagram of the
PS 307; 2 A power supply module

58

/G55/G72/G86/G87/G76/G81/G74/G3/G73/G88/G81/G70/G87/G76/G82/G81/G86/G3/G68/G81/G71/G3/G39/G76/G68/G74/G81/G82/G86/G87/G76/G70/G86/G3
S7-300 Automation System, Hardware and Installation: CPU 312IFM – 318-2 DP
A5E00203919-01
11-7

/G20/G20/G17/G24/G3 /G39/G76/G68/G74/G81/G82/G86/G87/G76/G70/G86/G3/G90/G76/G87/G75/G3/G47/G40/G39/G86/G3
/G44/G81/G87/G85/G82/G71/G88/G70/G87/G76/G82/G81/G3
Diagnostics with LEDs is an initial tool for error localization. Usually you evaluate
the diagnostic buffer for further error localization.
The buffer contains plain text information on the error that has occurred. For
example, you will find the number of the appropriate error OB here. If you generate
this information, you can prevent the CPU from switching to STOP mode.
/G41/G82/G85/G3/G73/G88/G85/G87/G75/G72/G85/G3/G76/G81/G73/G82/G85/G80/G68/G87/G76/G82/G81/G3/G82/G81/G3/G86/G87/G68/G87/G88/G86/G3/G68/G81/G71/G3/G72/G85/G85/G82/G85/G3/G71/G76/G86/G83/G79/G68/G92/G86/G15/G3
see the
/G54/G87/G68/G87/G88/G86/G3/G68/G81/G71/G3/G72/G85/G85/G82/G85/G3/G71/G76/G86/G83/G79/G68/G92/G86
section of the appropriate
/G38/G51/G56/G3/G39/G68/G87/G68/G3
Reference
Manual.
/G54/G87/G68/G87/G88/G86/G3/G68/G81/G71/G3/G72/G85/G85/G82/G85/G3/G71/G76/G86/G83/G79/G68/G92/G86/G3/G82/G73/G3/G68/G79/G79/G3/G38/G51/G56/G86/G3
Table 11-2 Status and error displays
/G47/G40/G39/G3 /G39/G72/G86/G70/G85/G76/G83/G87/G76/G82/G81/G3
/G54/G41/G3 /G24/G3/G57/G39/G38/G3 /G41/G53/G38/G40/G3 /G53/G56/G49/G3
/G80/G82/G71/G72/G3
/G54/G55/G50/G51/G3 /G3
LED
off
LED
off
LED
off
LED off LED off CPU power supply missing.
Remedy:
Check whether the power supply module is connected to
mains and switched on.
Check whether the CPU is connected to the power supply
module and switched on.
LED
off
On X (see
the
descri
ption)
LED off On The CPU is in STOP mode.
Remedy: Start the CPU.
On On X LED off On The CPU is in STOP mode as a result of error.
Remedy: refer to the tables below, evaluate the SF LED
X On X LED off Flashes
(0.5 Hz)
The CPU requests memory reset.
X On X LED off Flashes
(2 Hz)
The CPU executes memory reset.
X On X Flashes
(2 Hz)
On The CPU is in start-up mode.
X On X Flashes
(0.5 Hz)
On The CPU was halted by a programmed break point.
For details refer to the Programming Manual
/G51/G85/G82/G74/G85/G68/G80/G80/G76/G81/G74/G3
/G90/G76/G87/G75/G3/G54/G55/G40/G51/G3/G26/G3
.
On On X X X Hardware or software error
Remedy: refer to the tables below, evaluate the SF LED
X X On X X You have activated the Force function
For details refer to the Programming Manual
/G51/G85/G82/G74/G85/G68/G80/G80/G76/G81/G74/G3
/G90/G76/G87/G75/G3/G54/G55/G40/G51/G3/G26/G3
.

59

Technical Specifications
B1–28
CP 343-1 / CP 343-1EX20 for Industrial Ethernet / Manual Part B1
Release 2/2003
C79000-G8976-C158-05
Technical Specifications
Table 9-1 Technical Specifications
CP 343-1
CP 343-1EX20
Transmission rate
10 Mbps and 100 Mbps
Interfaces
Attachment to Industrial Ethernet
(10/100 Mbps)
15-pin sub-D female connector
(automatic switchover between
AUI and Industrial Twisted Pair)
not applicable
Attachment to Twisted Pair
RJ-45 jack
Power supply
+5 V DC (+/–5%)
and
+24 V DC (+/–5%)
Current consumption
/C0083
from backplane bus
/C0083
from external 24 V DC
70 mA
AUI: approx. 0.73 A maximum
TP/ITP: approx. 0.4 A maximum
200 mA
TP/ITP: approx. 0.2 A maximal
Power loss
10 W
5,8 W
Permitted ambient conditions
/C0083
Operating temperature
/C0083
Transportation/storage
temperature
/C0083
Relative humidity max.
/C0083
Altitude
0
°
C to +60
°
C
–40
°
C to +70
°
C
95% at +25
°
C
up to 2000 m above sea level
Design
/C0083
Module format
/C0083
Dimensions (W x H x D) in
mm
/C0083
Weight approx.
Compact module S7-300; double width
80 x 125 x 120
600 g
All the information in /1/ in the Section “General Technical Specifications“ regarding
the following topics also applies to the CP 343-1:
/C0083
Electromagnetic compatibility
/C0083
Transportation and storage conditions
/C0083
Mechanical and climatic ambient conditions
/C0083
Insulation tests, class of protection and degree of protection
9
60

61

46

45

44

43

42

41
4

3

2
1
2
3
4
1
2
3
4
12

11
26

25

24

23

22

21
66

65

64

63

62

61
32

31
1
2
3
4
–
+
–
+
–
+
–
+
–
+
5715V102-UK

9
aPPLI
cat
I
ons
Input signals:
Current
Potentio
–
meter
Output signals:
4 change-over relays
Analogue, 0/4…20 mA
Supply:
21.6…253 VAC

or

19.2…300 VDC
Voltage
RTD & Lin R –
Connection, wires
2-twire transmitter
TC
62

Tx
31
32
41
42
43
44
45
46
41
42
43
44
45
46
41
42
43
44
45
46
41
42
43
44
45
46
41
42
43
44
45
46
41
42
43
44
45
46
41
42
43
44
45
46
41
42
43
44
45
46
mA
11
12
R2
R1
21
22
23
24
25
26
R3
R4
61
62
63
64
65
66
–
+
–
+
–
+
–
+
–
+
5715V102-UK

15
c
onn
E
ct
I
ons
RTD & Lin R, 2-wire
RTD & Lin R, 3-wire
RTD & Lin R, 4-wire
Potentiometer
Voltage
TC
2-wire transmitter
Current
Current
Relays
Inputs:
o
utput:
Supply:
Relays
63

TTH200 HEAD-MOUNT TEMPERATURE TRANSMITTER | CI/TTH200-EN REV. B 17

Pin assignment

A Potentiometer, four-wire circuit
B Potentiometer, three-wire circuit
C Potentiometer, two-wire circuit
D RTD, four-wire circuit
E RTD, three-wire circuit
F RTD, two-wire circuit G Voltage measurement
H Thermocouple
I Interface for type AS LCD indicator
1 to 4 Sensor connection (of measuring inset)
5 to 6 4 to 20 mA HART
Figure 13: TTH200 connections

Change from one to two columns
64

SUMMARY

T
he fundamental state parameter which describe the t
h
erm
al state of an object is the
temperatu
r
e. The most used automatic adjusting s
y
stems of temperature are those used in
economics and also household a
p
plications. The most common instrument used is the
thermometer. Taking over control of the human
responsibilities

by the automation devices
represents the process automati
on
.

Keeping a constant value of

the

temperature
is done by using the temperature
reg
ulators with continuous action of PID type. The temperature

automated adjusting sy
stems
used in industry insta
l
lations are composed by translator, controller and
operating element
which are communicating through a unified signal.

Because the
technological processes are developing under constant action of
disturbances, these tend to modify the adjusted value, that’s why the purpose of automated
adjustment is to constantly monitor these values and bring them to the desired value.

During the fir
st chapter are mentioned some characteristic facts about the importance
of t
he automated adjustment systems, what a system is and some classification criteria.

In the second chapter are described the components of which the system will be
composed, the ba
sic architecture and the process diagram along with P&ID diagram.

In the third chapter is described the way the system will be made, the electrical
connections diagram, the way of making the algorithm and pictures of the project.

In the fourth chapter is d
escribed the method

used to adjust the controller
and the
steps required to do.

The end of the project is described by a summary in which are presented the problems
encountered and possible improvements to be made.

65