Șef lucrări dr. ing. Orhei Dragomir [611627]

UNIVERSITATEA PETROL – GAZE DIN PLOIEȘTI
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ ȘI ELECTRICĂ
SPECIALIZAREA AUTOMATICĂ ȘI INFORMATICĂ APLICATĂ
PROIECT DE DIPLOMĂ
Conducător științific:
Șef lucrări dr. ing. Orhei Dragomir
Absolvent: [anonimizat]
2018

1 CUPRINS
INTRODUCERE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………….. 2
CAPITOLUL 1 SISTEME DE COMANDA AUTOMATĂ A MOTOARELOR PAS CU PAS………………………….. …………. 3
1.1 PREZENTAREA MOTO ARELOR PAS CU PAS ………………………….. ………………………….. …………………………. 3
1.2 CONSTRUCȚIA ȘI F UNCȚIONAREA MOTOAREL OR PAS CU PAS ………………………….. ………………………….. 5
1.3 METODE DE COMAND Ă A MOTOARELOR PAS C U PAS ………………………….. ………………………….. ………… 7
1.2.1 SCHEME DE COMA NDĂ A MOTOARELOR PAS CU PAS ………………………….. ………………………….. ……9
1.2 COMANDA MOTOAREL OR PAS CU PAS CU MIC ROCONTROLLERE ………………………….. …………………… 10
1.2.1 COMANDA MOTOAR ELOR PAS CU PAS FOLO SIND PLACA DE DEZVOL TARE CU MICROCONTROL ER
DE TIP ARDUINO ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …… 11
1.2.2 COMANDA MOTOAREL OR PAS CU PAS FOLOSI ND PLC ………………………….. ………………………….. .. 12
CAPITOLUL 2 DESCRIER EA PLC -ULUI SIEMENS S7 200 ………………………….. ………………………….. ……………….. 13
2.1 GENERALITĂȚI ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …….. 13
2.1.2 AVANTAJELE UTI LIZARII PLC -URILOR ………………………….. ………………………….. ……………………….. 14
2.2 STRUCTURA UNUI P LC ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………… 15
2.2.1 FUNCȚIONARE PL C ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………….. 16
2.3 PREZENTARE GENER ALA A SIEMENS S7 -200 ………………………….. ………………………….. ……………………. 17
2.4 MEDII DE DEZVOLT ARE PENTRU PLC -URILE SIEMENS S7 ………………………….. ………………………….. …… 18
2.4.1 HMI (HUMAN MAC HINE INTERFACE) ………………………….. ………………………….. ……………………….. 18
2.4.2 LADDER DIAGRAM ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………….. 18
2.4.3 WIN CC ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………… 21
CAPITOLUL 3 SISTEM DE COMANDĂ AU TOMATĂ A UNUI MOTOR PAS CU PAS ………………………….. …………. 22
3.1 STRUCTURA APLICA ȚIEI ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………. 22
3.1.1 MOTORUL PAS CU PAS M1233071S8 ………………………….. ………………………….. ……………………….. 22
3.2 SCHEMA DE PRINCI PIU ȘI SCHEMA ELECTR ICĂ ………………………….. ………………………….. ………………… 23
3.3 CONTROLER -UL PENTRU MOTOARE PA S CU PAS DE TIP DS10 76A ………………………….. ………………….. 27
3.3.1 FUNCȚIONARE DS 10 ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………….. 27
3.4 LOGICA DE PROGRA MARE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………… 29
CONC LUZII ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………….. 37
SUMMARY ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………….. 38
BIBLIOGRAFIE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………. 39
ANEXE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………… 40

2 INTRODUCERE

Istoria umană este caracterizată de către avansul tehnologic, de preocuparea umană de a
inova și de obsesia umană de a își depăși limitele. Astfel de-a lungul istoriei umane se poate
observa un continuu avans al tehnologiei, de la cele mai vechi încercări de a influența mediul
înconjurător și de a rezolva probleme de natură inginerească , la revoluția industrială și eventual la
revoluția digitală și era modernă.
Mediul industrial a trecut prin multe schimbări în istoria recentă, pe lângă o continuă
îmbunătățire a diverselor elemente de natură mecanică a urmat și o recentă revoluție în domeniul
sistemelor de comandă și control, unde automatele programabile s-au impus ca metoda
predominantă de comandă și control în aproape orice context industrial.
În domeniul realizării comenzii motoarelor, mai ales într-un mediu industrial, s-a urmărit
mereu o realizare a comenzii cât mai lipsită de probleme de funcționare, un cost cât mai redus al
acestor sisteme, o reducere a costurilor de mentenanță și, eventual, o creștere a performanței a
sistemelor de comandă automată.
Scopul acestei lucrări este realizarea unui sistem de comandă automată a unui motor pas cu
pas, folosind PLC. Motorul pas cu pas este unul din cele mai comune soluții în problemele de
natură inginerească din ziua de azi, acest tip de motor își poate reversa sensul de mișcare și poate
rămâne în sincronism cu impulsurile de comandă la accelerare, mers constant și încetinire. Datorită
acestor avantaje , MPP -urile sunt utilizate mai ales în aplicații în care se dorește realizarea unei
mișcări incrementale cu ajutorul unor sisteme numerice de comandă. Acest tip de motor are o gamă
largă de aplicații, de la imprimante la mașini -unealtă cu comandă numerică până la sisteme de
acționare al roboților industriali, motoarele pas cu pas sunt prezente atât în mediul industrial cât și
în aplicații uzuale.
Datorită importanței MPP -urilor în domeniul automatizărilor am ales să realizez un sistem
de comandă automată pentru acest tip de motor ca și temă a acestui proiect de diplomă. Am ales un
automat programabil de tip Siemens S7 200 deoarece acesta prezintă o siguranță mărită de
funcționare, o structură compactă și programarea sa se face într-un mod ușor, accesibil și rapid.

3 CAPITOLUL 1
SISTEME DE COMANDA AUTOMAT Ă
A MOTOARELOR PAS CU PAS
1.1 Prezentarea motoarelor pas cu pas
Motorul pas cu pas poate fi definit ca fiind un convertor electromecanic ce are ca scop
realizarea transformării unui tren de impulsuri digitale într-o mișcare proporțională a axului său. În
cazul motoarelor pas cu pas, mișcarea rotorului constă din deplasări unghiulare discrete, de mărimi
egale, succesive și care reprezintă pașii motorului.
Pentru a se asigura o funcționare corectă a motorului, numărul de pași efectuați trebuie să
corespundă cu numărul impulsurilor de comandă aplicată fazelor motorului. Astfel, deplasarea
unghiulară totală , ce este alcătuită dintr -un număr de pași egal cu numărul de impulsuri de comandă
aplicat pe fazele motorului, va determina poziția finală a rotorului. Poziția finală se memorează,
adică este păstrată, până când are loc aplicarea unui nou impuls de comandă. Această proprietate de
univocitate a conversiei de impulsuri în deplasare, asociată cu cealaltă proprietate descrisă, aceea a
memorării de poziție, fac din motoarele pas cu pas un element de execuție excepțional în diverse
aplicații industriale sau de alte natură, mai ales când este integrat în sistemele de reglare a poziției în
circuit deschis.

Fig 1.1 Motor pas cu pas. [4]
Altă proprietate a motoarelor pas cu pas, ce le distinge de alte motoare ce pot fi alese pentru
aplicații industriale, este proprietatea de a putea intra în sincronism față de impulsurile de comandă
din stare de repaus, funcționând astfel fără alunecare iar frânarea motorului se poate face tot fără a
ieși din sincronism față de impulsurile de comandă. Această proprietate, asigură că motorul poate
efectua porniri, opriri sau reversări bruște fără a pierde pași.

4 Pentru reglarea turației unui motor pas cu pas se va modifica frecvența impulsurilor de
intrare. În cazul unui motor ce are un pas unghiular al motorului de 1,8°, pentru a se efectua o
rotație completă sunt necesare 200 de impulsuri, iar pentru un semnal de intrare cu frecvență de 400
de impulsuri pe secundă turația motorului este de 120 de rotații pe minut. [1]
Aceste motoare sunt des folosite în aplicații de mică putere ce sunt caracterizate de mișcări
precise și rapide, repetabile ele putând să lucreze până la frecvențe de 1000/secundă până la 20000
de pași pe secundă. MPP -urile pot fi utilizate într-o mulțime de aplicații de natură industrială , sau
pentru rezolvarea problemelor uzuale ce necesită un element de execuție cu proprietăți excepționale
precum MPP -urile. Exemple de aplicații unde sunt folosite acest tip de motoare: deplasarea capului
de imprimare din alcătuirea imprimantelor serie, ploterele cu 2 axe, unitățile de disc flexibil,
realizarea deplasării pe axe în cazul sistemelor optice, acționarea mecanismelor de orientare din
alcătuirea roboților industriali, deplasarea axială într-un CNC, deplasarea capului de imprimare pe
trei axe în cadrul imprimantelor de tip 3D.

Fig 1.2 Motoare pas cu pas din alcătuirea unei imprimante 3D.
Utilizarea motoarelor pas cu pas în aplicații inginerești conferă multe avantaje, precum
următoarele:
 sunt compatibile cu comandă numerică;
 memorează poziția;
 frecvențele de comandă pot avea o gamă largă;
 oferă o precizie de pozițion are mai mare ca la alte motoare;
 se poate realiza pornirea, oprirea sau reversarea motorulu i fără ca acesta să piardă pași;
Dezavantajele utilizării motoarelor pas cu pas sunt:
 viteză de rotație scăzută;
 puterea dezvoltată la arbore este de valoare redusă;
 randamentul energetic este scăzut;
 unghiul de pas al unui motor, deci incrementul de rotație, este de valoare fixă pentru
acel motor;

5

Fig 1.3 Realizarea de mișcări cu MPP: 1,2 de translație
(cu pinion -curea dințată și cu șurub -piuliță ); 3. de rotație. [1]
1.2 Construcția și funcționarea motoarelor pas cu pas
Un motor pas cu pas poate avea între unu și cinci înfășurări de comandă și pot fi de tip
rotativ sau de tip liniar. Din punctul de vedere al construcției circuitului magnetic acestea pot fi
grupate în trei grupuri principale:
1. cu magnet permanent (de tip activ);
2. cu reluctanță variabilă (de tip reactiv);
3. hibride.
Motoare le pas cu pas cu relucanță variabilă, au statorul și rotorul prevăzute cu dinți uniform
distribuiți, înfășurările de comandă fiind montate pe cei ai statorului. La alimentarea unei, sau unor,
faze statorice, el se rotește de așa manieră, încât liniile de câmp magnetic să se inchidă după un
traseu de reluctanță minimă, astfel dinții rotorici să ajungă, fie față în față cu cei statorici (I și II din
figura 2.4), fie plasați după bisectoarea unghiului polilor statorici (III din figura 2.4).

Fig 1.4 Schema de principiu al unui MPP cu reluctanță variabilă. [1]
1
2
3

6 Motoarele pas cu pas cu reluctanță variabilă pot executa pași unghiulari mici si medii, poate
opera la frecvențe de comandă mari dar prezintă un dezavantaj major, respectiv faptul că acestea nu
memorează poziția deoarece nu asigură cuplu electromagnetic în cazul lipsei curentului prin fazele
statorului. O proprietate importantă al MPP -urilor de acest tip este faptul că rotorul se va deplasa
intr-un anumit sens fără a fi nevoie de schimbarea sensului în înfășurările statorului . Tipul acesta de
comandă se numește comandă unipolară și presupune că sensul curentului printr -o înfășurare se
menține neschimbat.
Motoarele pas cu pas cu magnet permanent au dinții rotorului constituiți din magneți
permanenți, cu polii dispuși radial . Odată cu alimentarea fazelor statorului se vor genera câmpuri
magnetice ce vor interacționa cu fluxurile magneților permanenți producând astfel unor cupluri de
forțe ce vor deplasaza rotorul. Pentru alimentarea fazelor, se vor folosi impulsuri de polaritate
alternantă, lucru care complică structura dispozitivului de comandă, acest tip de comandă se
numește comandă bipolară.
MPP -urile hibrid sunt o combinație a celor două tipuri descrise anterior ce îmbină avantajele
ambelor și alcătuind varianta de MPP utilizată în marea majoritate a aplicațiilor. Această categorie
de motoare, au rotorul constituit dintr -un magnet permanent ce este dispus longitudinal, cu două
coroane dințate din material feromagnetic dispuse la extremități. Tipuri de motor pas cu pas hibride:
a. MPP hibrid cu două faze

Fig 1.5 Motor pas cu pas hibrid cu 2 faze. [1]

Acest tip de motor are 2 înfășurări statorice și un rotor cu două coroane dințate cu câte 50 de
dinți, decalați spațial cei ai unei coroane fiind poli nord și cei ai coroanei opuse fiind poli sud. Cele
2 înfășurări statorice sunt dispuse, fiecare, pe câte 4 poli statorici ce au dinți, asigurând astfel un
traseu optim pentru liniile de câmp magnetic. În cazul fiecărui pol, înfășurarea de tip A sau B este
împărțită în două jumătăți ce pot fi separate și accesibile, fiecare la exterior cu câte 2 fire,
realizându -se astfel un motor cu 4 faze. Prin dispunerea înfășurărilor în acest fel se poate face
comanda unipolară a unui motor pas cu pas cu 2 faze în cazul în care pentru aplicația respectivă se
necesită acest tip ce comandă în locul celei bipolare.

7 b. MPP hibrid cu cinci faze
MPP -ul hirid cu cinci faze este prevăzut cu 10 poli statorici, iar fiecare pereche formată din
doi poli diametrali opuși, are dispusă o înfășurare de comandă (fază). Acest tip de motor permite
decât comanda bipolară, deoarece este necesară schimbarea periodică a sensului curenților prin
fazele statorice în scopul menținerii cuplului motor.
1.3 Metode de comandă a motoarelor pas cu pas
Pentru a realiza comanda pașilor motoarelor pas cu pas se pot utiliza mai multe moduri de
comandă :
1. Comanda în secvență simplă pentru un motor cu trei faze ale statorului (AA’ , BB’, CC’)
unde este alimentată o singura fază statorică odată , se numeste comandă în secvență simplă .

AA’ BB’ CC’
1 0 0
0 1 0
0 0 1
1 0 0

Tabel 2.1 Comanda în secvență simplă .
2. Comanda în secvență dublă în cazul alimentării simultane a câte două faze, respectiv,
AA’+BB’; BB’+CC’;CC+ AA’; comanda de acest tip poartă denumirea de comandă în
secvență dublă.

AA’ BB’ CC’
1 1 0
0 1 1
1 0 1
1 1 0

Tabel 2.2 Comandă în secvență dublă .
3. Comandă în secvență mixtă comandă în secvență mixtă este definită că fiind comandă în
care alimentarea succesivă a unei faze AA’ este urmată de alimentarea a două faze, AA’ +
BB’ apoi a fazei BB’, urmând fazele BB’ + CC’ etc. Astfel poziția inițială a rotorului va fi în
dreptul polilor statorici AA’că apoi să fie după diagonală polilor AA’+BB’, iar apoi în
dreptul polilor BB’ etc. , acesta se va în jumătăți de pas cu unghiuri de 30°.

8
AA’ BB’ CC’
1 0 0
1 1 0
0 1 0
0 1 1
0 0 1
1 0 1
1 0 0

Tabel 2.3 Comandă în secvență mixtă .
4. Comanda prin micropăș ire reprezintă o metodă de comandă ce are ca scop controlul
poziției MPP -ului în poziții intermediare celor obținute din celelalte 3 metode.
Implementând această metodă de comandă se pot obține poziționă ri la 1/10, 1/16,
1/125 etc. din pasul moto rului. Acest lucru se realizează prin utilizarea unor curenți
de comandă a fazelor cu valori diferite de cea nominală, astfel incât suma curenților
sa fie constantă, egală cu valoarea nominală. Prin această metodă se asigură operări
line cat si poziționări fine, fără șocuri dar dezavantajul este obținerea unui cuplu
dezvoltat mai mic decât la celelalte tipuri de comandă. Micropăș irea presupune un
sistem de comandă complex, cu convertoare numeric -analogice in scopul obținerii
profil elor de curenți în trepte.
Din punctul de vedere al menținerii sau a inversării sensului de rotație al rotorului, există
două moduri de comandă distincte:
1 Comandă unipolară, cu menț inerea sensului curentului.
2 Comandă bipolară , cu alternarea sensului curentului.
În cazul motoare lor pas cu pas cu 2 faze comanda se poate realiza atât bipolar cât și
unipolar. Numărul de fire accesibile la ieșirea motoarelor pas cu pas variază, existâ nd motoare cu
4,5,6 si 8 fire, dintre aceste variante MPP -ul cu 4 fire poate fi comandat numai in variantă bipolară,
iar cel cu 5 fire în variantă unipolară. În cazul echipă rii cu 6 fire sau cu 8, comanda bipolară cât și
cea unipolară poate fi aplicată .

9
Fig 1.6 Comanda unui motor în buclă deschisă (sus)
și buclă închisă (schema de jos). [1]
MPP -urile prezinta un avantaj major prin faptul că pot fi comandate în buclă deschisă, ne-
fiind necesară o buclă de reglare a poziției ce compară permanent poziț ia programată cu cea
curentă, efectuată de un senzor de poziție. Daca se dorește această comandă, trebuie ca MPP -ul să
funcționeze în sincronism, respectiv ca numărul de pași efectuați de motor trebuie sa coincidă, pe
toata durația funcționării cu numă rul de impulsur i de comandă ce sunt transmise de unitate a de
comandă .
1.2.1 Scheme de comandă a motoarelor pas cu pas

Fig 1.7 Schemă bloc pentru comanda unui motor pas cu pas.
În schema prezentată anterior, avem un sistem pentru comanda unui MPP. În cazul descris,
sistem ul numeric de comandă furnizează doar două semnale: un semnal de forma unui tren de
impulsuri, de o anumită frecventa, ce au ca scop determinarea frecvenț ei de generare a impulsurilor
de comandă pentru MPP si eventual, viteza unghiulară a MPP -ului; și un semnal binar cu scopul de
a stabili ordinea în care sunt distribuite impulsurile de comandă către faze, determinând astfel și
sensul orar sau antiorar de deplasare al MPP -ului.
În acest caz generarea secvențelor de comandă pentru tranzistoarele de putere, care activează
curenții prin fazele MPP, revine unui distribuitor de impulsuri (un circuit special, creat in acest
scop). Se poate evita folosirea unui distribuitor de impulsuri prin folosirea unui procesor numeric ce
furnizează direct cele patru semnale de comandă.
F3
F2
F4
F1
SENS
FRECVENȚĂ
MOTOR
PAS CU PAS
unuBLO
CUL
TRANZ
ISTOAR

DISTRIBUITOR
DE IMPULSURI
BLOCUL
TRANZISTOARELOR
DE PUTERE
SISTEM
NUMERIC DE
COMANDĂ

10 „Distribuitoarele de impulsuri sunt blocuri, care preiau trenul de impulsuri de comandă de o
anumită frecvență, împreună cu comenzile de sens și furnizează la ieșire trenuri de impulsuri,
decalate unele față de altele cu unghiul qpe = 2p/m (pasul electric).” [1]
„Semnalele de la distribuitor trebuie amplificate pentru a transmite curenții absorbiți de
motor, în vederea realizării momentului (puterii) solicitat la axul MPP. În mod uzual sunt utilizate
etaje cu tranzistoare de putere.” [1]
1.2 Comanda motoarelor pas cu pas cu microcontrollere
În domeniul microcontrolleror, există numeroase aplicații ce au ca scop acționarea unor
motoare. Exemple de aplicații de această natură pot fi motoarele indicatoarelor de bord, motoarele
de la geamurile electrice, aplicații din domeniul echipamentelor periferice cum ar fi imprimantele,
hard-disk-urile, cd-rom-urile, etc. sau chiar aplicații industriale cum ar fi actionări de robinete sau
de vane.
Motoarele pas cu pas sunt utilizate mai des decât alte tipuri de motoare (de curent alternativ
cu inducție sau cele cu reluctanță comutantă) în aplicațiile cu microcontroller. Un MPP poate fi
comandat de catre un microcontroller direct, cât si folosind alte interfețe specializate, programabile.
Secvențele digitale pentru comanda unui MPP unipolar cu 4 faze în varianta cea mai simplă
sunt date in figura următoare :

Fig 1.8 Secvențele digitale pentru comanda unui MPP unipolar. [4]
“Pentru exemplificare se alege un port paralel pentru microcontrollerelor compatibile x86,
linia D0 este cel mai puțin semnificativ bit și un motor pas cu pas cu 3 faze. Un pas înseamnă
parcurgerea tuturor fazelor. Schema de conectare și programul care generează un pas într-un sens
sunt date în figura urmatoare. Programul din acest exemplu este dat pentru a arăta principiul de
comandă. Este necesară introducerea unei întârzieri pentru menținerea alimentării fazei un timp
suficient pentru acționarea electromecanică, timp care depinde de motor. Schema mai trebuie
completată cu amplificatoare de curent și/sau tensiune pentru acționarea motorului.”[ 4]

11
Figura 1.9: Schema de conectare a unui motor pas cu pas
la un port paralel și programul. [4]
1.2.1 Comanda motoarelor pas cu pas folosind placa de dezvoltare cu microcontroler
de tip Arduino

Placa de dezvoltare Arduino poate fi de 8, 16 sau 32 de biți și este compusă dintr -un
microcontroler și alte componente complementare ce ajută la realizarea programării și a incorporării
în alte circuite. Placa arduino are expuși pinii de intrare si de ieșire al microcontrolerului, pentru ca
aceștia să fie folosiț i de alte circuite. De exemplu pot avea 14 pini digitali de intrare sau ieșire cu 6
din aceștia având posibilitatea de a produce semnale PWM. Acești pini sunt accesibili prin partea
superioară a placuței de dezvoltare Arduino. Orice limbaj de programare cu compilator capabil sa
producă cod masină binar poate fi folosit la programarea unei plăci de dezvoltare Arduino. Arduino
IDE suportă si limbajele C si C++ si oferă o librărie de software ce se numește Wiring. Această
librărie software oferă multe proceduri comune de intrare si ieșire.
Un exemplu de comandă al turației unui motor pas cu pas, este dat chiar de către Arduino,
codul fiind realizat dintr -o librărie specială de cod, creată special pentru comanda motoarelor pas cu
pas numită Arduino Stepper Library. În acest exemplu, este folosit același cod și pentru motoare pas
cu pas unipolare și cele bipolare. Este recomandat ca MPP -urile folosite în aceste sisteme de
comandă să fie alimentate separat, de la o sursă externă deoarece placa de dezvoltare nu poate
satisface cerința de curent al motorului.

Fig 1.10: Exemplu de comandă MPP unipolar folosind Arduino. [12]

12 1.2.2 Comanda motoarelor pas cu pas folosind PLC

În mediul industrial se dorește optimizarea sistemelor de comandă pentru optimizarea
productivit ății sistemelor , astfel se dorește folosirea unor soluții digitale în aplicații de comandă a
motoarelor pas cu pas pentru industrie. Această optimizare având ca scop minimizarea energiei și a
timpului consumat, o accelerare a proceselor necesare soluționării volumului de muncă cât și o
reducere a gradului de uzură a echipamentelor mecanice.
PLC-urile sunt automate programabile ce sunt create special sa funcționeze în medii
industriale capricioase, unde alte soluții de comandă al motoarelor nu ar putea sa funcționeze.
Acestea realizează toate funcțiile logice ce erau realizate, în trecut, cu ajutorul releelor
electromagnetice, numărătoare mecanice si altele. Cum motoarele pas cu pas sunt din ce în ce mai
folosite datorită numeroaselor avantaje acestea sunt deseori comandate de către PLC-uri, mai ales în
domeniul roboticii, într-un context industrial. Un MPP, controlat de un PLC poate fi folosit pentru
realizarea deplasării, motorul realiz ând mișcarea robotului realiz ând mișcări foarte precise, ca
răspuns la impulsurile primite. „Sistemul de acționare al roboților industriali poate fi electric,
hidraulic sau pneumatic. Sistemele de acționare electrică se utilizează la 79% din roboții industriali,
cele hidraulice la 16%, iar cele pneumatice la 4%.” [3]
Un sistem de comandă a unui MPP folosind PLC, într-un mediu industrial ar putea fi
compus din următoarele elemente: Unitate pentru comandă intrare (de exemplu switch -uri
electronice), un PLC, un circuit driver pentru motoare pas cu pas si un braț robotic industrial.

Fig 1.11: Sistem pentru comanda unor MPP -uri
din componen ța unui robot industrial folosind PLC. [5]
“Sunt evidente avantajele utilizării PLC-urilor în domeniul comenzii roboților pe cinci axe (ce au în
alcătuire 5 motoare pas cu pas). Sistemele de comandă si control folosind PLC par să fie niște
instrumente pentru comanda roboților folosind o logică extrem de simplă.” [5]

13 CAPITOLUL 2 DESCRIEREA PLC -ULUI SIEMENS S7 200

2.1 Generalități
Un controler logic programabil, denumit PLC (Programmable Logic Controller) sau
controler programabil, sau automat programabil – AP, este un dispozitiv de tipul unui computer
utilizat pentru a controla procesele din mediul industrial. Astfel de procese, pe care PLC-urile le pot
controla, sunt foarte variate cum ar fi: sisteme de transport (transportor), mașina din industria
alimentară, liniile de asamblat autovehicule.
Conform definiției NEMA (National Electrical Manufacturers Associations), un PLC este
soluția bazată pe un microprocesor care utilizează modulele de intrare conectate la senzori pentru a
citi starea sistemului controlat, schimbarea task-ului de analiză a stării sistemului și clarificarea
acțiunilor consecutive și în sfârșit, utilizează modulele de ieșire pentru a dirija conductorii și
dispozitivele de acționare. De aceea, task-ul software a PLC-ului constă din calcularea valorilor de
ieșire corecte oferind o imagine a valorilor de intrare. Unitatea centrală este în general, bazată pe un
singur procesor dar pentru aplicațiile complexe este disponibil multiprocesorul. Majoritatea PLC-
urilor au o magistrală unică, comună cu UCP -ul, memoria și interfețele. Evoluția controler -ului este
în direcția soluțiilor multimagistrală (multibus) unde, în particular, canalel e de I/O au propria lor
magistrală serială sau paralelă. Unitatea de depanarea și programare a PLC-ului este, de obicei, un
dispozitiv extern, întinzându -se de la o tastatură dedicată cu un display mic până la un Computer
Personal (PC).
Modulele de intrare/ieșire (I/O) convertesc semnalele provenite de la senzori într-un format
digital și generează semnale electrice proporționale cu valorile digitale de la variabilele de ieșire
stocate în memoria PLC-ului. Semnalele înlocuite între sistem și control pot fi discrete sau
analogice.
Sunt câteva criterii de selecție a PLC-ului corespunzător pentru o aplicație dată. Tipic, clasa
PLC-ului este definită de către numărul maxim de semnale de I/O care sunt capabile să comande și
să conducă. Un alt criteriu, care este foarte important, este viteza de calcul a PLC-ului, capabilitatea
de luare a deciziei corecte într-un interval de timp precizat.

14
Fig 2.1 Arhitectura PLC – ului.
Evoluția tehnologică în electronică și în știința calculatoarelor tinde spre arhitecturile
hardware/software mult mai sofisticate, capabile să garanteze un timp de reacție mult mai scurt și o
siguranță intrinsecă mult mai bună.
Într-un sistem de control industrial tradițional, toate dispozitivele de control sunt cablate
direct fiecare cu fiecare în conformitate cu modul cum trebuie să lucreze sistemul controlat.
Oricum, într-un sistem cu PLC, acesta înlocuiește cablarea dintre dispozitive. Astfel, înainte de a fi
cablat direct fiecare cu fiecare, tot echipamentul este cablat la PLC. Atunci, programul de control
din interiorul PLC-ului prevede ”cablarea” conectării dintre dispozitive. Un program de control este
un program de calculator stocat în memoria PLC-ului care instruiește PLC-ul despre ce urmează ca
să se întâmple într-un sistem. Utilizarea PLC-ulul pentru a oferi cablarea legăturilor dintre
dispozitivele sistem este denumită softwiring (cablare software).
2.1.2 Avantajele utilizarii PLC -urilor

Avantajul softwiring -ului (cablării software) provenit de la controlerele programabile este
nemaipomenit. De fapt, este unul dintre cele mai importante lucruri oferit de PLC-uri. Cablarea
software permite ca modificările într-un sistem de control să fie ușoare și ieftine. Dacă se dorește ca
un dispozitiv dintr -un sistem cu PLC-uri să funcționeze diferit sau să aibă controlul asupra unui
element de proces diferit, tot ceea ce trebuie făcut este să se schimbe programul de control. Într-un
sistem tradițional, această modificare implică o schimbare a cablării fizice dintre dispozitive, un
cost și o pierdere de timp.
PLC-urile oferă și alte avantaje pe lângă sistemele de control tradiționale, cum ar fi:
 Siguranță mai mare;
 Necesitatea unui spațiu mic pentru implementare;
 Posibilitatea implementării de operații matematice;
 Costuri reduse;
 Abilități de a rezista la un mediu aspru;
unitatea de
programareUCP memoria
modulele de I/OMagistrala
dispozitive de
actionaresenzori

15 2.2 Structura unui PLC
De fapt, un PLC este alcătuit din două elemente:
 Unitatea centrală de prelucrare;
 Sistemul de intrare/ieșire.
Unitatea centrală de prelucrare (UCP) este partea controlerului programabil care extrage,
decodează, stochează și procesează informația. De asemenea, execută programul de control stocat
în memoria PLC-ului. În esență, UCP -ul este “creierul” controlerului programabil. UCP -ul are trei
părți:
 Procesorul;
 Sistemul de memorare;
 Alimentarea.
Procesorul este partea din UCP care codează, decodează și calculează date. Sistemul de
memorare este partea din UCP care stochează atât programe cât și date de control pentru
echipamentul conectat la PLC. Memoria PLC-ului este împărțită în trei spații: spațiul de sistem,
spațiul de program și spațiul de date. Spațiul de sistem conține programe instalate de către fabricant
(sistemul de operare, modulele de diagnosticare și simulare). Spațiul de program conține codul de
control scris de către programator.
Sistemul de intrare/ieșire (I/O) este partea din PLC la care sunt conectate toate dispozitivele
din câmp. Dacă UCP -ul poate fi gândit ca un creier al PLC-ului, atunci sistemul de I/O poate fi
gândit ca fiind mâinile și picioarele PLC-ului.
Sistemul de I/O constă din 2 părți principale:
 Cadrul de montare (rack -ul);
 Modulele de intrare/ieșire (I/O).
Cadrul este o cutie cu sloturi înăuntru care este conectat la UCP. Modulele de intrare/ieșire
sunt dispozitive cu terminale de conectare la care sunt legate dispozitivele din câmp. Împreună,
cadrul și modulele de I/O alcătuiesc interfața dintre dispozitvele din câmp și PLC. Când se setează
corect, fiecare dintre modulele de I/O este atât cablat la dispozitivele din câmp corespunzătoare cât
și instalat într-un slot din cadru. Aceast lucru creează o conectare fizică între echipamentul din
câmp și PLC. La unele PLC-uri mai mici, cadrul și modulele de I/O sunt încapsulate într-o singură
unitate.

Fig 2.2 a) Rack de conectare; Modul I/O;Rack cu modul I/O conectat .

16 Toate dispozitivele de câmp conectate la PLC pot fi clasificate în una din două categorii:
 de intrare;
 de ieșire.
Intrările sunt dispozitivele care transmit un semnal/dată la un PLC. Exemple tipice de intrări
sunt butoanele de acționare, întrerupătoarele și dispozitivele de măsurare.
Ieșirile sunt dispozitivele care așteaptă un semnal/dată de la PLC pentru a efectua funcțiile
de control. Semnalizările luminoase, hupele, motoarele și valvele sunt toate bune exemple de
dispozitive de ieșire.

Fig 2.3 Conexiunea PC-ului cu PLC -ul.
2.2.1 Funcționare PLC

Funcția de bază a unui automat programabil este aceea de scanare continuă a stărilor
programului. Prin scanare se ințelege verificarea continuă a condițiilor programului într-o perioadă
de timp. Acest proces de scanare a stărilor se compune din trei pași:
1. Testarea intrărilor. Pentru început PLC-ul testează fiecare intrare cu intenția de a depista
care este în starea “ON” și care este în starea “OFF”. Cu alte cuvinte, PLC-ul verifică
dacă este conectat vreun senzor sau comutator la intrări. După aceea, acest pas este
memorat și va fi folosit în următorul pas.
2. Executarea programului. Aici PLC-ul execută programul, instrucțiune cu instrucțiune.
Cunoscând starea intrărilor obținută din pasul precedent, atunci programul va executa
pașii necesari. Reacția executării unui pas se poate observa prin activarea unei ieșiri, care
poate fi memorată și utilizată în pasul următor.
3. Verifică și corectează starea ieșirilor. In pasul final, PLC-ul verifică starea ieșirilor și
corectează, dacă este cazul, aceste erori, utilizându -se de logica programului.

17 2.3 Prezentare generala a Siemens S7-200
Seria S7-200 reprezintă o linie de micro -PLC (micro -programmablelogic controller) care
poate controla o diversitate de aplicații de automatizare.S7are un design compact, cost redus și un
vast set de instrucțiuni, toate aceste avantaje făcând din S7200 soluția perfectă pentru controlul de
aplicații mici.

Fig 2.4: Siemens S7-200.

Fig 2.5 Conexiunea serie prin cablu PPI.

S7-200 pune la dispoziția utlizatorului o gamă largă de procesoare:
 221 CPU
 222 CPU
 224 CPU
S7-200 poate fi conectat la mai multe module opționale, el fiind format în principal din
unitate centrală de procesare (CPU), sursa de tensiune și modulul de intrări ieșiri.
CPU -ul execută programele și memorează datele pentru controlul task-ului. Sursa de
tensiune furnizează energia necesară pentru modulul de bază și modulele suplimentare. Numărul de
module de intrări/ieșiri se poate mări, folosind module suplimentare. Intrările monitorizează
semnalele de la dispozitivele de câmp( senzori, switch -uri) și ieșirile controlează elementele de
execuție (pompe, motoare). Portul de comunicație permite conectarea CPU -ului la dispozitive de

18 comunicare. CPU -ul dispune de asemeni de leduri ce indică: starea RUN/ STOP, starea curentă a
intrărilor / ieșirilor, detectare erori.
CPU dispune și de un ceas în timp real precum și de o memorie EEPROM ce memorează/
transferă programe între CPU.
2.4 Medii de dezvoltare pentru PLC -urile Siemens S7
2.4.1 HMI (Human Machine Interface)

O interfață om-mașină (HMI) reprezintă dispozitivul de intrare/ieșire prin care operatorul
controlează procesul și care prezintă date de proces la același operator. HMI este de obicei legat de
bazele de date ale sistemului LADDER DIAGRAM și programe software, pentru a oferi date de
diagnostic, precum și de gestionare a informațiilor, cum ar fi procedurile de întreținere programate,
informații logistice, scheme detaliate pentru un anumit senzor sau mașină și ghiduri de depanare
expert -sistem.

2.4.2 Ladder diagram

Fig 2.6 Ladder diagram .
In decursul timpului, încă de la apariția PLC-urilor, s-au prezentat mai multe soluțtii de
programare a automatelor programabile – cea mai populară soluție fiind programarea in “ladder
diagram”. Ca atare, în prezent, majoritatea automatelor programabile sunt programate în “ladder
diagram” (schema de relee), ceea ce nu este o simbolistică aparte. Acest mod de programare era
mult mai ușor de ințeles atât de electricieni cât și de tehnicieni, Pentru că simbolurile aparatelor și
contactelor acestora erau foarte similare cu cele din schemele clasice de automatizare.Ladder
diagram consta dintr -o linie verticală, și una sau mai multe linii orizontale, pe care se inseriază, spre
exemplu: contactele de intrare, ieșire și anumite elemente logice de program. Linia din partea stângă
se numește “bus bar” iar linia orizontală este linia de instrucțiuni. Pe linia de instrucțiuni se dispun
elementele logice ale programului (contacte normal -inchise, normal -deschise, porți logice,
contactoare etc). Combinând mai multe condiții sau elemente logice pe linie, se poate determina
care instrucțiune urmează să se execute și în final care element de ieșire îl poate comanda.

19
Fig 2.7 Elementele de baza a programarii de tip Ladder diagram .

2.4.1 Prezentare generală a mediului de programare MicroWin S7
Interfața de programare pentru S7-200 se numeste Step 7 – Micro/Win 32.

2.8 Interfața cu utilizatorul .

Conectarea S7-200 la PC se realizează folosind un cablu PC/PPI. PPI reprezintă acronimul
de la Point to Point Interface. Cele trei limbaje standard ale lui Step 7 sunt:
a. Ladder Logic (LAD)
b. Statement List (STL)
c. Function block diagram (FBD)

20

Fig 2.9 Limbajele standard de programare .

Fig. 2.10 Circuit serie în Ladder Logic .

Fig 2.11 Circuit paralel în Ladder Logic .

Cum se transferă un program în PLC:
‒ Se încarcă proiectul File-> Open -> nume -> Open
‒ Se stabilește tipul automatului PLC -> Type -> OK
‒ Se stabilesc parametrii de comunicare PLC -> Type -> Comunications -> PC/PPI ->
Properties -> Local Communications -> Ok…
‒ Se pornește PLC-ul și se comută butonul pe Terminal
‒ Se stabilește comunicația View -> Communications -> Double click – se așteaptă răspuns
cu adresa de conexiune.
‒ Se transferă programul în PLC prin File -> Download

21 ‒ Simulatorul execută o compilare generală, dacă nu sunt erori, programul de aplicație este
transferat în PLC, care a fost trecut în mod STOP
‒ Pentru execuția programului, automatul programabil se trece in regim RUN
Cum se incarcă un program din PLC:
‒ Se incarcă proiectul File -> Open -> nume -> Open
‒ Se stabilește tipul automatului PLC -> Type -> OK
‒ Se stabilesc parametrii de comunicare PLC -> Type -> Comunications -> PC/PPI ->
Properties -> Local Communications -> Ok…
‒ Se pornește PLC-ul și se comută butonul pe Terminal
‒ Se stabilește comunicația View -> Communications -> Double click – se așteaptă răspuns
cu adresa de conexiune.
‒ Se preia programul din PLC prin File -> Upload
‒ Simulatorul transferă în memoria calculatorului programul de aplicație iar acesta poate fi
salvat cu opțiunea Save (Meniu File)

2.4.3 Win CC

WinCC este un sistem HMI, rulat sub sistemul de operare Microsoft Windows 2000 sau Windows
XP. HMI vine de la "Human Machine Interface", adică interfața dintre om (operatorul) și mașină
(procesul). Controlul efectiv asupra procesului se realizează de către sistemul de automatizare.
WinCC comunică atât cu operatorul cât și cu sistemul de automatizare.
Pentru a dezvolta și a configura proiec te, mediul de dezvoltare WinCC este prevăzut cu editoare
speciale, care pot fi accesate de la WinCC Explorer. Cu fiecare editor, un subsistem specific de
WinCC este configurat.
Subsistemele importante ale WinCC sunt:
‒ Subsistemul de grafică – editor pentru crearea ecranelor este Designer Grafică.
‒ Subsistemul de alarmă – editor pentru configurarea alarmelor este numit log de alarmă.
‒ Subsistemul de arhivare – redactor pentru specificarea datelor care urmează să fie
arhivate
‒ Subsistemul de raport – editor pentru crearea layout raportul este Report Designer.
‒ Subsistemul de comunicare – este configurat direct în Explorer WinCC.
Toate datele de configurare sunt stocate în baza de date CS.
Runtime WinCC
Cu software -ul de runtime (execuție), operatorul poate executa și monitoriza procesul. Programul de
execuție are următoarele atribuții : Citirea datelor stocate în baza de date CS; Afișarea pe ecrane;
Comunic area cu sisteme de automatizare; Arhivarea datelor de rulare actuale, cum ar fi valorile de
proces și evenimente de alarmă; Rularea unui proces, de exemplu, prin intermediul unor puncte de
referință specificate sau prin activare / dezactivare.

22 CAPITOLUL 3
SISTEM DE COMANDĂ AUTOMATĂ A UNUI MOTOR
PAS CU PAS
3.1 Structura aplicației
Sistemul de comandă automată al motorului pas cu pas, implementat în cadrul acestui
proiect, realizează comanda motorului, folosind un PLC Siemens STEP 7 200 si un modul de
comandă motor(driver). Sistemul poate funcționa în regim manual sau automat și permite
operatorului să pornească sau să oprească motorul, să controleze sensul de rotație al motorului, să
mărească sau să micșoreze turația, să comande motorul să execute un număr fix de pași, să blocheze
motorul sau să il forțeze în modul boost. Operatorul poate realiza comanda motorului ori prin
panoul de comandă manuală ori prin interfața HMI al PLC-ului de pe un panou de comandă ori
folosind un calculator ce comunică cu PLC-ul folosind un cablu de tip PC/PPI.
Sistemul poate funcționa în mod manual, mod care permite operatorului să modifice
parametrii de funcționare al motorului prin butoanele de panoul de comandă ori din panoul HMI.
Sistemul poate fi setat pe mod automat prin acționarea butonului fizic ori a celui din HMI, astfel
motorul va funcționa în mod automat.
„Sistemele automate sunt sisteme tehnice cu ajutorul cărora se realizează supravegherea,
comanda și conducerea proceselor și instalațiilor tehnologice, fără intervenția directă a omului.” [2]
3.1.1 Motorul pas cu pas M1233071S8

Motoarele pas cu pas produse de LAM Technologies sunt de inalta calitate si, utilizate in
combinatie cu controlere adecvate ofera o solutie moderna si de inalta performanta de control al
miscarii. Motoarele pas cu pas oferite sunt fabricate in standardul de flanse NEMA care faciliteaza
atat instalarea lor pe sistemele deja existente cat si integrarea in noi aplicatii. Motoarele pas cu pas
cu flansa NEMA34 si NEMA42 au infasurari separate (8 fire), care permit utilizarea lor atat in
conexiune bipolara serie cat si in conexiune bipolara paralel.
 Flansa standard: NEMA23
 Dimensiune ax: 8 mm
 Cuplu static: 3 Nm
 Curent nominal: 6 A
 Rezistenta: 0,4 ohm
 Comanda: bipolara
 Lungime motor: 100 mm
 Unghi de pas: 1,8°

23 3.2 Schema de principiu și schema electrică

Fig 3.1 Montajul experimental:
Vedere de ansamblu a sistemului de comandă automată.
Montajul experimental este alcătuit din următoarele componente

 PLC Siemens S7-200 224
 Controler motor LAM Technologies DS1076A
 Sursă de alimentare Meanwell CC 24V
 Transformator toroidal ROMTOROID 100VA
 Siguranță automată EATON PLN4 -C2/1N;
 Panou de comandă din plexiglas;
 Cablu Siemens PC/PPI;

SURSA 24V
PLC S7-200
224
CONTROLER
MOTOR
MOTOR PAS
CU PAS
TRANSFORMATOR
BUTOANE PENTRU
COMANDA MOTORULUI

24
Fig 3.2 Montajul experimental: Panoul de comandă.
Descrierea elementelor din panoul de comandă
1. ALIMENTARE TENSIUNE – comandă alimentarea componentelor din alcătuirea
montajului.
2. START – prin acționarea sa se îndeplinește condiția de pornire al sistemului necesar pentru
comanda motorului.
3. DIRECȚIE – prin acționarea sa la stânga sau la dreapta se alege, sau se schimbă sensul de
rotație al motorului.
4. CREȘTERE/SCĂDERE TURAȚIE – comandă creșterea sau scăderea turației motorului.
5. MOD AUTOMAT – comandă sistemul să intre in mod automat.
1. ALIMENTARE
TENSIUNE
2.START
3.DIRECȚIE
4.CREȘTERE/
SCĂDERE TURAȚIE
5.MOD
AUTOMAT

25 Fig
Fig 3.3 Panoul de comandă HMI pentru sistemul
de comandă automată al motorului pas cu pas.
Descriere elemente panou de comandă HMI :
1) Buton pentru pornirea sau oprirea motorului pas cu pas.
2) Indicator al sensului de rotație( + și – îndică sensul) și al turației (exprimat în rotații pe
minut).
3) Buton pentru creșterea turației.
4) Buton pentru scăderea turației.
5) Buton pentru schimbarea sensului de rotație la stânga.
6) Buton pentru schimbarea sensului de rotație la dreapta.
7) Locație pentru introducerea unei valori predefinite al turației de către utilizator.
8) Buton pentru confirmarea valorii introduse.
9) Acționarea frânei ce blochează motorul.
10) Buton pentru confirmarea numărului de pași doriți de către utilizator.
11) Locație pentru introducerea numărului de pași efectuați de către motor.
12) Indicator al numărului de pași efectuați de către motor.
13) Buton pentru acționarea motorului în mod boost de către controler.
14) Buton pentru pornirea sau oprirea regimului de funcționare automat.
15) Indicator de timp pentru funcționarea în regim automat, exprimat în secunde.

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15

26
Fig. 3.4 Schemă electrică

27 3.3 Controler -ul pentru motoare pas cu pas de tip DS1076A
Controlerele pentru motoare pas cu pas de tip DS10 sunt folosite pentru controlul motoarelor
pas cu pas bipolare cu două faze (cu 4,6 sau 8 înfășurări). În alcătuirea acestui proiect este folosit
controlerul pentru motor pas cu pas de tip DS1076A pentru a se putea realiza comanda motorului
pas cu pas.
Controlerul prezintă o serie de avantaje în cadrul abordării problemei de comandă a
motorului pas cu pas: asigură protecția motorului în caz de supratensiune, scurtcircuitare sau
supraîncălzire; oferă posibilitatea de a înfrâna motorul sau de a îl aduce în modul „boost”; permite
comanda motorului prin semnal digital, asigurând necesarul de tensiune pentru a realiza aplicația de
comandă a motorului; poate fi programat de către utilizator folosind un calculator pentru a satisface;
3.3.1 Funcționare DS10
Comunicarea între PLC si driver este asigurată de către un cablu cu 10 contacte, prin care PLC-ul
transmite impulsurile de comandă către controler.

Fig 3.5 Cablu pentru comunicare PLC -Controler motor. [11]
Controler -ul DS10 are următoarele intrări si ieșiri: STEP(intrare), DIRECTION(intrare),
ENABLE(intrare), BOOST(intrare), FAULT(ieșire).
Intrări modul de comandă DS1076A:
1. STEP (comandă turație) – această intrare este folosită pentru a comanda turația motorului
pas cu pas. La fiecare schimbare al stării intrării STEP din inactiv în activ, motorul execută
o mișcare unghiulară de tip pas. Sensul de rotație (în sensul acelor de ceasornic sau în sens
invers) este determinat de starea intrării DIRECTION și de felul în care a fost conectat
controlerul la fazele motorului.
2. DIRECTION (comandă direcție) – această intrare este folosită pentru a schimba sensul de
rotație al motorului. Când intrarea este activă atunci rotorul se rotește în sens opus celui
obținut cu starea inactivă al intrării. Sensul implicit de rotire, în sensul acelor de ceasornic
sau în sens invers, este determinat în funcție de cum a fost implementată legătura între motor
si controler.

28 3. ENABLE (comandă pornire) – această intrare este folosită pentru trecerea controler -ului în
modul de funcționare. Când intrarea este activă atunci modulul este în funcționare și astfel
se permite, și se realizează, alimentarea motorului, Când este inactivă atunci nu se permite
alimentarea motorului.
4. BOOST – această intrare este folosită pentru forțarea motorului (când intrarea este activă
logic), adică controlerul va crește alimentarea motorului pentru a obține un cuplu mai mare,
cu dezavantajul unui risc mai mare de supra -solicitare al motorului sau supra -încălzire. În
cazul în care intrarea nu este activă logic atunci motorul funcționează în parametrii normali.
Controler -ul prezintă o ieșire logică cu următoarea funcționalitate:
– FAULT (eroare) – atunci când driver -ul este în parametri optimi de funcționare, atunci
ieșirea este activă logic și invers (starea acestei ieșiri poate fi schimbată de către utilizator în
funcție de nevoile aplicației respective. Acestei ieșiri îi este asociat și un LED de stare ce
indică, prin aprinderea sa, faptul că controlerul nu este în parametri optimi de funcționare
iar, astfel, motorul nu este alimentat cu curent.
Fig 3.6 Implementarea sistemului de comandă automată:
PLC –» DRIVER -» MPP

MPP
PLC SIEMENS
S7-200 224

BOOST
ENABLE
DIRECTION
STEP
1
2
3
4
Modul comanda motor DS1076A
Q0.0
Q0.1
Q0.2
Q0.3

29 3.4 Logica de programare

30

31

32

33

34

35

36

37 CONCLUZII

În cadrul acestei lucrări am realizat proiectarea și implementarea unui sistem de comandă
automată a unui motor pas cu pas. Analizând structura motoarelor pas cu pas, tipurile de MPP -uri și
felul în care se poate realiza comanda unui asemenea motor, am reușit să implementez un sistem de
comandă automată cu ajutorul unui automat programabil .
Folosirea controler -ului de motor specializat de tip DS10 în cadrul sistemului automat mi-a
oferit posibilitatea de a realiza o gamă mai largă de comenzi deoarece acest tip de controler este
făcut să funcționeze împreună cu modelul de motor folosit în cadrul acestui proiect de diplomă.
Realizarea interfeței om-mașină pentru realizarea funcției de comandă automată a motorului
a fost partea cea mai interesantă deoarece mi-a oferit șansa de a dezvolta un tip de proiect ce ar
putea fi folosit, în alt context, de către un operator ce nu ar fi nevoit să înțeleagă tot principiul de
funcționare al sistemului. Astfel am încercat să realizez o interfață cât mai intuitivă și ușor de
folosit, fără a renunța la funcționalitate.
În cadrul primului capitol am abordat motorul pas cu pas, am scris despre structura acestui
tip de motor, despre tipurile de motoare pas cu pas, și eventual, de metode de comandă al MPP –
urilor. În capitolul doi, structura și funcționarea automatului programabil de tip Siemens S7 200,
mediul de programare cât și HMI -ul. În capitolul trei am descris sistemul de comandă automată,
funcționarea controler -ului de motor specializat, funcționarea în regim manual cât și cea realizată
prin intermediul HMI -ului.
Sistemul de comandă automată realizat în cadrul acestui proiect ar putea fi implementat într-
un context industrial deoarece componentele folosite sunt deja folosite în aplicații industriale, deci
ar putea rezista mediului industrial și ar putea funcționa fără mari probleme într-un asemenea
mediu.
În concluzie se poate afirma faptul că PLC-urile sunt soluția optimă pentru aplicații
industriale ce necesită comanda motoarelor pas cu pas, fiind cu mult mai robuste, mai fiabile și mai
flexibile decât alte soluții de comandă a MPP -urilor.

38 SUMMARY

The goal of this project was to implement an automated control system for a stepper motor.
The goal was achieved by using an Siemens S7-200 PLC and a specialized driver for the control of
the stepper motor. The PLC can command the motor either via a manual command pannel, that is
part of the physical design of the project, or via a specially created human -machine interface that
allows the operator to achieve a wider range of commands, including switching the motor into an
automated mode of function .
Motor control is a complex subject that, to truly understand, one needs a good understanding
of how the motor is built, how it works and how it was designed to be controlled in order to truly
understand how the speed, the direction and other motor functions, can be controlled by the
controller of choice.
The Siemens S7, class of PLCs, offer a simple and easy to understand programming
language that almost anyone can use, with a little training. And in this project it was used to
command just a stepper motor, with a driver, so thus the application is also simple and working
without being overly complicated.
During the first chapter the goal was to lay the foundations of understanding how a stepper
motor functions, so as to better understand how command and control can be achieved. In the same
chapter there are presented a few different types of achieving stepper motor control, with two
examples that were implemented before by using a microcontroller , and in another case, a PLC. The
second chapter covers the way the PLC works, it’s advantages and the way it is programmed and
how the HMI works and is created. The third chapter is the main chapter of this project, and in it, it
is explained how the project was implemented and how the HMI and the physical buttons work, and
finally the actual, PLC program that runs the system, is presented.
Finally, it can be stated the goal of automated control of a stepper motor has been achieved,
by using a PLC, a dedicated motor driver and an industrial -grade stepper motor.

39
BIBLIOGRAFIE

1. Bogdan L. , Dorin A. , Acționarea electrică a mașinilior unelte și roboților industriali,
Editura BEN -PROD Bucuresti, 1998.

2. Cîrtoaje V. , Teoria Sistemelor Automate – Analiza în Domeniul Complex, Ed. Univ. Petrol –
Gaze din Ploiești, 2013.

3. Moise, A. , Sisteme de conducere a roboților, Ed. Cartfil, Ploiesti, 1999.

4. Romanca M. , Ogrutan P. , Sisteme cu calculator incorporat. Aplicații cu microcontrollere,
Editura Universității Transilvania Brașov, 2011.

5. Zein El Din A. S. , High performance PLC controlled stepper motor in robot manipulator,
Proceedings of IEEE International Symposium on Industrial Electronics, 1996.

6. Laborator Programmable Logic Controller, Facultatea de Inginerie electrică și știința
calculatoarelor, Universitatea Stefan cel Mare Suceava.

7. Siemens “ Programming with Step 7-200”, Manual.

8. Siemens “ Simatic S7-200 Programmable Controller System Manual”.

9. Siemens “ Simatic HMI, Wincc Flexible 2007 Micro” Manual.

10. Siemens “ Simatic HMI, Wincc Flexible 2007 Compact/ Standard/ Advanced” Manual.

11. LAM Technologies DS10 Microstepping Stepper Motor Drive User's Manual.

12. https://www.arduino.cc/en/Tutorial/StepperSpeedControl

40 ANEXE

41

42

43

44

45

46

47

48

49

50

51

52

53