Sistem Automatizat de Selectare de Produse

Sistem automatizat de selectare de produse

Cuprins

Introducere

Capitolul 1- Elemente generale ale unui sistem automatizat de selectare de produse

– Generalități

– Benzi transportoare-caracteristici generale

– Senzori

– Senzori inductivi

– Senzori capacitivi

– Motoare electrice pentru acționarea sistemului

– Principiu de funcționare al motorului asincron trifazat

– Principiu de funcționare al motorului de curent continuu

1.5 Unitatea logică programabilă

1.5.1 – Clasificarea automatelor programabile

1.5.2 – Proiectare unui sistem controlat cu PLC

1.5.3 – Metode de programare a PLU-urilor.

1.6 Relee și contactoare

1.7.Elemente de protecție

Capitolul 2-Prezentarea unui system de sortare de produse

2.1 Condiții generale de proiectare a unei benzi transportoate

2.2 Structura metalică

2.3 Senzori de identificare a produselor

2.4 Componentele de deviere a produselor

2.5 Sistemul de acționări electrice pentru un sistem automatizat de selectare de produse

2.5.1 Acționarea benzilor transportoare

2.5.1.1Dimensionarea cablurilor de alimentare

2.5.1.2 Verificarea la curentul admisibil de durată

2.5.1.3 Verificarea la căderea de tensiune

2.5.1.4 Verificarea la densitatea de curent la pornire

2.5.2 Acționarea componentelor de deviere a produselor

2.5.2.1 Dimensionarea cablurilor de alimentare

2.5.2.2 Verificarea la curentul admisibil de durată

2.5.2.3 Verificarea la căderea de tensiune

2.5.2.4 Verificarea la densitatea de curent la pornire

Capitolul 3-Acționarea electrică a sistemului automatizat de sortare de produse

(machete experimmentală

3.1 Structura sistemului de acționare electrica

3.2 Descrierea sistemului

3.3 Caracteristicile motoarelor de acționare

3.3.1 Motoarele de acționare a benzilor conveioare

3.3.2 Motoarele de acționare a componentelor de deviere a produselor

3.4 Alegerea releelor de acționare

3.5 Senzori de identificare a produselor

3.6 Panoul electric de comandă

3.7 Descrierea principiului de funcționare

3.8 Unitatea logică programabilă (PLC SIEMENS S7-200)

3.8.1 Prezentarea automatului SIEMENS S7-200

3.9 Identificarea intrărilor și ieșirilor PLC-ului

3.10 Limbaj de programare GRAFCET

Capitolul 4 Descrierea programului de comandă

4.1 Pornirea și oprirea sistemului

4.2 Alegerea piesei de dimensiune mică

4.3 Alegerea piesei de dimensiune mare

Anexe

Introducere

Următorul proiect își propune studiul sistemelor automatizate de selectare de produse. Aceste sisteme sunt utilizate în domeniul industrial pentru a se putea face mai ușor sortarea și ambalarea produselor .

În general transportul , selectarea si ambalarea produselor se face cu ajutorul benzilor transportoare .Selectarea produselor se face după mai multe criteria cu ar fii:

-culoare;

-formă;

-greutate;

-compoziție chimica etc;

Echipamentul reprezintă simularea unui process industrial care are rolul de a separa diferite materiale. Acest lucru este indeplinit de catre senzorii de identificare a produsului, banda transportoare ,componentele de deviere a produselor si un PLC,care este ”creierul” echipamentului.

Capitolul 1

Elemente generale ale unui sistem automatizat de selectare de produse

1.1 Generalități

Automatizarea este tehnologia prin care un proces sau o procedură este realizată fără asistența umană. Este implementată folosind un program sau o instrucțiune combinată cu sistemul de control care execută instrucțiunea. Pentru automatizarea unui proces este necesar să existe o sursa de putere și să se opereze un program și un sistem de control.[1]

În cazul unui proces automatizat, conducerea sistemului se face fără intervenția omului, pe baza informatiilor culese din proces cu ajutorul senzorilor. Creșterea complexității proceselor industriale, ca și aceea a modului de conducere a acestora, a avut drept efect distribuirea funcțională și spațială a funcțiilor de conducere. În structura sistemelor complexe de automatizare se regăsesc trei niveluri distincte:

– nivelul de monitorizare și comandă;

-nivelul de conectare;

-nivelul câmpului.

La nivelul de monitorizare și comandă procesul este comandat și supravegheat. Aici este centrul automatizării unde vin toate informațiile legate de instalație. Sarcinile automatizării, cum ar fi controlul automat, decizii în probleme decomplexitate sporită etc., revin sistemului de comandă, având la bază automate programabile,PC-uri sau calculatoare de proces. La nivel de conectare se asigură alimentarea cu energie electrică a diferitelor componente de măsură, control sau acționare. La nivelul câmpului se găsesc senzorii și elementele de execuție (acuatorii). În anumite cazuri este necesar ca acestea să fie aici alimentate cu energie electrică dar, în medii periculoase, pentru a evita producerea unor explozii, alimentarea se face la nivelul deconectare. Diversitatea componentelor conectate la acest nivel este foarte mare, de la simpli senzori la subsisteme inteligente conectate în diverse structuri.

Elementele de reglare finală sunt acționate sau comandate fie direct fie cu componente în sistem de comandă în buclă de reglare închisă. Realizarea unor astfel de sisteme necesită soluționarea unor probleme legate de funcționarea dispozitivelor și modulelor electronice în mediu industrial, pe de o parte, pe dealtă parte realizarea unui sistem de comunicație deschis și flexibil, având în vedere faptul că instalațiile industriale diferă mult una față de alta. Elementele componente ale structurilor de conducere distribuite din punct de vedere spatial comunică între ele prin intermediul diferitelor sisteme de comunicație. Cerințele impuse sistemelor de comunicație sunt foarte variate, în funcție de aplicație. În instalații complexe, principala cerință o constituie siguranța în funcționare. În cele mai multe cazuri, în instalațiile complexe se generează câmpuri electrice perturbatoare. Condițiile climatice pot să influențeze și ele negativ funcționarea unor blocuri electronice. Viteza de reacție ridică cerințe moderate în astfel de instalații complexe.

Sistemul este alcatuit din benzile transportoare care transporta produsele, senzorii de identificare și componentele de deviere .

Benzile transportoare sunt acționate de motoare electrice de c.c sau c.a in functie de destinația acestora și de reductoare de turație.

Componentele de deviere a produselor pot fi actionate de motoare electrice, electro-pneumatic, controlate de actuatori liniari etc. Aceștia deviază de pe banda piesele către alte benzi sau către cutiile de depozitare.

Senzorii care detectează produsele pot fi de mai multe feluri:

– senzor inductiv pentru detectarea componentelor metalice;

– senzor capacitiv pentru detectarea prezentei unei componente, indiferent de material;

– senzor mecanic care detecteaza piesele cu o anumita inălțime;

– senzori de culoare pentru detectarea culorii produsului;

1.2 Benzi transportoare-caracteristici generale.

Deși sunt cunoscute sub diferite nume: benzi transportoare, conveyoare, conveioare, conveiere, transportoare, benzi rulante, sisteme transportoare și deși pot arăta diferit ele îndeplinesc aceeași funcție: aceea de a transporta produsele din punctul A în punctul B. Sistemele de benzi transportoare sunt, în general, bucle nesfârșite, care mută piese sau materiale de la o locație la alta.

Utilizarea de benzi transportoare este o practică uzuală pe scara larga într-o gamă de industrii ca urmare a numeroaselor beneficii pe care le ofera acestea. Instalarea de benzi transportoare poate fi realizată aproape oriunde, fiind mult mai sigur decat utilizarea unui motostivuitor sau a unei mașini pentru a muta alte materiale. Sistemele de benzi transportoare pot muta încărcătura de toate formele, dimensiunile și greutățile. .[2]

De asemenea, multe au caracteristici avansate de siguranță care ajută la prevenirea accidentelor. Există o varietate de opțiuni disponibile pentru benzi transportoare, inclusiv sisteme hidraulice, mecanice și complet automatizate, care sunt echipate pentru a se potrivi nevoilor individuale. Materialele sunt purtate intr-o mișcare liniară de către banda transportoare.

În funcție de tipul de produs transportat, conveioarele pot fi montate la nivelul solului, într-un buncăr pentru a nu împiedica alte fluxuri sau suspendate de tavan.

Banda transportoare este constituită dintr-o buclă continuă: jumătate din lungimea sa este folosită pentru livrarea materialelor, iar cealaltă jumatate reprezintă partea de întoarcere a benzii. Banda este realizată din elastomer ranforsat (cauciuc) cu o mare flexibilitate, dar foarte puțin extensibilă. La unul din capetele benzii se afla roata de acționare a benzii. Banda flexibilă este susținută de un cadru cu cilindri de suport. Materialele plasate pe bandă sunt transportate de-a lungul acesteia

1.3 Senzori

Senzorul este definit ca fiind “un dispozitiv care detectează sau măsoară unele condiții sau proprietăți și înregistrează, indică sau uneori răspunde la informația primită ”.Astfel, senzorii au funcția de a converti un stimul într-un semnal măsurabil, cuprinzând atât traductorul, care transformă mărimea de intrare în semnal electric util, cât și circuite pentru a daptarea și conversia semnalelor, și eventual pentru prelucrarea și evaluarea informațiilor.Stimulii pot fi:

mecanici;

termici;

electromagnetici;

acustici;

chimici;

La origine, în timp ce semnalul măsurabil este tipic de natură electrică, deși pot fi folosite semnale pneumatice, hidraulice, optice sau bioelectrici. În gestionarea proceselor industriale, deosebit de importante sunt sistemele inteligente de conducere, sisteme ce sunt bazate pe sisteme de calcul integrat sau nu. Senzorii și traductoarele elemente esențiale ale sistemelor de automatizare a dispozitivelor civile și industriale și se bazează pe un domeniu larg de principii fizice deoperare. De asemenea sunt utilizați și în cazul cercetării, analizelor de laborator – senzorii și traductoarele fiind incluse în lanțuri de măsurare complexe, care sunt conduse automat. Există foarte multe clasificări ale senzorilor și traductoarelor: cu sau fără contact, absoluți sau incrementali (în funcție de mărimea de intrare), analogici sau digitali (în funcție de mărimea de ieșire) etc. Alegerea senzorilor și traductoarelor trebuie făcută ținând cont de proprietatea demonitorizat, de domeniul în care variază aceasta, de dimensiunile ce trebuie respectate sau de geometria sistemului, de condiții speciale de mediu sau de lucru, de tipul mărimii de ieșire și nu în ultimul rând de cost. Astfel pot fi identificați senzori de proximitate, traductoare de tip Hall, traductoare de deplasare și viteză, senzori și traductoare de forță, senzori de temperatură, senzori de umiditate, senzori pentru gaze, senzori de curent, switch-uri optice, senzori de presiune, cititoare de coduri de bare etc.

1.3.1.Senzori inductivi

Senzorii de proximitate inductivi sunt dispozitive electronice care realizează funcția de comutator. Schimbarea stării închis-deschis se face atunci când un obiect metalic se apropie de suprafața activă a senzorului, la o distanță mai mică decât distanța nominală de acționare.

Variante constructive:

Cu carcasă de plastic sau alamă acoperită cu zinc

Cilindrici (modelele M0, M1, M2) sau cu fantă (modelul M3)

Cu sau fără protecție suplimentară la câmpuri electromagnetice puternice

1.3.2.Senzori capacitivi

 Senzorii capacitivi fac parte din grupa senzorilor parametrici și convertesc mărimea neelastică într-o variație de capacitate. Prin definiție, capacitatea reprezintă raportul dintre cantitatea de sarcină electrica Q acumulată pe una din armăturile condensatorului și diferența de potentțial U dintre ele:

C=

Traductoarele capacitive pentru măsurarea deplasarilor au la bază condensatorul plan și, respectiv,condensatorul cilindric.

Fig 1: Condensatoare electricendustriale, deosebit de importante sunt sistemele inteligente de conducere, sisteme ce sunt bazate pe sisteme de calcul integrat sau nu. Senzorii și traductoarele elemente esențiale ale sistemelor de automatizare a dispozitivelor civile și industriale și se bazează pe un domeniu larg de principii fizice deoperare. De asemenea sunt utilizați și în cazul cercetării, analizelor de laborator – senzorii și traductoarele fiind incluse în lanțuri de măsurare complexe, care sunt conduse automat. Există foarte multe clasificări ale senzorilor și traductoarelor: cu sau fără contact, absoluți sau incrementali (în funcție de mărimea de intrare), analogici sau digitali (în funcție de mărimea de ieșire) etc. Alegerea senzorilor și traductoarelor trebuie făcută ținând cont de proprietatea demonitorizat, de domeniul în care variază aceasta, de dimensiunile ce trebuie respectate sau de geometria sistemului, de condiții speciale de mediu sau de lucru, de tipul mărimii de ieșire și nu în ultimul rând de cost. Astfel pot fi identificați senzori de proximitate, traductoare de tip Hall, traductoare de deplasare și viteză, senzori și traductoare de forță, senzori de temperatură, senzori de umiditate, senzori pentru gaze, senzori de curent, switch-uri optice, senzori de presiune, cititoare de coduri de bare etc.

1.3.1.Senzori inductivi

Senzorii de proximitate inductivi sunt dispozitive electronice care realizează funcția de comutator. Schimbarea stării închis-deschis se face atunci când un obiect metalic se apropie de suprafața activă a senzorului, la o distanță mai mică decât distanța nominală de acționare.

Variante constructive:

Cu carcasă de plastic sau alamă acoperită cu zinc

Cilindrici (modelele M0, M1, M2) sau cu fantă (modelul M3)

Cu sau fără protecție suplimentară la câmpuri electromagnetice puternice

1.3.2.Senzori capacitivi

 Senzorii capacitivi fac parte din grupa senzorilor parametrici și convertesc mărimea neelastică într-o variație de capacitate. Prin definiție, capacitatea reprezintă raportul dintre cantitatea de sarcină electrica Q acumulată pe una din armăturile condensatorului și diferența de potentțial U dintre ele:

C=

Traductoarele capacitive pentru măsurarea deplasarilor au la bază condensatorul plan și, respectiv,condensatorul cilindric.

Fig 1: Condensatoare electrice plane și cilindrice

pentru condensatorul plan

pentru condensatorul cilindric

Motoare electrice pentru acționarea sistemului

1.4.1 Evoluția dezvoltării mașinii de curent alternativ

Motoarele de curent alternativ funcționează pe baza principiului câmpului magnetic învârtitor. Acest principiu a fost identificat de Nikola Tesla în 1882. În anul următor a proiectat un motor de inducție bifazat, punând bazele mașinilor electrice ce funcționează pe baza câmpului magnetic învârtitor. Ulterior, sisteme de transmisie prin curent alternativ au fost folosite la generarea și transmisia eficientă la distanță a energiei electrice, marcând cea de-a doua Revoluție industrială. Un alt punct important în istoria motorului de curent alternativ a fost inventarea de către Michael von Dolivo-Dobrowlsky în anul 1890 a rotorului în colivie de veveriță.

Mașina asincronă este cel mai des folosită în acționările industriale în regim de funcționare ca motor datorită simplității construcției și fiabilității mari în exploatare.

.

Fig.2 Caracteristicile naturale ale motorului asincron trifazat

formula lui Kloss

1.4.2 Principiul de funcționare al motorului de curent continuu.

În stator se afla înfășurarea de excitație care va produce un câmp magnetic constant produs de niste electromagneți alimentați în curent continuu sau de niște magneți permanenți.

Înfășurarea rotorică este alimentată la o sursă de curent continuu, prin urmare, prin spirele rotorice va debita un curent electric. Asupra laturii spirei aflate sub polul nord va acționa o forță elctromagnetica (F = B ∙Ia ∙l) iar asupra laturii spirei de sub polul sud va acționa o forța egala dar de sens contrar. Ca urmare asupra spirei va acționa un cuplu electromagnetic M care va roti spira.

M =kM ϕ

Înfășurarea rotorică este conectată la un colector format din lamele, prin contactul perii-colector se face alimentarea înfășurării. Polaritățile de pe stator atrag polaritățile opuse din rotor create de înfășurarea rotorică până când se va alinia, dar exact inainte de aliniere periile se muta pe lamele următoarece alimentează următoarele spire care vor susține mișcarea rotorului.

Fig.3 Caracteristicile natural ale motorului de current continuu

1.5 Unitatea logică programabilă.

Unitatea logică programabilă este un echipament inteligent, destinat realizarii funcției de proiectare logică pentru aplicații în controlul industrial. PLC-ul înlocuiește utilizarea firelor pentru conectarea diferitelor module, reduce dimensionarea panoului de control, desigur, cu creșterea flexibilității și a fiabilitații sistemului. S-a observant că majoritatea erorilor apărute în sistemele care folosesc PLC se datoreaza cauzelor externe, cum ar fi funcționarea defectuasă a butoanelor sau a senzorilor etc. PLC-ul este proiectat să înlocuiască timerele, counter-ii etc.

Un PLC este un sistem electronic (digital) de operare, proiectat pentru utilizarea în mediul industrial, ce foloseste o memorie programabilă pentru stocarea internă a instrucțiunilor necesare implementării unor funcții specific (logice, secvențiale, temporizare, contorizare calcul matematic), pentru a controla prin intrările și ieșirile digitale și analogice diferite tipuri de mașini sau procese.

PLC are o secvență de cod de program care ruleaza în bucla permanentă și care scanează porturile de intrare pentru a depista combinațiile de semnal care modific starea porturilor de ieșire.

Partea principală a arhitecturii unui PLC este procesorul, de regulă de frecvență de tact mai mică decât cele folosite la PC-uri. Modulul de porturi In/Out este interfața cu sistemul controlat. Semnalele de intrare și de ieșire sunt de urmatoarelor tiputi:

semnale TTL de 5V DC;

semnale de 24V DC;

semnale 110/220;

Toate semnalele de intrare (uneori și de ieșire) sunt izolate galvanic de procesorul PLC-ului prin optocuploare. Fiecare port In/Out are o adresa de memorie rezervată, permițand în acest fel monitorizarea tuturor porturilor In/Out în mod circular continuu.

Unitățile de memorie sunt utilzate la stocarea datelor sau a programelor care se folosesc în timpul lucrului. Sunt mai multe tipuri de memorie care se pot folosi:

memorii ROM(Read-only memory) pentru stocarea permanenta a unor date de producator sau a sistemului de operare al PLC-ului;

memorie RAM(Random-access memory) pentru programele utilizatorilor sau datele colectate de porturi;

memorii EPROM sau EEPROM(Erasable Programable Read-only memory) pentru programe de utilizator sau pentru date de folosința îndelungată, constant de program etc. Aceste memorii se șterg cu ultraviolete sau electric și se rescriu cu programe special

programele pentru PLC-uri și datele de sistem pot fi stocate și pe un PC obișnuit și descarcate în PLC cu ajutorul rețelei sau a porturilor de comunicare ale acestuia (USB, Ethernet stc.);

1.5.1 Clasificarea automatelor programabile.

Automate programabile algoritmice; implementează o mașină algoritmică de stare care în timp pe baza unei secvențe de instrucțiuni salvate în memoria EPROM. Programarea se face la nivel de cod de procesor și este greoaie

Automate programabile vectoriale; implementeaza un microprocessor care este destinat controlului unei secvențe logice secvențiale sau combinaționale. Programarea se poate face simplu cu ajutorul unor aplicații specializate. Pentru deservirea unor procese de amploare mare se pot folosi aplicații complexe, bazate de limbaje de programare de nivel înalt, modulare și orientate pe obiecte.

1.5.2 Proiectare unui sistem controlat cu PLC

1.5.3 Metode de programare a PLC-urilor.

Documentul care definește metodele de programare ale PLC-urior este standardul Comisiei Internaționale pentru Electrotehnica(IEC) IEC 61131care are urmatoarele părți:

Informații generale;

Cerinte hardware;

Limbaj de programare;

Ghidul utilizatorului;

Comunicații;

Principalele metode de programeare cuprinse în standard sunt:

IL(Instruction List) cu structura asemanatoare cu limbajele de asamblare ale microprocesoarelor;

ST(Structured Text) care foloseste instrucțiunile de atribuire, selecție și control al subprogramelor cu o structura apropiata de limbajele de programare de nivel inalt;

LD(Ladder Diagram) este un limbaj semigrafic, asemanator schemelor cu circuite cu relee și contacte și operează în special cu variabile boole(logice);

FBD(Funcțion Block Diagram) este o extensie a limbajului LD care permite și locul cu blocuri complexe.

SFC(Sequential Funcțion Chart) sete un limbaj graphic secvențial, asemanator organigramelor funcționale care permite utilizarea de funcții complexe și procedure.

1.6 Relee și contactoare.

În schemele de acționare electrică sunt folosite relee și contactoare pentru comanda unor consumatori foarte mari pentru protecția respectivilor consumator dar și pe post de "întrerupătoare trifazice "

Contactoarele sunt definite ca fiind aparate de comutație cu o singura pozitie de repaus, acționate altfel decat manual (electromagnetic, pneumatic, hidraulic, etc), capabile a conecta, a menține și a deconecta curenți în condiții normale ale circuitului, inclusiv curenții de suprasarcină, suportand un număr foarte mare de manevre (de ordinul a (105 …..106 )).

Contactoarele nu deconectează curenții de scurtcircuit, pot însă conecta curenți mici de scurtcircuit (4…..10 In) cum ar fi curenții de pornire ai motoarelor asincrone.

Contactorul este aparatul cel mai frecvent folosit în schemele electrice de acționari și automatizari, ca elemente în circuitul de fortă și comandă. In acest sens prezinta avantajul ca poate fi acționate de la distantă.

Releul este un aparat de protecție care la o variație continuă a mărimii de intrare (de

natură electrică) produce o variație bruscă a mărimii de ieșire (de natură electrică).

Releele electromagnetice au ca organ principal de acționare un electromagnet cu

armătură mobilă (ce poate fi basculantă, rotitoare sau cu mișcare de translație).

Parametrii principali ai releelor electromagnetice sunt:

valoarea nominală (Un, In) este valoarea care figurează pe plăcuța sau indicatorul

releului si corespunde funcționării de durată în curent alternativ sau continuu;

valoarea de acționare (de pornire) reprezintă acea valoare limită a mărimii controlate la

care sistemul mobil al releului se pune în mișcare și închide contactele (cazul releelor care la

acționare își închid contactele) sau le deschide (cazul releelor care la acționare își deschid

contactele);

valoarea de revenire reprezintă valoarea limită a mărimii controlate la care sistemul

mobil al releului începe să se deplaseze în sens invers sensului deplasării din cazul acționării

și continuă până în poziția inițială de repaus;

factorul de revenire este raportul dintre valoarea de revenire și valoarea de acționare.

Cu cât factorul de revenire este mai apropiat de unitate, cu atât releul este de calitate mai bună

urmărind mai fidel valoarea mărimii controlate. La releele maximale factorul de revenire este

subunitar, iar la cele minimale este supraunitar;

valoarea reglată, pentru releele cu dispozitiv de reglaj, reprezintă valoarea parametrului

de acționare pentru care releul este reglat să funcționeze (să acționeze);

timpul propriu de acționare al releului este timpul care trece din momentul variației

mărimilor controlate de releu până în momentul închiderii (sau deschiderii) depline a

contactelor;

puterea consumată este puterea consumată de releu pentru acționare. Acest parametru

definește sensibilitatea releului; cu cât puterea consumată este mai mare cu atât releul va

acționa la abateri mai mari ale mărimii controlate față de valoarea normală, și deci protecția

va fi mai puțin sensibilă;

puterea comandată, de contactele releului, reprezintă puterea din circuitul pe care-l

întrerupe sau stabilește contactele releului, fără a se deteriora;

stabilitatea termică si electrodinamică reprezintă proprietatea releului de a suporta timp

limitat (fără deteriorări) efectele termice și electrodinamice ale curentului de scurtcircuit.

Releele electromagnetice sunt foarte sigure în funcționare, dar sensibilitatea lor este mai

redusă decât a altor tipuri de relee, datorită puterii consumate relative ridicate.

1.7.Elemente de protecție.

Protecția instalațiilor electrice este constituită din ansamblul mijloacelor și procedeelor aplicate pentru limitarea efectelor perturbațiilor, produse într-o instalație sau echipament electric, de supracurenți (în special, curenți de scurtcircuit), supratensiuni, sau cauzate de scăderea rezistenței de izolație între părțile aflate sub tensiune, ori între acestea și pământ sau corpul utilajelor.

 Protecția instalatiilor electrice cu siguranțe fuzibile se aplică, de regulp, la instalațiile de joasă tensiune, dar și la cele de înaltă tensiune sub 35 kV la puteri mici (de ex. la transformatoarele de masură de tensiune). Avantajele sale constă în : simplitate, rapiditate, cost redus, iar dezavantajele în: precizie și selectivitate reduse, posibilitatea apariției supratensiunilor, în special, la siguranțele fuzibile ultrarapide, folosite frecvent la protectia ventilelor semiconductoare. 

Protecția instalatiilor electrice cu relee de protecție este aplicată frecvent, in instalațiile de inaltă tensiune si cuprinde :

elemente de masura (transformatoare de curent si relee de curent, transformatoare de tensiune si relee de tensiune);

elemente de executie (relee intermediare, relee de timp);

elemente de semnalizare (relee de semnalizare, lampi de semnalizare, hupe etc).

Protecția instalațiilor electrice poate fi cu acționare instantanee sau temporizată. Dupa felul parametrului de masurat, se deosebesc urmatoarele sisteme de protectie a instalatiilor electrice cu relee : 

de curent (maximala);

de curent cu blocare de tensiune minima (la disparitia sau scaderea tensiunii sub o anumita valoare);

maximala diferentiala (transversala sau longitudinala);

de curent omopolar; 

de distantă ; 

de curenti de scurgeri (actioneaza la scaderea rezistentei de izolatie sub o anumită limită, la retelele cu neutru izolat).

Capitolul 2

Condiții generale de proietare a unui sistem automatizat de sortare de produse

2.1 Condiții generale de proiectare a unei benzi transportoate.

Cote de gabarit :

-Lungime 15000mm;

-Latime utila banda 600mm,latime totala utilaj 700mm(nu include gabaritul motorului);

-Înalțimea de lucru 950±100 mm;

2.2 Structura metalică

Masa și cadrul de susținere sunt confecționate din tabla si profile din otel vopsite.

Cadrul de susținere este confecționat din tevi rectangulare sudate si este prevazut cu roți mobile cu frană având diametru D125 mm. Construcția speciala a cadrului permite reglajul pe înaltime al conveyorului.

Fig.4 Structura metalică

Durata minima de viață a structurii metalice: minim 20 de ani.

Banda transportoare

Material UPV27 – dimensiuni: 46300 x 600 mm, prevazută cu ghidaj trapezoidal pentru a preveni alunecarea laterală a benzii in timpul funcționarii –- ceea ce este foarte util din punctul de vedere al mentenanței, ghidajul trapezoidal “tine” banda in pozitie centrală

Caracteristici banda

– stratul superior din PVC:

– grosime: 1,2 mm

– duritate: 74 Shore

– culoare: verde închis

– caracteristici generale:

– număr inserții: 2

– grosime totală: 2,7 mm

– masă (kg/ mp): 3,2

– gradul de întindere (daN/cm): 8

– temperatura (ºC): -10+80

-diametrul minim de fulie: 50mm Fig.5 Banda transportoare

2.3 Senzori de identificare a produselor

Cand un produs intra pe banda transportoare, un sensor mecanic identifica inalțimea acestuia și transmite PLC-ului un semnal. Acest senzor face diferența dintre marimea produselor, astfel realizându-se selectarea automata a acestora .

2.4 Componentele de deviere a produselor

Devierea produselor de pe banda transportoare se face cu un mechanism “surub-piulita cu bile“ care transforma miscarea de rotatie a motorului in mișcare de translație.

Fig.6 Surub-piuliță cu bile

2.5 Sistemul de acționări electrice pentru un sistem automatizat de selectare de produe.

Pentru a realiza acest proiect sunt necesare următoarele echipamente:

-motoare electrice pentru acționarea benzilor transportoare;

-motoare electrice pentru antrenarea componentelor de deviere a produselor;

-aparate de protectie(relee, contactoare, sigurante fuibile etc)

2.5.1 Acționarea benzilor transportoare

Acest lucru se face cu ajutorul unor motoare asincrone trifazate P=2.2 kW, turația 1500 rpm, alimentare 400 V, 50 Hz si respectiv al unui reductor melcat avand factorul de reductie i=60.

Fig.7 Motor electric și reductor de turație

2.5.1.1Dimensionarea cablurilor de alimentare

Motoarele care acționează benzile transportoare au urmatoarele caracteristici:

Tipul motorului;

Motor asincrun trifazat;

Puterea nominala;

Pn=2,2 KW;

Curentul nominal;

Turatia nominala;

n=1,500 rpm;

Tensiunea de alimentare;

Un=400V;

Frecventa;

f=50HZ;

Pentru determinarea secțiunii cablului , sa impus:

– conductorul sa fie din Cu;

– distanța dintre tablou si motor sa fie de 10m;

Pentru parametrii menționați mai sus, se determină caracteristicile de material si parametrii de circuit:

l=10m

ΔU=5%

S = = = 1,855mm2

Circuitul de alimentare al motorului se realizează cu cablu de tip CYAbY 4X2.5 mmp montat aparent pe pod de cabluri între TE… și utilaj. Pentru protecția la scurtcircuit a cablului, în tabloul electric TE…se va monta un întrerupător automat modular P+N, 16A.

Fig.8 Întrerupător automat tripolar

2.5.1.2 Verificarea la curentul admisibil de durată

Imax.adm=km·

(unde km și coeficienți de corecție funcție de poziția de montaj a cablului de temperatura mediului ambiant , km=1 la 30°C , =0.87 )

2.5.1.3 Verificarea la căderea de tensiune

-in regim normal:

-la pornire :

Ip reprezintă curentul absorbit de motor la pornire. Acesta este de 5-10 ori mai mare decat cutentul nominal In

Ip=27,81

2.5.1.4 Verificarea la densitatea de curent la pornire :

= = 2,5mm2

Construcție:

1. conductor de cupru unifilar clasa 1 conform SR EN 60228;

2. izolație de PVC;

3. înveliș comun;

4. manta interioară;

5. armătura de bandă de oțel; Fig. 6 – Cablu electric

6. manta exterioară de pvc;

Pentru a realiza acest proiect trebuiesc respectate condițiile tehnice pentru executarea instalațiilor electrice.

2.5.2 Acționarea componentelor de deviere a produeslor

Acest lucru se face cu ajutorul unor motoare asincrone monofazate P=0,55W , turația 1500rpm , alimentarea 230 V. S-a ales acest tip de motor deoarece pentru devierea produselor nu este necesara o putere foarte mare.

2.5.2.1 Dimensionarea cablurilor de alimentare

Motoarele care acționează componentele de deviere a produselor au urmatoarele caracteristici:

Tipul motorului;

Motor asincrun monofazat;

Puterea nominala;

Pn=0,55 KW;

Curentul nominal;

In=

Turatia nominala;

n=1500 rpm;

Tensiunea de alimentare;

Un=230V;

Frecventa;

f=50HZ;

Pentru determinarea secțiunii cablului , s-a impus:

– conductorul sa fie din Cu;

– dinstanta dintre tablou si motor sa fie de 10m;

Pentru parametrii menționați mai sus, se determină caracteristicile de material si parametrii de circuit:

l=10m

ΔU=5%

S= =

Circuitul de alimentare al motorului se realizează cu cablu de tip CYAbY 3X2.5 mm2 montat aparent pe pod de cabluri între TE… și utilaj. Pentru protecția la scurtcircuit a cablului, în tabloul electric TE…se va monta un întrerupător automat modular P+N, 10A.

2.5.2.2 Verificarea la curentul admisibil de durată

Imax.adm=km·

(unde km și coeficienți de corecție funcție de poziția de montaj a cablului de temperatura mediului ambiant , km=1 la 30°C , =0,87 )

2.5.2.3 Verificarea la căderea de tensiune

-in regim normal:

-la pornire :

Ip reprezintă curentul absorbit de motor la pornire. Acesta este de 5-10 ori mai mare decat cutentul nominal In

2.5.2.4 Verificarea la densitatea de curent la pornire :

S == = 2,5mm2

2.6. Priza de pământ

Priza de pământ este realizată dintr-unul sau mai mulți electozi (electrozi de pământ)

Sunt recomandate următoarele tipuri de electrozi:

bare rotunde sau tevi;

banda (panglică) sau conductor;

structură metalica subterană ingropată în fundație sau sol;

armatura metalică

Rezistenta prizei de pământ poate fii:

– cel mult 4 Ω atunci când se iau măsuri suplimentare pentru protecție la supretensiuni;

– cel mult 1 Ω atunci când se prevăd măsuri suplimentare pentru protecție la supratensiuni sau când aceasta este comuna cu priză de pământ pentru instalația de protecție a cladirii impotriva trasnetelor.

2.7.Elemente de protecție.

Protecția instalațiilor electrice este constituită din ansamblul mijloacelor și procedeelor aplicate pentru limitarea efectelor perturbațiilor, produse intr-o instalatie sau echipament electric, de supracurenți (in special, curenți de scurtcircuit), supratensiuni, sau cauzate de scaderea rezistenței de izolație intre parțile aflate sub tensiune, ori intre acestea și pamant sau corpul utilajelor.

 Protecția instalatiilor electrice cu sigurante fuzibile se aplica, de regula, la instalațiile de joasă tensiune, dar și la cele de inalta tensiune sub 35 kV la puteri mici (de ex. la transformatoarele de masura de tensiune). Avantajele sale consista in : simplitate, rapiditate, cost redus, iar dezavantajele in : precizie si selectivitate reduse, posibilitatea aparitiei supratensiunilor, in special, la sigurantele fuzibile ultrarapide, folosite frecvent la protectia ventilelor semiconductoare. 

Ce elemente de protecție se folosesc siguranțe fuzibile de 3A și de 5A și întrerupator automat tripolar si bipolar. Se folosesc aceste elemente de protecție deoarece aceasta instalație nu este de putere foarte mare.

2.8.Tabloul electric

Capitolul 3

Acționarea electrică al sistemului de sortare de produse

(machete experimmentală)

3.1.Structura sistemului de acționare electrică.

Acest sistem are rolul de a face sortarea produselr în funcție de înalțime. Pentru aceste sunt necesar urmatoarele elemente:

– benzile conveioare care asigură transportul produselor;

– senzorii de identificare a produselor;

– Panoul electric de comanda;

– Unitatea logica programabila (PLC SIEMENS S7 200)

Fig.9 Macheta experimentala

3.2.Descrierea sistemului

Este construit pe o structura metalica pe care sunt amplasate cele trei benzi conveioare care transporta produsele și mai sete prevazut și cu două componente de deviere a produselor care au rolul de a devia produsele de pe banda principala pe benzile auxiliare. Benzile sunt actionate de 3 motoare electrice de curent continuu de 12V. Aceste motoare sunt prevazute cu un reductctor cu factorul de reducere i=60. Componentele de deviere sunt alcatuite deintr-un mecanism numit surub-piulită și un motor electric de curent continuu de 12V. Rolul mecanismului surub-piuliță este de a transforma miscarea de rotatie transmisă de motor in mișcare de translație. Între axul motoarelor și tamburul care antreneaza benzile conveioare am montat un cplaj elastic datorita neliniaritații dintre axe.

Fig.10 componentele de deviere a produselor

3.3 Caracteristicile moroarelor de acționare.

3.3.1 Motoarele de aționare a benzilor conveioare.

Un = 12V cc

In = 4 [A]

n1 = 3000rpm

Puterea nominală [W]

P = Un ∙ In = 12 ∙ 4 = 48 [W]

Turația la ieșire a reductorului

n2 = = = 50rpm

Fig.11 Motor electric +reductor

Viteza de deplasare a benzilor transportoare:

Diametru tamburuli [mm]

D = 40 mm

C = π ∙ D = 3,14 ∙ 40 = 125,6 mm

= 7.96 rot/m

Viteza benzilor transportoare [m/min]

V = = = 6.369 m/min

3.3.2 Motoarele de acționare a componentelor de deviere a produselor

– Un = 12V cc

– In = 4.5A

– n1 = 3000rpm

Puterea nominală [W]

– P = Un ∙ In = 12 ∙ 4.5 = 54 [W]

3.4.Alegerea releeor de acționare.

Datorită faptului că motorul absorbe un curent scăzut nu este necesară pornirea sa în trepte, alegerea elementului de comutare (releu) trebuie să îndepinească urmatoarele:

– curentul de pornire al motoarelor; în geneal curentul de pornire al motoarelor este de 5-7 ori mai mare decât curentul nominal(Ip ≈ 25A);

– numarul de cicluri cât mai mare;

3.5.Senzori de identificare a produselor.

Senzorii de identificare a produselor sunt confecționați din două contacte normal deschise montate pe un suport metalic. Aceste contacte au cursa de reacție diferită, astfel cand trece un produs de dimensiune mica se va inchide un singur contact, iar cand trece un produs de dimensiune mare se închide ambele contacte astfel făcându-se diferența între cele doua produse.

Fig.9 senzori de identificare a produselor

3.6 Panoul electric de comanda.

În figura următoare este prezentat tabloul electric de comandă.

Fig.10.panoul electric

Pentru realizarea acestui panou am folosit urmatoarele tipuri de echipamente:

sursă de alimentare de 12V cc ,29A. Am ales aceasta sursa deoarece sistemul este acționat de trei motoare electrice de 12 V cc, 4A si doua motoare de 12V cc ,4.5A;

relee de acționare cu contact normal deschis și cu bobina de acționare de 12V;

Panoul de automatizare funcționeză în două moduri:

-modul manual;

-modul automat;

3.7 Schema electrică de forță

În schema de forță sunt prezentate trei motoare conectate direct la rețea care antrenează cele trei benzi transportoare, acestea funcționează într-un singur sens de rotație și doua motoare care antrenează componentele de deviere a produselor, acestea funcționează în ambele sensuri de rotație.

Fig.11 Schema efectrica de forță

3.8 Schema electrica de comandă

În schema electrică de comandă sunt prezentate bobinele releelor care alimentează cele cinci motoare ale sistemului, un comutator carecomută modul automat și modul manual de funcționare, sapte butoane cu revenire cu contact normal deschis pentru funcționarea manual a sistemului și un plm SIEMENS S7-200 care asigura funcționarea automată a sistemului.

Fig.12 Schema electrică de comandă

3.7.Descrierea principiului de funcționare.

Pentru funcționarea în mod manual am folosit butoane cu revenire cu contact normal deschis pentru acționarea bobinelor releelor. În momentrul acționării acestora se închid contactele normal deschise și se alimentează motoarele dorite.

Pentru motoarele care acționeaza benzile transportoae am folosit cate un singur releu pentru fiecare motor deoareca acestea au un singur sens de rotațșie, iar pentru motoarele componentelor de deviere a produselor am folosit patru relee montate cate doua în paralel deoarece acestea funcționează în ambele sensuti de rotație.

Butonul Bm acționează bobina releului care K1 care acționează motorul M1, butonul BM acționează bobina releului K2 care alimentează motorul M2, butonul Bp alimenteaza bobina releului K3 care alimentează motorul M3, butomul ABM alimenteaza releele K4, K5 care alimentează motorul M4 in sens de avans, butonu RBM alimentează releele K6, k7 care alimentează motorul M4 în sens de retragere, butonul ABm alimenteaza bobina releelor K8, K9 care alimentează motorul M5 în sins de avans și butonul RBm alimentează bobinele releelor K10, K11 care alimentează motorul M5 în sens de retragere.

Pentru funcționarea în mod automat am folosit un PLC SIEMENS S7 200 CPU 214. La apasarea butonului START automatul primește impuls pe intrarea I0.0 și dă comandă pe ieșirea Q0.2. Aceasta alimenteaza bobina releului K3 care alimenteaza motorul (Mp) care antrenează banda principal. Cand senzorul de identificare a produselor detecteaza o pisea mică automatul primeste impuls pe intrarea I0.2. Când produsul ajunge în dreptul primei benzi auxiliare (banda produse mici) automatul oprește camanda pe Q0.2 și dă comanda pe Q0.5. Aceasta alimenteaza bobinele releelor K8,K9 care alimenteaza motorul (ÎBm) care antrenează component de deviere a produsului de dimensiune mica. Când produsul este deviat de pe banda principal pe banda auxiliara, automatul opreste comanda pa Q0.5 și dă comanda pe Q0.0 și Q0.6. Acestea alimenteaza bobina releului K1 care alimentează motorul (Bm) care antrenează banda auxiliara care transportă produsele mici intr-un container și bobinele releelor K10,K11 care alimentează în sens invers motorul (ÎBm) pentru retragerea componentei de deviere a produsului. Cand componenta este retrasa complet automatul da iar impuls pe Q0.2 și banda principală este din nou pusa in funcțiune.

Când senzorul de identificare a produselor detectează o piesă mare automatul primeste impuls pe intrarea I0.1. Când produsul ajunge în dreptul celei de-a doua banda auxiliară (mandă produse mari), automatul opreste comanda pe Q0.2 si da comanda pe Q0.3. Aceasta alimentează bobinele K4,K5 care alimenteaza otorul (ÎBM) care antrenează componenta de deviere a produsului de dimensiuni mari . Când produsul este deviat de pe banda principala pe banda auxiliara, automatul opreste comanda pe Q0.3 și da comandă pe Q0.1și Q0.4.Acesta alimentează bobina releului K2 care alimentează motorul (BM) care antrenează banda auxiliara care transportă produsele mici intr-un alt container și bobinele releelor K8,K9 care alimentează în sens invers motorul (ÎBM) pentru retragerea componentei de deviere a produsului.

3.8.Unitatea logica programabilă(PLC SIEMENS S7 200)

Fig.11.PLC SIEMENS S7 200

3.8.1. Prezentarea automatului SIEMENS Simatic S7-200

Seria S7-200 reprezintă linie de micro-automate programabile (micro- PLC), care pot controla o varietate de aplicații automate. Designul compact, expandabilitatea, costurile scăzute

și un set de instrucțiuni puternice fac din micro-PLC-ul S7-200 soluția perfectă pentru controlul aplicațiilor mici.

de module opționale. Micro-PLC-ul S7-200 combină unitatea centrală, sursa de tensiune și modulele de I/E într-un aparat autonom și compact.

Unitatea centrală de procesare execută programul și stochează datele pentru controlul automat al proceselor;

Sursa de tensiune asigură tensiunea necesară pentru unitatea de bază și pentru celelalte module (extinse) care sunt conectate;

Intrările și ieșirile sunt punctele de control al sistemului: intrările monitorizează semnalele de la dispozitive de intrare (cum ar fi senzorii și comutatoarele), iar ieșirile controlează pompele, motoarele sau alte aparate din proces;

Portul de comunicații permite conectarea unității centrale de procesare la un dispozitiv de programare sau la alte dispozitive;

Indicatoarele luminoase ne oferă informații vizuale despre modul unității centrale (RUN sau STOP), starea I/E și a erorilor detectate.

3.9 Identificarea intrarilor și ieșirilor PLC-ului

Tabelul 1. Identificarea intrarilor PLC-ului

Tabelul 2.Identificarea ieșirilor PLC-ului

3.10 Lmbajul de programare GRAFCET.

Grefcet 1

Grafcet 2

Capitolul 4

Descriera programului de comandă

4.1.Pornira și oprirea sistemului

Pentru pornirea sistemului se apasă butonul START și se menține apăsarea acestuia timp de 5ms. Oprirea se face apasând incă odata acelaș buton.

Descrierea programului

La apăsarea butonului START și menținerea acestuia se activează intrarea I0.0 a automatului, aceasta transmite impuls către timerul T41, care începe să contorizeze. Dupa trecerea timpului prestabilit(5ms) se activează memoria M0.0 care memorează starea și închide contactul la ieșirea din automat Q0.2, se alimentează bobina releului K3, se inchide contactul acestuia și pornește motorul care antreneaza banda principală. La a doua apasare a doua apasare a aceluiaș buton se reserează starea memoriei M0.0 și se deschide contactul la ieșirea din automat Q0.2, bobina releuli K3 își pierde alimentarea și motorul se oprește.

4.2.Detecția piesei de dimensiune mică

Pentru alegera piesei de dimensiune mica se inchide unul din cele două contacte ale senzorului folosit.

Descrierea programului

Când senzorul detectează o piesă de dimensiune mică, automatul primește semnal pe intrarea I0.2, aceasta activează memoria M0.1. Această memorie activează timerul T37 care începe să contorizeze. După trecerea timpului prestabilit (17ms) se activează memoria M0.2 care memoreaza starea iar celelalte memorii folofite in program se reseteaza. Prin resetarea acestor memorii se deschide și contactul la ieșirea Q0.2 astfel banda principală se oprește. Memoria M0.2 care este activă inchide contactul la ieșirea di automat Q0.5, se alimentează bobina releelor K8,K9 și pornește motorul care antrenează componenta de deviere a pielor de dimensiune mică in sens de avans. Tot memoria M0.2 activează timerul T38 care începe să contorizeze. După scurgerea timpului prestabilit (145ms) se resetează memoria M0.2 și se activează memoriile M0.3 și M0.4 care închid contactele la ieșirile automatului Q0.0 și Q0.6, se alimentează bobinele releelor K1, K10 și K11, pornește motorul care antreneaza banda mică și motorul care acționează componenta de deviere a produselor in sens de retragere. Memoria M0.4 activează și duoă timere T39, T40. După scurgerea timpului prestabilit de timerul T39(187ms) se reseteaza memoria M0.4 care deschide contactul pe ieșirea Q0.4 si se activeaza memoria M.5 care inchide contactul pe ieșirea Q0.2, acesta alimentează bobina releului K3 iar motorul care antrenează banda principală este alimentat. Dupa scurgerea timpului prestabilit de timerul T40 se resetează memoria M0.3 care deschide contactul la ieșirea Q0.0, iar motorul care antreneazaăbanda mică se oprește.

4.3.Detecția piesei de dimensiune mare

La alegeraea piesei de dimensiune mare se închid ambele contacte ale senzorului folosit.

Descrierea programului

Cînd senzorul detectează o piesă de dimensiune mare automatul primește impuls pe ieșirea I0.1, aceasta activează memoria M0.7 și resetează memoria M0.1. Prin resetarea memoriel M0.1 timerul T37 nu contorizează. Memoria M0.7 care este activă trimite un impuls catre time+rul T43, acesta, dupa scurgerea timpului prestabilit (35ms) activează memoria M0.6 și resetează celelalte memorii folosite in program. Prin resetarea acestor memorii se deschide și contactul la ieșirea Q0.2 astfel banda principală se oprește. Ptin activarea memoriei M0.6 se închide contactul la ieșrea automatului Q0.3, se alimentează bobinele releelor K4, K5. Prin inchiderea contactelor acestor relee se alimentează motorul care acșionează componenta de deviere a pieselor de dimensiune mare in sens de avans. Tot memoria M0.6 activează și timerul T43 care începe să contorizeze incepe să contorizeze. După scurgerea timpului prestabilit (155ms) se resetează memoria M0.6 și se activeaza memoriile M1.0 și M1.2 are închid contactele la ieșirele Q0.1 și Q0.4. Aceste ieșiri alimentează bobinele releelor K2, K6 și K7, prin inchiderea contactilor lor se alimenteaza motorul care antrenează banda mare și motorul care antrenează compunenta de deviere a pieselor de dimensiune mare în sens de retragere. Memoria M1.2 activează și doua timere T44 și T45. Dupa scurgerea timpului prestabilit de timerul T44 (215ms) se resetează memoria M1.2, se deschide contactul de la ieșirea Q0.4 iar motorul care acționează componenta de deviere a produselor de dimensiune mare se oprește.Timerul T44 mai activează M1.3 care închide contactul la ieșirea automatului Q0.2 și motorul care antrenează banda principală este alimentat prin închiderea contactului releului K3. Dupa scurgerea timpului prestabilit de T54 (30ms) se resetează memoria M1.0, contactul de la ieșirea automatului Q0,1 se deschide iar motorul care antrenează banda mare se oprește.

Anexa 1(releu)

Anexa 2(PLC SIEMENS S7-200)

Anexa 1(releu)

Anexa 2(PLC SIEMENS S7-200)