Sistem de comanda automata pentru microhidrocentrale [631210]

1

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE ENERGETICĂ
Departamentul < Ingineria sistemelor electroenergetice >
060042 București, Splaiul Independenței, nr. 313, sector 6

PROIECT DE DIPLOMĂ

Sistem de comanda automata pentru microhidrocentrale

Autor: Vațe Doru
Profesor Coordonator: Ș.L. dr. ing. Nicoleta Arghira

București
<iulie ,2018>

2

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE ENERGETICĂ
Departamentul Ingineria sistemelor electroenergetice
060042 București, Splaiul Independenței, nr. 313, sector 6
Sistem numeric de protecție tehnologică pentru o turbină de abur

Proiect de diplomă

Sistem de comanda automata pentru
microhidrocentrale

prezentat la

Universitatea POLITEHNICA din București
Facultate de Energetică

pentru obținerea titlului de
inginer

Specializarea : Informatică Industrială

de către
Doru Cristian Vate
(absolvent: [anonimizat])

sub îndrumarea
S.L. dr. ing. Nicoleta Arghira

Susținut la data de 04.07.2018 , în fața comisiei de examinare

Conf. dr. ing. Radu PORUMB Președinte
Prof. dr. ing. Constantin BULAC Membru
Prof. dr. ing. Virgil DUMBRAV Ă Membru
Prof. dr. ing. Ion TRIȘTIU Membru
Conf. dr. ing. George Cristian LĂZĂROIU Membru
Ș.l. dr. ing. Nicoleta ARGHIRA Membru
Ș.l. dr. ing. Alexandru MANDIȘ Secretar

3
Această lucrare a fost pregătită în cadrul Facultății de Energetică a UPB
CUPRINS
CAPITOLUL 1.INTRODUCERE ………………………….. ………………………….. …… 5
1.1 Microhidrocentrale . ………………………….. ………………………….. ………………………….. 5
1.2 Avantajele automatizarii . ………………………….. ………………………….. ………………….. 5
CAPITOLUL 2. CONDUCEREA SISTEMELOR HIDROENERGETIC E DE
MICA PUTRER E………………………………………………………………………………………….. ..6
2.1. Structura unei microhidrocentrale ………………………….. ………………………….. …… 6
2.1.1 Lac de acumulare ………………………….. ………………………….. …………………. 6
2.1.2 Baraj ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……….. 6
2.1.3 Priza de apa ………………………….. ………………………….. …………………………. 6
2.1.4 Aductiune ………………………….. ………………………….. ………………………….. … 6
2.1.5 Castelul de echilibru ………………………….. ………………………….. …………….. 7
2.1.6 Turbine hidraulice. ………………………….. ………………………….. ………………. 7
2.1.7 Generatoare electrice ………………………….. ………………………….. …………… 8
2.1.8 Dulap de comanda si forta ………………………….. ………………………….. ……. 8
2.1.9 Dulap de automatizare ………………………….. ………………………….. …………. 9
– Instalatii de compensare a factorului de putere ………………………….. … 9
-Sisteme de comunicatii si control ………………………….. ……………………. 10
2.2. Principiul de functionare al unei microhidrocentrale ………………………….. …… 11
2.3. Funcții de comanda si reglare intr -o microhidrocentra ………………………….. … 12
2.3.1 Reglarea automata de frecventa ………………………….. ……………………… 13
-Necesitatatea si avantajele regalarii frecventa putere activa ……… 14
-Principiul RAF -P ………………………….. ………………………….. …………….. 14
-Tipuri de reglaj ………………………….. ………………………….. ……………….. 15
2.3.2 Reglarea si monitorizarea nivelului in lac ………………………….. ………… 16
2.3.3 Reglarea presiunii in circuitul hidraulic ………………………….. ………….. 16
-Aparate de reglare si control ………………………….. ………………………… 18
-Reglarea rezistiva ………………………….. ………………………….. ……………. 18
2.3.4 Sisteme de comanda pentru pornirea sau oprirea hidroagregatului 19
2.3.5 Protectia circuitului hidraulic ………………………….. ………………………….. 20
-Protectia maximala ………………………….. ………………………….. …………. 21
-Protectia diferentiala ………………………….. ………………………….. ………. 22
2.3.6 Sisteme de comanda pentru alimentarea cu apa ………………………….. . 22

4
CAPITOLUL 3. CONDUCEREA PROCESELOR CU AUTOMATE
PROGRAMABILE ………………………….. ………………………….. …………………………. 23
3.1 . Definitii Atutomate programabile …………. ………………………. …………………. …….. ………. 23
3.2. Automate programabile structura si functionalitatea ……………………….. ………………… 23
3.2.1 Modul de actionare al unui automat programabil ………………………… 26
3.2.2 Com ponentele unui automat programabil ………………………….. ……….. 27
– Sursa de tensiune ………………………….. ………………………….. ………….. 27
– Unitatea centrala ………………………….. ………………………….. ………….. 27
– Module de intrare , iesire ………………………….. ………………………….. . 28
– Unitatea de stocare a informatiei ………………………….. ……………….. 28
– Zona de memorie ale automatului programabil ………………………. 28
3.2.3 Module de extensie ………………………….. ………………………….. ………………. 30
3.3. Limbaje de programare a unui automat programabil ……………….. …………………. …….31
– Bobine ………………………….. ………………………….. ………………………….. 31
– Temporizatoare ………………………….. ………………………….. …………….. 31
– Numaratoarele ………………………….. ………………………….. ……………… 32
– Blocuri funct ionale ………………………….. ………………………….. ………… 33
CAPITOLUL 4 .STUDIU DE CAZ COMANDA PENTRU O
MICROHIDROCENTRALA
4.1. Echipamentul de simulare ………………………….. ………………………….. ……………… 14
4.2. Cerin țe și restricții pentru protectia admisiei ………………………….. ……………… 15
4.3. Proeictarea schemei de comandă ………………………….. ………………………….. ……. 16
4.4. Implementare și testare ………………………….. ………………………….. ………………….. 17
CONCLUZII ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……… 18
BIBLIOGRAFIE: ………………………….. ………………………….. ………………………….. . 19

5
CAPITOLUL 1.INTRODUCERE

1.1 Microhidrocentrale sau Hidrocentrale de mica putere.
Centralele hidroelectrice ut ilizează energia hidraulică a râ ului pentru producerea energiei
electrice.
O microhidrocentral ă sau o centrala hidroelectrică de mică putere este o hidrocentrala cu puteri
pâna in 10MW , ele asigur ă alimentarea cu energie el ectrica pentru o comunitate mică sau
pentru o industrie in zone izolate de retea.
Microhidrocentralele se construiec in locuri special amenajate unde potențialul hidroenergetic
ating valori medii in decursul unui an.
Principalele tipuri de microhidrocentrale sunt:
-Centralele hidroelectrice de mic ă putere cu derivație mixtă;
-Centralele hidroelectrice de mic ă putere cu derivație canal;
-Centralele hidroelectrice de mică putere cu derivație cu conductă;
-Centralele hidroelectrice de mică putere la piciorul barajului;
1.2 Avantajele automatizării în microhidrocentrale permit un grad înalt de automatizare, astfel
încât să asigure în mod automat următoarele acțiuni:
-Pornirea și oprirea automată de la distanță sau printr -un programator orar local, pentru
asigurarea cerințelor de putere activă sau reactivă în sistemul energetic, alegerea numărului
optim de agregate în funcțiune pe o am enajare hidroenergetică și repartiția economică a sarcinii
între agregate cu reducerea timpilor de funcționare în gol;
– Pornirea rapidă a grupului hidroenergetic, realizarea operațiilor de sincronizare și cuplare la
sistemul energetic, fără a fi nevoie de pregătiri suplimentare de ordinul orelor precum în
cazurile grupurilor termoenergetice, fapt ce asigură încărcarea rap idă la puterea nominală pentru
acoperirea cerințelor strigente de putere în sistemul energetic, în caz de oprire accidentală a
altor grupuri, fără sacrificarea nivelului de frecvență;
– Evitarea funcționării în gol a hidroagregatelor, diminuându -se consum ul energetic al
instalațiilor de servicii proprii, grupul putând fi repornit, atunci când este nevoie într -un timp
extrem de scurt comparativ cu grupurile termoenergetice;
– Sistemele de protecție și control automat al grupurilor hidroenergetice permit de tectarea în
timp util a abaterilor de la regimul nominal de funcționare și asigură punerea în funcțiune a
echipamentelor de rezervă sau scoaterea din funcțiune a echipamentului afectat cu evitarea
avariilor;
– Începerea rapidă a grupului hidroenergetic, r ealizarea operațiunilor de sincronizare și cuplare
la sistemul energetic

6
Capitolul 2. CONDUCEREA SI STEMELOR HIDROENERGETICE DE
MICĂ PUTERE
2.1 Structura unei microhidrocentrale

2.1.1 Lacul de acumulare
Un lac de acumulare este un lac artificial, creat printr -un baraj care reține apa unui curs de rau
resprectiv, situat în amonte de o hidrocentrala de mica putere în scopul formării unei rezerve de
apă necesară producerii energiei, dar și pentru alimentarea cu apă a unor localități și pentru
diferite folosințe turistice, precum și pentru regularizarea debitului apei în aval.
În afară de folosința energetică, lacul de acumulare poate folosi la irigații, alimentări cu apă,
agrement precum si alte intrebuintari .
2.1.2 Barajul
Barajele sunt constructii hidrotehnice. Ele se gasesc situate transversal cursului de apa si au
rolul de a ridica si controla nivelul apei in amonte . Alt rol consta in controlarea debitului de
circulatie al apei pe raul sau fluviul respectiv.

2.1.3 Priza de apa
Serveste la trecerea apei din rau sau lac in canalul sau conducta de aductiune. In acelasi timp
aceasta mai trebuie sa realizeze inchiderea si deschiderea accesului la aductiune, limitarea
patrunderii aluviu nilor si oprirea corpurilor plutitoare, pentru care se prevede cu urmatoarele
accesorii:
· dispozitiv de inchidere;
· gratare pentru oprirea corpurilor plutitore;
· praguri pentru oprirea aluviunilor
2.1.4 Aducțiunea
Reprezintă galeria situată sub nivelul minim din lacul de acumulare prin care se preia apa din
lac și se transportă spre centrala electrică.Aducțiunea conține galeria forțată și conducta forțată.
Galeria forțată poate fi din beton sau din beton blindat cu blindaj metallic.
Conducta for țată poate fi din beton, sau conductă metalică, fiind amplasată de obicei după nodul
de presiune, din considerente de siguranță. Ea se termină la peretele centralei cu un distribuitor
cu un număr de ieșiri egal cu numărul turbinelor.

7
2.1.5 Castelul de echilibru
Este o construcție de siguranță a amenajării și are rolul de a prelua fluctuațiile majore de nivel
din sistem și de a le atenua astfel încât să nu ajungă să producă catastrofe sau pierderi
ireparab ile în instalațiile amenajării.
Casa de vane are rol de siguranță, reglaj și întreținere a aducțiunii și este compusă dintr -o
construcție care conține cel puțin două vane amplasate pe conducta de aducțiune.
La oprire, cand vanele turbinelor se inchid, energia cinetica a maselor de apa in mis care se
transforma in energie potentiala, ceea ce ar determina cresterea brusca a presiunilor pozitive in
partea finala a traseului, in special pe conducta fortata, punand in pericol rezistenta acesteia;
existenta castelului de echilibru, in care la partea superioara presiunea este cea atmosferica,
ofera posibilitatea ridicarii apei pana la un nivel pentru care se obtine un echilibru intre forta
hidrostatica si cea de inertie.
In cazul cand nu ar exista castelul de echilibru, la oprirea brusca a turbinei, i ntreaga masa de apa
in miscare, transformandu -si energia cinetica in energie potentiala ar determina o crestere
puternica a nivelului presiunii in partea finala a conductei fortate; unda de suprapresiune astfel
formata se reflecta propagandu -se invers pe a ductiune, determinand eforturi deosebit de mari in
conducta fortata si in tunel, punand in pericol integritatea acestora. Daca castelul de echilibru
protejeaza canalul de aductiune impotriva loviturilor de berbec la oprirea turbinei, el nu poate
proteja co nducta fortata, aceasta fiind amplasata in aval de acesta.
2.1.6 Turbine Hidraulice
O microhidrocentrala poate utiliza mai multe tipuri de turbine. Principalele tipuri de turbine
care sunt utilizate intr -o microhidrocentrala sunt:
-Turbina Kaplan este una dintre cele mai eficiente tipuri de turbine cu apă cu reacție cu debit
axial, Ele sunt folosite în salturi mici în înălțime și în fluxuri mari.
-Turbina Francis utilizează energia potențială și cinetică a apei și transformă în energie
mecanică prin rotația axei. Această turbină utilizează fluxul axial și radial al apei pentru a
converti energia, deoarece apa intră în turbină prin fluxul radial și iese prin fluxul axial al
turbinei. Din cauza căruia se mai numește și turbină cu debit mixt
-Turbina Pelton este una dintre cele mai eficiente tipuri de turbine hidraulice. Este o
turbomasina cu motor, cu debit tangențial (transversal), admisie parțială și acțiune. Se compune
dintr -o roată echipată cu linguri în periferie, care sunt special re alizate pentru a converti energia
unui jet de apă care cade pe linguri.

8

Fig 2 Diagrama turbine
2.1.7 Generatoare Electrice
Generatorul electric este un dispozitiv care transformă energia mecanică în energie electrică
Principiul pe care se bazează generatorul electric este principiul inducției electromagnetice,
acesta se refera la tensiunea electromotoare indusă pe o curba închisă (Γ) care este este egală cu
minus viteza de variație în timp a fluxului magnetic prin orice suprafață deschisă mărginită de
curba închisă (Γ).
Exprimarea sa printr -o formulă este :

(2.1)
ε – reprezinta tensiunea electromotoare
Φ – reprezinta fluxul magnetic
2.1.8 Dulap de comanda si forta
Dulapul de comandă si fortă au rol de a protecție si gazduire a componentelor principale de
conectare precum și deconectare a generatorului de la rețea cu ajutorul intreruptorului automat ,
rol de a proteja la supratensiune componentele electrice precum si cele electronice legate direct ,
in acest dulap prin descarcat ori si siguranțe automate.
In alcatuirea dulpurilor de comanda si forta intra intraductorii de curent și tensiune , traductorii
de temperatură și ventilatorul de racire. De asemenea in componența sa intra si PLC -ul pentru

9
citirea senzorilor si comanda di verselor componente, module analogice , pentru citirea
temperaturilor la nivelul turbinei precum si la nivelul generatorului.
2.1.9 Dulap de automatizare
Este destinat achiziției de echipamente care realizează ansamblul funcțiilor de automatizare
descarca rii automate de tensiune (DAS -U) , descarcarii automate de frecventa (DAS -f) și
anclasarii automate a alimentarii de rezerva (AAR ) precum si alte automatizari.
Descarcarea automata de tensiune. (DAS -U)
Pentru a se evita scaderea majora a tensiunii de alimentare a consumatorilor cu consecinte grave
asupre stabilitatii de functionare se recurge la sacrificarea unor categorii de consumatori
Intrucat scaderea tensiunii se poate datora si scurtcircuitelor , nu apare necesitatea sacrificarii
imediate a unor consumatori.

Descaracarea automata de frecventa (DAS -f)
Atat timp cat intr -un sistem se pastreaza egalitatea dintre puterea activa generata si cea
consumata , frecventa in sistem ramane la valoarea normala sau de consemn f 0 = 50 Hz. La
conectarea unor sarcini mari sau deconectarea unor surse carora rezerva de putere turnanta din
sistem nu le poate face fata , frecventa scade. Daca frecventa scade pana la o valoare minima
numita si frecventa critica de circa 45 de Hz , se produce asa numita avarie genera lizata in
sistem care antreneaza pe langa deficitul de putere activa si unul de putere reactiva ca urmare a
reducerii tensiunii la nodurile generatoare , echipate cu excitatoare rotative si care sunt sensibul
influentate de variatia frecventei si atunci si ngura solutie este sacrificarea unor consumatori,
esalonata in trepte.

Anclasarea automata a rezervei (AAR)
Prin AAR se intelege totalitatea dispozitivelor care in cazul deconectarii din orice cauza a
alimmentarii normale sau de serviciu determina conecta rea automata a alimantarii de rezerva. O
alimentare de rezerva poate fi ocmuna pentru mai multe alomentari de serviciu, urmand a fi
conectata automat pentru inlocuirea elementului iesit din functiune , cat mai repede posibil

 Instalatii de compensare a fa ctorului de putere
Una din caile de conservare a resurselor energetice o reprezinta imbunata țirea factorului de
putere. Un factor de putere ridicat reduce circulația de putere reactivă din centralele electrice
spre consumatori, micsorand pierderile de ener gie electrică pană la un nivel minim determinat
de consumul tehnologic propriu.
Avem ca rezultat o crestere a randamentelor instalațiilor de transport, transformare si distributie
a energiei electrice, a siguranței de funcționare si o mai buna utilizare a rețelei electrice prin
reducerea puterii aparente cu care este incarcată.

10

Consecințele unui factor de putere redus se concretizează prin creșterea de pierderi de putere
activă, creșterea pierderilor de tensiune in retele, slăbirea capacitaților instal atiilor electrice
precum si necesitatea unor investiții suplimentare.

Instalațiile de compensare a factorului de putere realizeaza compensarea energiei electrice
reactive consumată de receptoarele inductive pentru obtinerea unui factor de putere.

Introducerea compensării factorului de putere reprezintă una din măsurile tehnice de
imbunatațire a funcționarii instalatiilor electrice, avand ca rezultat reducerea costurilor cu
energia electrica eliminând consumul de energia reactivă si creandu -se astfel si o rezerva de
putere activa.
 Sisteme de comunicatii si control
SCADA reprezintă o arhitectură a sistemului de control care utilizează calculatoarele,
comunicații de date în rețea și interfețe grafice de utilizator pentru gestionarea de supraveghere
a proceselor la înalt nivel, dar utilizează alte dispozitive periferice, cum ar fi controlerele logice
programabile și controlerele PID discrete instalații sau mașini de procesare

Functiile principale ale sistemel or SCADA:
-Supravegherea si controlu l – de la distanta al instalatiilor si retelelor electroenergetice.
In acest scop, se realizeaza: culegerea de informatii asupra starii sistemului energetic,
prin intermediul interfetelor de achizitie corespunzatoare; transferul informatiilor catre
punctel e de comanda si control; comanda de la distanta a proceselor electroenergetice;
înregistrarea modificarilor semnificative ale procesului controla
-Alarmarea. Sistemul recunoaste starile de functionare necorespunzatoare ale
echipamentelor si retelelor electrice
-Analiza post avarie. Sistemul întretine un istoric al modificarii starilor echipamentelor
si retelelor electrice, punând la dispozitia dispecerului informatiile necesare unei analize
pertinente a evenimentelor petrecute. Toate evenimentele sunt memorate alaturi de
localizarea lor în timp si spatiu, fiind prezentate dispecerului, în general, în ordine
cronologica, grupate pe categorii de instalatii
Informarea de ansamblu a dispecerului asupra topologiei si starii sistemului energetic
condus, prin intermediul interfetelor om -masina
-Urmarirea încarcarii retelelor. În scopul optimizarii functionarii retelelor electrice, este
memorata evolutia circulatiilor de puteri. Aceste informatii pot asista la o mai buna
planificare a resurselor, precum si a sc hemelor retelei si a reglajelor tensiunii
transformatoarelor.
-Planificarea si urmarirea reviziilor si reparatiilor în scopul evitarii caderilor.
Monitorizarea evolutiei functionarii diferitelor echipamente ofera informatii care,
analizate corespunzator p ot duce la necesitatea reviziilor / reparatiilor acestor
echipamente sau instalatii.

11

2.2 Principiul de functionare a microhidrocentralei.
Printr -un baraj de acumulare a apei pe cursul unui râu unde poate fi prezentă o cascadă, se
realizează acumulare a unei energii potențiale, ce se transformă în energie cinetică prin rotirea
turbinei hidrocentralei. Această mișcare de rotație va fi transmisă mai departe printr -un angrenaj
de roți dințate generatorului de curent electric, care prin rotirea rotorului ge neratorului într -un
câmp magnetic, va transforma energia mecanică în energie electrică.
Puterea pe care o hidrocentrală o poate produce depinde de cădere, de exemplu în ălțimea H [m]
de la care vine apa (Fig 2.2 ) și de debitul de apă turbinat Q [m3/s].Căderea determină energia
potențială disponibil ă al unui amplas ament. Debitul râului reprezintă volumul de apă [m3] care
trece printr -o secțiune transversală a râului într -o secund ă.
Puterea brut ă teor etică (P [kW]) disponibilă poate fi apoi calculată folosind o relație
simplificat ă:
P = η x g x ρ × Q × H [kW] (1.3)

Fig 2.2 Schema de functionare a unei microhidrocentrale
Totu și, întotdeauna se pierde energie atu nci când aceasta este convertită dint r-o form ă în alta.
Turbinele mici de apă au rareori randamente mai mari de 80%. Pute rea va fi, de asemenea,
pierdută în conducta prin care circulă apa către turbin ă din cauza pierderilor prin frecare.

12

Fig 2.3. Microhidrocentrala situata pe firul apei -componente .

2.3 Funcții de comandă și reglare intr -o microhidrocentrală
Principalele contributii in automatizarea unei microhidrocentrale sunt:
-Controlul automat al vitezei și / sau ieșirea grupului de putere, cunoscut ca sisteme automate
de control al vitezei (SRAV).
– Controlul automat al vitezei și / sau ieșirea grupului de putere, cunoscut ca sisteme automate
de control al vitezei (SRAV).
– Sistem de reglare automată a excitației generatoarelor sincrone (SRAE)
– Sisteme de monitorizare a niveluri lor apei și a debitelor în diverse puncte ale amenajării
hidroenergetice
– Sisteme de comandă de la distanță a vanelor și stăvilarelor
– Sisteme de frânare/ridicare automată a rotoarelor hidroagregatelor
– Sisteme de ungere automată a lagărelor hidroagrega telor
– Sisteme de detecție și stingere automată a incendiilor
– Controlul nivelului apei în rezervorul de stocare și al debitului de turbionare, în funcție de
cerințele instalației.
– Protecția grupului hidroenergetic la defecțiuni și defecte, fie pe par tea electrică, fie pe partea
hidraulică.

13
Dezvoltarea sistemelor digitale permite în prezent implementarea unor funcții suplimentare în
sistemele de control ale microhidrocentralelor , în scopul creșterii eficienței în exploatarea
resurselor hidroenergetice și a producerii de energie electrică.
Printre aceste funcții suplimentare se menționează:
– Optimizarea întregului sistem pentru a asigura disponibilitatea și eficiența ridicată a grupului
hidroenergetic pentru a reduce costurile generării de energie.
– Optimizarea pe termen lung a ansamblurilor centralelor hidroelectrice care operează pe același
flux pentru a obține generarea maximă de energie.
– Controlul general al echipamentului pentru centrale electrice și monitorizarea funcționării de
la un dispe cer local sau central.
– Începerea / oprirea automată a telecomenzii și alegerea numărului optim de unități în
funcțiune.
Structura și funcțiile sistemelor de deplasare depind de o serie de factori cum ar fi tipul de
centrale electrice, capetele nete, fl uxurile de turbine, tipurile de turbine, producția grupurilor de
putere și clasificarea acestora în hidrocentrale și în sistemul energetic.

2.3.1 Reglarea automata de frecvenț a
Frecvența – parametru global cu valoare unică în SEE, constituie un indicator al echilibrului
dintre puterile a ctive produse și cele consumate
Obiectivul RAf -P: f=ct=50 Hz (ENTSOE)
Factorul perturbator din punct de vedere al reglarii frecventei in SEE este pertubratia de putere
activa. Abaterile admisibile de frecventa admise de normele de exploatare a instalatiilor SEE
sunt numai de Δf =(±) 0.2 Hz deci cu mult mai reduse decat abaterile admisibile ale tensiunii.
Rezulta , pentru o frecventa nominala de f 0 = 50 Hz , abaterile maxime de frecventa
|Δf/ f0|≤0.4% ,conditie imposibila de indeplinit in absenta reglajului de frecventa – putere activa
Daca puterea generata este egala cu puterea consumata , frecventa ramane constanta
(2.2)
Daca puterea generata este mai mica decat puterea consumata , frecventa scade
(2.3)
Daca puterea generata este mai mare decat puterea consumata , frecventa creste
(2.4)

14
 Necesita tea si avantajele reglarii frecvența – putere activă in SEE
Cerința menținerii frecvenței într -un domeniu dat este impus de consecințele defavorabile pe
care abaterile de frecvență le au asupra funcționării consumatorilor, dar și asupra sistemului
electroenergetic în ansamblul său, dintre care se menționează:
• variații de viteză ale mașinilor electrice (inclusiv ale celor aferente serviciilor proprii din
centrale);
• creșterea curenților de magnetizare ai motoarelor și transformatoarelor electrice;
Avantajele introducerii reglării automate a frecvenței și p uterii activ e sunt următoarele:
-eliminarea variației de productivitate la consumatorii de energie electricăreducerea fluctuației
pierderilor în sistem
-creșterea randamentului instalațiilor și a sistemului în ansamblu
-evitarea fenomenului de ’’avalanșă frecvență -tensiune’’ în sistem
– reducerea erorilor aparatelor de automatizare, în special a celor pe bază de inducție, cum sunt
contoarele de energie.
-asigurarea calității energiei electrice produsă și livrată consumatorilor din SEE.
Variatia in frecventa a sistemulu i Δf este definita în relatia următoare, în care fn este frecventa
nominala, iar f este frecventa sistemului:
(2.5)
Caracteristica putere -frecventa a retelei este raportul dintre abaterea de putere ΔPa care a cauzat
perturbatia si abaterea de frecventa Δf cauzata de perturbatie (deficitele de putere sunt
considerate ca valori negative):
(2.6)

 Principiul RAFP

Fig 2.4 Schema de functionare

15
– variază turația și frecvența, ca o consecință a variației puterii totale;
– intervin regulatoarele automate de viteză (RAV) ale turbinelor care au caracteristici de reglare
statice pozitive și care modifică admisia de agent motor la turbinele de antrenare;
– se schimbă repartiția puterilor active pe agregatele în paralel; – se stabilește o noua turație
echivalentă diferită de 50 Hz;
– intervine acum RAf care are caracteristica de reglare astatică și care deplasează simultan
caracteristicile turație -putere ale regulatoarelor de turație ale turbinelor prin translatare,
restabili nd frecvența
 Tipuri de reglaj
 Reglajul primar
-Distribuit intr -un numar fix de centrale
-Actiune centralizata si automata, actionand numai in zona perturbata
-Timp de actiune 30 sec  15 min
-Rezerva program ata, dispusa de dispecer
-Este bazat pe principiul nonintervenției : dezechilibrul de putere se compensează numai
de zona în care a apărut;
-Trebuie să aibă disponibilitate maximă ;
-Acționează la abateri în intervalu
 Reglaj Secundar
-Distribuit intr -un numar fix de centrale
-Actiune centralizata si automata, actionand numai in zona perturbata
-Timp de actiune 30 sec  15 min
-Rezerva programata, dispusa de dispecer
-Este bazat pe principiul nonintervenției : dezechilibrul de putere se compensează numai
de zona în care a apărut;
-Trebuie să aibă disponibilitate maximă ;
-Acționează la abateri în intervalul [±20, ± 200] mHz
 Reglajul ter țiar
-Dispus de dispecer din ca pacitatile programate
-Timp de actiune de la 1 minut la 30 min / 8 ore (lenta)
-Refacerea rezervele secundare după activarea reglajului secundar
-Distribuirea optimă a rezervei de reglaj secundar

16
2.3.2 Reglarea si monitorizarea nivelului in lac
Reglare a nivelului apei in lac are o importanta deosebita . Aceasta trebuie sa se realizeze pentru
a se asigura pe o perioada nedeterminata un debit constant , pentru o functionare continua a
microhidrocentralei.
Funcționarea sigură și economică a centralei implică și cunoașterea nivelului apei în circuitul
hidraulic dintre lacul din amonte și lacul sau zona de evacuare și anume:
– nivelul apei în amonte de baraj, în camerele de încărcare (sau castelul de echilibru), la prize și
verificarea încadrării acesto ra în limitele minime și maxime stabilite pentru regimul de
funcționare al centralei. Acest lucru este necesar pentru prevenirea unor inundații (interne sau
externe centralei) și pentru evitarea fenomenelor de aspirație de aer în turbină;
– nivelul apei î n amonte și aval de microhidrocentral ă în scopul asigurării exploatării optime a
centralei (asigurarea căderii nete maxime) și pentru regularizarea cursului captării în situații
metereologice critice (ploi sau secetă). Controlul nivelului apei în diversele puncte ale centralei
se realizează prin comanda manuală sau automată a vanelor și stăvilarelor montate la turbină și
la deversor. Măsurarea nivelului apei în diverse puncte ale circuitului apei se realizează cu
traductoare de nivel realizate cu flotor, im ersor, senzor de presiune hidrostatică sau emițător
receptor de ultrasunete.
Adaptorul traductorului asigură conversia semnalului senzorului de nivel în semnal electric
analogic sau numeric ce se transmite la distanță, la indicatoarele din tabloul de coma ndă și la
sistemele de reglare, semnalizare și protecție.
În literatura de specialitate și în documentația tehnică, aceste traductoare sunt denumite
telelimnimetre. Transmisia la distanță a semnalului se poate realiza prin cablu separat, prin
curenți purt ători de înaltă frecvență utilizând ca suport liniile de medie sau înaltă tensiune ale
amenajării hidroenergetice, semnale radio sau GSM pentru transmisii la distanțe mari pentru
centralele izolate.
2.3.3 Reglarea presiunii in circuitul hidraulic
Aparataju l folosit petru reglarea presiunii poartă denumirea de supape si relee de presiune.
Acestea au rolul de a influenta presiunea dintr -un sistem sau dintr -o parte a unei instalatii.
Reglarea presiunii se realizeaza prin modificarea cantitatii de lichid ce tre ce prin supapă la
deschiderea sau la inchiderea acesteia in funcție de presiune.
Parametrii principali ai supapelor sunt: presiunea maximă p max , deschiderea nominală D n , iar
unele supape ce indica valoarea presiunii externe de comanda sau pilotare.
O sup apă are un organ mobil care poate fi sferic , conic sau cilindric. Acest element mobil notat
cu 1 in figura este apasat pe scaunul supapei de un arc 2.

17

Fig 2.5 Aparat reglare presiune
Presiunea de sistem determină asupra elementului de inchidere o fortă care acționează contra
fortei arcului. Cand sporeste presiunea creste si această forță. Daca forța presiunii depaseste pe
cea a arcului , elementul se deplasează contra arcului si deschide legatura ,lichidului in plus se
introarce la rezervor. Supapele si milare constructiv pot sa indeplineasca roluri functionale
diferite conform comenzii si legarii lor in circuit. Astfel , daca elementrul de inchidere in pozitia
neacționată nu permite trecerea lichidului prin supapa , aceasta este normal inchisa iar daca
permite trecerea lichidului prin supapa in pozitie neactionață , se numesc normal deschise si se
inchid la o anumită valoare a presiunii , mai mare..
Comanda elementurlui mobil al supapei poate fi realizată direct asupra acestuia catre presiunea
lichidului , caz in care supapa este comandată direct sau prin intermediul unui element secundar
care comanda elementul mobil – caz in care supapa este comandată pilotat.
Dupa rolul funcțional supapele si deversoarele se clasifica astfel:
 Supape de presiune , de sigur antă
 Supape de raport de presiune;
 Supape de conectare si de deconectare;
 Supape de reținere si contrapresiune;
 Supape de reducție;
 Relee de presiune;

Fig 2.6 Supape de presiune

18
 Aparate de reglare si control
Viteza motoarelor hidraulice variază linia r cu debitul de alimentare al acestora.
Modificarea debitului licihdului de lucru se poate realiza prin doua metode:
 Prin modificarea debitului pompei (metoda volumica);
 Pin variatia rezistentei locale in conducta de circulatie a fluidului (reglarea rezistiva)
Metoda volumică de reglare a vitezei se aplică in sistemele de acționare prevazute cu pompe
volumice cu debite variabile . Se recomandă pentru acționari cu puteri mari care necesită un
domeniu larg de reglare a debitelor.
 Reglarea rezistiva
Acea stă reglare se aplică la pompele cu debit constant si in cazul puterilor mici , sub 10kW. Din
debitul asigurat de pompa unui sistem de acționare o parte se intoarce la rezervor datorită
supapei si o parte mai mare intra in motor.Pentru reglarea debitului care intra in motor si deci a
vitezei acestuia se introduce in circuit o rezistenta reglabilă numit drosel ca in figura urmatoare.

Construcția acestor drosele este apropiată de cea a unor robinete sau sertare care permit variatia
secțiunii de trecere a fluidului. Există multe variante constructive cu ac, cu fanta , cu crestatura
transversală si cep, cu canale elicoidale etc. Reglarea deitului cu drosele se face cu atat mai
precis cu cat variația sectiunii de trecere a fluidului va fi mai fină. In figură este reprezentat
simbolul unui drosel variabil (a), simbol unui drosel cu rezistentă fixă 1a care permite trecerea
liberă a lichidului intr -un sens si care realizează reglarea debitului doar in celalat sens (b) si
simbolul unui drosel de cale cu rezistentă variabilă (c). Cel mai simplu drosel este cel cu ac
Regulatoarele de debit sunt elemente hidraulice care au rol de a regla debitele in instalațiile
hidraulice si care , spre deosebire de drosele mentin constanta valoarea debitului reglat ,
sindiferentindi ferent de variatia sarcinii asupra mecanismului actionat hidrauluc.
indiferent de variația sarcinii asupra mecanismului acționat hidraulic. Pentru asigurarea acestei
condiții droselul trebuie sa functioneze cuplat cu o supapă.
Regulatorul de debit cu doua cai reprezintă o combinație dintre o rezistenta hidraulică si o
supapă normal deschisă de stabilizare , legate in serie si inglobate in aceeași construcție.

19
Regulatorul de debit se montează atat pe admisie cat si pe evacuarea motorului hidraulic
deservit.
Regulatorul de debit cu trei cai reprezintă o combinatie dintre o supapă normal inchisă de
stabilizare si un drosel legat in paralel si inglobate in aceeași construcție.
2.3.4 Sisteme de comandă pentru pornirea sau oprirea hidroagregatelor
Pentru restabilirea frecventei in cel mai scurt timp posibil si reducerea deficitului de putere
activa in sistem , este util sa se realizeze pornirea automata comandata pe trepte a unor
hidroagregate cu o schema de principiu.

Schema porneste la scaderea frecventei sub valoarea reglata de 48.5 -49 Hz si permite o pornire
esalonata pe transe a hidrogeneratoarelor realizate prin schema de comanda 1CR , 2CR , 3CR,
4CR si cu valori de timp intre 0.5 si 2 minute. Astfel , la scaderea de frecventa RF ; si se exci ta
releul de timp 1RT care is comuta contactele: dehide 1RT1, si inseriaza cu bobina lui 1RT si o
rezistenta pentru stabiliarea termica R si se inchide temporizarea reglata de 0.5 secunde
contactul 1RT2.
Se excita releul intermediar 1RI care isi comuta con tactele 1RI1…1RI3. Prin inchderea
contactelor 1RI1si 1RI2, se porneste un cronometru electric ccu motor sincron M care
realizeaza trepte de temporizare intre 10 si 120 dsecunde.
Totodata se inchide 1RI3 prin care se aplica curentul operativ la bareta pri mei transe de pronire
, se excita 1RIF care inchide 1RIF1 si 1RIF2, transmitand impulsul de pornire in circuitele care
comanda primele doua hidroagregate. In continuare , se obin combinatii cu temporizari pana la
120 secunde ,la inchiderea contactelor 2RT2 , 2RT3 , 2RT4 si prin care se comanda inchiderea
treptata a circuitului de pornire HG

20
2.3.5 Protectia circuitului hidraulic
Datorită presiunilor hidrostatice sau dinamice mari pot apare spargeri ale conductei forțate sau
ale galeriei de aducțiune.
Aceste spargeri pot aduce avarii importante în microhidrocentrala sau în amenajarea
hidroenergetică.
Monitorizarea are rolul de a declanșa sistemul de protecție ce va bloca accesul apei în conducta
forțată prin închiderea vanei din nodul de presiune și/s au în galeria de aducțiune, prin închiderea
vanei poartă sau a batardoului de la intrarea în galerie ( Fig 2. 7).
Pentru asigurarea acestei protecții sunt necesare măsurători ale debitelor în conducta forțată și
galeria de aducțiune și a presiunilor în dive rsele puncte ale traseului hidraulic și compararea lor
cu valorile precalculate sau măsurate în diverse regimuri de lucru a hidroagregatelor.
Trebuie să se țină cont de faptul că uzual pot exista două sau mai multe grupuri hidroenergetice
alimentate din a ceeași conductă forțată.

Fig 2.7 Sistem de actionare si de masura pentru circuitul hidraulic al microhidrocentralei

Aceste grupuri pot fi în stare oprită, pornire și mers în gol până la realizarea sincronizării și
cuplarea la SEN, funcționare în plină sarcină, funcționare în regim de aruncare de sarcină
(decuplare bruscă de la SEN în regim de avarie) și în regim de compensator sincron.
De asemenea, se are în vedere faptul că fiecare grup se poate afla, independent de celelalte în
oricare din aceste reg imuri. Pentru proiectarea sistemului de protecție se stabilesc treptele de
activare a protecției în funcție de debitul de apă în conducta forțată.
Se va prezenta ca exemplu un sistem hidroenergetic pentru o microhidrocentrala cu 2
hidroagregate.
Se determină debitul Q s existent în conducta forțată atunci când ambele grupuri sunt în
funcțiune la sarcină nominală.

21

Treptele de declanșare a protecției se vor stabili astfel:
Q1 = (0 ÷ 0,33)Qs , pentru grupurile 1+2 oprite
Q2=(0.33 ÷ 0.66) Qs , pentru un grup în funcțiune și unul oprit
Q3 = ( 0.66 ÷ 1.2)Qs , pentru ambele grupuri în funcțiune
Q4 >1.2Qs , pentru orice situație
Pentru realizarea protecției se măsoară permanent turația și puterea activă a grupului și se
determină regimul în care se află acesta, iar sistemul de protecție stabilește debitul de
comparație Q1, Q2, Q3, sau Q4. Se compară debitul real Q măsurat în nodul de presiune cu
valoarea Qi stabilită anterior și sistemul de protecție decide integrit atea sau nu a conductei
forțate.
Sistemul de protecție la spargerea conductei forțate este format din două subsisteme: sistemul
de protecție maximală și sistemul de protecție diferențială.
 Protecție maximală .
În funcție de tipul de turbină folosit , se poate determina debitul turbionat în funcție de puterea
electrică debitată de grupul hidroenergetic și turația turbinei.
Protecția maximală se bazează pe acest principiu, conform schemei hidraulice din figura 2.2.5a
Cu un traductor de presiune diferenția lă se măsoară debitul total prin galeria forțată înainte de
vana principală a conductei forțate. Se măsoară, de asemenea turația fiecărei turbine cu un
traductor de turație și puterea activă debitată în rețea de generator.
Aceste semnale se introduc într -un bloc de calcul ce permite determinarea debitului turbionat
prin turbină.
Blocul sumator Σ 1 realizează suma debitelor Q 1 și Q n turbionate prin turbinele cuplate la
aceeași conductă forțată. Semnalul sumă se compară în blocul de scădere Σ 2 cu debitul t otal dat
de traductorul de debit TF din conducta forțată.
În cazul în care la ieșirea blocului diferențial abaterea este mai mare decât o valoare impusă,
blocul comparator activează circuitele de semnalizare a operatorilor și se comandă închiderea
vanei p rincipale de admisie a apei în conducta forțată și respectiv oprirea grupurilor.

22
Fig 2.8 Protectie maximala si diferentiala la spargerea conductei.
 Protecția diferențială
Această protecție se aplică atât la conducta forțată cât și la galeriile de aducțiune. În acest caz se
montează un traductor de debite în amonte TF și unul în aval de zona controlată TF1.
Un element de scădere Σ 3 realizează diferența semnalelor celor două traductoare, diferența este
nulă în cazul normal de funcționare .
În cazul în care diferența este mai mare decât o valoare impusă se activează blocul comparator
care semnalizează preventiv personalul iar dacă această diferență persistă se comandă
închider ea vanelor VI din amonte de circuitul de conductă controlat și apoi se declanșează
procedurile de oprire a grupurilor. Schema se poate combina cu schema de protecție maximală
așa cum se observă în figura 2.2.5

2.3.6 Sisteme de comandă pt alimentarea cu apă
Un sistem de alimentare cu apă se compune, in general, dintr -un rezervor colector și doua sau
mai multe pompe situate în zona unei surse de apă
Apa este pompată de aceste pompe și printr -un sistem de conducte este trimisă spre bazinul
colector.
De cele mai multe ori pompele se află la o distanță suficient de mare care nu permite să fie
legate prin cablu de comandă cu bazinul colector.
Acest lucru face imposibilă comanda lor prin metoda clasică. Astfel a apărut necesitatea ca
pompele să fie comandat e prin unde radio sau, mai nou, prin GSM.
.

23

CAPITOLUL 3.CONDUCEREA PROCESELOR CU AUTOMATE
PROGRAMABILE
3.1.Automate programabile
Automatele programabile (Programmable Logic Controlle | PLC ) reprezinta un
sistem electronic digital , proiectat pentru utilizarea in mediul industrial. Foloseste o
memorie programabila pentru stocarea interna a instructiunilor necesare implementarii
unor functii specifice ( logice , secventiale , temporizare , contorizare , calcul matematic ) ,
pentru a controla prin intra rile si iesirile sale digitale si analogice diferite tipuri de masini
sau procese.
Automatele programabile are o secventa de cod de program care ruleaza in bucla
permanenta si care scaneaza porturile de intrare pentru a depista combinatiile de semnale ,
care modifica porturile de iesire.

Aplicănd o logică programată, circuite logice integrate și elemente semiconduc toare de
putere, automatele programabile, in comparație cu sistemele logice secvenț iale, bazate
pe logica cablată prezintă avantajele:
• volum redus;
• cheltuială mică de energie electrică;
• facilități la pune rea în funcțiune;
• siguranta in functionare ridicată;
• consum redus de conduc toare de conex iuni și de cablaj;
• realizarea facilă a unor funcț iuni specifice;
• reduce rea ciclului proiectare, execuț ie și pune re in funcț iune prin posibilitatea
supravegherii unor faze.
3.2. Automate programabile structura si functionalitate
Din punct de vedere structural se pot distinge:
– automate programabile realizate în structură deschisă, sub forma unei plăci cu circuite
imprimate, fără carcasă (fig. 3.2a)

Fig. 3. 1: Automat programabil realizat în structură deschisă

24

Acest tip de automate este foarte ieftin, dar numărul de intrări și ieșiri este limitat și nu are
posib ilitatea adăugării unor module de extensie.
– automate programabile cu structură monobloc, realizate în carcasă închisă (fig. 3.2b)

Fig. 3. 2: Automate programabile realizate în carcasă închisă, structură monobloc
În acest caz, toate elementele componente ale automatului programabil sunt grupate într -o
carcasă, dimensiunile acesteia variind în funcție de numărul de terminale de intrare și ieșire.
Această variantă constructivă permite conectarea unor modulele de extensie, care au o carcasă
separată și se co nectează prin intermediul unor cabluri de legătură
– automate programabile realizate în structură modulară (fig. 3.2c)

Fig. 3. 3: Automat programabil realizat în structură modulară

Componen tele automatelor ce neces ită o programare sunt: elementele de control
logic, funcț ii de stocare, numărătoare, ceasu ri. Diferențele dintre PLC-uri rezultă din
diferențele dintre următoarele:
• Intrări și ieșiri
• Zone de memorie
• Numărătoare
• Ceasuri
• Funcț ii de memorare
• Func ții speciale
• Viteze de operare
• Tipuri de limbaje de programare

Sistemele de control de dimensiuni mari sunt rezultatul combinațiilor modulare ale
unor componen te individuale in funcț ie de aplicație si cerințe. Rezultatul este
exprimat printr-o mare flexibilitate cu posibilitate de extensie și conve rsie. Pentru a

25
acope ri și aplicații cu cerințe minime se oferă sisteme de control ce sunt echipate cu un
numar flexibil de intrări și ieșiri.
Un automat programabil opereaza in interacțiune cu:
 Senzo ri (intrerupătoare, bariere de lumină)
 Elemente de acționare (motoare de frecvență)
Un automat programabil este compus din următoarele elemente de bază:

Fig 3. 4 Componentele unui PLC
Functionarea unui PLC se bazeaza pe scanarea programata a intrarilor si iesirilor sale.
Procesul de scanare prezinta 3 etape de baza:
Pasul 1 – Stadiul de testare a intrarilor. Pentru început, PLC -ul scaneaza fiecare
intrare cu scopul stabilirii starilor ON sau OFF pe care acestea le pot prezenta. Altfel
spus, se verifica daca senzorii sau switch -urile conectate în intrari sunt activate sau
nu.Informatia culeasa pe parcursul acestui pas se stocheaza în memorie, urmând a fi utilizata în
pasul urmator.
Pasul 2 – Executia programului. În acest stadiu, PLC-ul executa un program în
mod secvential (instructiune dupa instructiune). Ca rezultat, se poate activa una sau mai multe
iesiri, sau se pot stoca informatii în zone specifice în memorie, urmând ca acestea sa fie
utilizate în pasul urmator.
Pasul 3 – Verificarea si setarea iesirilor. În final, PL C-ul verifica starile iesirilor si le
modifica daca este cazul. Modificarile se bazeaza pe starile intrarilor citite pe durata primului
pas si pe rezultatele executiei programului din pasul doi. Dupa executia pasului
3, PLC -ul reia ciclul celor 3 pasi.
Timpul de scanare este definit ca fiind timpul necesar parcurgerii celor 3 pasi si
uneori reprezinta o caracteristica importanta de sistem, luata în considerare în
programarea PLC -ului.

26
In functie de complexitatea sa, automatul programabil (AP) poate realiza si
urmatoarele functii :
-citirea intrarilor;
– rezolvarea ecuatiilor booleene si executia secventelor de calcul logic;
– comanda iesirilor;
– stocarea în memorie a re zultatelor partiale sau a starii intrarilor si iesirilor;
– înregistrarea valorilor de consemn si transferarea acestora catre proces;
-implementarea unor functii de calcul aritmetic;
-realizarea dialogului de exploatare;
-realizarea dialogului de superviza re;
– realizarea dialogului de programare;
-realizarea dialogului cu elementele periferice.

3.2.1 Modul de acționare al unui automat programabi l

În prima etapă se citesc toate intrările înregistrate. În urma acestui proces se realizează o
așa numită “imagine a procesu lui”. După aceas ta procesu l se va execu ta pas cu pas.
După ultima instrucțiune “imaginea procesu lui” este transferată către ieșiri, urmând ca
procesu l să fie execu tat de la începu t. Acest tip de procesare este numită “procesare
ciclică”.

Fig 3. 5 Modul de operare al unui automat programabil

27

3.2.2 Componen tele unui automat programabil
Elementele componente automat programabil
 Sursa de tensiune
 Unitatea centrala de prelucrare
 Module de intrare/iesire
 Unitati de stocare a informatiei
 Zona de memore ale automatelor programabile

Sursa de tensiune
Sursa de tensiune conve rtește tensiunea in 24V cc. Unitatea centrală precum
și modulele de intrare/ieșire vor fi apoi conec tate și alimentate de la această sursă
de curent continuu. Unitatea centrală este conec tată direct de sursa de tensiune cu
ajutorul unor clești. Dimensiunea modulului aferent sursei de tensiune depinde de
diferitele rate de putere (2A, 5A, 10 A la 24V DC fiecare).
In mediul indus trial module separate de surse de tensiune sunt folosite pentru alimentarea
semnalului senzo rilor, indicatorilor sau a elementelor de execu ție.

Unitatea centrala
Unitatea centrala de prelucrare
Contine:
– Procesorul ce consta dintr -unul sau mai multe microprocesoare care realizeaza
calcule aritmetice si logice precum si comunicatia si interactiunea dintre celelalte
componente.
– Memoria
ROM – utilizata pentru stocarea sistemului de operare al AP;
RAM – împartita în mai multe blocuri in care sunt pastrate:
– imaginile iesirilor si intrarilor AP,
– valorile prestabilite si actuale ale temporizatoarelor si contoarelor,
– zona de lucru a procesorului,
– zona de stocare a programului,
– alte zone de memorie având destinatie speciala.
Memoria RAM îsi pierde continutul la întreruperea sursei de alimentare de aceea,
pentru mentinerea programului si a datelor stocate în aceasta, AP trebuie sa aiba
preva zuta o sursa de alimentare auxiliara (baterie).
– Sursa de alimentare realizeaza adaptarea si conversia tensiunii alternative în
tensiune continua pentru alimentarea diferitelor elemente ale AP, cum ar fi elementele
conectat e la intrari si iesiri (senzori, elemente de executie etc).

28

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

Unitatile de stocare a informatiei
-programul de aplicatie din memoria AP
-alte date si informatii utile pentru salvarea acestora sau încarcarea lor pe/de pe
suportul magnetic (banda sau disc magnetic).
Programele de aplicatii pot fi realizate si înregistrate pe suport magnetic în
laboratoare de dezvoltare a aplicatiilor de baza pentru AP si apoi încarcate în memoria AP
aflata în sistemele de comanda plasate în halele de productie.
Versiunile mai vechi de AP erau dotate cu casetofoane. Versiunile recente utilize
aza unitati de disc flexibil sau unitati de disc dur.

Zonele de memorie ale automatului programabil
Zone le de memorie ale PLC-ului se împart în zone de memorie de încărcare , zone
de memorie de lucru și zone de memorie de sistem.
Memorie de încărcare
Proiectul este transferat din PLC către memoria de încărcare a acestuia cu
ajutorul cardului de memorie (MMC – micro memory card). Programul complet
execu tat de către user este acum dispon ibil in zona memoriei de încărcare în blocurile
de compilare-execu tare. Adițional, memoria de încărcare conține fișierul de
configurare hard cu informații despre tipul unității centrale și componen tele
folosite. În funcție de tipul de PLC utilizat , simbolurile, tabelele declarative sau
comentariile, sunt de asemeni stocate aici. Cardul de memorie este parte componen tă și a
memoriei de lucru. Capacitatea memoriei de încărcare depinde astfel de capac itatea
cardului de memorie.

Fig 3. 6 Zonele de memorie ale automatului programabil

29
Memoria de lucru
Se bazeaz ă pe o memorie RAM integrată. În această zonă de memorie se execută
doar componen tele relevan te ale programului realizat de către user
(codu l de program și datele utilizatorului). Datele sunt copiate de către unitatea centrala din
memoria de incărcare în memoria de lucru.
Memoria sistemului
Reprezintă o zonă adițională de memorie în zona RAM de memorie. Aceasta
conține elemente ce sunt disponibile utilizatorului de către CPU (intrările sistemului,
imaginea ieșirilor sistemului, biții de memorie, numărătoare, ceasuri, etc.)
Magistrala de câmp internă a sistemului
Partea de proces a CPU este formată din memoria folosită de către utilizator,
memoria sistemului și proceso rul. Aplicațiile simple ale unității centrale (comutarea
on/off a execuției unui program, accesa rea punc telor de intrare/ieșire, monitorizarea și
administrarea execu ției întregului program) sunt execu tate de către procesor. Adițional,
segmentul de comunicație administrează operațiile interfeței de programare MPI și
transferul de informație dintre modulele de intrare/ieșire ale PLC-ului.
Magistrala intrări/ieșiri
Aparține planului secunda r și este responsabilă cu traficul de informație dintre
unitatea centrală și modulele de semnal. Această magistrală este o magistrală mono-
master, adică, comunicația nu poate fi inițiată decât de către CPU. Ea este destinată
transferului de informații de dimensiune mică, de câțiva biți.
Magistrala de comunicație
Aparține și ea planului secunda r, fiind responsab ilă pentru traficul de date între
modulele de comunicație FM (module funcții pentru numărătoare rapide, control și
poziționare) și modulele CP (module de comunicație pentru sisteme de câmp). Această
magistrală este utilizată pentru transferul unor informații de dimensiuni mai mari.
Concep tul de protecție al memoriei
Fiecare unitate de comandă are un mod de comutare între diferitele moduri de
operare. În cazu l unor CPU-uri acest mod de comutare este implementat sub forma
unui switch ce poate fi poziționat în modul de operare ales.
Următoarele moduri de operare sunt posibile:
• RUN -P: programul este în modul de rulare; este permis accesu l la toate
funcțiile de programare.
• RUN : programul este in modul de rulare; este permis accesu l doar asupra funcțiilor
de citire.
• STOP: programul este in modul stop; este permis accesul la toate funcțiile de
programare.
• MRES: poziție ce corespund e modului de reset.
Acest concep t de protecție al automatului programabil face posibilă protejarea
anumitor segmente din sistemul de automatizare împotriva accesului neau torizat.
Unitatea de comandă, modulele de programare precum și toate obiectele
(blocurile) pot fi protejate.
În plus față de protecția hardware existentă este dispon ibilă și varianta de
protecție software ce permite limitarea parametrizării. Cât timp user-ul nu deține parola, se
pot folosi doar funcții de monitorizare și informare.

30

3.2.3 Modulele de extensie

Modulele de extensie sunt elemente foarte folosite în momentul în care se
configurează un sistem de automatizare controlat de către PLC. Pentru acest scop sunt
folosite module de intrare și iesire analogice și digitale (module folosite sub abrevierea
SM – signal module – abreviere pentru module de semnal). Automatul programabil
poate fi extins adițional cu diferite procesoa re (CP – Communication Processo r)
și module funcții (FM – Func tion Module).
Exemple de module de extensie:
 Modul de intrare digital – conține 16 intrări digitale pentru 24V CC. Display-ul se
realizează cu ajutorul ledurilor iar semnalul de ieșire 1 este de aproximativ 9 mA.
 Modul de ieșire digital – conține 16 ieșiri digitale. Display-ul se realizează cu
ajutorul ledurilor, iar semnalul de ieșire 1 este de aproximativ 500 mA.
 Modul combinat pentru semnale analogice de intrare și ieșire. Conține 4 intrări
analogice și 2 ieșiri analogice cu un rang de 0 – 10V.
 Modulul funcție de poziționare. Modul de poziționare pentru motoare pas-cu-pas
cu frecven țe de ceas mari.
 Procesor de comunicație pentru interfața AS-I (Actuator-Senso r Interface)
 Interfață master la care pot fi conectați până la 64 de slaves.

Fig 3. 7. Siemens Simatic S7 300 PLC

31
3.3 Limbaje de implementare
STL = Statement list = este un limbaj de programare textual. Sintaxa acestui
limbaj este apropiată de limbajul cod mașină. Instrucțiunile și operațiile sunt urmate de
adresele corespun zătoare.
FBD = Func tion Block Diagra m = este de asemeni un limbaj grafic de
programare. Sintaxa este reprezentată de blocuri logice similare cu cele din algebra
booleană.
LAD = Ladde r Logic = este un limbaj de programare grafic Sintaxa acestui
limbaj este asemănătoare unei diagrame, permițând astfel o urmărire mai ușoară a fluxului
de curent.
Scrierea unui program în limbajul orientat pe scheme de contacte (Ladder Diagram –
LAD ) presupune desenarea unei diagrame (diagramă L AD) similare unei scheme electrice cu
contacte. Elementele componente ale diagramei LAD modelează funcționarea elementelor
unei scheme cu contacte. De aceea interpretarea funcționării diagramei LAD este similară
interpretării schemelor electrice cu contacte.
Elementele de bază utilizate pentru scrierea unui program în limbaj LAD sunt
contac tele, bobinele, temporizatoarele, numărătoarele și blocurile funcționale (funcțiile).
3.3.1.Bobinele
Bobinele sunt elemente de programare care modelează funcționarea contactoarelor și
releelor electromagnetice. Ca și în cazul bobinelor din schemele electri ce, bobinele din
programele LAD pot avea două stări: alimentate sau nealimentate. Ele pot fi asociate ieșirilor
automatului dar și unor variabile interne modelând astfel releele auxiliare din cadrul schemelor
electrice cu contacte. Fiecare ieșire este de a semenea identificată în mod unic, modul de
identificare diferind de la un producător la altul. Fiecărei ieșiri i se asociază o singură bobină și
unul sau mai multe contacte ce pot fi utilizate în schemă în mod asemănător contactelor
auxiliare ale contactoa relor și releelor.
La aceste ieșiri pot fi conectate dispozitive care au două stări de funcționare cum ar fi
bobinele contactoarelor sau releelor, elemente de semnalizare acustică sau luminoasă, sarcini de
putere mică, intrările digitale ale unor aparate d e măsură, protecție sau comandă, intrările
digitale ale altor AP sau sisteme de comandă etc.

3.3.2.Temporizatoarele
Temporizatoarele (fig 3. 6) sunt elemente de programare care modeleaza functionarea
releelorde timp si a contactelor temporizate. Ele sunt utilizate pentru a realiza actiuni întârziate
sau ce dureaza un anumit interval de timp.
Temporizatoarele simple permit realizarea unei actiuni întârziate cu un anumit
interval de timp ce poate fi programat. Functiile de temporizare mai complexe au în vedere
obtinerea unor temporizari variabile, functie de anumite conditii care apar la un moment dat.
În cadrul programelor LAD , un temporizator are o structura de tipul celei din Fig.3. 8
Fiecare temporizator din schema esteidentificat în mod unic, modul de identificare fiind diferit
de la un producator la altul.

32
Materializarea temporizatoarelor în AP se realizeaza utilizând circuite numaratoare. Ca
urmare, indicarea temporizarii se va face precizând numarul de incremente de timp pe c are
temporizatorul îl va numara (valoarea prestabilita) si durata unui increment (baza de timp). În
cazul în care implementarea limbajului permite utilizarea unor baze de timp diferite pentru
temporizatoare diferite, trebuie precizat pentru fiecare te mporizator aceasta baza de timp.
Valorile uzuale pe care le poate avea baza de timp sunt 0,01s; 0,1s sau 1s.
În cazul în care baza de timp este aceeasi pentru toate temporizatoarele, precizata în
manualul de programare a AP, aceasta este omisa. Ca urmare, valoarea prestabilita poate fi
exprimata în unitati de timp (s).
Temporizatoarele au cel putin o intrare de initializare, la activarea careia începe
temporizarea si o iesire. În unele variante, acestea sunt prevazute si cu o intrare de validare si
înca o iesire care reprezinta negata primei iesiri.producător la altul.

Fig 3. 8 Temporizatoare
3.3.3.Numărătoarele
Numărătoarele sunt elemente de programare care pot primi o serie de impulsuri care
sunt analizate în cadrul programului LAD pentru a detecta numărul de apariții ale unor
evenimente cum ar fi: numărul de pași efectuați de un motor pas cu pas, numărul de conectări –
deconectări ale unui aparat. Numărul acestor evenimente poate fi comparat cu anumite valori

prestabilite și în fun cție de rezultatul acestor comparații pot fi luate anumite decizii și date
comenzile corespunzătoare.
Există mai multe tipuri de numărătoare, printre cele mai uzuale fiind: numărătoarele
unidirecționale, crescătoare sau descrescătoare și numărătoarele bidi recționale care pot număra
atât descrescător cât și crescător.
În cadrul programelor LAD , un numărător are o structură de tipul celei din Fig.3. 9
Fiecare numărător din schemă este identificat în mod unic, modul de identificare fiind diferit de
la un produc ător la altul. Pentru fiecare numărător se precizează valoarea prestabilită, aceasta
reprezentând valoarea maximă pe care o va număra numărătorul după care va activa ieșirea.

33
Numărătorul are cel puțin două intrări, una de numărare și una de inițializare ( la
activarea acesteia numărătorul începe să numere impulsurile sosite la intrarea de numărare) și o
ieșire.
Alte variante de numărătoare sunt prevăzute și cu o intrare de validare și o ieșire care
reprezintă negația primei ieșiri.

Fig 3. 9 Structura unui numarator

3.3.4.Blocurile funcționale
Pentru materializarea unor funcții mai complexe menite să ușureze scrierea programelor
în limbaj LAD sunt utilizate blocuri funcționale. Aceste blocuri modelează diverse categorii de
funcții dintre c are cele mai utilizate sunt următoarele: funcții de încărcare a unor constante
numerice, funcții aritmetice, funcții logice pe 8 sau 16 biți, funcții de conversie a informației din
diferite formate (binar, BCD, Gray etc), funcții de tratare a întreruperilo r, funcții pentru
detectarea fronturilor crescătoare sau descrescătoare a semnalelor, funcții pentru realizarea
controlerelor și secvențiatoarelor, funcții pentru actualizarea rapidă a intrărilor și ieșirilor,
funcții pentru comanda numărătoarelor de mare viteză.
De obicei, formatul si modul de functionare a blocurilor functionale difera de
la un automat la altul, fiind specific fiecarui producator în parte. Prin intermediul
standardului IEC 61131 -3 si a altor initiative recente se cauta standardizarea unor astfel de
blocuri astfel încât ele sa aiba nu numai aceeasi interfata dar si acelasi comportament,
diferenta fiind data numai de modul în care acestea sunt materializate pentru fiecare
automat în parte. Standardul are d rept scop si asigurarea ca aceste blocuri functionale pot fi
utilizate, folosind aceeasi interfata în oricare alt limbaj din cele 4 adoptate.

34

BIBLIOGRAFIE:
1. D. Mihoc , S. St. Iliescu, I. Făgărașan, Gh. Tănaru, G. Matei ,
Automatiz area sistemelor electro – si term oenergetice , Ed. Printech ,
Bucuresti , 2008.
2. A. Keyhani , M. N. Marwali, M. Dai, Integration of Hreen and
Renewable Energy in Electric Power System, ed. John Wiley &
Sons , 2010
3. Bulac C.,Eremia M.,Dinamica sistemelor electroenergetice, Ed .
Printech, Bucuresti, 2006
4. ***,Documentatie tehnica Siemens
5. ***,Curs, Conducerea si automatizarea instalațiilor energetie.