Sistem Informatic Pentru Limitarea Vitezei pe Autostrada

Cuprins

CAPITOLUL 1: Introducere 2

CAPITOLUL 2: Stadiul actual al problematicii 4

2.1.Evoluția traficului rutier 4

2.2.Sisteme de limitare a vitezei 6

2.3.Soluționarea problematicii la nivel internațional 9

CAPITOLUL 3: Prezentarea modelului de rezolvare a temei 15

3.1.Principiul de funcționare 15

3.2.Implementarea aplicației 17

CAPITOLUL 4: Familia de PLC-URI SIMATIC S7 21

4.1.Generalități 21

4.2.Arhitectura unui PLC 22

4.3.Simatic S7-200 25

4.4.STEP 7 MICRO/WIN 32 29

4.5.Mediul de programare WinCC 33

CAPITOLUL 5: Programarea în Step 7, simularea

programului și interfața HMI 35

5.1.Configurare Simatic Manager 35

5.2.Elaborarea programului în Simatic Step7 40

5.3.Configurarea WinCC 41

5.4.Simularea în WinCC 44

CAPITOLUL 6: Concluzii 46

Summary 47

Bibliografie 49

Capitolul 1

Introducere

Excesul de viteză și viteza neadecvată sunt cei mai importanți factori care contribuie la problema vătămărilor în traficul rutier cu care se confruntă multe țări. Cu cât viteza este mai ridicată, cu atât distanța necesară pentru oprire este mai mare, crescând astfel riscul de accident. Cu cât trebuie absorbita mai multă energie cinetica în cursul unui impact la viteză mare, cu atât mai mare este riscul de vătămare în cazul unui accident.

Managementul vitezei este un instrument foarte important pentru îmbunătățirea siguranței rutiere. Totuși, creșterea conformării cu limitele de viteză și reducerea vitezelor de conducere nesigure nu sunt sarcini ușoare. Mulți conducători auto nu recunosc riscurile implicate și deseori, beneficiile considerate în cazul conducerii cu viteză ridicată depășesc înțelegerea problemelor care pot rezulta.

Problematica tratată în cadrul acestui proiect se referă la abordarea unui sistem inovativ pentru limitarea vitezei pe autostrăzi, pe care, deși statisticile le recomandă ca fiind cele mai sigure drumuri, regimul de circulație le predispune la a fi spațiul în care accidentele sunt caracterizate de o gravitate ridicată.

Implementarea acestui sistem permite un management mai eficient al limitării vitezei pe drumurile publice, prin măsurarea acesteia, informarea șoferului cu privire la depășirea limitei legale, avertizarea acestuia în cazul neconformării la condițiile legale impuse, urmate în ultimă instanță de intervenția fizică pentru atingerea scopului cerut.

Obiectivul principal al proiectului este reprezentat de descrierea unei înlănțuiri ordonate a sistemelor de măsurare a vitezei, a sistemelor de informare cu privire la depășirea limitelor impuse în zona respectivă și a unui sistem de intervenție fizică asupra autovehiculului în scopul conformării acestuia la normele legale impuse.

Obiectivul secundar al proiectului este reprezentat de descrierea automatului programabil Simatic S7-200, a funcționării acestuia, avantajele folosirii acestui PLC, funcționarea sistemului de dezvoltare și configurare WINCC și al mediului de dezvoltare al programului de aplicație STEP7 MICROWIN/WIN32, care reprezintă elementul central folosit în implementarea soluției informatice alese.

Proiectul este structurat in 6 capitole:

Introducere;

Stadiul actual al problematicii;

Prezentarea modelului de rezolvare a temei;

Familia de PLC-uri Simatic S7;

Programarea în STEP7, simularea programului și interfața HMI;

Concluzii.

Conținutul capitolului 1 este cu rol de introducere. În acest capitol sunt prezentate încadrarea temei într-unul din domeniile specialității, problemele propuse spre soluționare, dar și modalitatea de abordare a temei.

Capitolul 2 descrie evoluția traficului rutier, a sistemelor de limitare folosite și soluțiile propuse pentru managementul vitezei la nivel internațional.

Capitolul 3 prezintă descrierea și implementarea fizică a soluției propuse, tinând cont de situația actuală și de posibilitățile de realizare.

Capitolul 4 prezintă elementul central folosit în implementarea soluției alese, un PLC din clasa firmei SIEMENS, SIMATIC S7. Deoarece aplicația cerută nu necesită un standard înalt pentru unitatea de procesare, elementul central ales și descris în acest capitol din familia S7 este SIMATIC S7-200.

Capitolul 5 prezintă și descrie funcționarea în cazul punerii în aplicație a soluției propuse, din punctul de vedere al PLC-ului ales, folosind mediul de dezvoltare STEP 7 MICRO/WIN32 și limbajul om-mașină folosit pentru simularea procesului WINCC.

Capitolul 6 prezintă concluziile și necesitatea implementării unui astfel de sistem.

Capitolul 2

Stadiul actual al problematicii

2.1.Evoluția traficului rutier

Evoluția continuă a drumurilor publice (drumuri naționale, drumuri expres, autostrăzi ) este necesară datorită dinamicii de dezvoltare a traficului rutier, respectiv creșterea densității traficului, creșterea cerințelor de siguranță a traficului rutier, perfecționarea mijloacelor de transport auto .

De la apariția în 1769 a primului automobil cu motor cu abur care putea transporta pasageri cu o viteză de 4 km/h, creșterea cerințelor funcționale a automobilelor se află în continuă evoluție, determinând apariția motoarelor V8, care în prezent pot genera viteze de peste 400 km/h. De la începuturile producerii în serie a automobilelor în anul 1888 , inițiativă a germanului Karl Benz, numărul acestora a ajuns în prezent la o valoare de aproximativ 1 miliard. Evoluția traficului rutier a dus la apariția autostrăzilor, aceste drumuri fiind caracterizate de un grad înalt de separare a circulației, fiind rezervate numai traficului auto, cu elemente constructive care permit realizarea unor debite de viteze mari, în condiții de maximă siguranță.[27]

Prima porțiune de drum asemănătoare unei autostrăzi a fost AVUS din Berlin, realizată la data de 24 septembrie 1921, urmată de „ Autostrada dei Laghi ”, ce lega Milano de Varese, finalizată în anul 1924. Autostrăzile au două căi de circulație, unidirecționale, separate printr-o zonă mediană, fiecare cu cel puțin două benzi de circulație, fără încrucișări de nivel cu alte căi de circulație și accesibile numai în anumite puncte special amenajate. Cea mai lungă autostradă din Europa, Bundesautobahn 7, ce leagă Germania de Danemarca, măsoară 963 de kilometri.

Figura 1. Semne de circulație care marchează începutul unei autostrăzi[27]

Autostrăzile totale ce parcurg Europa măsoara un total de 85.107 kilometri, fruntașe în topul tărilor fiind Spania (16.204 km), Germania (12.845 km) și Franța (11.882), în timp ce România deține un modest loc 23, fiind parcursă de un total de 696 kilometri.

Autostrăzile sunt recomandate de statistici ca fiind cele mai sigure drumuri publice , doar 8% dintre accidentele grave de circulație (soldate cu decese, răni grave) din Uniunea Europeană având loc pe acestea.

Media anului 2014 arată că în spațiul european există o rată de 50.5 decese raportate la un milion de oameni în cazul accidentelor rutiere. Accidentele de circulație au loc ca urmare a mai mulți factori:

depășirea vitezei legale;

consumul de alcool;

defecțiuni tehnice;

condiții meteo.

Statisticile arată că 71 % din accidentele rutiere ce au loc pe autostrăzi sunt datorate erorilor umane, iar restul de 29 % sunt cauzate de factori externi.

Fig.2.Statistica motivelor accidentelor rutiere

2.2.Sisteme de limitare a vitezei

Rolul limitărilor de viteză este acela de a permite funcționarea autovehiculelor pe drumurile publice in condiții de siguranță, fiind necesară mai ales datorită:

calității reduse a părții carosabile;

condițiilor meteo nefavorabile traficului rutier;

așezării geografice a drumului public;

lucrărilor executate pe partea carosabilă.

Datorită condițiilor tehnice ale autostrăzilor, circulația rutieră pe acestea se bucură de limitări de viteză ridicate față de restul drumurilor publice.

Limitările de viteză sunt semnalizate corespunzător pe autostradă în diferite feluri (conform figurii 3), prin:

panouri laterale ;

panouri montate deasupra fiecărei benzi de circulație;

marcaje pe partea carosabilă.

Figura 3.Marcaje de limitare de viteză[27]

Aparatele folosite pentru măsurarea vitezei sunt:

vitezometru;

tahometru;

cinemometru (folosit în componența aparatelor radar).

Tahometrul este un aparat de măsurare a turației sau vitezei unghiulare a unui corp aflat în mișcare de rotație. După principiul de funcționare se deosebesc: tahometre mecanice (centrifugale), hidraulice, hidromecanice, pneumomecanice, magnetice (cu curenți turbionari), electrice, electronice, stroboscopice.

Tahometrele cu curenți turbionari funcționează pe principiul motorului asincron cu rotor în scurtcircuit și constau dintr-o colivie cu bare de cupru, sau, mai frecvent, un pahar de aluminiu, în interiorul căruia se rotește, cu turația ce trebuie măsurată, un magnet permanent, al cărui câmp magnetic se închide prin niște piese de oțel moale. În colivie sau pahar se induc tensiuni electromotoare care produc curenți turbionari proporționali cu turația, care, interacționând cu câmpul magnetic inductor, dau naștere unui cuplu ce rotește indusul, de care este fixat un ac indicator, până în poziția în care se egaleaza cuplul dat de un resort. Datorită construcției lor robuste, tahometrele cu curenți turbionari se folosesc frecvent ca vitezometre pe autovehicule, a căror viteză de deplasare este proporțională cu turația roții, mișcarea de rotație fiind transmisă la tahometrul fixat la bord printr-un cablu flexibil.[4]

Cinemometrele sunt mijloace de măsurare care, pe baza aplicării efectului Doppler în domeniul microundelor, măsoară și afișează viteza de deplasare a autovehiculelor aflate în mișcare în traficul rutier, din exteriorul acestora și independent de caracteristicile autovehiculelor a căror viteza este masurată. Principiul de funcționare al cinemometrelor se bazează pe măsurarea diferenței de frecvență, care apare datorită efectului Doppler, între frecvența undei incidente emisă de aparat în direcția autovehiculului care se deplasează și frecvența undei reflectate de autovehicul.

Deoarece sistemele vizuale de limitare nu conduc întotdeauna la îndeplinirea cerinței, sunt folosite sisteme fizice de limitare a vitezei (figura 3):

montarea de zone cu ’’striații” pe partea carosabilă;

sisteme de limitare fizică montate în componența motoarelor autoturismelor;

folosirea sistemului radar, ce conduce la intervenția echipajelor de poliție și la

constatarea eventualelor contravenții.

Figura 4.Sisteme fizice de limitare a vitezei[27]

2.3.Soluționarea problemei la nivel internațional

În funcție de gradul de dezvoltare al infrastructurii fiecărei regiuni, s-a constatat necesitatea organizării diferitelor instituții și programe cu rol de monitorizare, dispecerizare și fluidizare al traficului rutier.

Cel mai cunoscut exemplu este Programul Internațional de Evaluare a Drumurilor, iRAP. Acesta este activ pe șase continente, ordonând drumurile în funcție de siguranța și promovând măsuri de intervenție. Tehnicile își au originea și au fost aplicate inițial în Europa, Australia și SUA, fiind folosite în prezent și în țările cu venituri mici și medii. iRAP este contruit pe trei protocoale care, împreuna evidențiaza relațiile dintre viteză, energie, risc și vătămare. Protocoalele presupun:

analiza și cartografierea ratelor de accidente fatale și grave , și stabilirea cauzelor lor;

urmărirea evoluției pe anumite tronsoane de drum de-a lungul timpului, monitorizându-se toți factorii determinanți;

realizarea unor inspecții asupra calității siguranței infrastructurii rutiere în diferite țări, în scopul identificării locurilor unde sunt cel mai probabile accidentele rutiere, determinarea soluțiilor pentru evitarea lor.

Autoritatea națională a României care se ocupa cu infrastructura rutiera a țării este Compania Națională de Autostrăzi și Drumuri Naționale din România (CNADNR). Aceasta este o companie de interes strategic și care ca misie își au originea și au fost aplicate inițial în Europa, Australia și SUA, fiind folosite în prezent și în țările cu venituri mici și medii. iRAP este contruit pe trei protocoale care, împreuna evidențiaza relațiile dintre viteză, energie, risc și vătămare. Protocoalele presupun:

analiza și cartografierea ratelor de accidente fatale și grave , și stabilirea cauzelor lor;

urmărirea evoluției pe anumite tronsoane de drum de-a lungul timpului, monitorizându-se toți factorii determinanți;

realizarea unor inspecții asupra calității siguranței infrastructurii rutiere în diferite țări, în scopul identificării locurilor unde sunt cel mai probabile accidentele rutiere, determinarea soluțiilor pentru evitarea lor.

Autoritatea națională a României care se ocupa cu infrastructura rutiera a țării este Compania Națională de Autostrăzi și Drumuri Naționale din România (CNADNR). Aceasta este o companie de interes strategic și care ca misiune implementarea programelor de dezvoltare a rețelei de drumuri publice. Principalele obiective ale acesteia sunt dezvoltarea rețelei de autostrăzi, construirea unei rețele de drumuri expres și realizarea de centuri și variante ocolitoare pentru orașele mari, precum și dezvoltarea ideilor de prevenție a accidentelor rutiere.

Organizațiile internaționale încearcă prin diferite proiecte prevenția și micșorarea gradului de risc de accident rutier pe autostrăzi. Uniunea Europeană a început dezvoltarea proiectului Pepper, al cărui obiectiv este acela de a crește efectivele și eficiența echipajelor de poliție pe drumurile publice ale spațiului european. Aceste cerințe sunt dorite din cauza:

încălcărilor frecvente ale anumitor reguli de circulație, cum ar fi condusul sub influența băuturilor alcoolice, nefolosirea centurii de siguranță și în mod special depășirea vitezei legale admise;

necesității de evoluare a sistemelor de detecție a încălcărilor regulilor rutiere;

punerii de comun acord în spațiul european asupra administrării legale a pedepselor și contravențiilor în cazul sesizării acestor încălcări;

necesității localizării în puncte strategice a echipajelor de poliție pentru a asigura o intervenție cât mai rapidă;

necesității evoluției metodelor de intervenție în cazul incălcărilor și al instrumentelor folosite de echipajele de poliție.

Proiectul Pepper este îmbunătățit constant și sprijină prin diferite mijloace apariția unor tehnologii inovative în sensul asigurării siguranței rutiere în spațiul european.

Uniunea Europeană a început punerea în aplicare în Franța, Olanda, Spania și Austria, cu planuri de extindere în toate țările spațiului Schengen a proiectului Vera 3. Acest proiect este axat pe schimbul de informații între statele membre cu referire la încălcarea legilor de circulație ale fiecărei țări, cu scopul identificarii țării în care este înmatriculată mașina respectivă, al proprietarului, și sancționarea acestuia indiferent de localizarea geografică în momentul emiterii sancțiunii. Prin acest proiect se dorește micșorarea numărului de accidente pe drumurile europene, în special pe cele cu limitări de viteză ridicate (drumuri expres și autostrăzi).

În 2013, în cadrul unei conferințe a Consiliului Uniunii Europene a fost initiata o masura prin care toate autoturismele vor fi dotate cu sistem de limitare a vitezei inteligent montat pe autoturism. Măsura propune că toate autoturismele noi să fie dotate cu aparatură video care să poată identifica și procesa semnalele rutiere prin care este anunțată limita legală de viteză. Șoferii ar putea fi mai întâi avertizați asupra faptului că depășesc limita legală și , dacă nu se conformează, sistemul ar adapta automat viteza mașinii în funcție de indicatoarele din fiecare zonă. Astfel de echipamente, numite RSL, sunt impuse de legislație într-o serie de țări din Europa și în Australia pentru camioane și autobuze. Impuse inițial pentru camioanele și autobuzele de peste 12 tone cu viteze maxime contructive de 90 km/h, respectiv 100 km/h, aplicarea acestora a fost extinsă și în domeniul vehiculelor comerciale ușoare de peste 3.5 tone și al autobuzelor mici. RSL nu reduce viteza excesivă pe drumurile cu limite de viteză sub cele stabilite de RSL, aceasta fiind o măsura care urmarește să prevină natura competițională a operării transportului comercial de mărfuri care ar da naștere unei lipse de respectare a vitezei pe drumurile publice. Vehiculele grele (între 3.5 și 4.5 tone) reprezintă un risc mai crescut pentru utilizatorii drumului decât alte vehicule implicate într-un accident[27].

O alternativă la astfel de camere video, deja contestată de societatea civilă din cauza posibilei intruziuni în viața privată, există deja și funcționează pe baza unui sistem de poziționare prin satelit (GPS). Acuratețea unui GPS diferențial (DGPS) bazat pe cod este de circa 2-3 metri fața de punctul de referință (raza de acoperire) de 100-200 km. Practic, aceștia ar transmite în timp real informații privind limitele de viteză din zonele în care rulează mașinile, fiind dublat de același sistem automat care să le pună în aplicare. Aceste tehnologii sunt numite ISA (Adaptare Inteligentă a Vitezei), iar cîâteva modele de automobile sunt dotate deja de producători cu astfel de sisteme.

Există 3 tipuri importante de ISA:

informativ – furnizează informații conducătorului auto;

cu asistenăa voluntară – conducătorul auto poate alege să stabilească viteza maximă;

cu asistența obligatorie – intervine permanent când vehiculul depășeste limita de viteză.

O alternativă la sistemul ISA o reprezintă înregistratoarele electronice de date. Aceste echipamente înregistrează caracteristicile funcționale ale vehiculului în cele câteva secunde dinainte, din timpul și după accident, parametrii cum ar fi viteza, accelerația și eliberarea airbagului. Aceste date sunt foarte folositoare pentru analiza ulterioară a detaliilor accidentului și a valorificării proiectării vehiculului. În SUA, s-a determinat că folosirea acestui sistem determină mai puține coliziuni, deoarece conducătorii auto conduc cu mai multă prudență.

Un altfel de sistem, folosit în Islanda, este sistemul SAGA. Această țară utilizează un sistem complet informatizat pentru monitorizare și raportare a:

amplasamentului și utilizării vehiculelor;

vitezei comparativ cu limitele de viteză;

comportamentului la volan în conformitate cu criterii predefinite.

SAGA este utilizat în parcurile auto a 70 de companii. După procesarea și analizarea datelor, rezultatele sunt descărcate într-o baza de date SQL. Rapoartele cu privire la analiza datelor sunt transmise proprietarului prin poșta electronică. De la introducerea acestui sistem, s-au constatat îmbunătățiri importante în comportamentul conducătorilor auto, inclusiv folosirea vitezei excesive în mai puține cazuri și o reducere a accidentelor. Sistemul a condus, de asemenea, la economii în consturile de operare a parcului, în special în consumul de carburant. Compararea statisticilor pe perioada de probă ianuarie-iunie 2005 cu aceeași perioadă a anului anterior arată următoarele rezultate[27]:

reducerea costurilor accidentelor cu 56%;

reducerea numărului total de accidente cu 43%;

reducerea numărului de accidente în care vinovați erau angajații cu 51%.

Unele variante ale sistemului pot transmite automat mesaje și amenzi în cazul producerii contravențiilor.

Utilizarea camerelor de supraveghere cu cinemometru atașat, fixe sau mobile, reprezintă o strategie foarte eficientă de management al vitezei. Camerele de supraveghere fixe, deși observabile rapid sau identificate în scurt timp de către conducătorii auto, asigură un mesaj puternic ca viteza excesivă nu va fi tolerata. Ca strategie complementară, utilizarea camerelor de supraveghere mobile s-a dovedit a fi foarte eficientă în transmiterea către conducătorii auto a mesajului ca viteză excesivă este ilegală.

În România, cele mai folosite sisteme fixe de măsurare a vitezei de către autoritatea natională au atașat cinemometrul de tip CODEC CO1. Acesta reprezintă un sistem de înregistrare și urmărire a traficului rutier în vederea depistării depașirilor limitelor de viteză legală ale participanților la trafic care circulă pe drumurile publice.

Principalele blocuri funcționale ale acestui cinemometru sunt:

blocul de măsurare, care are ca element principal antena și care realizează mixarea frecvențelor undei incidente și undei reflectate și separă frecvența Doppler;

blocul de prelucrare și afișare, acesta realizând conversia frecvenței Doppler în viteza și afișarea valorii acesteia în km/h;

blocul înregistrator, acesta putând fi constituit dintr-o camera de filmat specială, care are rolul de a înregistra imaginea autovehiculului care a depașit o valoare prestabilită a vitezei.

Cinemometrul CODEC CO1 funcționează în regim staționar și măsoară viteza de circulație a autovehiculelor rutiere în mod automat, și în funcție de aceasta, le fotografiază și transmite informațiile (date și imagini) către o stație centrală de prelucrare, aflată în sediul Inspectoratului Județean de Poliție. Măsurarea vitezei autovehiculelor se face din exterior, independent de caracteristicile autovehiculelor, pe baza aplicării efectului Doppler în domeniul microundelor.

Toate blocurile funcționale ale cinemometrului sunt înglobate într-o carcasă amplasată pe arterele rutiere, în afara părții carosabile, în punctele stabilite de comun acord cu Inspectoratul Județean de Poliție și în colaborare cu autoritățile locale. Cinemometrul trebuie amplasat astfel încât să existe o vizibilitate directa asupra zonei ce se dorește a fi monitorizată, fără obstacole naturale sau de altă cauză. Cinemometrul se montează pe suport, paralel cu axul șoselei, la o distanță de 2.8 metri față de marginea șoselei și la o înalțime de 2.5 metri , ca în figura 5.

Figura 5.Pozitionarea cinemometrului pe drumurile publice[27]

Unele țări au încercat reducerea vitezei prin acordarea în anumite forme a unor stimulente pentru conducătorii auto care respectă limitele de viteză și alte dispoziții ale legislației rutiere. Potențialul beneficiu este îmbunătățirea acceptării de către public a unei aplicări mai severe a pedepselor. Un model de lucru din Victoria, Australia, asigură o reducere de 30% la reînnoirea permisului pentru conducătorii auto care nu au săvârșit contravenții rutiere în ultimii trei ani. Eficiența acestui sistem nu este ridicată, dar manifestă recunoașterea de către guvern a acelor conducători auto care nu au încălcat legea.

Capitolul 3

Prezentarea modelului de rezolvare a temei

3.1.Principiu de funcționare

Din studierea metodelor deja folosite reiese ca managementul vitezei se încearcă a fi realizat urmărind și limitând depășirea normelor legale în două moduri:

printr-un sistem informativ, folosind panouri de avertizare, campanii de prevenire, etc;

prin intervenția efectivă asupra conducătorului auto cu scopul conformării la condițiile impuse, prin limitatoare montate pe partea carosabilă, pe blocul motor al autoturismului sau prin intervenția organelor de poliție.

Sistemul propus implică o structură înlănțuită de sisteme de masură și de limitare informative, urmate de un sistem de limitare prin intervenție asupra autovehiculului aflat în mișcare, conform schemei bloc realizată în figura 6.

Figura 6.Schema bloc a sistemului informatic de limitare a vitezei

Măsurarea vitezelor este realizată în două puncte diferite, iar depășirea normei legale este transmisă sub forma unui mesaj de informare a șoferului, cu scopul de a stimula reacția acestuia spre a se limita la cerințele impuse de calea rutieră parcursă.

Prin aflarea vitezei autovehiculului aflat în mișcare folosind primul sistem de măsurare se dorește o comparație a acesteia cu limita impusă pe porțiunea respectivă de drum. În cazul în care mărimea măsurată este mai mare decât limita impusă, este transmis un semnal de confirmare către sistemul de comanda și un semnal către sistemul de informare, care la rândul său transmite un mesaj conducătorului cu scopul de a limita viteza.

Dupa trecerea prin acest sistem de informare, șoferul poate fi determinat să limiteze viteza. În cazul favorabil în care pe parcursul celui de-al doilea sistem de limitare și informare viteza autovehiculului a fost redusă, sistemul de comandă nu acționează. În caz contrar, la primirea semnalului de confirmare de la al doilea sistem de măsurare, sistemul de comandă transmite semnalul de comandă cu scopul intervenției asupra autovehiculului cu scopul limitării vitezei acestuia.

În cazul în care autovehiculul se deplasează în condiții legale de viteză, în momentul trecerii prin primul punct de măsurare nu determină nicio reacție a sistemului de comandă decât în condițiile depășirii vitezei legale în momentul trecerii prin al doilea punct de măsurare.

Acest sistem manifestă condițiile ideale pentru limitarea vitezei șoferului în condiții de siguranță, apelând la toate metodele necesare realizării acesteia.

3.2.Implementarea aplicației

Soluția propusă poate fi pusă în aplicare, testată prin simulări și statistici în diferite feluri, folosind diferite sisteme de comandă, de măsurare, de informare a șoferului, de limitare prin intervenție.

Implementarea propusă a acestei aplicații cu scopul simulării și aflării rezultatelor punerii în funcțiune a acestui sistem este descrisă in figura 7.

Figura 7.Realizarea practică a temei

Componența aplicației propuse pentru acest model de limitare de viteză este următoarea:

1-sistem de luminare format din 3 LED-uri;

2-PLC S7-200;

3-relee electromagnetice;

4-contact pentru pornirea alimentării sistemului;

5-contact normal deschis pentru resetarea sistemului;

6-senzor fotoreceptiv E3FB-RP21;

7-senzor fotoreceptiv E3FB-RP21;

8-sursa de alimentare;

9-cablu comunicație cu PC;

10-reflector necesar funcționării senzorului fotoreceptiv;

11-reflector necesar funcționării senzorului fotoreceptiv’

Sistemul de luminare reprezinta 3 LED-urile conectate la o sursă de alimentare, acestea sunt active (lumineaza intermitent) când la ieșirea PLC-ului referitoare la fiecare dintre ele se găseste "1" logic.

PLC-ulul S7-200 este folosit pentru a calcula viteza autoturismului (obiectului) aflat în mișcare, pentru a o compara cu limita impusă și pentru a acționa luminarea LED-urilor.

Releul electromagnetic are în componența sa un solenoid, care atunci când este alimentat cu tensiune, acționează cu o forță asupra unei armături mobile schimbând starea contactelor (contactele normal închise se deschid iar cele normal deschise se închid). Contactele se află în starea “normală” atunci când bobina releului nu este alimentată cu tensiune. Un releu are o parte din contacte normal închise (lasă curentul să treacă) și altele normal deschise, fără legătură galvanică unul cu altul. Tensiunea de alimentare a bobinei releului este de valoare mică (nepericuloasă pentru om) 5 V, 12 V sau 24 V[1].

Figura 8.Releu electromagnetic

Contactele folosite reprezintă aparatele care au rolul de a comuta, prin închiderea și deschiderea circuitului pe baza unei comenzi, curenți de valori mari .(care pot fi electromagnetici sau statici).

Figura 9.Simboluri folosite pentru contacte

ND-contact normal deschis

NI-contact normal inchis

Prin convenție un contact închis reprezintă starea „1” logic (permite circulația curentului), iar un contact deschis reprezintă starea „0” logic (întrerupe circulația curentului).

Un senzor fotoelectric este un dispozitiv folosit pentru a detecta distanța, absența sau prezența unui obiect folosind un transmițător de lumină și un receptor fotoelectric. E3FB-RP21, varianta folosită, este un senzor fotoelectric compact fabricat de Omron, simplu și rapid de montat și ușor de pus în funcțiune datorită unei game largi de ajustări. Seriile de senzori ERFB sunt de obicei instalate în componența mașinilor industriale, deoarece sunt create special pentru a funcționa chiar și în cazul în care mașinile funcționează fără oprire.

Figura 10.Senzorul E3FB-RP21[1]

Datele tehnice ale senzorului folosit sunt prezentate în tabelul de mai jos.

Reflectoarele sunt necesare funcționării pentru senzorii retroreflectivi. Modelul ales este E39-R1S, asigurînd funcționarea optimă senzorului pe o distanța de până la 4 metri.

Cablul de comunicație a PLC-ului cu PC-ul este un cablu de tip PPI.

Pornirea și alimentarea sistemului se realizează prin închiderea contactului POWER. LED-ul verde luminează intermitent.

Viteza cu care un autovehicul(obiect) se deplasează este măsurată din momentul întreruperii contactului dintre primul senzor fotoreceptiv și fotocelula alăturată lui până în momentul în care acest contact este închis din nou. Aceasta viteză este comparată cu viteza de control de către CPU aflat în componența PLC-ului Simatic S7-200. În cazul în care aceasta este mai mare decât viteza de proba, LED-ul verde se stinge și se aprinde LED-ul galben. În cazul în care viteza este mai mică decât viteza de control, LED-ul verde rămâne aprins, iar celelalte două rămân oprite.

În cazul trecerii obiectului prin spațiul celui de-al doilea senzor fotoreceptiv, viteza este măsurată și comparată din nou în CPU. În cazul în care viteza este depășită, indiferent de LED-ul care este aprins, galben sau verde, acestea se sting și se aprinde LED-ul roșu.

Rolul LED-urilor este acela de a transmite un mesaj de confirmare a faptului că viteza nu depășește norma legală, în cazul celui verde, a faptului că viteza trebuie redusa, întrucât este mai mare decât mărimea maximă admisă, în cazul celui galben, iar rolul celui roșu este acela de a anunța și declanșa o intervenție efectiva în scopul limitării vitezei autovehiculului.

Conexiunile realizate între biții de intrare/ieșire ai PLC-ul și restul sistemului se regăsesc în anexa 1 și anexa 2.

Capitolul 4

Familia de PLC-URI SIMATIC S7

4.1.Generalități

Un controler logic programabil, denumit PLC (Programmable Logic Controller) este un dispozitiv de tipul unui computer utilizat pentru a controla procesele din mediul industrial.

Conform definiției NEMA (National Electrical Manufacturers Associations), un PLC este soluția bazată pe un microprocesor care utilizează modulele de intrare conectate la senzori pentru a citi starea sistemului controlat, schimbarea task-ului de analiză a stării sistemului și clarificarea acțiunilor consecutive și, în sfârșit, utilizează modulele de ieșire pentru a dirija conductorii și dispozitivele de acționare. De aceea, task-ul software a PLC-ului constă in calcularea valorilor de ieșire corecte oferind o imagine a valorilor de intrare[8].

PLC-urile oferă și alte avantaje fata de sistemele de control tradiționale, cum ar fi:

Siguranță ridicată;

Necesitatea unui spațiu mic pentru implementare;

Posibilitatea implementării de operații matematice;

Costuri reduse;

Abilități de a rezista la un mediu aspru;

Controllerele modulare SIMATIC sunt optimizate pentru a controla diferite task-uri și pot fi adaptate pentru a întruni cerințele folosind module adaugate de I/O, funcții speciale și moduri de comunicație. Exemple de produse din aceasta categorie sunt: LOGO!, produsele micro pentru automatizare S7-200 și S7-1200, PLC-urile modulare S7-300 și S7-400.

Figura 11.Familia de PLC-uri SIMATIC S7[25]

4.2.Arhitectura unui PLC

Arhitectura PLC-ului poate fi schematizată ca în .

Figura 12.Arhitectura unui PLC

Unitatea centrală este în general, bazată pe un singur processor, dar pentru aplicațiile complexe este disponibil multiprocesorul. Majoritatea PLC-urilor au o magistrală unică, comună cu UCP-ul, memoria și interfețele. Evoluția controller-ului este în direcția soluțiilor multimagistrală (multibus) unde, în particular, canalele de I/O au propria lor magistrală serială sau paralelă.

Unitatea de depanare și programare a PLC-ului este, de obicei, un dispozitiv extern, întinzându-se de la o tastatură dedicată cu un display mic până la un Computer Personal (PC).

Modulele de intrare/ieșire (I/O) convertesc semnalele provenite de la senzori într-un format digital și generează semnale electrice proporționale cu valorile digitale de la variabilele de ieșire stocate în memoria PLC-ului. Semnalele înlocuite între sistem și control pot fi discrete sau analogice.

Sunt câteva criterii de selecție a PLC-ului corespunzător pentru o aplicație dată. Tipic, clasa PLC-ului este definită de către numărul maxim de semnale de I/O care sunt capabile să comande și să conducă. Un alt criteriu, care este foarte important, este viteza de calcul a PLC-ului, capabilitatea de luare a deciziei corecte într-un interval de timp precizat.

De fapt, un PLC este alcătuit din două elemente:

Unitatea centrală de prelucrare;

Sistemul de intrare/ieșire.

Unitatea centrală de prelucrare (UCP) este partea controllerului programabil care extrage, decodează, stochează și procesează informația. De asemenea, execută programul de control stocat în memoria PLC-ului. În esență, UCP-ul este “creierul” controllerului programabil. UCP-ul are trei părți componente:

Procesorul;

Sistemul de memorare;

Alimentarea.

Procesorul este partea din UCP care codează, decodează și calculează date.

Sistemul de memorare este partea din UCP care stochează atât programe cât și date de control pentru echipamentul conectat la PLC.

Memoria PLC-ului este împărțită în trei spații: spațiul de sistem, spațiul de program și spațiul de date. Spațiul de sistem conține programe instalate de către fabricant (sistemul de operare, modulele de diagnosticare și simulare). Spațiul de program conține codul de control scris de către programator. Spațiul de date stochează toate variabilele utilizate de către programul de aplicație.

Alimentarea este acea parte care furnizează PLC-ului tensiunea și curentul de care are nevoie pentru a funcționa.

Figura 13.Structura UCP

Sistemul de intrare/ieșire (I/O) este partea din PLC la care sunt conectate toate dispozitivele din câmp. Dacă UCP-ul poate fi gândit ca un creier al PLC-ului, atunci sistemul de I/O poate fi gândit ca fiind mâinile și picioarele PLC-ului.

Sistemul de I/O constă din 2 părți principale:

Cadrul de montare (rack-ul);

Modulele de intrare/ieșire (I/O).

Cadrul reprezinta o cutie cu sloturi in care sunt montate modulele de I/O care este conectat la UCP.

Modulele de intrare/ieșire sunt dispozitive cu terminale de conectare la care sunt legate dispozitivele din câmp. Împreună, cadrul și modulele de I/O alcătuiesc interfața dintre dispozitvele din câmp și PLC. Când se setează corect, fiecare dintre modulele de I/O este atât cablat la dispozitivele din câmp corespunzătoare cât și instalat într-un slot din cadru. Acest lucru creează o conectare fizică între echipamentul din câmp și PLC. La unele PLC-uri mai mici, cadrul și modulele de I/O sunt încapsulate într-o singură unitate.

Figura 14. Cadrul în care sunt montate dispozitivele I/O

Toate dispozitivele de câmp conectate la PLC pot fi clasificate în una din două categorii:

de intrare;

de ieșire.

Intrările sunt dispozitivele care transmit un semnal/dată la un PLC. Exemple tipice de intrări sunt butoanele de acționare, întrerupătoarele și dispozitivele de măsurare.

Ieșirile sunt dispozitivele care așteaptă un semnal/dată de la PLC pentru a efectua funcțiile de control. Semnalizările luminoase, hupele, motoarele și valvele sunt toate bune exemple de dispozitive de ieșire.

Fundația pe care conceptual TIA (Totally Integrated Automation) este bazat o reprezintă PLC-urile Siemens SIMATIC. Datorită necesităților variate ale utilizatorilor și ale contructorilor de mașinării, PLC-urile SIMATIC sunt disponibile sub forma unor module convenționale, produse dedicate pentru diferite sisteme de automatizări, sau sub forma unor controllere bazate pe PC.

4.3.Simatic S7-200

Seria S7-200 reprezintă o linie de micro-PLC care poate controla o diversitate de aplicații de automatizare.

Figura 15.SIMATIC S7-200[25]

S7-200 are un design compact, cost redus și un vast set de instrucțiuni, toate aceste avantaje făcând din S7-200 soluția perfectă pentru controlul de aplicații mici.

Există 6 tipuri de CPU pentru S7-200, fiecare cu o configurație a numărului de biți de intrare/ieșire.

S7-200 suportă atașarea unor module de extensie (intrări/ieșiri digitale, analogice, de comunicație, tehnice), conform fig 16.

Figura 16.Module de extensie compatibile cu S7-200[25]

Stările unui CPU al fiecărui S7-200 pot fi comutate între RUN, STOP, TERM. Când este în starea Run, CPU-ul execută programele atâta timp cât nu sesizează o eroare. Când este în starea STOP, CP-ul nu execută programul dat de user. Starea TERM caracterizează faptul că instrumentul de programare poate încărca codul în S7-200, dar în timp ce această stare este activă, acesta nu poate executa programul respectiv[25][27].

CPU-ul execută programele și memorează datele pentru controlul task-ului. Sursa de tensiune furnizează energia necesară pentru modulul de bază și modulele suplimentare. Intrările monitorizează semnalele primite de la dispozitivele de câmp (senzori, switch-rui), pe când ieșirile controlează elementele de execuție (pompe, motoare).

CPU-ul dispune de asemenea de leduri ce indică starea RUN/STOP, starea curentă a intrărilor/ieșirilor, detectare erori. Totodată, dispune și de un ceas în timp real precum și de o memorie EEPROM ce memorează/transferă programe între CPU.

S7-200 poate fi conectat la PC folosind un cablu PC/PPI (Point to Point Interface), astfel:

starea poziției pinilor care determină rata de transfer (pinii 1, 2, 3 dau rata de transfer, iar pinii 4 și 5 trebuie să fie 0);

capătul lui RS-232 se conectează la PC (com 1 și com 2)/USB;

capătul RS-485 se conectează la S7-200.

Figura 17.Modalitate de conectare printr-un cablu PPI[26]

Conceptul de bază în programarea lui S7-200 este următorul:

S7-200 citește starea intrărilor;

programul memorat în CPU folosește aceste intrări pentru a evalua logica de control;

la rularea unui program, CPU revizuiește datele;

CPU scrie datele la ieșire.

CPU-ul lui S7-200 memoreaza informatia in diferite locatii de memorie care au adrese unice. Utilizatorul poate specifica adresa de memorie pe care doreste sa o utilizeze, acest lucru permitand aplicatiei sa aiba acces direct la informatie. Accesare unui bit in zona de memorie implica specificarea unei adrese care include:identificarea zonei memoriei, adresa byte-ului, numarul de biti.

Accesarea zonei de memorie este realizata conform figurii 18.

Figura 18.Zone de memorie adresabile[27]

Mediul de dezvoltare al programului de aplicație pentru S7-200 este STEP 7 MICRO/WIN 32.

4.4.STEP 7 MICRO/WIN 32

Pachetul software STEP 7 înglobează o serie de aplicații (instrumente).

Figura 18.Instrumente STEP 7

SIMATIC Manager gestionează toate datele care aparțin unui proiect de automatizare, indiferent de sistemul de control programabil (S7/M7/C7) pentru care sunt concepute. Instrumentele necesare pentru editarea datelor selectate sunt pornite automat de SIMATIC Manager.

Cu Symbol Editor se gestionează toate simbolurile aplicației. Sunt disponibile

următoarele funcții:

Crearea numelor și componentelor simbolice pentru semnalele procesului

(intrări/ieșiri, bit memorie și blocuri);

Funcții de sortare;

Import/export la/de la alte programe Windows.

Tabela de simboluri creată cu acest instrument este disponibilă pentru poate celelalte

instrumente ale pachetului SIMATIC. Orice modificare a proprietătilor unui simbol este

așadar recunoscută automat de toate celelalte instrumente.

Cu funcțiile din Hardware Diagnostics se oferă o imagine de ansamblu asupra stării controllerului programabil. Se poate localiza un defect și se pot obține informații detaliate despre el. Afișează informații generale despre modul (de exemplu: numărul de ordine, versiune, numele), precum și starea modulului (de exemplu defecte), afișează defectele modulului (de exemplu canal defect) pentru I/O central și slave DP, afișează mesajele de la buffer-ul de diagnosticare.

Pentru CPU afișază următoarele informații suplimentare:

Cauzele defecțiunilor la rularea unui program utilizator;

Afișează durata ciclului (al celui mai lung, mai scurt, și a ultimului ciclu);

Posibilități de comunicare pe MPI și de încărcare;

Date de performanță (număr de intrări/ieșiri posibile, bit memorie, numărătoare, timere și blocuri).

Instrumentul Hardware Configuration se utilizează pentru configurarea și atribuirea de parametrii părții hardware a unui proiect.

Sunt disponibile următoarele funcții:

Configurarea controller-ului programabil;

Configurarea modulelor I/O;

Atribuirea de parametrii modulelor de funcții și procesoarelor de comunicație.

NetPro (Network Configuration) permite transferul de date time-driven și event-driven.

Formatele de generare ale unui program de aplicație (limbaje de programare) folosind STEP7 MICRO/WIN 32 sunt STL, LAD și FBD.

STL (Statement List) este un limbaj în care programul este descris pe baza de cod scris. Este varianta cel mai utilizată de programatori cu experiența. Permite crearea unor secvențe de program ce nu se pot realiza în celelalte moduri de reprezentare. Este asemănător unui limbaj de asamblare.

LAD (Ladder logic) este un limbaj grafic care permite descrierea prin diagrame cu relee electrice. Când se lucrează în acest limbaj editorul este grafic și permite aranjarea secvențelor pentru a forma o logică de rețea. Este un limbaj bun pentru programatori începători. În principiu programele LADDER se bazează pe capabilitatea unității centrale de a emula un flux electric pornind de la o sursă, printr-o serie de condiționări logice de intrare până la activarea unei condiții logice de ieșire.

FBD (Function Block Diagram) este un editor ce permite vizualizarea instrucțiunilor unui program prin cutii logice care seamănă cu porțile logice (AND OR XOR NOT etc). Nu sunt contacte sau relee ca și in LADDER, dar sunt instrucțiuni echivalente care apar ca și cutii de instrucțiuni. Logica programului este implementată prin modul de conectare dintre aceste cutii de instructiuni.

Transferul unui program in PLC se realizeaza astfel:

se încarcă proiectul File -> Open -> nume -> Open;

se stabilește tipul automatului PLC -> Type -> OK ;

se stabilesc parametrii de comunicare PLC -> Type -> Comunications ->PC/PPI > Properties > Local Communications -> Ok ;

se pornește PLC-ul și se comută butonul pe TERMINAL ;

se stabilește comunicația View -> Communicatons -> Double click – se așteaptă răspuns cu

adresa de conexiune ;

se transferă programul în PLC prin File -> Download ;

mediul execută o compilare generală, dacă nu sunt erori programul de aplicatie este

transferat în PLC, care a fost trecut în mod STOP;

pentru execuția programului automatul programabil se trece în regim RUN.

Un program se încarcă din PLC astfel:

se încarcă proiectul File -> Open -> nume -> Open;

se stabilește tipul automatului PLC -> Type -> OK ;

se stabilesc parametrii de comunicare PLC -> Type -> Comunications ->PC/PPI ->

Properties -> Local Communications -> Ok ;

se porneste PLC-ul și se comută butonul pe TERMINAL ;

se stabilește comunicația View -> Communicatons -> Double click – se așteaptă răspuns adresa de conexiune;

se preia programul din PLC prin File -> Upload;

mediul transferă în memoria calculatorului programul de aplicație, iar acesta poate fi salvat cu opțiunea Save (Meniu File).

Tipurile de date folosite de programul STEP7 se regasesc în figura 19.

Figura 19.Tipuri de date folosite de STEP 7[27]

Funcțiile uzuale folosite de STEP 7 sunt:

încărcarea și evaluarea unui bit ;

încărcarea și evaluarea imediată a unui bit;

negarea;

încărcarea și evaluarea unui octet;

încărcarea și evaluarea unui cuvânt;

încărcarea și evaluarea unui cuvant dublu;

încărcarea și compararea unui numar real;

setarea/resetarea unui grup de biți;

operații logice (și, sau, sau exclusiv);

mutarea unei locații în alta;

inițializarea unei zone;

instrucțiuni de ceas;

ciclul for;

adunare, scădere, radical;

temporizare;

instrucțiuni de numărare.

În Step7 există două moduri de adresare a unui bit, adresarea directă și adresarea indirectă.

Adresarea directă

prin adresare directă se specifica zona de memorie, dimensiunea și locația (de ev.VW1000 se referă la un cuvânt din locația 1000 în zona de memorie V);

pentru a accesa un bit se specifică după punct al câtelea bit din octet este accesat ( de ex, VB100, 7 accesează ultimul bit de la locația V100).

Adresarea indirectă

se pot adresa indirect date de tip I, Q, M, T, C și V ;

pentru aceasta se creează un pointer către locația precizată;

toți pointerii sunt de tip dublu cuvânt, și pot fi accesate valori de octeți, cuvinte și duble ;

cuvinte. Nu se pot adresa indirect valori pe biți;

se utilizează instrucțiunea MOVD pentru a transfera adresa destinație dorită către un

pointer> ;

se pot utiliza doar locații de memorie de tip V sau regiștrii acumulatori AC!, AC2 si AC3 pentru a înmagazina adresa destinație;

se utilizeaza & la inceput, indicandu-se ca este vorba de un pointer la adresa

se utilizează * inaintea de adresa destinatie pentru a indica conținutul locației de la aceasta adresă.

4.5.Mediul de programare WinCC

WinCC este un sistem HMI, rulat sub sitemul de operare Microsoft Windows 2000 sau Windows XP. HMI vine de la "Human Machine Interface", adică interfața dintre om

(operatorul) și mașină (procesul).Controlul efectiv asupra procesului se realizează de către sistemul de automatizare. WinCC comunică cu atât operatorului și sistemul de automatizare.

Pentru a dezvolta și a configura proiecte, mediul de dezvoltare WinCC este prevăzut cu editoare speciale, care pot fi accesate de la WinCC Explorer. Cu fiecare editor, un subsistem specific de WinCC este configurat.

Subsistemele importante ale WinCC sunt:

Subsistemul de grafică – editor pentru crearea ecranelor este Designer Grafică;

Subsistemul de alarmă – editor pentru configurarea alarmelor este numit log de alarmă;

Subsistemul de arhivare – redactor pentru specificarea datelor care urmează să fie arhivate este numit exploatare forestieră Tag;

Subsistemul de raport – editor pentru crearea layout raportul este Report Designer;

Subsistemul de comunicare – este configurat direct în Explorer WinCC.

Cu software-ul WinCC Runtime (execuție), operatorul poate executa și monitoriza

procesul. Programul de execuție are următoarele atribuții:

Citirea datelor stocate în baza de date CS;

Afișarea pe ecrane;

Comunicarea cu sisteme de automatizare;

Arhivarea datelor de rulare actuale, cum ar fi valorile de proces și evenimente de

Alarmă;

Rularea unui proces, de exemplu, prin intermediul unor puncte de referință specificate sau prin activare / dezactivare.

Componenta WinCC Explorer este nucleul software de configurare. În WinCC

Explorer, este afișată întreaga structură de proiect și este realizat managementul proiectului. Pentru dezvoltarea și configurarea proiectelor, sunt oferite editoare speciale, care pot fi accesate din WinCC Explorer. Cu fiecare editor, un subsistem specific de WinCC este configurat.

Capitolul 5

Programarea în Step 7, simularea programului și interfața HMI

5.1.Configurare Simatic Manager

Indiferent dacă se dorește începerea cu programarea sau cu configurarea hardware, mai întâi trebuie instalat Step 7 pe PC sau laptop. Pentru instalare se introduce CD-ul în unitatea optică și se urmează instrucțiunile ce apar pe ecran. Odată ce instalarea este finalizată corect, este nevoie de o restartare a calculatorului, iar pictograma Simatic Manager va fi afișată pe ecranul principal. Se execută dublu click pe pictogama Simatic Manager obținută în urma instalării, iar setările implicite pornesc Step 7 Wizard.

Figura 20.Structura programului, model ierarhizat

Se execută apoi dublu click pe iconița Simatic Manager, apoi din meniul File se alege comanda Wizard New Project (dacă fereastra Wizard nu apare automat). Pentru a trece la următorul pas se apasă butonul Next.

Figura 21. Fereastra Wizard

În urma deschiderii ferestrei următoare, vom selecta CPU 314C-2DP, setarea implicită pentru adresa MPI este 2; se apasă Next.

Figura.22. Selectare CPU

Este obligatorie selectarea CPU-ului înainte de începerea programării (fiecare CPU dispune de anumite proprietăți). Pentru a se putea realiza comunicarea între CPU și dispozitivul de programare este necesară selectarea adresei MPI (Multipoint Interface). Pasul următor este selectarea blocului OB 1 și a limbajului de programare (LAD). Se confirmă setările prin apăsarea butonului Next. OB 1 reprezintă nivelul de programare superior ce organizează celelalte blocuri din S7.

Se definește numele proiectului din zona Project Name, cu numele dorit de utilizator și se confirmă apăsând Make pentru generearea proiectului.

Figura 23. Redenumire proiect

De îndată ce fereastra Wizard este închisă, Simatic Manager apare cu proiectul creat anterior. De aici se pot porni toate funcțiile programului Step 7.

Figura 24. Fereastra principală

Navigarea în cadrul structurii proiectului se face apăsând semnul "+/-" pentru închiderea sau deschiderea unui director. În directorul S7 Program vom întâlni componenta Symbols (asocierea adreselor cu nume simbolice) și componenta Source Files (stochează fișierele sursă ale programelor). Apăsând click pe directorul Blocks vom întalni blocul OB1 creat anterior, iar pe parcursul dezvoltării programului vor apărea și alte blocuri.

Se face click pe directorul Simatic 300 Station unde sunt stocate toate datele de proiect cu referire la partea hardware.

Un alt pas important este stabilirea configurației hardware a PLC-ului; aceasta se face după ce se creează proiectul. Se apasă click pe directorul Simatic 300 Station din stânga ecranului și se dă dublu click pe iconița hardware ce apare în dreapta, deschizându-se o fereastră denumită HW Config-Simatic 200 Station.

Figura 25. Configurație hardware stadiu final

Primul element adăugat pentru realizarea configurației este o șină (rack). Slotul 1 este lăsat liber pentru a se putea folosi o sursă externă. Totuși acesta poate fi folosit doar pentru a adăuga o sursă de alimentare proprie (exemplu: PS307 2A). Pe poziția 2 este fixat CPU împreună cu modulele sale proprii de intrare și ieșire. Module opționale de intrare și ieșire pot fi adăugate pe șină începând cu slotul 4. Pentru partea practică s-a folosit modelul 314C-2DP care are din construcția sa proprie următoarele:

DI 8 x DC24V;

AI 5/AO2 x 12 Bit;

DI16/DO16 x DC24V.

Configurarea modulelor digitale reprezintă următorul pas. Pentru proiect, vom avea următoarele adrese pentru intrările și ieșirile digitale:

Intrări digitale (numerotate de la 0 la 2)

De la I 0.0 la I 0.7;

De la I 1.0 la I 1.7;

De la I 2.0 la I 2.4.

Ieșiri digitale (numerotate de 0 la 2):

De la Q 0.0 la Q0.7;

De la Q 1.0 la Q1.7;

De la Q2.0 la Q2.4 .

De asemenea va fi nevoie de o verificare a adreselor modulelor adăugate. Acest lucru se face prin apăsare click secundar pe modulul din listă ce vrem să îl verificăm și se alege Object Properties. Se va deschide o fereastră din care vom selecta rubrica Adresses; se fac modificări (se debifează System Default) în caz că este nevoie de acest lucru și se apasă butonul OK.

5.2.Elaborarea programului în Simatic Step7

Pentru a elabora aplicația propusă, codul este generat in Step7 în formatul LAD.

Biții de intrare I.0.0 și I.0.1 reprezintă intrările fotocelulelor cu infraroșii, RADAR 1 și RADAR 2.

Biții de ieșire (de comandă a aprinderii/stingerii) le reprezintă stările LED-urilor (aprins-1, stins-0), și anume Q0.1 pentru cel roșu, Q0.3 pentru cel verde, iar Q0.2 pentru cel galben.

T32, T96, T103, T102, T33, T34, T101 reprezintă relee de timp.

MOV_W reprezintă funcția de mutare a variabilei în tipul Word.

SUB_I reprezintă funcția de scădere.

SM0.0 reprezintă bitul de memorie de stare a PLC-ului.

Bitul de intrare I0.3 este bitul prin activarea căruia se realizeaza resetarea, iar M0.5 este bitul de memorie ce vine de la contactul extern normal deschis RESET.

Condițiile elaborate pentru a activa culoarea verde a semaforului(Q0.3=1) sunt:

intrarea RESET (din simulator și din sistemul) să fie '0' ;

viteza aflată folosind intrările senzorilor I0.0 si I0.1 să fie mai mică decât viteza de control.

Condițiile elaborate pentru a activa culoarea galbena a semaforului (Q0.2=1) sunt:

intrarea RESET (din simulator și din sistemul fizic) sa fie '0';

viteza aflată folosind intrarea senzorului 1 (I0.0) să fie mai mare decat viteza de control, iar intrarea senzorului 2(I0.1) să fie 0 (autovehiculul/obiectul nu a ajuns în dreptul senzorului 2).

Conditiile elaborate pentru a activa culoarea rosie a semaforului(Q0.1=1) sunt:

-intrarea RESET (din simulator si din sistemul fizic) sa fie '0'

-viteza aflată folosind intrarea senzorului 2 (I0.1) să fie mai mare decât viteza de control

5.3.Configurarea WinCC

Se creează un nou proiect cu ajutorul opțiunii Project Wizard

Figura.26 Crearea unui proiect nou

Se alege tipul de proiect Small Machine și se integrează proiectul STEP7 apăsând butonul Browse, apoi selectând sursa.

Figura 27.Legătura directă PLC

Se alege tipul de dispozitiv HMI, se selectează rezoluția ecranului, tipul de conexiune și seria din care face parte PLC-ul.

Figura 28. Selectarea opțiunilor dorite

Se apasă Next până se ajunge la configurarea modului de navigare.

Figura 29. Mod de navigare ecrane

Se adaugă librăriile necesare , se apasă din nou Next apoi Finish.

Figura 30. Pasul Final

5.4.Simularea în WinCC

Simularea în WinCC a profesului oferă mai multe facilități:

detectarea apariției unui autoturism în dreptul radarului;

măsurarea vitezei în dreptul fiecărui radar;

setarea pragului maxim de viteză;

posibilitatea resetarii automatului din fereastra de simulare Wincc.

Figura 31.Componente meniu simulare WinCC

Componența elementelor folosite în aceasta simulare în WinCC este:

semaforul, reprezentat fizic de lampa cu cele 3 LED-uri (roșu,verde, galben);

al doilea radar folosit pentru măsurarea vitezei și validării sesizării obiectului;

primur radar folosit pentru măsurarea vitezei și validării sesizării obiectului;

butonul de resetare a automatului;

setarea valorii vitezei maxime (vitezei de control);

element grafic ce apare la sesizarea mișcării în dreptul radarului 1;

element grafic ce apare în cazul unei viteze în dreptul radarului 2 mai mare decât valoarea maximă;

element grafic ce apare la sesizarea mișcării în dreptul radarului 2.

Figura 32.Variabile folosite în simularea WinCC

Capitolul 6

Concluzii

Având în vedere soluția propusă față de problematica abordată, implementarea în practică a acesteia comportă mai multe aspecte. În primul rând, trebuie întocmit un studiu de către autoritățile guvernamentale, respectiv CNANDR, Inspectoratul de Politie, medici, asiguratori, în care să se stabileasca punctele din trafic unde s-au consemnat cele mai multe evenimente rutiere cauzate de viteza excesivă, locații unde se impun restricții de viteză sezoniere datorate predilecției de formare rapidă a poleiului, a ceții, etc. Totodată, trebuiesc analizate din punct de vedere tehnic, în locația aleasă de aplicare a sistemului de limitare a vitezei condițiile de realizare, respectiv: surse de alimentare cu energie, căi de comunicație, protejare împotriva vandalizării instalațiilor.

O altă problemă care necesită atenția autorităților o constituie modalitatea de punere în acord a acestei variante de îmbunătățire a siguranței rutiere cu legislația și reglementările existente în domeniu, în paralel cu o campanie de informare și conștientizare a participanților la traficul rutier. După obținerea aprobării guvernului pentru programul propus, va fi necesar să se revadă modul în care programul va fi prezentat (prin legislație, punere în executare, indicatoare cu limite de viteză revizuite, amenajări rutiere și educarea publicului), precum și estimarea necesităților definanțare.Poate fi, de asemenea, benefic să fie luată în considerare experiența altor țări și să se efectueze o verificare finală a realității obiectivelor proiectului, a angajamentelor părților interesate și a finanțării. Deoarece armonizarea măsurilor întărește credibilitatea acestora pentru public, guvernele naționale ar trebui să urmărească armonizarea controlului vitezei pentru tipurile similare de drumuri, atât la nivel de țară/stat/provincie, cât și la nivel de țări/state/provincii.

Dacă după o perioadă de experimentare a acestei soluții se constată diminuarea numărului de evenimente, se poate lua decizia de extindere a aplicării acesteia pe o porțiune mai mare de autostradă sau pe toată autostrada.

SUMARRY

The issue of traffic collision, that is common in many countries around the world, is caused mainly by two prominent factors that involve the speed of vehicles in traffic, excessiveness and inadequateness, of said speed. The more speed a vehicle in traffic has, the more breaking distance it needs, therefore greatly increasing the chance that the said vehicle will be involved in an accident. If such an accident occurs at a high speed, there will be more kinetic energy that will be involved therefore there will be an increased chance of severe injury for a participant.

Speed management is a very important tool in the pursuit of traffic safety. Altough, raising the number of occurences in which vehicles in traffic obey the speed limit and actively try to drive safe is no easy task. A lot of drivers do not understand the risks involved and quite often they put greater value on the benefits of driving at a high speed than understanding the possible consequences of their actions.

The goal of this project is to aproach the issues that have been explained before by presenting a novel system which aims to help limit speed on highways, which according to statistics are some of the safest roads, the typical speeds and conditions that vehicles in traffic encounter on highways means that accidents are typically of higher severity than those that typically occur on other types of roads.

The deployment of this system allows a better control of the enforced speed limits on public roads, and through the measuring of the speed of vehicles in traffic, offer a way to warn drivers that they have exceeded the speed limit. The deployment of the system can also aid in warning drivers that they are not within the bounds of the law and as a final solution offer a physical way to enforce the objective that it was set to.

The main objective of this project is the representation of a planned sequence of speed measuring systems, of information gathering systems that analyze the breaking of the speed limit that is enforced in a given area and a physical intervention system that acts upon vehicles in case it needs to reduce the speed of offenders back within the range that is specified by law.

The secondary objective of the project is the description of the programmable logic controller Simatic S7-200 by presenting the way in which it functions, the benefits in using the said PLC, the nature of the configuration and development system WINCC and the development medium of the application program STEP7 MICROWIN/WIN32 that represents the central element that is to be used in the implementation of the informatic solution that has been chosen.

The project is composed of the following 6 chapters:

Introduction;

The current state of the issue at hand;

The presentation of the type of solution that is to be used;

The S7 family of PLCs;

Programming in STEP7, the simulation of the program and the HMI interface;

Conclusions.

The first chapter has an introductory role, presenting the framing of the topic in one of the domains of the specialization, presenting the problems that are being solved and also presenting the way in which the topic and the issues are being handled.

The second chapter presents the evolution of traffic, of systems used to aid in limiting speed and the solutions proposed to help manage speed on an international level.

Chapter three contains the description and implementation of the proposed solution from a physical point of view, while keeping in mind the current situation.

Chapter four contains the specifications of the central element used in the implementation of the chosen solution, which is a PLC SIEMENS SIMATIC S7. Altough the current issue does not require such a high standard in relation with the processing unit, the chosen central element that is to be described in this chapter is the S7-200 model.

The fifth chapter presents and describes the way that the solution that has been implemented from the point of view of the chosen PLC, using the development medium STEP 7 MICRO/WIN 32 and the man-machine language that is used to simulate the WINCC process.

The sixth and final chapter contains the conclusions and the highliting of the importance of implementing such a system.

Bibliografie

1. Bucur Cristian, Fundamentele electronicii digitale, Editura Universitatii "Petrol-Gaze", Ploiesti,2008;

2. Moise, A., Sisteme de conducere a robotilor, Editura UPG, Ploiesti, 2006;

3. Cîrtoaje V., Teoria sistemelor automate, Editura UPG Ploiești, 2013;

4.Georgely Eugen Ioan, Automate programabile. Operare,programare, aplicatii ,Editura "Universitatea Oradea", Oradea, 2009;

5. Paraschiv N, Rădulescu G., Introducere în știința sistemelor și calculatoarelor, Editura Matrixrom, București, 2007;

6. Moise A., Automate programabile. Proiectare. Aplicatii. Ed. MatrixRom, Bucuresti, 2004;

7.Hugh Jack, Automating Manufacturing Sistems with PLCs, 2005;

8.Popescu D., Automate programabile, Editura Sitech, 2001;

9.Mihalache S.F., Elemente de ingineria reglarii automate, Matrixrom, 2008;

10.Siemens, S7-200 Automation System Module Data;

11.Siemens, S7-200 Specifications;

12.Siemens, Working with Step 7;

13.Siemens, Ladder Logic(LAD) for S7-200 Programming;

14.***http://www.automation.ro/Invata_Automatica/pdf/Magistrala_PROFIBUS.pdf

15.***http://www.automatizari-scada.ro;

16.***http://www.electrokoles.home.ro/ind%20web/capitolul2.htm;

17.***http://www.emie.ugal.ro/doc/me/Capitolul%203.pdf ;

18.***http://en.wikipedia.org/wiki/Profibus;

19.***http://en.wikipedia.org/wiki/SCADA#Human.E2.80.93machine_interface;

20.***http://en.wikipedia.org/wiki/TARGET_3001!;

21.***http://iota.ee.tuiasi.ro, Automate programabile;

22.***http://ro.wikipedia.org/wiki/Sursa_de_alimentare_%C3%AEn_comuta%C8%9Bie;

23.***http://scribd.com;

24.***http://www.siemens.com/entry/cc/en/;

25.***http://w3.siemens.com/mcms/programmable-logic-controller/en/simatic-s7-controller/s7-200/Pages/Default.aspx;

26.***http://w3.siemens.com/mcms/simatic-controller-software/en/step7/simatic-s7-plcsim/Pages/Default.aspx1;

27.***http://cnadnr.ro.

Bibliografie

1. Bucur Cristian, Fundamentele electronicii digitale, Editura Universitatii "Petrol-Gaze", Ploiesti,2008;

2. Moise, A., Sisteme de conducere a robotilor, Editura UPG, , 2006;

3. Cîrtoaje V., Teoria sistemelor automate, Editura UPG Ploiești, 2013;

4.Georgely Eugen Ioan, Automate programabile. Operare,programare, aplicatii ,Editura "Universitatea Oradea", , 2009;

5. Paraschiv N, Rădulescu G., Introducere în știința sistemelor și calculatoarelor, Editura Matrixrom, București, 2007;

6. Moise A., Automate programabile. Proiectare. Aplicatii. Ed. MatrixRom, Bucuresti, 2004;

7.Hugh Jack, Automating Manufacturing Sistems with PLCs, 2005;

8.Popescu D., Automate programabile, Editura Sitech, 2001;

9.Mihalache S.F., Elemente de ingineria reglarii automate, Matrixrom, 2008;

10.Siemens, S7-200 Automation System Module Data;

11.Siemens, S7-200 Specifications;

12.Siemens, Working with Step 7;

13.Siemens, Ladder Logic(LAD) for S7-200 Programming;

14.***http://www.automation.ro/Invata_Automatica/pdf/Magistrala_PROFIBUS.pdf

15.***http://www.automatizari-scada.ro;

16.***http://www.electrokoles.home.ro/ind%20web/capitolul2.htm;

17.***http://www.emie.ugal.ro/doc/me/Capitolul%203.pdf ;

18.***http://en.wikipedia.org/wiki/Profibus;

19.***http://en.wikipedia.org/wiki/SCADA#Human.E2.80.93machine_interface;

20.***http://en.wikipedia.org/wiki/TARGET_3001!;

21.***http://iota.ee.tuiasi.ro, Automate programabile;

22.***http://ro.wikipedia.org/wiki/Sursa_de_alimentare_%C3%AEn_comuta%C8%9Bie;

23.***http://scribd.com;

24.***http://www.siemens.com/entry/cc/en/;

25.***http://w3.siemens.com/mcms/programmable-logic-controller/en/simatic-s7-controller/s7-200/Pages/Default.aspx;

26.***http://w3.siemens.com/mcms/simatic-controller-software/en/step7/simatic-s7-plcsim/Pages/Default.aspx1;

27.***http://cnadnr.ro.