Studiul și realizarea unui sistem de reglare bipozițională a nivelului [301961]

Anexa 8

[anonimizat]: inginerie mecanică și electrică

DEPARTAMENTUL: AUTOMATICĂ, CALCULATOARE ȘI ELECTRONICĂ

PROGRAMUL DE STUDII: AUTOMATICĂ ȘI INFORMATICĂ APLICATĂ

FORMA DE ÎNVĂȚĂMÂNT: IF

PROIECT DE DIPLOMĂ

TEMA: Studiul și realizarea unui sistem de reglare bipozițională a nivelului

PLOIEȘTI

2018

Calificativele pot fi: nesatisfăcător/satisfăcător/bine /foarte bine /excelent.

Comentarii privind calitatea proiectului: ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Cuprins

Introducere………………………………………………………………………………………….6

Capitolul I Dispozitove ale Sistemelor de Reglare Automată a Nivelului..8

Considerații teoretice privind sistemul de reglare automată a nivelului……………………………………………. ……………………………………….9

Traductoare de nivel…………………………………………………………………….10

Regulatoare…………………………………………………………………………………16

Elemente de execuție……………………………………………………………………19

Capitolul II Proiectarea și implementarea sistemului de reglare automată a nivelului…………………………………………………………………………………………..21

2.1 Structura generală a platformei(montajul)………………………………………22

2.2 Semnalizatoare de nivel……………………………………………………………….23

2.3 Senzori pentru monitorizarea pompei…………………………………………….23

2.4 Convertor……………………………………………………………………………………27

2.5 PLC( Programmable Logic Controller……………………………………………29

Capitolul III Proiectarea software a elementului de comandă (PLC)……34

3.1 Noțiuni teoretice ce stau la baza aplicației software…………………………34

3.2 Dezvoltarea aplicației…………………………………………………………………..37

Capitolul IV Rezultate experimentale………………………………………………….43

Concluzii…………………………………………………………………………………………….45

Bibliografie…………………………………………………………………………………………46

Rezumat în engleză………………………………………………………………………………47

[anonimizat], principii si legi in vederea realizării unui sens sau scop.

Un sistem este o [anonimizat] (subistem). [anonimizat].

[anonimizat] sisteme tehnice cu ajutorul cărora se realizează supravegherea, comanda si conducerea proceselor si intalatiilor tehnologice, fără interventia directă a omului. Sistemul automat fiind format din doua mari subsiteme: procesul(instalatia) de automatizat si dispozitivul de automatizare.

Mărimile (variabilele) asociate unui sistem sunt de trei feluri: mărimi de intrare, mărimi de stare și mărimi de ieșire.

Mărimile de intrare sunt independente de sistem (deci sunt de tip cauză) și influențează din exterior starea și evoluția sistemului.

Mărimile de stare sunt dependente de mărimile de intrare (deci sunt de tip efect) și au rolul de a caracteriza complet starea curentă a sistemului.

Mărimile de ieșire sunt dependente de mărimile de stare, uneori și direct de mărimile de intrare (deci sunt de tip efect), și au rolul de-a transmite în exterior (sistemelor învecinate) informație referitoare la starea curentă a sistemului. Unele mărimi de ieșire pot fi în același timp mărimi de stare.

Sitemele de reglare pot funcționa pe baza principiului acțiunii dupa cauză(perturbație) sau pe baza principiului acțiunii după efect(abatere). Sitemele care realizează reglarea dupa cauză se numesc sisteme cu acțiune directă(cu precompensare sau de tip “feedforward”) și sunt sisteme deschise, iar sistemele care realizează reglarea dupa efect se numesc sisteme cu ațiune inversă(cu reacții negative sau cu “feedback”) si sunt siteme închise.

Principiul reglării dupa efect constă în intervenția asupra procesului reglat,pe baza infomației obtinute prin măsurarea mărimii reglate, în vederea aducerii si mentținerii acestei mărimi la o valoare cat mai apropiată de valoarea referinței.

Principiul reglării dupa cauză constă în intervenția asupra procesului reglat, pe baza informaței obținute prin măsurarea mărimii perturbatoare, in vederea compensării efectului produs de aceasta asupra mărimii reglate.

Ca o comparație intre principiul reglării după efect si principiul reglării dupa cauză putem spune că, principiul reglării după efect(perturbație) constituie un dezavantaj deoarece: acțiunea compensatorului are loc în paralel cu acțiunea directă a perturbației, sistemul de reglare poate să prevină modificarea mărimii reglate de către perturbația respectivă. Pentru realizarea reglării ideale este necesară cunoașterea exactă a modelului dinamic al procesului reglat. Chiar și în acest caz, efectul perturbațiilor nemăsurate rămîne în totalitate necompensat, ceea ce constituie un mare dezavantaj al reglării după perturbație.

r e c u y

+ _

m

Figura 1. Schema sistemului de reglare automată după abatere.

În schema sistemului monovariabil de reglare automată după eroare din figură, elementul de măsurare este notat cu T (traductor), elementul de comandă cu R (regulator), iar elementul de execuție cu E. Mărimile sistemului au următoarele denumiri: y-mărime reglată, m-semnalul de măsurare (reacție), r-semnlul de referință(set-point), e-semnalul de eroare (abatere), c-semnalul de comandă, u-mărimea de execuție, v-mărimea perturbatoare. Regulatorul continuu convențional generează comanda c prin prelucrarea erorii curente e=r-m după cunoscutul algoritm PID(de tip, proporțional-integral-derivativ):

(0.0)

În această lucrare se prezintă un sistem automat de reglare a nivelului, bipozițional. Sistemul de reglare al sistemului este prevăzut cu doua detectoare (semnalizatoare) de nivel (minim si maxim) de tip rezistiv, o pompă la care monitorizează: vibrațiile și temperatura curentă, rezervorul in care se reglează nivelul lichidului(apă); rezervorul din care se pompează lichid in rezervorul care se efectuează reglarea si cate un electroventil unul pe tur si unul pe retur.

CAPITOLUL I

Dispozitove ale Sistemelor de Reglare Automată a Nivelului

Considerații teoretice privind sistemul de reglare automata a nivelului

Sistemul de reglare automată asigură menținerea funcționării unui proces într-o stare curentă cât mai aproape de o stare de referință. Evoluția întregului proces are loc în sensul anulării abaterii, respectiv a anulării diferenței dintre valoarea prescrisă și valoarea măsurată din proces, prin aceasta asigurându-se compensarea efectului acțiunilor externe (în principal cel al perturbațiilor).

Pentru dezvoltarea acestei aplicații s-a ales un proces des intalnit în practică, și anume reglarea nivelului unui lichid într-un rezervor. În plus, pentru a permite atât monitorizarea procesului cât și intervenția operatorului în proces, dacă este cazul, a fost implementată o interfață grafică prin intermediul unor softuri de exemplu SCADA WinCC Flexible[2,3,6].

Nivelul se definește ca fiind înălțimea h la care se află suprafața de separație a două medii cu proprietăți fizice diferite, în raport cu un reper dat.

In afara principalilor factori care diferențiază traductoarele de nivel, enumeram:

– principiul care stă la baza funcționării traductorului;

– tipul de măsurare: continuă, discontinuă sau numai semnalizarea depășirii unor limite prestabilite;

– forma și dimensiunile rezervorului, presiunea de lucru;

– starea de agregare a mediului de măsurat și proprietățile fizico-chimice ale acestuia;

– natura semnalului de ieșire care poate fi analogică sau numerică, pentru afișare locală sau cu transmisie la distanță.

Reglarea nivelului implică utilizarea unor elemente specifice: senzori, elemente de execuție, automat programabil și un dispozitiv pentru monitorizare.

Scopul acestei aplicații este de a încerca menținerea acestuia la o valoare prestabilită, măsurand in continuu valoarea lichidului din vas.

Principiul reglării după abatere constă în intervenția asupra procesului reglat pe baza informației obținute prin măsurarea mărimii reglate, in vederea aducerii si menținerii acestei mărimi la o valoare cât mai apropiată de valoarea referinței[1,2]. La sistemele cu reglare după abatere nu poate fi prevenită, dar acțiunea de reducere a cesteia începe din momentul producerii cele mai mici erori sesizabile, indiferent de cauza provocarii erorii.

Fig 1. Schema bloc a unui sistem de reglare automata după abatere

R- Regulator, EE- Element de Execuție, P- Proces, T- Traductor, r- referință,

c- comanda, u- mărimea de execuție, m- măsură, y-ieșire, – perturbații.

Traductoare de nivel:

Traductor de nivel cu plutitor si imersor : Cele două tipuri de traductoare transformă variatia nivelului intr-o deplasare pe verticală a elementului sensibil, care apoi se transmite in afara vasului de lichid. In timp ce plutitorul are adancime de scufundare constantă si o deplasare egala cu variatia nivelului de lichid imersorul are o adancime de scufundare variabilă si o deplasare proporțională cu variația nivelului de lichid, dar mult mai mică decât aceasta.

Asupra plutitorului actionează două forțe, si anume greutatea propie si forța arhimedică, in timp ce asupra imersorului actioneaza si o forta elastica, realizata, de obicei prin torsionarea unui tub elastic(tub de torsiune) care îndeplinește si rol de etanșare[5,7,8,6].

Fig. 1.1 Traductor de nivel cu imersor

I-imersor, P-pîrghie, TT-tub de torsiune, AD-adaptor, R-rezistență, h-nivel in vas,

α -deplasare unghiulară

Deplasarea pe verticală a tubului de torsiune este dată de relatia:

(1)

În care: h-înalțimea de scumfundare a imersoului;[5,7,8]

k-constanta elastică a tubului de torsiune;

-secțiunea transversal a imersorului;

-greutatea specifică a lichidului;

Deplasarea unghiulară a tubului de torsiune:

≅ (2)

b-lungimea brațului orizontal de transmitere a mișcării de la imersor la axul tubului de torsiune

Traductoarele cu plutitor se folosesc mai frecvent in cadrul sistemelor de măsurare, semnalizare si reglare bipozițtională iar cele cu imersor in cadrul sistemelor de reglare continuă a nivelului[5,7,8].

Traductorul hidrostatic:

Traductorul hidrostatic funcționează pe baza dependenței presiunii hidrostatice de nivelul lichidului din vas sau de nivelul de interfață a două lichide. Dacă lichidul din vas este coroziv, pentru evitarea contactului acestuia cu elementul sensibil al traductorului se utilizează un lichid de separare( apă,ulei). Separarea se face prin intermediul a doua vase cu membrană de separație.

Fig 1.2 Traductor Hidrostatic

Traductorul de nivel hidrostatic cu vase de separare:

TPD-Traductor de presiune diferențială;

si-vase de separare;

h-nivelul de lichid ce trebuie separate;

Intre presiunea diferențială -si nivelul din vas (h) există relația:

=-= (3)

Traductoare de nivel cu ultrasunete:

Aceaste traductoare își bazează funcționarea pe proprietatea undelor ultrasonice de a fi reflectate de suprafața de separație dintre două medii cu densități diferite (în cazul de față dintre aer sau vaporii de lichid și lichidul propriu-zis).

Pentru a obține indicații independente de viteza de propagare prin mediul în care se face măsurarea, sonda ultrasonică în care este fixat piezocristalul emițător/receptor PCER (fig. 2) are prevăzut un pin de referință PR, fixat la o distanță h0 de PCER, astfel c undele reflectate de acesta permit determinarea vitezei de propagare prin mediul respectiv.[8,11]

Fig. 1.2 Sondă ultrasonica

În aplicațiile practice, sonda ultrasonică poate fi plasată deasupra rezervorului, existând și situații în care aceasta se dispune într-un tub de liniștire special destinat acestui scop, de exemplu, în cazul utilizării traductoarelor de nivel ultrasonice pentru măsurarea nivelului lacurilor de acumulare, pentru a elimina erorile introduse de valuri.

Structura unui traductor de nivel ultrasonic este prezentată în figura 3. Semnalele generate de blocul emițător/receptor BE/R sunt aplicate sondei SUS, care emite unde ultrasonice către lichidul al cărui nivel se măsoară. Undele reflectate de suprafața lichidului sunt recepționate de sondă și transmise receptorului din BE/R după un timp th:

=, (4)

C reprezintă viteza de propagare prin mediul de înălțime h.[6,11]

Fig. 1.3 Schema funcțională a traductorului de nivel ultrasonic.

Undele reflectate de pinul de referință înglobat în sondă, care sunt primele recepționate de BE/R, dau naștere unui semnal eșantion s1 la ieșirea din filtrul numeric FN, care comandă blocul de calibrare BC. Blocurile BC, OSC (oscilator), N (numărător) sunt conectate astfel încât la ieșirea numărătorului N se obțin impulsuri s3 a căror frecvență este dependentă de frecvența semnalului eșantion. Impulsurile s3 sunt contorizate în registrul de memorie temporar RMT, până când, la sosirea și recepționarea undei reflectate de suprafața lichidului, se activează semnalul s2, care blochează impulsurile s3.

Traductor de nivel capacitiv:

Cel mai simplu traductor de nivel capacitiv sunt două eletrozi, una fiind o izolată verde introdusă în rezervorul cu lichid și celălalt eletrod fiind peretele rezervorului.

Dacă rezervorul nu are o formă geometrică regulată, traductorul capacitiv are cei doi eltrozi profilați, corespunzător asfel încaît sa existe o dependență liniară între capacitate si cantitatea de lichid.

Avantajele traductoarelor de nivel capacitive sunt functionarea cu lichide sau pulberi conductoare sau izolate și smenal de ieșire în current alternativ. Sunt cunoscute si sub denumirea de senzori RF datorită semnalului de radiofrecvență aplicat unui circuit capacitiv[2,3,12].

Fig. 1.4 Traductor de nive capacitiv

Între capacitatea (C) și nivelul (H) există dependență liniară:

C=+() (5)

reprezintă capacitatea pentru h=0, iar pentru h=

Traductorul rezistiv:

Acest traductor se foloește doar in cazul lichidelor conductibile din punct de vedere electric si funcționează pe principiul scurtcircuitului unei rezistențe electrice dupa relația:

R=(1-) (6)

În care este valoarea rezistenței pentru h=0.

Fig. 1.5 Traductor rezistiv

Regulatoare:

Regulatorul reprezintă elementul decizional din structura unui sistem de reglare automată. Rolul regulatorului este acela de a: calcula eroarea sau abaterea, prin compararea referinței cu măsura(valoarea curenta a procesului), de a prelucra abaterea dupa un anumit algoritm si de a genera un semnal de comandă, astfel incât abaterea sa fie cat mai mică, in cazul ideal egal cu zero[4,6].

Regulatoare continue:

Regulatoarele electronice continue unificate au semnale de intrare si de ieșire sub forma unui current electric. Regulatorul generează comanda(c) prin prelucrarea erorii curente (e=r-m) dupa algoritmul PID[10,11,12].

C=kp(1++)+ (7)

Kp- factorul de proporționalitate; -constanta de timp integrală; -constanta de timp derivativă;-comanda in lipsa abaterii.

Reglarea bipozițională este eficientă numai atunci când cele două valori ale comenzii reușesc să aducă mărimea reglată la valori situate si de o parte si de alta a mărimii de referință. Semnalul de măsură, oscilează in jurul valorii de referință, iar amplitudinea oscilațiilor este cel puțtin egală cu semihisterezisul regulatorului. Dacă histerezisul regulatorului este mic, precizia de reglare este bună, dar frecvența de comutare a frecvenței regulatorului de la o valoare la alta este mare, lucru inacceptabil in cazul reglării multor procese, ca exemplu rexprezentativ in acest sens avem: sistemele de reglare bipozițională a temperaturii frigiderului si a fierului de călcat. În comparație cu reglarea continua, reglarea bipozițională este m ai puțin precisă dar mai simplă și mai robustă.[1,2]

Regulatoare numerice: Algoritmul PI:

)+ (8)

Componeta Proporțională:

+ (9)

Componenta Integratoare:

(10)

Regulatoarele numerice conțin un microprocesor specializat pentru prelucrarea datelor numerice, o unitate de memorie pentru stocarea datelor, magistrala pentru transmisia datelor, o interfață serială pentru comunicație si cuplare la calculator, o unitate de intrare pentru achiziția semnalelor ce dispune de un convertor analog/numeric pentru conversia semnalului de măsură si a celui de referință din semnal electric, în semnal numeric, o unitate de ieșire ce dispune de un convertor numeric/analogic pentru conversia semnalului numeric de comandă, în semnal electric, dispozitiv de afișare a datelor.

Schema bloc a unui regulator numeric

Regulatoare logice programabile:

În această categorie avem, PLC(Programmable Logic Controller). Un PLC reprezintă un computer specializat pe aplicații industriale re reglare, ce implementează funcții logice. Astfel in loc de tastatura de la computer clasic, PLC-ul poate avea o cosnolă cu cateva butoane. De asemenea, informațiile sunt afișate pe un ecran LCD, atât cele legate de editarea programului, cât si cele ce țin de funcționarea programului salvat in memoria lui.

Din punct de vedere constructiv un PLC se compune din:

-unitatea centrală de prelucrare, de obicei implementată cu ajutorul unui microcontroller;

-interfețe pentru semnale digitale si analogiceș

-memorie de tip Flash ROM pentru stocarea programului:

-modul de alimentare electrică;

-carcasă de protectie.

PLC  are  mai  multe  porturi  de  intrare  si  iesire,  fiind  bazat  pe arhitectura  RISC

(Reduced  Instruction  Set  Computer)  si  proiectat  pentru  a  rezista  la conditii  mai  severe(praf,  umezeală,  limite  de  temperaturi  mari,  caldură, frig);  are  imunitate  la  zgomot electric si rezistentă la vibrații si impact. PLC constă dintr-un microprocesor programabil si  este  programat  folosind  un limbaj specializat.

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

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

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

Fig. 1.6 Exemplu PLC

Elemente de execuție:

Elementele de execuție sunt componente ale sistemelor automate care primesc la intrare semnale de mică putere de la blocul de conducere și furnizează mărimi de ieșire, în marea majoritate a cazurilor, de natură mecanică (forțe, cupluri) capabile să modifice starea procesului în conformitate cu algoritmul de conducere stabilit.

Elementul de execuție poate acționa asupra modificării de energie în două moduri:

Continuu, dacă mărimea m poate lua orice valoare cuprinsă între două valori limită;

Discontinuu, dacă mărimea m poate fi modificată numai pentru două valori limită (dintre care cea inferioară este în general zero).

După natura sursei de energie folosite pentru alimentarea părții motoare ME, EE se pot clasifica în: Electrice, Hidraulice, Pneumatice.

În cazul de fața este vorba de o pompă centrifugă ce reprezintă elementul de execuție al proiectului. Pompele centrifuge sunt utilizate in special in rețelele de alimentare cu apa dar si pentru vehicularea lichidelor in industria chimică, cea miniera sau metalurgică. Transferul energetic se realizează prin interactiunea dintre un rotor prevăzut cu palete profilate si lichidul in care acesta este complet imersat.

Fig. 1.7 Pompă centrifugă

Componentele pompei :

A – Element de etansare; B – Flansa cuplare motor; C – Arbore antrenare; D – Manson; E – Paleta; G – Orificiul de admisie; H – Rotor; I – Bucsa lagar; J – Rotor; K-Orificiu de refulare.

Robinetele de reglare: servesc la reglarea debitului de fluid care circulă printr-o conduct, prin modificarea secțiunii de trecere a fluidului. El este format dintr-un dispozitiv de acționare(servomotor), și un element opturator(organ de execuție),

Procesul reglat

In general, procesul reglat la un SRA nivel are doua marimi de intrare (debitul admis si debitul evacuat) si o marime de ieșire (nivelul). Dintre cele doua intrari, una are rol de execuție, iar cealalta rol perturbator. Ambele canale intrare-ieșire sunt liniare, de tip pur integral (cu raspuns tip rampă la intrare tip treaptă):

, (11)

unde Q1 este debitul volumic admis, Q2 – debitul volumic evacuat, iar h – nivelul de lichid. Daca rezervorul este cilindric de arie A, atunci cele două funcții de transfer sunt:

, . (12)

Deoarece procesul este de tip integral, eroarea staționară (finală) este nulă chiar si in cazul utilizării unui regulator de tip proporțional (fără componenta integrală).

Capitolul II

Proiectarea și implementarea sistemului de reglare automata nivelului

2.0 Implementarea fizică a sistemului:

Fig 2.0 Schema bloc a sistemului

În acest capitol se va face detalierea platformei dezvoltate, a montajului practic realizat, precum și a echipamentelor indivituale folosite. Astfel, sunt prezentate date legate de senzorii utilizați, de pompa folosită si componentele aferente, pentru functionarea sistemului de reglare automată a nivelului.

În cerințele de proiectare impuse, se consideră un sistem de reglare a nivelului bipozițional (comanda generata de regulator, având doi senzori rezistivi unul de minim si unul de maxim, având ca scop menținerea nivelului între cele două limite. Nivelul poate fi stabilit cat mai exact, modificând factorul de proportionalitate (kp) și astfel se modică timpul de reacție al pompei, menținând nivelul la o valoare cât mai constant.

2.1 Structura generală a platformei (montajul):

Proiectul dezvoltat are drept suport o placă din lemn, pe care sunt amplasate toate componentele acestuia si conectorii intre elemenetele de circuit. Întreagul proiect are rol didactic și este realizat conform unui sistem de reglare a nivelului din industrie.

În figura prezentată mai jos se poate vizualiza întreaga structură descrisă:

Fig 2.1 Montajul

În montajul de mai sus după cum putem observa avem un vas in care se masoară starea nivelului (intre limite, sub limita inferioara, peste limita superioara), cu un senzor de tip rezistiv cu doi electrozi, un vas in care se deversează lichidul pentru a se relua procesul. În cazul de fața pompa este elementul de execuție, al sistemului de reglare automată, aceasta având nevoie de o sursă separată deoarece, pentru acționarea acestia este nevoie de un curent mare si o tensiune mica(12v), fiind monitorizat: curentul consumat de pompă, prin intermediul unui senzor electromagnetic; temperatura pompei cu ajutorul unei termorezistențe și vibrațiile pompei cu ajutorul unui senzor de vibrații. Pe traseul dintre vasul in care se măsoara nivelul si cel in care se deversează pentru a relua procesul, este montat un electroventil de tip normal închis, acesta având rol în cazul unei caderi de tensiune sa nu se dezamorseze pompa sau pentru a putea schimba un element din montaj fară a opri procesul. La fel si pe retur avem un electroventil montat pentru a putea opri pe modul manual deversarea lichidului din vasul in care se face reglarea in celălalt vas. În modul automat ambele electroventile sunt deschise.

2.2 Semnalizatoare de nivel

Principiul de funcționare al semnalizatoarelor de nivel se bazează pe faptul ca, atunci când nivelul ajunge in dreptul semnalizatorului, rezistența între doi electrozi situați la câțiva milimetrii unul de celălat scade brusc de la infinit la o valoare relativ mică (care depinde de gradul de conducție electrică a lichidului), deoarece mediul dintre electrozi se schimbă (a fost aer, apoi este lichid). Semnalizatorul are un circuit electronic care transformă rezistența dintre electrozi în starea unui contact de releu (inchis-deschis). La semnalizatorul de nivel superior, rezistenta intre cei 2 electrozi scade brusc cand nivelul creste si ajunge in dreptul semnalizatorului, iar la semnalizatorul de nivel inferior, rezistenta intre cei 2 electrozi creste brusc (la infinit) cand nivelul scade si ajunge in dreptul semnalizatorului. De fapt, cele doua semnalizatoare sunt identice, dar folosite diferit (unul pentru limita sup, celalalt ptr limita inferiară).

Fig 2.2 Semnalizatoare de nivel folosit Fig 2.2.1 Schmă montaj senzori de nivel

2.3 Senzorii pentru monitorizarea pompei:

Senzorul electromagnetic ce măsoară curentul consumat de pompă:

Optimizarea acestor senzori, pentru a fi utilizeți la masurarea campurilor electromagnetice, se face referitor la: precizie, sensibilitate, caracteristica de directivitate, cresterea lațimii de bandă (pentru a permite măsurări in domeniul timp), neperturbarea câmpului (considerente de topologie si simetrie la instalarea senzorilor si la conectarea lor la instrumentația utilizată in procesul de măsurare), posibilitați de functionare in anumite medii (aer, apa, “zona sursa” a unei descarcari atmosferice).

Transformatorul de current este o soluție simplă de măsurare izolată galvanic in cazul particular, dar des întâlnit, al curentului alternativ pur sinusoidal. În practică aceste transformatoare se mai numesc “reductoare de curent” si sunt folosite pentru prelucrarea(micșorarea) curenștilor alternativi mari(de la 5 A la 1000A). Prin conversia acestora se obțin curenți secundari cu valori standard de 5A sau 1A. Transofrmatorul de curent funcționează ca orice transformator, curenții din infășurările primar și secundat fiind legati de relatia:

= (13)

– curentul din secundar; – curentul din primar; – numărul de spire din primar; – numărul de spire din secundar.

Fig 2.3 Senzorul electromagnetic

Senzorul ce măsoara temperature pompei un cazul nostrum o termorezistență PT100

Măsurarea temperaturii de către termometre cu rezistență se bazează pe o caracteristică care este comună tuturor conductorilor și semiconductorilor: rezistența electrică este propotionala cu variația temperaturii. Senzorul PT100 are o rezistență de 100 ohmi la 0 C și coeficientul de variație este de 0,00385 ohmi pe fiecare grad C.

Tehnologia, ce satisface cerințele de măsurare precisă, se bazează pe straturi subțiri de platină pe un substrat ceramic (rezistoare cu peliculă subțire).

Caractersticile tehnice ale termorezistenței:

Diametru  6mm, lungime 100mm,

Tip material inox Steel AISI 304,

Material de izolatie  MgO Magnesium oxide > 20Mohm at 25°C (500Vdc),

SenzorPT100 class B (+/- 0,3°C at 25°C),

Tip cablu  TTS  Fibra de sticla, temperaturi utilizare  -200 … 500°C,

Etansare  40mm de la proba la cablu Timp raspuns 6,5 secunde.

Mai jos este atașată o fotografie cu termorezistența PT100 folosită in proiect pentru monitorizarea temperaturii pompei.

Fig 2.4 Termorezistența

Senzorul de vibrații folosit pentru monitorizarea vibrațiilor pompei este ADXL335:

ADXL335 este un accelerometru complet cu 3 axe , subțire, cu o putere scăzută, cu ieșiri de tensiune condiționate de semnal. Produsul măsoară accelerația cu o gamă minimă de scară completă de ± 3 g. Acesta poate măsura accelerația statică a gravitației în aplicațiile sensibile la înclinare, precum și accelerația dinamică rezultată din mișcare, șoc sau vibrație.

Acest senzor utilizează o singură structură pentru detectarea axelor X, Y și Z. Drept urmare, direcțiile sensului celor trei axe sunt ortogonale și au o sensibilitate mică pe axa transversală. Miscarea necorespunzătoare a mecanismului senzorului la pachet este sursa principală de sensibilitate pe axa transversală. Dezalinierea mecanică poate, desigur, să fie calibrată la nivel de sistem. Se folosește pentru: Aplicații sensibile la costuri, cu putere redusă, cu mișcare și înclinare, dispozitive mobile, sisteme de jocuri, protecție pentru unitatea de disc, stabilizare de imagine, dispozitive sportive și de sănătate.

Modelul ADXL335 este disponibil într-un pachet mic, cu profil mic, cu profil redus de 4 mm × 4 mm mm, cu 16 coloane din plumb × 1,45.

Fig 2.5 Senzorul de vibrații ADXL335

2.4 Convertor:

În sistemul automat de reglare a nivelului avem 3 convertoare:

Unul din ele este notat cu C1 și are rol de a transforma variația rezistenței intr-o variant de curent unificat 4…20mA.

Fig 2.6 Converter C1

Cel de-al doilea convertor din instalație este C2, ce adaptează curentul din T1 la 4…20mA pentru PLC. T1 este senzorul electromagnetic ce măasoara curnetul consumat de pompă.

Fig 2.7 Converter C2

Și cel de-al treilea convertor din instalație este C3, convertește semnalul de la senzorul de vibrații ADXL335, care este 0…5v în 4….20mA către PLC, acesta făcând conversie din tensiune in curent.

Fig 2.8 Converter C3

2.5 PLC(Programmable Logic Controller):

Un controler logic programabil, denumit PLC (Programmable Logic Controller) sau controler programabil, sau automat programabil – AP, este un dispozitiv de tipul unui computer utilizat pentru a controla procesele din mediul industrial. Astfel de procese, pe care PLC-urile le pot controla, sunt foarte variate cum ar fi: sisteme de transport (transportor), mașina din industria alimentară, liniile de asamblat autovehicule. Un PLC este soluția bazată pe un microprocesor care utilizează modulele de intrare conectate la senzori pentru a citi starea sistemului controlat, schimbarea task-ului de analiză a stării sistemului și clarificarea acțiunilor consecutive și în sfârșit, utilizează modulele de ieșire pentru a dirija conductorii și dispozitivele de acționare. De aceea, task-ul software a PLC-ului constă din calcularea valorilor de ieșire corecte oferind o imagine a valorilor de intrare. Arhitectura PLC-ului poate fi schematizată în Fig 2.9. Unitatea centrală este în general, bazată pe un singur procesor dar pentru aplicațiile complexe este disponibil multiprocesorul. Majoritatea PLC-urilor au o magistrală unică, comună cu UCP-ul, memoria și interfețele. Evoluția controler-ului este în direcția soluțiilor multimagistrală (multibus) unde, în particular, canalele de I/O au propria lor magistrală serială sau paralelă.

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

Important, este viteza de calcul a PLC-ului, capabilitatea de luare a deciziei corecte într-un interval de timp precizat.

Fig 2.9 Schema bloc a unui PLC

In cazul de față avem un PLC S7-200 de la Siemens.

Seria S7-200 reprezinta o linie de micro-PLC (micro – programmable logic controller) care poate controla o diversitate de aplicati de automatizare. Modelul S7-200 are un design compact, cost redus si un vast set de instrucșiuni, toate aceste avantaje făcând din S7-200 solutia perfectă pentru controlul de aplicații mici. S7-200 poate fi conectat la mai multe module opționale, el fiind format in principal din unitate centrală de procesare (CPU), sursă de tensiune si modulul de intrări ieșiri.

CPU-ul execută programele si memorează datele pentru controlul task-ului. Sursa de tensiune furnizează energia necesară pentru modulul de bază si modulele suplimentare. Numărul de module de intrări/ieșiri se poate mări, folosind module suplimentare. Intrările monitorizează semnalele primite de la dispozitivele de câmp (senzori, switch-uri) pe cand ieșirile controlează elementele de executie (pompe, motoare). Portul de comunicație permite conectarea CPU-ului la dispozitive de comunicare. CPU-ul dispune de asemeni de leduri ce indică: starea RUN/ STOP, starea curentă a intrarilor/ieșirilor, detectare erori. CPU dispune si de un ceas in timp real precum si de o memorie EEPROM ce memorează/ transferă programe între CPU.

Fig 2.9 PLC s7-200

Conectarea S7-200 la PC se realizează folosind un cablu PC/PPI. PPI reprezintă acronimul de la Point to Point Interface.

Starea poziției pinilor care determina rata de transfer (pinii 1, 2 si 3 dau rata de transfer, iar pinii 4 si 5 trebuie sa fie 0),

Capătul lui RS-232 se conecteaza la PC (com1 si com2)/USB,

Capatul RS-485 se conecteaza la S7-200.

PLC S7-200 ca oricare alt PLC este structurat în: Unitatea centrală de prelucrare si sistemul de intrare/ieșire.

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

Procesorul este partea din UCP care codează, decodează și calculează date. Sistemul de memorare este partea din UCP care stochează atât programe cât și date de control pentru echipamentul conectat la PLC. Memoria PLC-ului este împărțită în trei spații: spațiul de sistem, spațiul de program și spațiul de date. Spațiul de sistem conține programe instalate de către fabricant (sistemul de operare, modulele de diagnosticare și simulare). Spațiul de program conține codul de control scris de către programator. 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.

Sistemul de intrare/ieșire (I/O) este partea din PLC la care sunt conectate toate dispozitivele din câmp. Acesta conține cadrul de montare și modulele de intrare ieșire

Cadrul este o cutie cu sloturi înăuntru care este conectat la UCP.

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

S7-200 CPU prezintă zone specializate de memorie pentru a accesarea datelor de control mai repede si mai eficient. Zonele de memorie pot fi adresate in doua moduri: direct si indirect (pointeri). CPU-ul lui S7-200 memoreaza informatia in diferite locatii de memorie care au adrese unice. Utilizatorul poate specifica adresa de memorie pe care o dorește sa o utilizeze, acest lucru permițând aplicației sa aibă acces direct la informație.

Accesarea unui bit in zona de memorie implică specificarea unei adrese care include: identificarea zonei memoriei, adresa byte-ului, numarul de biti.

Memoria PLC-ului fiind 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

Memoria CPU: Tipuri de date si moduri de adresare :

S7-200 CPU prezintă zone specializate de memorie pentru ca, accesarea datelor de control sa fie mai rapidă si mai eficientă. Zonele de memorie pot fi adresate in doua moduri: direct si indirect (pointeri).

Adresarea directa a zonelor de memorie:

CPU-ul lui S7-200 memorează informația in diferite locații de memorie care au adrese unice. Utilizatorul poate specifica adresa de memorie pe care o dorește sa o utilizeze, acest lucru permițând aplicației sa aibă acces direct la informație. Accesarea unui bit in zona de memorie implică specificarea unei adrese care include: identificarea zonei memoriei, adresa byte-ului, numarul de biti.

Interfața de programare pentru S7-200 se numeste Step 7 – Micro/Win 32.

Fig 2.10 Interfața cu utilizatorul

Conceptul de baza in programarea lui S7-200:

-S7-299 CPU citeste starea intrarilor;

-Programul memorat in CPU foloseste aceste intrari pentru a evalua logica de control;

-La rularea unui program, CPU revizuieste datele.;

-CPU scrie datele la iesire.

Elementele de baza în realizarea unui program sunt:

Programul de baza – contine instructiuni care controleaza aplicatia. Acestea sunt executate secvential.

Subrutinele – sunt elemente optionale de programare si sunt executate doar daca sunt apelate in programul principal.

Rutinele de intrerupere – sunt elemente optionale memorate ca parti ale programului si executate atunci cand evenimentul de intrerupere o cere. Regula de excutare a intreruperilor este: „primul venit, primul servit”.

Capitolul III

Implementarea software a sistemului

2.1 Noțiuni teoretice ce stau la baza aplicației software:

WinCC este un sistem HMI, rulat sub sistemul de operare Microsoft Windows 2000 sau Windows XP. HMI vine de la “Human Machine Interface”, adică interfața dintre om (operatorul) și mașină(procesul). Controlul efectiv asupra procesului se realizează de către sistemul de automatizare. WinCC comunică atât cu operatorul cât și cu sistemul de automatizare.

Tipuri de date admise în WinCC:

Bool- 1bit; Byte- 8bits; Word -16bits; Int- 16bits; Dword- 32bits; Dint- 32bits; Real- 32bits. Tipuri de număratoare admise: TON- on delay timer; TOF- off delay timer; Tp- pulse timer; CTU- up counter; CTD –down counter; CTUD- Up/Down counter; SR- Set dominant Bistable; RS- Reset Dominant Bistable.

Editarea programelor, se face de la meniul edit, se folosește insert pentru a introduce: Network-uri, linii, coloane, subrutine, rutine de întreruperi și delete pentru a șterge aceleași elemente.

Editarea in Ladder Logic, pentru a creea un program deschideti INSTUCTION TREE, apăsați cu mouse-ul pe instrucțiunea dorită și o trageți in fereastra program. Sunt două modalitați de editare in funcție de tasta insert.

În modul insert, când s-a apăsat tasta, dacă mutați o instrucțiune peste alta existent, editorul face loc noii instrucțiuni mutând-o pe cea veche mai la dreapta.

În modul OVERSTRIKE( când tasta insert nu este apăsată) noua instrucțiune o substituie pe cea veche.

Zonele variabilelor se editează mutând mouse-ul pee le, făcând click stânga si introducând valoarea dorită.

Instrucțiuni de evaluare condiție. Încărcarea și evaluarea unui bit:

Fig. 3.11 Schema incărcării unui bit

Încărcarea si evaluarea unui octet(byte):

Fig. 3.12 Încărcarea unui byte

Mai jos este un exemplu de Set/Reset direct in program, reamintind că I0.0 reprezintă intrarea și Q0.0 ieșirea fizică a PLC, ieșirea poate fi si un bit de memorie.

Fig. 3.13 Exemplu Set/Reset direct in program

Programul dispune de: Operații logice, și, sau, sau excluxiv pe octet. Operații logice, și, sau, sau excluxic pe cuvânt. În cazul nostru am folosit in marea parte a programului, operația logică și.

Fig. 3.14 Operația logică și

WinCC mai are in componență diverse operații cu memoria. Mutarea unei locații in alta, tip octet, cuvânt, dublu cuvânt, real. În program s-a folosit funcțtia ce mută o valoare intr-o variabilă.

Fig. 3.15 Funcție pentru mutarea unei valori intr-o variabilă

În program s-au folosit Timere(relee de timp).

Fig 3.17 Timer

Primul parametru este tipul timerului, al doilea este timpul in număr de cuante(cuanta depinde de numărul timerului). Contorizează timpul când condiția este OFF. La expirarea timpului se activează bitul timer. În program, se regăsesc mai multe timere, de exemplu avem chiar un bistabil format din două timere (T37, T38) ce formează unui semnal dreptunghiular, care ajută la acționarea cu siguranță a electroventilelor.

Există doua moduri de adresare: adresarea directă și indirectă:

Adresarea directă, este adresarea prin care se specifică: zona de memorie. dimensiunea si locația(de exemplu: VW1000 se referă la un cuvânt din locația 1000 în zona de memoria V). Pentru a specifica după punct al câtelea bit din octet este accesat(de exemplu 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 ce cedează un pointer către locația precizată. Toți pointerii sunt de tip dublu cuvânt și pot fi accesate valori de octeți, cuvinte si duble cuvinte. Nu se pot adresa indirect valori pe biți. Pentru a accesa indirect octeții se incrementeaza respective decrementează pointerul cu 1 iar pentru cuvinte se incrementează sau decrementează pointerul cu 2. Nu se accesează zone din afara memoriei. Se produce Run Time Error.

Organizarea biților speciali de memorie, de tip SM.

În limbajul STEP 7 sunt predefiniți 299 biți de memori cu statu special. Biții de la 0 la 29 sunt numai de citire iar ce de la 30 la 299 sunt de citire si scriere.

Dezvoltarea Aplicației :

În componența dezvoltării aplicației stau la baza câțiva pași,care sunt enumerași mai jos. Programarea S7-200 utilizând Step 7 – Micro / WIN va fi introdus într-un exemplu simplu. Intrările vor fi definite ca IX.X, ieșirile vor fi definite ca QX.X, iar steagurile vor fi definite ca MX.X pentru programarea PLC-urilor Siemens. De exemplu, I0.1 definește prima intrare a primului modul și Q0.1 definește prima ieșire a primului modul. Se deschide Step 7 – Micro / WIN. După deschiderea programului veți vedea fereastra din Figura 3.18.

Pasul 1:

Fig 3.18 Step 7 Micro/WIN Fereastra de start

Aceasta are 5 etape: 1.Deschiderea Step7- MicroWIN; 2.Se scrie codul in Ladder Network; 3. Se compilează codul; 4.Se descarcă codul în PLC; 5. Rularea PLC.

Pasul 2: Cum se scrie un program simplu în care se folosește un cronometru în step 7 – Micro / WIN

Puteți verifica tipurile și proprietățile cronometrului din Tabelul 2.18. Procedura de utilizare a cronometrului este după cum urmează:

Se dă clic pe pictograma Bit Logic pentru a deschide comenzile logice bit.

Alegem în mod normal un contact apropiat.

Tragem și fixăm contactul în rețeaua 1.

Scriem M0.0 în locul semnelor de întrebare (???) peste contact. M0.0 este contactul cu pavilionul.

Apăsăm butonul Enter pentru a termina definiția contactului.

Fig 3.19 Structura Timerului

Pasul 3: Activarea funcției Output

Atunci când valoarea temporizatorului pentru T33 este mai mare sau egală cu 40 (de 40 ori 10 milisecunde sau 0,4 secunde) contactul asigură fluxul de putere pentru a activa ieșirea Q0.0 a S7-200. Pentru a accesa compararea Fig 3.20.

Pentru a accesa funcția de comparare se dă dublu clic pe pictograma Comparare pentru a afișa instrucțiunile de comparare. Selectați instrucțiunea> = I. Se ține apăsat pe mouse si glisăm instrucțiunea de comparație în a doua rețea. Se introduce adresa pentru valoarea temporizatorului: T33, apoi se apasă tasta Return pentru a introduce numărul cronometrului și pentru a deplasa focalizarea la cealaltă valoare în comparație cu valoarea temporizatorului.

Introducem următoarea valoare pentru a fi comparată cu valoarea temporizatorului: 40 și după apăsăm tasta Return pentru a introduce valoarea.

Pentru a introduce instrucțiunea de pornire a ieșirii Q0.0:

Se dă dublu clic pe pictograma Bit Logic pentru a afișa instrucțiunile logice de biți și selectați bobina de ieșire si tragem bobina în a doua rețea. Dăm clic pe "???" deasupra bobinei și introduceți următoarea adresă: Q0.0. Iar pentru a introduce adresa pentru bobin, se apasă tasta return.

Fig. 3.20 Step 7 Micro/WIN activarea funcției Output

Pasul 4: Resetarea Timerului:

Când cronometrul atinge valoarea presetată (100), contactul pentru T33 se aprinde. Debitul de alimentare de la acest contact pornește pe memoria M0.0. Deoarece timerul este activat de către un contact normal închis pentru M0.0, schimbarea stării M0.0 de la oprit (0) la activat (1) resetează temporizatorul.

Pasul 5: Descărcarea programului de probă în PLC:
Se dă clic pe pictograma Descărcare din bara de instrumente sau selectații comanda Fișier> Descărcare pentru a descărca programul (a se vedea Figura 3.22). Faceți clic pe OK pe fereastra deschisă pentru a descărca elementele programului la S7-200.

Pasul 6: Rularea PLC:

Pentru STEP 7 – Micro / WIN pentru a plasa procesorul S7-200 în modul RUN, comutatorul de moduri al S7-200 trebuie să fie setat la TERM sau RUN. Când plasați S7-200 în modul RUN, execută S7-200 programul: Dăm clic pe pictograma RUN din bara de instrumente sau selectați comanda din meniul PLC> RUN, apoi clic pe OK pentru a schimba modul de funcționare al lui S7-200.

În network 1 și network 2 se face selecția modului de lucru MANUAL sau AUTOMAT. În regimul MANUAL se dă comenzi manuale la toate elementele de execuție iar în regim automat, sistemul reglează automat nivelul. În network 14, I.0.3 este o intrare digitală de la convertorul de nivel. Acest convertor funcționează pe principiul măsurării rezistenței între cei trei electrozi făcând diferența între nivelul minim și maxim care este prestabilit din poziția electrozilor aât si o valoare din program. Când nivelul lichidului din vas scade, rezistența electrică dintre cei trei electrozi începe sa crească până când ieșirea atât cea digitală (0 sau 1 logic) devine 0 logic(0v) căt și cea analogică scade către 4 mA. Când nivelul lichidului crește, reisteța electrică scade, ducând astfel ca ieșirea digitală să devină 1 logic, cât și cea analogică să crească către 20mA. T43 din network 14 este un bloc de timp cu valoare de 2 secunde(valoare prestabilită). Acesta a fost folosit pentru a preveni erorile datorate agitației lichidului din vas. În network 15, se folosește un bloc de timp dedicat și definit ca și factor de proporționalitate(Kp), cu valoare citită dintr-o variabilă vw1000 ce vine de la interfața cu operatorul(PC). În momentul cănd lichidul a scăzut(viteza de curgere este dată de diametrul furtunelor, EV care in cazul de față este mică cât și din cauza diferenței de nivel dintre vase, care este lafel de mică).Convertorul de nivel dă comandă(0 logic) astfel că blocul de timp T46 începe să numere și după ce a ajuns, ca valoarea din registru acestuia să fie egală cu valoarea setată de operator și da comandă la pompă. Aceasta funcționează până când nivleul lichidului atinge electrodul ce reprezintă limita superioară (rezistență mică) astfel intrarea digitală I.0.3 primește 1 logic (24v), moment în care pompa mai funcționează 2 secunde (eliminarea erorii agitației lichidului) după care se oprește. Din network 16 până în network 20 se face analiza (comparația) semnalului de data asta analogic provenit de la convertor pentru a stabili procentul, de cat la % din vas este ocupat de lichid. În network 22 și 23 se face comanda manulă a pompei, comandă ce provine de la interfața cu operatorul. Se observă in network 23 ieșirea digitală fizica Q0.0 care în momentul pornirii pompei aceasta devine 1 logic. În network 24 și 25 s-a folosit câte un bloc de scalare denumit Scale_i_to_R ce a fost luat din biblioteca siemens. Acesta prezintă mai multe intrări din care: INPUT, cu această adresă se scrie efectiv intrarea analogică fizică(AIW 0). ISH, este limita maximă a intervalului de scalare pentru intrarea analogică. ISL, limita minimă a intervalului de scalare pentru intrarea analogică. OSH, OSL, limitele pentru intervalului de ieșire, interval ce este alocat la câte o variabilă de tip real. (VD600, VD800). În network 26, 28,29 se face preluarea informațiilor de la vibrații adică sa fie indicată exact valoarea când pompa funcționează, eliminându-se vibrațiile provenite de la alte elemente. În network 30 are rolul de a compara valoarea vibrațiilor cu o valoare prestabilită dând astfel alarmă în cazul depașirii pragului. Intrarea AIW4 este tot o intrare analogică ce măsoară valoarea curentului luat de pompă prin intermediul sursei (pompa fiind alimentata la o tensiune de 12v cu un curent de 3A). Valoarea este prelucrată ca și la vibrații și comparată cu o valoare specificată de operator. La depașirea pragului va da alarmă și conduce la oprierea pompei.

Capitolul IV

Rezultate experimentale

În sistemul de reglare automată a nivelului, făcut de mine, putem observa că avem un vas in care se masoară starea nivelului (intre limite, sub limita inferioara, peste limita superioară), cu 1 traductor de tip rezistiv ce conține 2 electrozi(unul reprezintă limita inferioară iar celălalt limita superioară) și un vas în care se deversează lichidul pentru a se relua procesul. În cazul de fața pompa este elementul de execuție, al sistemului de reglare automată, aceasta având nevoie de o sursă separată, deoarece pentru acționarea acesteia este nevoie de un curent mare si o tensiune mica(12v), fiind monitorizat: curentul consumat de pompă, prin intermediul unui senzor electromagnetic, temperatura pompei cu ajutorul unui traductor de temperatură de tip termorezistență și vibrațiile pompei cu ajutorul unui senzor de vibrații ADXL335. Pe traseul dintre vasul in care se măsoara nivelul și cel in care se deversează lichidul pentru a relua procesul, este montat un electroventil de tip normal închis, acesta având rol în cazul unei căderi de tensiune, să nu se dezamorseze pompa(adică la caderea de tensiune, electroventilul ramâne închis) sau pentru a putea schimba oricare alt element din montaj fară a opri procesul. La fel si pe retur avem un electroventil montat pentru a putea opri pe modul manual, deversarea lichidului din vasul in care se face reglarea in celălalt vas. Pompa pornește in funcție de valoarea lui Kp(factorul de proporționalitate) stabilit de către operator, în interfața programului. Odată cu creșterea lui Kp, se constată pornirea mai rar a pompei, ceea ce conduce la scăderea mai mare a nivelului fața de referință. Menținând kp la o valoare relativ mică, pompa ponește mai des și se menține și lichidul la un nivel cât mai constant, dar apar si anumite dezavantaje, de exemplu: pornirea des a pompei, duce la creșterea temperaturii acesteia( amplasarea termorezistenței, pentru monitorizarea acesteia), un alt dezavantaj ce este constituit de pornirea des a pompei este un consum energetic mărit(amplasarea senzorul electromagnetic, pentru monitorizarea consumului de energie), pornirea des a pompei poate duce și la defectarea prematură a rulmenților, ceea ce duce la creșterea nivelului de vibrații (amplasarea senzorului de virbrații ADXL335). Modul automat este executat cu ajutorul PLC-ului, care primește semnal de la senzororul rezistiv de nivel care funcționează pe baza criteriului variației de rezistentă, iar PLC-ul trimite semnal către pompă crescând lichidul in vas, iar electroventilele primesc semnal de la PLC, menținându-se deschise pe tot parcursul procesului.

Sistemul de reglare a nivelului descris mai sus are în componență un sistem de protecție care evită mersul in gol al pompei, la oprirea manuală a electroventilului unu, situat pe aceiași linie cu pompa.

Mai jos avem reprezentată curba de variatie a nivelului in functie de timp

După cum se poate observa în graphic, în partea de sus se paote observa un timp de 5 secunde care reprezintă timpul în care lichidul începe sa curgă. Avem un timp de 3 secunde în care scade nivelul lichidului pana la o valoare stabilită și după un timp de 2 secunde ce reprezintă, timpul in care se reumple vasul.

Concluzie

Lucrarea de față urmărește reglarea nivelului între două limite, cu ajutorul unui sistem de reglare automată a nivelului construit similar cu cele din industrie.

Scopul lucrării este de a menține nivelul unui lichid dintr-un vas la o valoare cât mai constantă, fără sa varieze foarte mult. Dar ca și în industrie acest lucru presupune anumite riscuri, acestea fiind determinate de pornirea des a pompei.

Pentru realizarea unui proiect trebuie fixate obiectivele și metodologia de implementare. Obiectivele planificate nu sunt totdeauna ușor de realizat și pot fi întâlnite multe obstacole, unele previzibile, altele nu. Practica a dovedit că fără o planificare riguroasă proiectele complexe nu pot fi realizate, implementarea lor necesitând o bună pregatire încă de la început.

Pentru realizarea lucrării au fost consultate multiple surse al literaturii de specialitate (articole, studii de caz, cărți) pentru a-mi putea crea o imagine de ansamblu asupra problemei urmărite și a unei posibile rezolvări. Astfel, s-au analizat diferite variante de implementare pentru sistemul propus, alegând în final una în concordanță cu obiectivele, echipamentelor, timpul și costurile implicate. În vederea implementării practice, au fost alese echipamentele potrivite pentru timpul de aplicație ținând cont de raportul cost-performanță.

Alegerea senzorilor a reprezentat un punct esențial deoarece ei sunt cei care oferă un feedback în cadrul sistemului. În cadrul procesului s-a optat pentru un sensor de nivel de tip rezitiv iar pentru monitorizarea pompei, avem un sensor de temperatură de tip termorezitență, un sensor de virbrații ADXL335 și un senzor electromagnetic pentru măsurarea curentului consumat de pompă. Pe lângă aceștia, modelul microcontroler-ului ales trebuie să ofere suportul de procesare necesar unui astfel de sistem. În acest caz, s-a optat pentu un PLC S7-200 constituind nenumărate avantaje cum ar fi: . Cablarea software permite ca modificările într-un sistem de control să fie ușoare și ieftine.

BIBLIOGRAFIE

[1] Cîrtoaje, V., Sisteme automate, Editura UPG Ploiești, 2012.

[2] Cîrtoaje, V.,Teoria sistemelor automate, Editrura UPG Ploiesti 2012

[3] Farid Golnaghi, Benjamin c. Kuo. ,Automatic Control Systems, ninth edition

publishing house Wiley 2006-2008

[4] Alina Băieșu., Tehnica reglării automate, Editura UPG Ploiești,2012

[5] Ian Sinclair, Sensors and Transducers, Copyright Newnes 2001

[6] Bucur, G., Tehnici de măsurare. Senzori și traductoare de mărimi neelectrice. Sisteme pentru măsurat mărimi neelectrice, Editura UPG, Ploiești, 2010.

[7] Ionescu G., Măsurări și traductoare, vol.1, Editura Didactică și Pedagogică, București, 1985.

[8] Vezeanu P., Pătrașcu St., Măsurarea nivelului în tehnică, Editura Tehnică, București, 1970.

[9] Andrew Parr, Hydraulic and Pneumatic Accessories 2011

[10] Adrian Moise -Automate programabile de tip industrial, Editura Matrix Rom, 2010

[11] Wilson J., Sensor Technology Handbook, Elsevier, 2004

[12] Mihalache, S.F. – Elemente de ingineria reglării automate. Editura MATRIX ROM, Bucureșiti, 2008

[13]  Paraschiv N., Echipamente numerice pentru conducerea proceselor, Editura UPG, Ploiegi, 1996.

[14] Library of Siemens S7-200

[15]https://www.noexperiencenecessarybook.com/aaOeA/ghid-de-utilizare-S7-200.html

Rezumat în engleză

This paper presents an automatic level adjustment system, bipositional. The system control system is equipped with two resistive level (minimum and maximum) detectors, a pump at which it monitors: vibrations and the current temperature, the reservoir in which the liquid level (water) is regulated; the reservoir from which liquid is pumped into the reservoir to be adjusted, and one electroventile one per flow and one on the return. In the automatic level control system I made, we can see that we have a vessel in which the state of the level is measured (between the limits, below the lower limit, above the upper limit), with a resistive type transducer containing 2 electrodes (one representing the lower limit and the other upper limit) and a vessel in which the liquid is discharged to resume the process. In the case of the pump, the actuating element of the automatic control system is needed, which needs a separate source, because it requires a high current and a low voltage (12v), being monitored: the pump current, by means of an electromagnetic sensor, the pump temperature by means of a heat-resistant temperature transducer and vibration of the pump by means of a vibration sensor ADXL335. The automatic mode is executed by means of the PLC, which receives a signal from the resistive level sensor operating on the resistance variance criterion, and the PLC sends a signal to the pump by increasing the liquid in the vessel, and the electroventiles receive a signal from the PLC, has been open throughout the process. Keeping the kp at a relatively low value, the pump is more frequent and keeps the fluid as constant as possible, but there are also some drawbacks, for example: frequent start of the pump, increases the temperature of the pump (location of the heat resistance, monitoring it ), another disadvantage would be increased energy consumption.
The level control system described above consists of a protection system that avoids idling of the pump, when the electrovalve one is switched off manually, located on the same line as the pump