STUDIUL UNUI SISTEM AUTOMAT DE MONITORIZARE ȘI [621685]

F 271.13/Ed.3 Fișier SMQ/Formula re

Anexa 8

MINISTERUL EDUCAȚIEI NA ȚIONALE ȘI CERCETĂRII ȘTIINȚIFICE
UNIVERSITATEA PETROL – GAZE DIN PLOIEȘTI
FACULTATEA: INGINERIE MECANICĂ Ș I ELECTRICĂ
DEPARTAMENTUL: AUTOMATICĂ, CALCULATOARE ȘI ELECTRONICĂ
PROGRAMUL DE STUDII: AUTOMATICĂ ȘI INFORMATICĂ APLICATĂ
FORMA DE ÎNVĂ ȚĂMÂNT: IF

Vizat
Facultatea IME
(semnătura și ștampila) Aprobat,
Director de departament,
Prof.dr.ing. Cristian Pătrășcioiu

PROIECT DE DIPLOMĂ

TEMA: STUDIUL UNUI SISTEM AUTOMAT DE MONITORIZARE ȘI
REGLARE A PARAMETRILOR ÎN FERMELE DE ANIMALE

Conducător științific:
S. l. dr. ing. Orhei Dragomir

Absolvent: [anonimizat]
2017

F 272.13/Ed.2 Fișier SMQ/Formulare

UNIVERSITATEA PETROL – GAZE DIN PLOIESTI Anexa 9
FACULTATEA: INGINERIE MECANICĂ ȘI ELECTRICĂ
DOMENIUL: INGINERIA SISTEMELOR
PROGRAMUL DE STUDII: AUTOMATICĂ ȘI INFORMATICĂ APLICATĂ
FORMA DE ÎNVĂ ȚĂMÂNT: IF

Aprobat,
Director de departament,
Prof.dr.ing. Cristian Pătrășcioiu Declar pe propria răspundere că voi elabora personal proiectul
de diplomă și nu voi folosi alte materiale documentare în afara
celor prezentate la capitolul „Bibliografie”.

Semnătură student(ă):
DATELE INIȚALE PENTRU PROIECTUL DE DIPLOMĂ
Proiectul a fost dat student: [anonimizat]/student: [anonimizat]: Bănică Marius Daniel

1) Tema proiectului: Studiul unui sistem automat de monitorizare și reglare a parametrilor în fermele de animale .

2) Data eliberării temei: 28.11.2015
3) Tema a fost primită pentru îndeplinire la data: 20.11.2015
4) Termenul pentru predarea proiectului:
5) Elementele inițiale pentru proiect:

6) Enumerarea problemelor care vor fi dezvoltate: prezentarea sistemului cu informarea, stabilirea parametrilor ce vor
fi monitoriza ți; Proiectarea sistemului de comand ă.

7) Enumerarea materialului grafic (acolo unde este cazul):
Schema bloc, schema d e principiu .

8) Cons ultații pentru proiect , cu indicarea părților din proiect care necesită consultarea:

Conducător științific: Student(ă)
S.l. dr. ing. Orhei Dragomir Bănică Marius Daniel
Semnătura: Semnătura:

F 273.13/Ed.2 Fișier SMQ/Formulare

UNIVERSITATEA PETROL – GAZE DIN PLOIESTI Anexa 10
FACULTATEA: INGINERIE MECANICA ȘI ELECTRICĂ
DOMENIUL: INGINERIA SISTEMELOR
PROGRAMUL DE STUDII: AUTOMATICĂ ȘI INFORMATICĂ APLICATĂ
FORMA DE ÎNVĂ ȚĂMÂNT: IF

APRECIERE
privind activitatea absolvent: [anonimizat]: Bănică Marius Daniel
în elaborarea proiectului de diplomă cu tema: Studiul unui sistem automat de monitorizare și reglare a parametrilor în
fermele de animale.

Nr. crt. CRITERIUL DE APRECIERE CALIFICATIV
1. Documentare, prelucrarea informațiilor din bibliografie FB
2. Colaborarea ritmică și eficientă cu conducătorul temei proiectului de diploma FB
3. Corectitudinea calculelor, programelor, schemelor, desenelor, diagramelor și
graficelor FB
4. Cercetare teoretică, experimentală și realizare practică FB
5. Elemente de originalitate (dezvoltări teoretice sau aplicații noi ale unor teorii
existente, produse informatice noi sau adaptate, utile în aplicațiile inginerești) B
6. Capacitate de sinteză și abilități de studiu individual FB
CALIFICATIV FINAL -FB
Calificativele pot fi: nesatisfăcător/satisfăcător/bine /foarte bine /excelent .

Comentari i privind calitatea proiectului :
________________________________________________________________________________________________
____________________________________ ____________________________________________________________
________________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________________
____ ____________

Data:
Conducător științific
S. l. dr. ing. Orhei Dragomir

UPG/IME/AIA – Proiect de diplomӑ Bӑnicӑ Marius Daniel

1

CUPRINS
CAPITOLUL 1 3
1.1 INTRODUCERE 3
2.1 STADIUL ACTUAL AL AUTOMATIZĂRII ÎN FERMELE DE ANIMALE 4
2.2 SCURT ISTORIC 5
2.2.1 CLASIFICĂRI AP/PLC 6
2.2.2 STRUCTURA DE PRINCIPIU A AUTOMAT ELOR PROGRAMABILE 8
2.3SISTEME AUTOMATE 13
2.3.1 NO ȚIUNI INTRODUCTIVE 13
2.3.2 MONITORIZAREA AUTOMATĂ 16
2.2.3 REGLAREA AUTOMATĂ 16
2.3.4 APLICAȚII ÎN TIMP REAL 17
2.4 DEFINIREA ȘI CARACTERIZAREA SISTEMELOR 18
2.4.1 CLASIFICAREA SISTEMELOR 19
2.5 SISTEME DE NUMERAȚIE ȘI NOȚIUNI DE ARITMETICĂ BINARĂ 21
CAPITOLUL 3 22
SENZORI ȘI SISTEME F OLOSITE PENTRU AUTOM ATIZAREA FERMEI 22
3.1 PREZENTAREA GENERALĂ A PLC – ULUI SIEMENS SIMATIC S7 200 22
3.1.2CONECTAREA LA PC 24
3.1.3 MEMORIA ȘI ADRESAREA DIRECTĂ A MEMORIEI UCP 25
3.1.4 STAS IEC 61131 UN STANDARD PENTRU PLC -URI 26
3.2 SENZORI SI ACCESORII FOLOSIȚI 32
3.2.1 TERMOREZISTENȚA 32
3.2.2 CONVERTOARE 33
3.2.3 SENZOR PLOAIE 34
3.2.4 SENZOR VÂNT 35
3.2.5 SENZOR UMIDITATE 35
CAPITO LUL 4 DESCRIEREA SIS TEMULUI AUTOMAT, SCH EMA
ELECTRICĂ, DESCRIERE A SOFT -ULUI 36
4.1 DESCRIEREA MACHETEI 36
4.2 SCHEMELE ELECTRICE 38
4.3 PROGRAMUL REALIZAT CU STEP 7 MicroWIN 40
4.4 APLICAȚIA DE CONTROL A PARAMETRILOR DIN FERMA DE ANIMALE FOLOSIND
WinCC Flexible 2008 44
4.5 CONCLUZII 49
REZUMAT 50

UPG/IME/AIA – Proiect de diplomӑ Bӑnicӑ Marius Daniel

2
SUMARY 51
Bibliografie 52
Anexa 1 53

UPG/IME/AIA – Proiect de diplomӑ Bӑnicӑ Marius Daniel

3
CAPITOLUL 1
1.1 INTRODUCERE

Obiectivul acestei lucrări , cu titlul “Studiul unui sitem automat de monotorizare și
reglare a parametrilor în fermele de animale” este de a realiza un sistem interactiv
automatizat pentru monitorizarea și reglarea proceselor , în vederea creșterii
competitivităț ii tehnico -economice a fermelor de animale.
Realizar ea acestui proiect pote fi utilă , deoarece în zona în care am copil ӑrit eu,
creșterea animalelor se face în mod rudimentar (munc ӑ fizică) , afectȃnd astfel
productivitatea.
Pentru reglarea și monitorizarea parametrilor din interiorul fermei s-a folosit un
PLC(Programmable Logic Controller) SIEMENS -S7 S -200 precum și componente
specifice interfeței pentru a crea astfel de legături.
În trecut omul era cel care controla un anumit sistem, dar dezvoltarea în domeniul
ingineriei a permis înlocuirea activitații omului cu un ansamblu de elemente ce
interacționează între ele și cu exteriorul, pe baza anumitor reguli, principii și legi, în
vederea realizării unui scop.
Lucrarea este structurată în 4 capitole, fiecare dintre acestea fiind structurate in
subcapitole și subsubcapitole, după cum urmează:
Capitolul 1 are r ol de introducere. În acest capitol este prezentată tema proiectului
și obiectivul acesteia.
Capitolul 2 conține un scurt istoric al evoluției automatelor programabile și o
descriere a noțiunilor de bază. În acest capitol se definește automatizarea precum și
majoritatea conceptelor specifice necesare pentru înțelegerea acestei lucrări.
În capitolul 3 sunt prezentate informațiile referitoare la datele tehnice despre
echipamentele folosite în realizarea acestui proiect.
În ultimul capitol se gasește descrie rea montajului și explicații despre modul în
care acesta a fost realizat, schemele electrice ale montaj ului, date și descrierea unei pӑrț i
din program precum și informaț iile legate de descrierea aplicației de control .

UPG/IME/AIA – Proiect de diplomӑ Bӑnicӑ Marius Daniel

4
CAPITOLUL 2 – STADIUL ACTUAL AL PROBLEMATICII ÎN
DOMENIUL TEMEI
2.1 STADIUL ACTUAL AL AUTOMATIZĂRII ÎN FERMELE DE ANIMALE

Stadiul actual al problematicii automatizării fermelor zootehnice este contrȃ ns de
aplicarea atât a directivelor europene cât și a directivelor sanitar -veterinare locale
aplicabile României.
Directiva Europeană 98/58/CE ,cea care guvernează în cazul condițiilor creșterii
animalelor de fermă ,prin care statele membr e UE adoptă dispoziții pentru ca proprietarii
sau deținătorii acestora să garanteze bunăstarea lor și r espectarea reglementărilor în
privința următoarelor aspecte: metodele de creștere, echipamentele automate sau
mecanice, hrană și apă, personalul care asigur inspecția și îngrijirea acestora.
Se dorește ca prin stadiul actual al dezvoltării să se asigure ri tmuri biologice
intense în ceea ce privește hrănirea animalelor prin asigurarea uno r cantități optime de
hranӑ ;la intevarle de timp regulate, prin imple mentarea unor fluxuri tehnologic e optime în
vederea realizării acestora.
Un studiu demonstrează că prin aplicarea acestei directive , implicit prin
standardizarea folosirii mijloacelor de mecanizare și automatizare este determinată
reducerea efortului fizic al lucrătorului și creșterea productivității fermei de 1.5 – 3 ori.
Cazarea animalelor fiind realizată , în principal, în spații închise și semideschise,
ținând cont de condițiile meteorologice cu temperaturi ridicate peste media specifică zonei
geografice, cu avertizare “cod portocaliu/roșu”, specifică României, pentru asigurarea
statusului de sănătate a efectivelor de animale și siguranță produselor alimentare,
conducerea Direcției Sanitar -Veterinare și pentru Siguranță Alimentelor, atenționează
crescătorii de animale că au obligația să asigure protecția animalelor și a păsărilor în
adăposturi, prin respe ctarea densității ventilației și a temperaturii la parametrii optimi ₁₅.
Principalele instalații automate folosite pe perimetrul spațiului european
înglobează sisteme pentru reglarea și menținerea temp eraturii în funcție de referința
optimă(prin folosirea echipamentelor suflante de aer cald, prin instalații cu apă încălzită în
centrale proprii sau furnizată de distribuitorii de agent termic); sisteme de ventilație și
recirculare a aerului; sisteme de hrănire în cantități fixe realizată la itervale de timp f ixe;
sisteme de adăpare realizate în funcțiile de domeniul de activitate al fermei.

UPG/IME/AIA – Proiect de diplomӑ Bӑnicӑ Marius Daniel

5
2.2 SCURT ISTORIC

La început ac țiunea omului era principala modalitate de dezvoltare a industriei,
fiind singurul capabil să controleze un sistem. În prezent ingineria a evoluat foarte mult și
se pune mare preț pe electricitate și pe aplicațiile ce se pot realiza cu ajutorul acesteia; spre
exemplu se se pot controla sisteme, control realizat prin implemenarea releelor – aceste
relee fac posibilă pornirea și oprirea energie i electrice fără utilizarea unui întrerupător
mecanic. Utilizarea releelor este folosit ă pentru a realiza decizii logice simple.
În prezent se extimează că 60% din totalul comenzilor industriale în țarile
dezvoltate sun t realizate cu ELP(echipament liber programabil).
Automatele programabile AP au apărut în anii ’60 , iar motivul principal a fost
costul ridicat al realizării, exploatării și depanării sistemelor de automatizare cablate, axate
pe relee electromagnetice , care predominau la acea data în indu strie.
Cerințele prestabilite care trebuiau îndeplinite de AP sunt urmӑ toarele:
– Să fie compatibil din punct de vedere al prețului cu sitemele de
automatizare cu relee intermediare;
– Să fie capabil să facă față condițiilor din mediile industrial e;
– Să fie conceput sub forma modulară oferind astfel posibilitatea unei ușoare
înlocuiri;
– Să poate transmite datele colectate din proces unui sistem central
supervisor;
– Programarea să fie simplă și uș or de înteles;
Primul automat programabil în variant ă industrială a apărut in SUA sub numele de
MODICON 084 (Modular Digital Controller) ₁₆.
În anii ’70 începe s ӑ se foloseasc ӑ preponderent tehnologia microprocesoarelor cu
prelucrare pe bit și apar primele protocoale de comunicație între automate.
În anii ’8 0 apar primele automate cu microprocesoare cu prelucrare pe cuv ȃnt și se
dezvoltă primele tendințe de standardizare a protocoalelor. Totodat ă s-a pus accent pe
reducerea dimensiunilor automatelor programabile cu ajutorul programării software
simbolice, as fel calculatoarele personale puteau sa fie folosite pentru programarea AP.
În anii ’90 s -a pus accent pe standardizarea modurilor de programare și a
protocoalelor de comunicație.

UPG/IME/AIA – Proiect de diplomӑ Bӑnicӑ Marius Daniel

6
Dezvoltarea industriei calculatoarelor și a tehnologiei a dus la apariția PL C-
urile(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.
Procesele, pe care PLC -urile le pot controla, sunt foarte variate cum ar fi:
– sisteme de transport (transportor),
– mașini din industria alimentară,
– linii d e asamblat ₁₆.
Pentru automatizarea proceselor din interiorul fermei de animale s -a folosist un
astfel de dispozitiv.
2.2.1 CLASIFICĂRI AP/PLC
Din punct de vedere structural de pot distinge urmatoarele tipuri de AP:
– automate programabile realizate în structură deschisă, sub forma unei
plăci cu circuite inserate și fară carcasă fig. 2.1;
Aceste automate au un pret redus (sub 100 Euro), dar au num ӑr limitat de intr ӑri și
de ieșiri și nu se pot conecta cu module de extensie.

Fig. 2.1
– automat programabil realizat cu structura monobloc, cu carcasă închisă fig 2.2;
În acest caz ementele component e ale automatului sunt grupate intr-o carcasa
închisă, dimensiunile acesteia crescȃnd direct proportional cu numarul de intr ări și de
ieșiri.

UPG/IME/AIA – Proiect de diplomӑ Bӑnicӑ Marius Daniel

7

Fig. 2.2
– automatul p rogramabil realizat cu structură modular ӑ, fig. 2.3

Fig. 2.3

În funcție de num ӑrul total de terminale de intrare și de ieșire ale automatului
programabil se pot clasifica în:
– Automate programabile micro, cu numar maxim de 32 de terminale de
intrare și de ieșire (cea mai întalnita valoare este 20) ;
– Automate programabile mici, , cu numar maxim de 128 de terminale de
intrare și de ieșire;
– Automate programabile medii, , cu numar maxim de 1024 de terminale de
intrare și de ieșire;
– Automate programabile mari, , cu numar maxim de 4096 de terminale de
intrare și de ieșire;
– Automate programabile foarte mari, , cu numar maxim de 8192 de terminale
de intrare și de ieșire ₁₆,₅;

Costurile sunt direct proporționale cu creșterea numărului de terminale d upă cum
se observa in figura 2.4 :

UPG/IME/AIA – Proiect de diplomӑ Bӑnicӑ Marius Daniel

8

Fig. 2.4 ₁₆

2.2.2 STRUCTURA DE PRINCIPIU A AUTOMATELOR
PROGRAMABILE

Automatele programabile funcționează numai dacă au o secvență de instructiuni
salvată în memorie. Acestă secvență de instrucțiuni reprezintă programul. PLC-ul
execută programul de la prima instrucțiune pȃnă la ultima, după care ciclul (ciclu=
scanare) se reia. Ciclul începe prin citirea informațiilor furnizate de intrări și se termină cu
modificarea ieșirilor.
Programul p rincipal are în componență subr utine și întreruperi de program. Spre
exemplu dacă este necesar ca instalația sa execute o anumită sarcină la oprire, folosim o
subrutină.
Întreruperile de program sunt generate de anumite evenimente ce apar pe în
anumite momente. Structura unui automat pr ogramabil se poate observa in figura 2.5:

UPG/IME/AIA – Proiect de diplomӑ Bӑnicӑ Marius Daniel

9

Fig. 2.5 Structura unui AP

Dispozitivele de i ntrare sunt dispozitivele care transmit un semnal/dată la un PLC.
Exemple tipice de intrări sunt butoanele de acționare, întrerupătoarele și dispozitivele de
măsurare .
Elementele care se pot conecta la intrările automatelor programabile sunt:
– buton;
– comutator;
– sensor de proximitate;
– limitator de cursă;
– sensor fotoelectric.
Dispozitivele de ieșire dirijează acționarea elementelor de execuție: relee,
electrovalve, elemente de afisare etc. .
Elementele care se pot conecta la ieșirile automatelor programabile sunt:
– lampa control;
– releu;
Circuitele de interferență aferente intrărilor și ieșirilor au rolul de a semnalele de
intrare în diverse forme de se mnale logice adaptate unității centrale și semnalele logice
ale UC în semnale de ieșire.
Modul de conectare al unui element de intrare și al unui elem ent de ieșire la un
automat programabil Siemens Simatic S7 200 este prezentat în figura 2.6:

UPG/IME/AIA – Proiect de diplomӑ Bӑnicӑ Marius Daniel

10

Fig. 2.6

Există două tipuri de bază de dispozitive de intrare/ieșire:
– Discrete;
– Analogice.

Dispozitivele discrete sunt intrările și ieșirile care au doar două stări: deschis și
închis. Ca un rezultat, ele trimit/primesc semnale simple de la /către PLC. Aceste semnale
constau doar din 1 sau 0. Un 1 înseamnă că dispozitivul este deschis iar 0 înseamnă că
dispozitivul este închis.
Dispozitivele analogice sunt intrările/ieșirile care pot avea un număr infinit de
stări. Aceste dispozitive nu pot fi doar deschis și î nchis, dar pot fi de asemenea total
aproape deschis, nu chiar închis, etc. Aceste dispozitive primesc/trimit semnale complexe
la/de la PLC.

UPG/IME/AIA – Proiect de diplomӑ Bӑnicӑ Marius Daniel

11

Fig. 2.7 poziționrea terminalelor de intrare și de ieșire

Unitatea centrală de procesare (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. Este de obicei un microcontroler de 8, 16 sau 32 de biti. UCP realizează un
numar mare de verificări ale funcționării corecte a PLC, iar orice eroare este semnalizată
într-un anumit mod.
Unitatea centrală de procesare poate fi împarțită în :
– Unitate de control;
– Unitate logică de calcul.
Unitatea de control dirijează toate transformările de date furnizate de proces,
efectuează operații asupra datelor recepționate și alocă corespunzător rezultatele obținute
la iesirile programate.
Unitatea logică și de calcul permite introducerea și definitivarea programului
implementat în raport cu evoluția mașinii.
Soluțiile adoptate de catre fabricanți sunt:
– O consolă autonomă ce are o memorie proprie. Aceasta foloseste o metodă
de programare of -line (soluție adoptată de catre firma Siemens) fig. 2 .8;
– O consolă portabilă, cu dimensiuni reduse, aceasta folosind metodă de
programare on -line fig. 2.9 ;
– Calcula torul personal PC, ce tinde sa î nocuiasc ă metodele de mai sus fig.
2.10;

UPG/IME/AIA – Proiect de diplomӑ Bӑnicӑ Marius Daniel

12

Fig. 2.8 Programarea cu ajutorul consolei autonome

Fig. 2.9 Programarea cu ajutorul consolei portabile

Fig. 2.10 Programarea cu ajutorul calculatorului personal de tip PC

UPG/IME/AIA – Proiect de diplomӑ Bӑnicӑ Marius Daniel

13
Utilizarea calculatorului personal îmbină avantajele programării off -line cu
mobilitatea pe care o oferă la ora actuală calculatoarele portabile (elimină delimitarea
dintre metodele off -line și on -line).
Memoria automatelor programabile stochează date și programe de mici
dimensiuni, între 1k la automatele micro si 64k la automatele foarte mari.
Memoria este structurată în zone, zona desti nată variabilelor de intrare -ieșire, a
doua este destinată variabilelor ce defines starea internă a automatului (variabile
intermediare) , iar ultima este specifică programului ce urmează să fie executat. Acest
mod de structurare este general, putȃnd astf el sa existe diferențe de la un automat la altul.
În memoria aparatului programabil nu poate exista la un moment dat decȃt un
singur program, indiferent de marimea acestuia și de spatial ramas neocupat (memoria
aparatelor programabile nu poate fi utilizată ca sp ațiu de stocare a programelor, aceasta
facȃndu -se pe dispositive de stocare externe) ₅.
2.3SISTEME AUTOMATE
2.3.1 NOȚIUNI INTRODUCTIVE

Sistemul reprezintă o mulțime de obiecte aflate în interacțiune căreia îi sunt
specifice o anumită organizare și un anumit scop. Caracterizarea unui sistem se poate face
în manieră structurală sau informațională. Caracterizarea informațională presupune
descrierea mărimilor s pecifice sistemului, acestea se pot observa în figura 2.1 ₃.
₃
În ceea ce privește reprezentarea din figura 2.1 se pot face următoarele observații:
a) Mărimea de intrare i și mărimea de ieșire y au conotație strict
informatională;
b) Toate sistemele fizice sunt caracterizate de inerție, astfel o variație a
mărimii y (efect) apare după o variație a mărimii i (cauza).

UPG/IME/AIA – Proiect de diplomӑ Bӑnicӑ Marius Daniel

14
Automatic a este știința care studiază metodele și tehnicile folosite pentru
conceperea și utilizarea sistemelor automate.
Prin proces se întelege o succesiune de transformări ce caracterizează diverse
obiecte sau fenomene în evoluția acestora în spațiu și timp. Procesele tehnologice sunt
caracterizate pe langă transferuri masice și energetice și de transferuri informaționale.
Automatizarea este o ramură a tehnicii, al cărei scop este ca mașinile și instalațiile
să lucreze automat, deci independente de o continuă și/sau directă intervenție a forței de
muncă umane ₁₄.
Automatizarea este o tehnologie prin intermediul căreia se poate realiza un proces
sau o procedură fără asistență umană.
Știința calculatoarelor are ca obiect de studiu calculatorul, acesta fiind privit ca o
mașină automată pentru procesarea datelor în conformitate cu un program format din
instrucțiuni care coexistă împreună cu datele în memorie .
Măsurarea este un proces practic (empiric), un set de cunoaștere calitativă și
cantitativă a realității, a obiectivelor și a mediului în care ne desfășurăm activitatea.
Mӑrimea poate fi oricare proprietate comună, oricare manifestare sau element de
caracterizare al unei clase de obiecte, fenomene sau proce se reale, care în diverse
cdircumstanțe poate avea mai multe stări, valori, nuanțe.
Mărimile măsurabile sunt mărimile care se pot ordona și pentru care se pot
construi scări de măsurare și mijloace efective de măsurare.
Etalonarea reprezintă operațiile pr in care un etalon de ordin inferior se compară
direct cu un etalon de ordin superior, pentru a se stabili eroarea primului.
Verificarea reprezintă operațiile prin care se constată dacă mijloacele de măsurare
de lucru corespund prescripțiilor legale privind caracteristicile metrologice.
Calibrarea este operația prin care performanțele metrologice ale unui aparat de
masurare sunt verificate cu ajutorul unor etaloane și aduse in concordanța cu prescripțiile
de fabricație.
Erori de măsurare – diferența dintre rezultatul măsurării și valoarea reală a
mărimii.
Erori sistematice sunt acele erori care se repetă ca mărime și semn în mai multe
măsurari ale aceleiași mărimi.
Sensibilitatea este caracteristica unui aparat de măsura de a reacționa la variații
mici ale s emnalului de măsurat.

UPG/IME/AIA – Proiect de diplomӑ Bӑnicӑ Marius Daniel

15
Caracteristicile statice conțin date despre mărimile de intrare , mărimile de ieșire,
precum și relații între ele.
Traductorul este un element cu ajutorul căruia valoarea unei variabile se
transpune pe un semnal purtător de informație . La baza funcționării traductoarelor stă o
proprietate care permite să se pună în evidență mărimea măsurată prin efectele ei asupra
traductorului ₃.
Un sistem automat este alca tuit din trei elemente de bază care in final conduc la
îndeplinirea unui proces :
(1) energie pentru proces și pentru sistem;
(2) un program alcătuit din instrucțiuni, care ajuta la functionarea procesului;
(3) un sistem de reglare care interpretează instrucțiunile.

Fig. 2. 12 Alcătuirea unui sistem automat

Categoriile de obiective asociate unui process sunt:
– Obiective de calitate;
– Obiective de eficiență;
– Obiective de securitate ₈;
Conducerea este o activitate de dirijare a evoluției procesului pentru realizarea
obiectivelor impuse. Conducerea poate fi automată sau manuală în funcție de intervenția
umană ₈.

Fig. 2. 13 Sistem de conducere deschis
– MC – mijloc de conducere;
– OC – obiect condus (proces) ;

UPG/IME/AIA – Proiect de diplomӑ Bӑnicӑ Marius Daniel

16
În conducerea automată pot fi identificate patru categorii de sisteme automate care
permit realizarea următoarelor funcții:
– Monitorizare automatӑ ;
– Reglare automatӑ ;
– Protecție automată asigurӑ realizarea obiectivelor legate de secur itate;
– Optimizare automată ₈.

2.3.2 MONITORIZAREA AUTOMATĂ

Conceptul de monitorizare se referă la cunoașterea stării momentane și a evoluției
parametrilor aferenți unui proces.
Datele cu privire la valorile parametrilor se pot obține prin măsurare și/sau calcu l.
Este important faptul ca numӑ rul minim de sisteme este egal cu numarul de grade de
libertate ale procesului ₈.
F=L-M;
– L este numărul total de variabile ale procesului;
– M este numărul de relații independente dintre cele L variabile ;
– F este numarul gradelor de libertate.
Structurile de monitorizare sunt:
– Structura total distribuită, în care există cate un instrument de vizualizare
(IV) pentru fiecare parametru;
– Structura total concentrată, în care există un IV pentru toți parametrii;
– Structura par țial distribuită, în care există un IV pentru fiecare grup de
parametri (se consideră ca un grup de parametri este atribuit unui subproces).

2.2.3 REGLAREA AUTOMATĂ

Reglarea automată reprezintă atingerea și menținerea unei stări de referință pentru
un proces fără intervenția factorului uman.
Există douӑ tipuri de sisteme de reglare automată (SRA):
– SRA cu structură convențională;
– SRA cu structură evo luată.

UPG/IME/AIA – Proiect de diplomӑ Bӑnicӑ Marius Daniel

17
SRA cu structură convențională au obiectivul de a menține starea de referință
pentru un singur parametru . În această categorie pot fi incluse SRA cu acțiune după
abatere (efect) și SRA cu acțiune după perturbație (cauză) ₈.
Un astfel de SRA conține:
– Proces
– Dispozitiv de automatizare (DA) căruia îi sunt specifice trei funcții:
măsurare, comandă și execuție.
SRA cu structură evoluată (reglare avansată) au asociate obiective specifice
întregului proces (instalații). Mărimile reglate sunt determinate de parametri ale căror
valori se determină prin calcul. Prezentă reglării avansate nu exclu de reglarea
convențională, acestea pot sa coexiste in sistemele ierarhice de conducere.
Conducerea optimală reprezintă aplicarea către proces a comenzilor care conduc
către performanță ₈.

2.3.4 APLICAȚII ÎN TIMP REAL

Timpul real este o noțiune utilizată pentru caracterizarea unui sistem care se
desfășoară în concordanță cu evenimentele lumii exterioare. Un sistem de conducere
prezintă comportament în timp real dacă deciziile generate de acesta sunt emise la
momentul oportun și sunt aplicate procesului înainte ca datele pe baza cărora au fost
generate să își piardă valabilitatea.
Timpul real este caracterizat de timpul de reacție sau de raspuns al sistemului la
anumite modificări din proces sau la comenzi ale operatorului. Compo rtarea in TR este
determinată de frecvența cu care sunt preluate datele din proces și cu care sunt transmise
comenzile catre acesta.
TR nu are o valoare universală ci este specific pentru fiecare proces ₈.

UPG/IME/AIA – Proiect de diplomӑ Bӑnicӑ Marius Daniel

18
2.4 DEFINIREA ȘI CARACTERIZAREA SISTEMELOR

Sistemele automate sunt sisteme tehnice se supraveghere, comandă și control al
proceselor și instalațiilor tehnologice, fară intervenția directă a omului.
Trăsăturile fundamentale ale sistemelor sunt:
– Caracterul structural -unitar arată proprietatea unui sistem de a fi repre –
zentat ca o conexiune de subsisteme a căror acțiune este orientată spre un anumit sens
(scop).
– Caracterul cauzal -dinamic arată proprietatea unui sistem de a evolua în
timp sub acțiunea unor factori interni și externi , cu respectarea principiului cauzalității
(orice efect este rezultatul unei cauze, efectul este întârziat față de cauza și, în plus, cauze
identice generează în aceleași condiții efecte identice).
– Caracterul informațional arată proprietatea unui sistem de a primi, prelucra,
memora și transmite informație.
În teoria sistemelor, informa ția se define ște ca fiind orice factor care contribuie
calitativ și/sau cantitativ la descrierea comportamentului unui sistem. La sistemele
tehnice, m ărimile fizice utilizate ca suport pentru informa ție se numesc semnale. Teoria
sistemelor utilizeaz ă două tipuri de sitem:
a) Sistem de tip I -S-E (intrare -stare -ieșire)- unde transferul intrare -ieșire se
realizeaz ă în mod indirect, prin intermediul st ării. Transferul I -S are loc cu o întȃrziere
strictă, după o dinamică proprie sistemului, iar transferul S -E se realizează instantaneu
(fig. 2.14 a).
b) Sistem de tip I -E – unde transferul se real izează direct (fig.2.14 b), cu
întȃrziere strictă (la sistemele dinam ice) sau instantaneu (la sistemele de tip static).

Fig 2.14 Transferuri cauzale între mărimile unui sistem
(a) de tip I -S-E (b) de tip I -E

UPG/IME/AIA – Proiect de diplomӑ Bӑnicӑ Marius Daniel

19
In figura 2.15 este arătat modul de reprezentare a unui sistem
Σ ;
T
21 ] [mu uu U 
este vectorul coloană m -dimensional al mărimilor de intrare,
T
21 ] [py yy Y 
– vectorul coloană p -dimensional al mărimilor de ieșire, iar
T
21 ] [nx xx X 
– vectorul coloană n -dimensional al mărimilor de stare. Numărul
n al
variabilelor de stare ale unui sistem reprezintă dimensiunea sau ordinul sistemului ₃.

Fig. 2.15 Reprezentarea unui sitem

2.4.1 CLASIFICAREA SISTEMELOR

Sistemele se pot împarți în clase, pe baza unor proprietăți derivate din caracterul
structural -unitar, cauzal -dinamic și informațional al sistemelor, sitemele aparținȃnd unei
clase avȃnd trăsături, proprietăți și comportamente asemănătoare.
Sisteme statice și dinamice:
1) Sistemele statice (fără memorie) sunt sisteme de ordinul zero (nu au
variabile de stare) , având valoarea ieșirii
Y la momentul
t complet determinată de
valoarea intrării
U la momentul
t . La aceste sisteme, ieșirea urmărește instan -taneu (fără
întârziere) variațiile în timp ale intrării. Sistemele fizice statice nu conțin în componența
lor elemente capabile să înmagazineze și să transfere cantități semnificative de masă și
energie.
2) Sistemele dinamice (cu memorie) au ordinul mai mare decât zero și
caracterizează prin prezența regimurilor tranzitorii. Sistemele fizice dinamice includ în
componența lor elemente capabile să acumuleze și să transfere, cu viteză finită, cantități
semnificative de masă și energie.
Sistemele statice sunt descrise prin ecuații algebrice, iar sistemele dinamice prin
ecuații diferențiale sau cu diferențe.

UPG/IME/AIA – Proiect de diplomӑ Bӑnicӑ Marius Daniel

20
Sisteme cu parametri constan ți și variabili:
1) Sistemele cu parametri constanți (numite și invariante)au o structură fixă
și parametri interni constanți în timp .
2) Sistemele cu parametri variabili (numite și variante)au cel puțin un
parametru intern variabil în timp.
Un sistem cu parametri constanți aflat inițial în regim staționar (ca racterizat prin
constanța în timp a tuturor variabilelor de intrare, de stare și de ieșire) își poate modifica
starea numai din exterior, prin acțiunea variabilelor de intrare.
Sistemele cu parametri constanți sunt descrise prin ecuații cu coeficienți cons tanți,
iar sistemele cu parametri variabili prin ecuații cu coeficienți variabili în timp.
Sisteme continue și discrete :
1) Sistemele cu timp continuu sunt acele sisteme la care mărimile de intrare,
de stare și de ieșire iau valori la orice moment de timp
t aparținând mulțimii numerelor
reale R.
2) Sistemele cu timp discret sunt acele sisteme la care mărimile de intrare,
de stare și de ieșire iau valori numai la anumite momente discrete ale timpului
kt.
Sistemele cu timp discret la care discretizarea timpului este uniformă , adică
kTtk , unde
T
este perioada (tactul) și
Zk , se numesc sisteme discrete . Sistemele cu timp discret la
care mărimile de intrare, de stare și de ieșire iau un număr finit de valori, se numesc
sisteme finite. Sistemele finite la care variabilele iau numai două valori distincte (“0” și
“1”) se numesc sisteme logice sau binare, iar sistemele finite la care variabilele iau un
număr mare de valori se numesc sisteme numerice sau digitale.
Sistemele cu timp continuu sunt descrise cu ajutorul ecuațiilor diferențiale, iar
sistemele discrete sunt descrise prin ecuații cu diferențe .
Sisteme liniare și neliniare:
1) Sistemele liniare verifică în orice condiții principiul
superpoziției(suprapunerii efectelor): suma efectelor cauzelor este egală cu efectul sumei
cauzelor, adică

) ( )( )( )(2 1 2 1 k kc ccE cE cE cE    ,
unde prin
)(icE am notat efectul cauzei
ic .
2) Sistemele neliniare sunt acele sisteme care nu satisfac în toate cazurile
principiul superpoziției .

UPG/IME/AIA – Proiect de diplomӑ Bӑnicӑ Marius Daniel

21

Sisteme monovariabile și multivariabile:
1) Sistemele monovariabile au o singură intrare și o singură ieșire.
2) Sistemele care au cel puțin două intrări și două ieșiri; în plus, cel puțin o
ieșire este influențată de minimum două intrări se numesc sisteme multivariabile ₃.

2.5 SISTEME DE NUMERAȚIE ȘI NOȚIUNI DE ARITMETICĂ
BINARĂ

Sistemul de numerație ajută la transmiterea si cuantificarea informației.
Caracteristicile unui sistem de numerație sunt : ușurință și viteză în folosire, capacitatea de
control pentru erorile care pot apărea, distingerea simbolurile care alcătuiesc sistemul.
Sistemul de numerație binar presupune r=2, iar caracterele sunt 0 și 1. Formă
polinomială a numărului conduce la obținerea valorii zecimale a numărului respectiv.
Folosirea formei polinomiale a unui număr binar se realizează echivalând zecimal acel
număr binar.Numerele binare reprezi ntă în acest fel numerele binare naturale.
În sistemul binar, unui grup de biți dintr -o unitate de procesare i se atribuie un
nume. Astfel, un grup de: 4 cifre binare se numește nibble, de 8 cifre se numește byte, 16
biți = 2 bytes , 32 biți = word , 64 biți = double world.
Formele de undă sunt reprezentări grafice ale semnalelor digitale care evoluează
în timp. Acestea sunt valori ale unor tensiuni în logică pozitivă: 1 este +, iar 0 este -.
Un numărător contorizează evenimentele care apar pe o intrar e specială numită
intrare de ceas (clock).
Evenimentul este schimbarea semnalului de ceas din 0 în 1 sau invers, dar nu
ambele. Adică, circuitul de numărător este proiectat să numere fie tranziția semnalului din
0 în 1, fie din 1 în 0.
Sistemul hexa zecimal presupune r=16 în relațiile care definesc sistemele
generale de numerație. Conține 16 caractere distincte și prin convenție acestea sunt: 0, 1,
2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F ₉.

UPG/IME/AIA – Proiect de diplomӑ Bӑnicӑ Marius Daniel

22
CAPITOLUL 3
SENZORI ȘI SISTEME FOLOS ITE PENTRU AUTOMATIZAREA
FERMEI
3.1 PREZENTAREA GENERALĂ A PLC – ULUI SIEMENS SIMATIC S7 200
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.
Seria S7 -200 reprezintă o linie de micro – PLC (micro programmable logic
controller) care poate dirija o mulțime de aplicații de automatizare.
S7- 200 este caracterizat de un design compact, un cos t redus și un vast set de
instrucțiuni, toate aceste avantaje facand din S7 -200 solutia perfecta pentru controlul de
aplicații mici.

Fig. 3.1 S7-200 + modul extensie

UPG/IME/AIA – Proiect de diplomӑ Bӑnicӑ Marius Daniel

23

Fig. 3.2 S7 -200 module

Fig. 3.3 S7 -200 + modul de extensie

S7-200 pune la dispoziție o gama largă de procesoare: 221 CPU, 222 CPU, 224
CPU. Acesta se poate conecta la mai multe module opționale, fiind alcatuit în principal
din: unitate central ă de procesare (CPU), sursa de alimentare și modului de intrări ieșiri .
Unitatea central de procesare execută programele și memorează datele pentru
controlul task -urilor. Sursa de tensiune furnizează energia pentru modulul de bază si

UPG/IME/AIA – Proiect de diplomӑ Bӑnicӑ Marius Daniel

24
modulele suplimentare a le acestuia. Numărul de module de intrări/ieșiri se poate mări,
utilizȃnd module suplimentare. Intrările monitorizează semnalele primate de la
dispozitivele de cȃmp (senzori), iar ieșiril e exercită comenzi asupra elementelor de
execuție (pompe , motoare). Cu ajutorul portului de comunicație se permite conectarea
CPU -ului la dispositive de comunicare.
CPU -ul este dotat cu leduri care indică: starea RUN/STOP, starea curentă a
intrărilor/ieșirilor, detectare erori. Acesta mai dispune si de un ceas în timp rea l precum și
de o memorie EEPROM ce memorează/ transferă programe.
Intrările și ieșirile(I/O) reprezintă punctele de co ntrol ale sistemului: intrările
monito -rizează semnalele din câmpul de lucru(pot fi senzori sau switch -uri), iar ieșirile
controlează elem entele de execuție(pompe, m otorare sau alte dispozitive ).

3.1.2 CONECTAREA LA PC

Conectarea S7 -200 la PC se realizează folosind un cablu PC /PPI. PPI reprezintă
acronimul de la Point to Point Interface fig. 3.4 .
De asemenea in funcție de tipul de S7-200 folosit, se oferă posibilitatea de
conectare prin:
– MultiPoint Interface(MPI)
– PROFIBUS -DP(Process Field Bus)

Fig.3.4

UPG/IME/AIA – Proiect de diplomӑ Bӑnicӑ Marius Daniel

25
– Poziția pinilor determină deternima rata de transfer: (pinii 1, 2 și 3
determină rata de transfer, iar pinii 4 și 5 trebuie sa fie 0 ).
– Capătul lui RS -232 se conectează la PC (com1 și com2)/USB.
– Capătul RS -485 se conectează la S7 -200.

La realizarea proiectului, pentru a conecta Micro PLC -ul S7 -200 și PC -ul am
folosit un cablu PPI. Pentru a realiza acest tip de conexiune trebuie să avem l a dispoziție:
un cablu PC/PPI, un Micro PLC S7 -200, software -ul STEP7 -Micro/WIN și un PC.

3.1.3 MEMORIA ȘI ADRESAREA DIRECTĂ A MEMORIEI UCP

Memoria include o zonă ROM pre -programată(sistemul de operare, programe
driver și programe de aplicație) și o zona RAM(în care sunt memorate programe scrise de
utilizator și date de lucru). Constructorii de automate programabile oferă diferite tipuri de
memorie nevolatilă pentru a salva programele utilizator și datele atunci când alimentarea
este întreruptă, astfel în cât automatul să își poată relua programul la revenirea energiei
electrice. Memoria RAM are o baterie care asigură păstrarea nealterată a datelor. Mai nou,
automatele programabile sunt echipate cu o memorie flash care este mai rapidă și poate fi
scrisă făr ă a avea nevoie de echipamente speciale.

UPG/IME/AIA – Proiect de diplomӑ Bӑnicӑ Marius Daniel

26
În exemplul din figura 3.6 identificatorul de memorie și byte -ul de adresă(I=1 și
3=byte 3) sunt urmate de o pauză simbolizată prin (”.”) pentru a le delimita de bitul de
adresă(bitul 4).
În figura 3.5 se pot observa diferite loca ții de memorie care au adrese unice în
memoria CPU. Zonele de memorie pot fi adresate în dou ț moduri: direct și indirect
(pointeri).
Utilizatorul poate specifica adresa de memorie pe care dore ște sa o utilizeze, astfel
acesta poate ave a acces direct la informa ție. Accesarea unui bit de memorie necesit ă
specificarea unei adrese care implic ă: identificarea zonei de memorie, adresa byte -ului,
numarul de bi ți ₁₁.

3.1.4 STAS IEC 61131 UN STANDARD PENTRU PLC -URI
Standardul internațional IEC 61131 se aplică controlerelor programabile (denumite
și automate programabile) – PLC (Programmable Logic Controller) și perifericelor
asociate cum ar fi instrumentele de programare și depanare, HMI (Human Machine
Interface – Interfața om – mașină), etc. a căror scop constă în utilizarea acestora în
controlul și comanda mașinilor și a proceselor industriale. Standardul are mai multe părți
din care IEC 61131 -3 poate fi considerată partea principală ₁₂.

UPG/IME/AIA – Proiect de diplomӑ Bӑnicӑ Marius Daniel

27
IEC 61131 -3 reprezintă partea a 3 -a a standardadului IEC 61131 și, spre beneficiul
utilizatorilor de PLC -uri, standardizează cinci dintre cele mai utilizate limbaje (fig.3.8) de
programare a PLC -urilor și anume:
– LD – Ladder diagram (grafic) – Diagrama în scară (LD) este o reprezentare
grafică a ecuațiilor Booleene, combinând contacte (argumente de intrare) cu coil (rezultate
de ieșire). Limbajul LD permite descrierea testelor și a modificărilor datelor Booleene
plasând simboluri grafice în schema programului. Simbolurile grafice LD sunt organiz ate
în interiorul graficului într -un mod similar cu o “treaptă” a diagramei cu contacte electrice.
– FBD – Function Block Diagram (grafic);
– IL – Instruction list (text),
– ST – Structured text (text) – Textul Structurat este unul dintre cele două
limbaje textu ale din cadrul standardului IEC 1131 -3, celălalt fiind limbajul Lista de
Instrucțiuni. Standardul definește elemente textuale comune limbajelor textuale, printre
care: declarații tip, declarații variabile, declarații ale pasului SFC, ale tranziției și acți unii,
declarații ale funcției și ale blocurilor funcție. ST este un limbaj structurat de nivel înalt,
similar cu Pascal și C, proiectat pentru procesele automate de programare. Acest limbaj
este folosit în special pentru a implementa proceduri complexe car e nu pot fi exprimate
ușor cu limbaje grafice.
– SFC – Sequential Function Chart – SFC furnizează o modalitate pentru
împărțirea POU -ului într -un set de pași și tranziții interconectate de legături directe.
Asociat cu fiecare pas este un set de acțiuni și cu fiecare tranziție o condiție de tranziție.
De vreme ce elementele SFC solicită păstrarea informației despre stare, singurele
POU -uri care pot fi structurate folosind aceste elemente sunt blocurile funcție și
programele (nu funcțiile). Un pas reprezintă o situație în care comportamentul unui POU
cu respectarea intrărilor și ieșirilor sale, urmează un set de reguli definite de acțiunile
asociate pasului. Un pas este fie activ, fie inactiv. La orice moment dat, starea POU este
definită de valorile variabilelor sale interne și de ieșire și de setul pașilor activi. Un pas
este reprezentat grafic de un bloc conținând un nume al pasului de forma unui identificator
sau textual de o construcție STEP…END_STEP. Indicatorul pasului (starea activă sau
inactivă a unui pas) este reprezentat de valoarea logică a variabilei Booleene S.X, unde S
este numele pasului. Variabila booleeană X ia valoarea 1 dacă pasul corespunzător este
activ și valoarea 0 dacă pasul este inactiv. În mod similar, timpul consu mat S.T. al pasului
S este definit ca o variabilă TIME. O tranziție reprezintă condiția prin care controlul trece
de la unul sau mai mulți pași premergători tranziției la unul sau mai mulți pași succesori

UPG/IME/AIA – Proiect de diplomӑ Bӑnicӑ Marius Daniel

28
de-a lungul legăturii corespunzătoare orientate. Di recția evoluției este de la baza pasului
(pașilor) premergător(i) spre vârful pasului (pașilor) următor. Fiecare tranziție are o
condiție de tranziție asociată care este rezultatul evaluării unei singure expresii Booleene.
O condiție a tranziției care este întotdeauna adevărată va fi reprezentată de cuvântul cheie
ADEVĂRAT .
Standardul definește ca limbaje de programare doar primele 4, SFC -ul fiind definit
pentru structurarea organizării interne a programelor și a blocurilor funcție pentru
controlerele progr amabile .
Conceptul de baz ă în programarea lui S7 -200:
– CPU cite ște starea intr ărilor;
– Programul memorat în CPU folose ște aceste intr ări pentru a evalua logica
de control;
– la rularea unui program, CPU revizuie ște datele;
– CPU scrie datele la ie șire.
Ciclul de execu ție al programului are urmatoarea structur ă:

Citirea
intrărilor
Execu ția
programului
Procesarea
oricărei
cereri de
comunica ție Executarea
testelor de
securitate si
diagnosticare
ale CPU Scrierea
ieșirilor

UPG/IME/AIA – Proiect de diplomӑ Bӑnicӑ Marius Daniel

29

Elementele de baz ă în realizarea unui program sunt:
– Programul de baz ă – conține instruc țiuni care dirijeaz ă aplica ția. Acestea se
execut ă secven țial.
– Subrutinele – sunt elemente op ționale de programare și sunt rulate doar
daca sunt apelate in programul principal.
– Rutinele de întrerupere – sunt elemente op ționale memorate ca p ărti ale
programului și executate atunci c ȃnd evenimentul de întrerupere o cere. Regula de
executate a întreruperilor este de tip FIFO(first in first out/primul venit primul servit).

DIAGRAMA CU BLOCURI FUNC ȚIE (FBD)

FBD este un limbaj grafic pentru programarea PLC -urilor, bazat pe interpretarea
comportamentului sistemului în termenii fluxului de semnale dintre elementele de
procesare, analog cu fluxurile de semnal care pot fi observate în diagramele circuitelor
electronice. FBD exprimă comportamentul funcțiilor, a blocurilor funcție și a programelor
ca un set de blocuri grafice interconectate, care la rân dul lor sunt funcții sau blocuri

UPG/IME/AIA – Proiect de diplomӑ Bӑnicӑ Marius Daniel

30

funcție. După cum s -a anticipat deja, FBD poate fi folosită pentru a detalia condițiile
tranziției și acțiunile schemelor SFC.

Elementele limbajului FBD vor fi interconectate de linii de flux al semnalului
urmărind conven țiile stabilite în general pentru limbajele grafice. Ieșirile blocurilor funcție
nu vor fi conectate împreună. În particular, funcția OR exprimată ca o conectare multiplă
la dreapta, tipic pentru limbajului LD, nu este permisă în limbajul FBD; în schimb es te
folosit un bloc OR Boolean explicit. Exemplul din figura 3.9 ne arată aceeași operație
dintre variabilele Booleene (c := a OR b) în LD (a) și FBD (b). O rețea FBD descrie un
proces dintre variabilele de intrare și variabilele de ieșire. Un proces este descris ca un set
de blocuri elementare, care sunt funcții sau blocuri funcție. Variabilele de intrare și de
ieșire sunt conectate la blocuri prin linii de conectare. Detalii asupra funcțiilor și a
blocurilor funcție sunt date în finalul acestui capitol. O ieșire a unui bloc poate fi conectată
la o intrare a altui bloc.
Fiecare bloc are un număr fix de puncte de conectare la intrare și un număr fix de
puncte de conectare la ieșire. Un bloc este reprezentat de un si ngur dreptunghi, ca în
Figura 3.10 . Intrări le sunt conectate pe marginea sa stângă. Ieșirile sunt conectate pe
marginea sa dreaptă. Un bloc elementar efectuează un singur proces între intrările și
ieșirile sale. Numele procesului care trebuie efectuat de bloc este scris în dreptunghiul de
simboliza re. Fiecare intrare sau ieșire a unui bloc are un tip bine definit.

intrări & _ ie șiri

Numele func ției
Fig. 3.10 Sintaxa blocului FBD

UPG/IME/AIA – Proiect de diplomӑ Bӑnicӑ Marius Daniel

31
Variabilele de intrare ale unui program FBD trebuie conectate la punctele de
conectare la intrare ale blocurilor. Tipul fiecărei variabile trebuie să fie același ca tipul
așteptat pentru intrarea asociată. O intrare pentru diagrama FBD poate fi o expresie
constantă, orice variabilă inter nă sau de intrare sau o variabilă de ieșire. Variabilele de
ieșire ale unui program FBD trebuie conectate la punctele de conectare la ieșire ale
blocurilor. Tipul fiecărei variabile trebuie să fie același ca tipul așteptat pentru ieșirea
blocului asociat. O ieșire pentru diagrama FBD poate fi orice variabilă internă sau de
ieșire.
Variabilele de intrare și de ieșire ale blocurilor funcție sunt cuplate împreună cu
liniile de conectare. Liniile individuale pot fi folosite pentru a conecta două puncte logice
ale diagramei: (i) o variabilă de intrare și o intrare a unui bloc; (ii) o ieșire a unui bloc și o
intrare a unui alt bloc; (iii) o ieșire a unui bloc și o variabilă de ieșire. Conectarea este
orientată, ceea ce înseamnă că linia duce datele asociate de la extremitatea stângă la
extremitatea dreaptă. Extremitatea dreaptă și cea stângă a liniei de conectare trebuie să fie
de același tip. Conectarea multiplă la dreapta poate fi folosită pentru a difuza o informație
de la extremitatea sa stângă la fiecare dintr e extremitățile sale drepte. Toate extremitățile
conectării trebuie să fie de același tip.
O linie de conectare individuală cu extremitatea sa dreaptă conectată la o intrare a
unui bloc poate fi terminată de o Negație Booleană. Negația este reprezentată de un cerc
mic. Atunci când este folosită o negație Booleană, extremitatea stângă și cea dreaptă a
liniei de conectare trebuie să fie de tip Boolean ₁₁.

Cuvântul cheie RETURN poate fi folosit pentru a ieși din diagramă. Trebuie
conectat la un punct de conectare Boolean de ieșire a unui bloc funcție. Formularea de
întoarcere reprezintă un final condițional al programului: dacă ieșirea cutiei conectate la

UPG/IME/AIA – Proiect de diplomӑ Bӑnicӑ Marius Daniel

32
formulare are valoarea Booleană ADEVĂRAT, finalul (partea care a rămas) diagramei nu
este executat (fig. 3.12) .

3.2 SENZORI SI ACCESORII FOLOSIȚI
3.2.1 TERMOREZISTENȚA
Temperatura este o mărime fizică pentru cunoașterea stării proceselor naturale și
industriale. Temperatura unui mediu poate fi determinată pe baza efectului pe care îl
produce asupra unui senzor de temperatură.
Termorezistențele sunt traductoare de temperatură care modifică variația de
temperatură a mediului verificat în variația elemen tului sensibil. Se bazează pe
proprietatea materialelor (platina și cuprul) de a-și modifica rezistența electrică în funcție
de temperatură ₂.
( )
Rt= rezisten ța termorezisten ței la temperatura t;
R0= rezisten ța termorezisten ței la 0⁰C ;
t= temperatura;
A,B= coeficien ți care se pot determina prin calibrare.

UPG/IME/AIA – Proiect de diplomӑ Bӑnicӑ Marius Daniel

33
– rezisten ța termorezisten ței la 100 ⁰C;
– rezisten ța termorezisten ței la 0 ⁰C;

Fig. 3.13 Termorezisten țe (1= temperatura interioar ă, 2= temperatura exterioară )

3.2.2 CONVERTOARE
Convertoarele tensiune – curent sunt blocuri func ționale utilizate în structura aparatelor
electronice de m ăsură și control. O aplica ție general ă a convertoarelor tensiune – curent este aceea
de bloc de ie șire pentru aparatele destinat e sistemelor de automatizare și/sau m ăsurate care
lucreaz ă cu curen ți unifica ți (4…20 mA etc.). Acestea pot fi realizate cu ie șiri multiple, pot genera
curen ți unidirec ționali sau bidirec ționali ( de o singur ă polaritate sau de ambele polarit ăți ) ₂.

Fig. 3.14 Convertor (1,2 – R-i,i=
dq- sarcina electrică , dt interval de timp; 3 –
U – i; R=
)

UPG/IME/AIA – Proiect de diplomӑ Bӑnicӑ Marius Daniel

34
Caracteristice tehnice:
Alimentare 14 – 36Vcc; recoman dat 24Vcc
Intrare termorezistență ; termocuplu ; potențiometru
Ieșire 4-20mA(min.3,5 mA;max. 30 mA)
0-20 mA
₁₀
Fig. 3.15 Scheme de conectare (potenționetru, termocuplu,termorezistență)

3.2.3 SENZOR PLOAIE

Senzorul de ploaie este un echipament tehnic cu rolul de a determina dacă și în ce
cantitate plouă, în functie de condițiile impuse acesta poate/nu poate s ă dea un semnal
catre o acțiune. În cazul sistemului din ferma de animale, acesta trimite un semnal de
acționare a trapelor de aerisire în funcție de condițiile meteo exterioare.

Fig. 3.16 Senzor Ploaie

UPG/IME/AIA – Proiect de diplomӑ Bӑnicӑ Marius Daniel

35

3.2.4 SENZOR VÂNT

Senzorul de vȃnt permite sesizarea mișcarilor de aer . Acesta transmite semnale de
ieșire direct proporționale cu viteza aerului.

Fig. 3.17 Senzor vȃnt

3.2.5 SENZOR UMIDITATE

Senzorul de umiditate este o componentă ce sesizează nivelul de umiditate al
mediului. În cazul din ferma de animale senzorul de uniditate este reprezentat de un
potențiometru (valoarea nivelului de umiditate nu este o valoare reală) .

Fig. 3.18 Senzor umiditate

UPG/IME/AIA – Proiect de diplomӑ Bӑnicӑ Marius Daniel

36
CAPITOLUL 4 DESCRIEREA SISTEMULUI AUTOMAT , SCHEMA
ELECTRICĂ, DESCRIEREA SOFT -ULUI
4.1 DESCRIEREA MACHETEI

Fig 4.1

UPG/IME/AIA – Proiect de diplomӑ Bӑnicӑ Marius Daniel

37

Nr. crt. Nume
1 siguranță
2 sursă
3 cablu de comunicare
4 PLC siemens simatic s7 200
5 modul extensie
6 convertor
7 convertor
8 conductor electric
9 ventilator
10 senzor temperatură exterioară
11 senzor ploaie
12 senzor temperatură interioară
13 releu
14 senzor umiditate
15 lampă deschidere trapă aer
16 lampă start ventilație
17 lampă start incalzire
18 lampă start umidificare
19 comutator alimentare
20 lampă alimentare furaj
21 senzor vȃnt
22 convertor
23 releu electromagnetic
24 rezistență încălzire senzor
temperatură int.

UPG/IME/AIA – Proiect de diplomӑ Bӑnicӑ Marius Daniel

38

4.2 SCHEMELE ELECTRICE

Fig. 4.2

Fig 4.3

UPG/IME/AIA – Proiect de diplomӑ Bӑnicӑ Marius Daniel

39

Fig. 4.4

Fig. 4.5

UPG/IME/AIA – Proiect de diplomӑ Bӑnicӑ Marius Daniel

40
4.3 PROGRAMUL REALIZAT CU STEP 7 MicroWIN

Network 1 :
Conversia valo rii primite și prelucrate de modulul de intrări analogice se face cu
ajutorul blocurilor de scalare (bloc uri dedicat e siemens) , din rețeaua 1 pentru viteza
vantului.

UPG/IME/AIA – Proiect de diplomӑ Bӑnicӑ Marius Daniel

41

Network 2 reprezintă o funcție precreată de SIEMENS în MicroWIN (READ
REAL TIME CLOCK ), de citire a ceasului intern în BCD și conversia acestor valori în
valori integer cu ajutorul funcțiilor de împărțire DIV_I .

UPG/IME/AIA – Proiect de diplomӑ Bӑnicӑ Marius Daniel

42

Pentru realizarea sistemului de încălzire s-a recurs la utilizarea funcțiilor de
comparație din program ul MICROWIN cȃt și a cȃte unui bloc SR (set -reset). Vezi
explicațiile de mai jos , pentru a putea vedea întregul program vezi Anexa 1.

UPG/IME/AIA – Proiect de diplomӑ Bӑnicӑ Marius Daniel

43

UPG/IME/AIA – Proiect de diplomӑ Bӑnicӑ Marius Daniel

44
4.4 APLICAȚIA DE CONTROL A PARAMETRILOR DIN FERMĂ DE
ANIMALE FOLOSIND WinCC Flexible 2008

Interfața HMI a fost reallizatӑ cu Simatic WinCC .
Un sistem HMI are urmatoarele funcții:
 Urmărirea procesului – procesul poate fi vizualizat pe dispozitive HMI cum
ar fi
Operating Pane – OP, Multi Panel – MP, Touch Panel – TP, PC. Imaginea afișată
pe dispozitivul HMI este moficată în timp real în concordanță cu evoluția
procesului.
 Controlul operatorului asupra procesului – operatorul are posibilitatea de a
controla procesul prin intermediul interfeței grafice. De exemplu acesta poate seta
valori de referință pentru control ul unui motor sau poate controla direct ventile,
pompe si alte componente ale procesului.
 Afișarea alarmelor – stările critice din proces sunt semnalate pe astfel de
dispozitive având ca scop intervenția în timp util a operatorului pentru a împiedica
apari tia unor eventuale defecțiuni majore. Spre exemplu, în cazul unei reglări,
depășirea valorii presetate ca referință poate avea efecte negative însemnate în
cadrul unui sistem.
 Stocarea variabilelor de proces și a alarmelor – sistemele HMI pot crea
baze de date în care să fie stocate valori ale variabilelor de proces sau alarme (Data
logs). Aceasta aplicație permite inregistrarea unor secvențe din proces care pot fi
ulterior analizate cu scopul de a imbunătăți producția.
 Paramatrii de funcționare – paramet rii unui proces sau ai unei mașini pot fi
reținuți în așa numitele rețete (Recipes). De exemplu, acești parametrii de
funcționare pot viza caracteristicile unui anumit produs și pot fi descărcați de pe
dspozitivul HMI pe PLC pentru a schimba produsul cure nt cu un altul sau chiar a
capacității de producție.
Simatic HMI oferă soluții pentru controlul și monitorizarea sarcinilor, procesul
este adus la standarde înalte prin menținerea tuturor dispozitivelor și unităților de
lucru la un nivel ridicat de funcț ionare. Sistemele Simatic HMI utilizate pentru
controlul și monitorizarea centrelor de producție reprezintă nivelul superior din
punct de vedere al performanței.

UPG/IME/AIA – Proiect de diplomӑ Bӑnicӑ Marius Daniel

45

În acest ecran se poate observa fereastra deschisă inițial la rularea aplicației. Acesta
ne oferă informații despre data și ora curentă, informații despre condițiile atmosferice
exterioare (cald, rece, ploaie, soare etc.). Totodată din acesta fereastră putem intra în
ferestrele sistem fermă și parametri fermă.

UPG/IME/AIA – Proiect de diplomӑ Bӑnicӑ Marius Daniel

46

Fereastra de mai sus reprezintă sistemul fermei:

Nr. crt Denumire
1 – 4 calorifere
5 – 10 trape alimentare furaj
11 – 14 trape aer
15 – 17 ventilatoare

Elementele enumerate în tabel au 3 stări: pornit, oprit, în așteptare.

UPG/IME/AIA – Proiect de diplomӑ Bӑnicӑ Marius Daniel

47

Fereastra “Parametri sistem automatizare ferma” reprezintă panoul de comandă al
fermei. În acestă fereastră se stabilesc condițiile de reglare a parametrilor (temperatura
maxima și minimă din interiorul fermei 3,4; start/ stop ventilație forțată în regim a utomat
8-6, 17 -18 pornire -oprire în regim manual; 10 -11 ora și minutul deschidere trape furaj, 12 –
13 ora si minutul închidere trape furaj, 19 -20 alimentare furaj manual;15 -16 pornire -oprire
sistem fermă ).

.

UPG/IME/AIA – Proiect de diplomӑ Bӑnicӑ Marius Daniel

48

În schema de mai sus este prezentată o fereastra de monitorizare, din acestă
fereastra urmȃnd “direcțiile” ½ se pot vedea variațiile temperaturii în funcție de timp , mai
jos este prezentat graficul temperaturii exterioare.

.

UPG/IME/AIA – Proiect de diplomӑ Bӑnicӑ Marius Daniel

49
4.5 CONCLUZII
Acestă lucrare a avut drept scop realizarea unui sistem de monitorizare și reglare a
unui sistem automatizat ce se poate implementa în fermele de animale. Sistemul respectiv
ajută la dezvoltarea tehnico – economică a fermelor de mici dimensiuni (cazul prezentat) ,
dar poate fi extins foarte ușor.
Sistemul aduce o serie de avantaje crescătorilor de animale: reduce eroarea umană,
reducerea chestuielilor cu personalul (acest luclu compensează în timp investiția inițială
în echipamentele de tip plc și accesoriile necesare), productivitatea fermei crește cu 1,5 – 3
ori.
Pentru realizarea acestui proiect s -a studiat din literatură de specialitate mai multe
modele de automate programabile, iar concluzia finală a fost că PLC -urile Siemens sunt
cea mai relevanță opțiu ne deoarece:
– este destinat mediului industrial sau a unui mediu “dur”, ceea ce înseamnă că
este proiectat să reziste în condiții severe (praf, vibrații etc.)
– desii există și alte opțiuni, răspândirea PLC -urilor Siemens în industrie m -a
convins de fi abilitatea acestor AP.
Pentru realizarea sistemului încălzire, sistemului de ventilație sa recurs la folosirea
funcțiilor de comparație din programul MicroWin cȃt si cȃte unui bloc SR (set -reset).
Reprezintă un dezavantaj prețul investiției având în vede re faptul că aplicabilitatea
proiectului se adresează fermelor de mici dimensiuni (fami liale), dar în opinia mea durata
scurtă de amortizare a investiției compensează acest fapt, totodată pe lângă crester ea
productivității crește și vânzarea deoarece inst alația se supune normelor sanitar –
veterinere impuse de UE , ceea ce inseamnă că piața de desfacere .
Întrucât proiectul este foarte amplu oferă posibilitatea unor studii și dezvoltări
ulterioare, acestea putând constă în instalarea unor sisteme de alarm ă care să anunțe
operatorul de eventualele nefunctionalitati ale instalației.
Consider că acest sistem ajută foarte mult posesorii de ferme, deoarece le permite
acestora sa -și rezolve alte probleme în timp ce sistemul își va face treaba după modul în
care acesta este programat.

UPG/IME/AIA – Proiect de diplomӑ Bӑnicӑ Marius Daniel

50

REZUMAT

Realizarea acestui proiect pote fi utilă, deoarece în zona în care am copilarit eu,
creșterea animalelor se face în mod rudimentar (munca fizică) , afectȃnd astfel
productivitatea.
Obiectivul acestei lucrări este de a realiza un sistem interactiv automatizat pentru
monitorizarea și reglarea proceselor, în vederea creșterii competitivităț ii tehnico –
economice a fermelor de animale.
Pentru reglarea și monitorizarea parametrilor din interiorul fermei s-a folosit un
PLC
SIEMENS -S7 S-200 și componente specifice interfeței .
Lucrarea este structurată în 4 capitole, fiecare dintre acestea fiind structurate in
subcapitole și subsubcapitole, după cum urmează:
Capitolul 1 are rol de introducere. În acest capitol este prezentată tema
proiectului și obiectivul acesteia.
Capitolul 2 conține un scurt istoric al evoluției automatelor programabile și
o descriere a noțiunilor de bază. În acest capitol se definește automatizarea precum si
majoritatea conceptelor specifice necesare pentr u înțelegerea acestei lucrări.
În capitolul 3 sunt prezentate informațiile referitoare la datele tehnice
despre echipamentele folosite în realizarea acestui proiect.
În ultimul capitol se gasește descrierea montajului și explicații despre modul în
care acesta a fost realizat, schemele electrice ale montajului, date si descrierea unei parti
din program precum și informatiile legate de descrierea aplicației de control

UPG/IME/AIA – Proiect de diplomӑ Bӑnicӑ Marius Daniel

51

SUMARY

This project can be useful, because in the area where I grew, how animals are cared
for,is in rudimentary way (physical work), thus affecting productivity.
The objective of this study is to provide an automated interactive system for monitoring
and regulating processes in order to increase technical and economic competit iveness of
farm animals.
For regulating and monitoring the parameters of moisture and heat inside the farm I used a
SIEMENS PLC -S7 S-200 and the specific interface components.
The study is structured in four chapters, as follows:
The first chapter serves as the introduction. In this chapter I introduced the subject
project and its objective.
The second chapter contains a brief history of the evolution of PLCs and a
description of the basic concepts. In this chapter I have defined the notion of automatic
system and most specific concepts for understanding this work.
In the third chapter i provide information on technical data about equipment i used
in this project.
The last chapter is the description of installation and explanations about how it was
done, the installation wiring diagrams, parts data and a description of the program and the
information related to the control application description.

UPG/IME/AIA – Proiect de diplomӑ Bӑnicӑ Marius Daniel

52
Bibliografie
1 – Bucur, C. – Circuite electronice fundamentale, Curs, editura UPG Ploiești
2005 ;
2 – Bucur, C. – Electronică aplicată generală, Curs, editura UPG Ploiești 2007 ;
3 – Cîrtoaje, V. – Teoria sistemelor automate, Curs, UPG Ploiești 2012 ;
4 – Siemens Automation – Installation manual – SIMATIC S7 – 200;
5 – Moise, Adrian, Automate programabil e. Proiectare. Aplicații. Editura
MatrixRom, București, 2004;
6 – Mihalache, S. F. , Elemente de ingineria reglării automate, Editura MatrixRom,
București, 2008;
7 – Siemens, Working with Step 7;
8 – Paraschiv N., Rӑdulescu G. – Introducere ȋn știința sist emelor și
calculatoarelor, Editura Matrixrom, București, 2007;
9 – Moise A. – Note de curs “Analiza și sinteza circuitelor numerice” ;
10 –http://www.infostar -pascani.ro/download/fise/AT2F -19.pdf ;
11-
http://w5.siemens.com/web /ro/ro/corporate/portal/siemensromania/portofoliulnostru/indus
trie/customerservices/pages/simatic%20step7%20v5%20programare.aspx ;
12 –https://en.wikipedia.org/wiki/IEC_61131 ;
13 – Nicolae Paraschiv – Achiziția și prelucrarea datelor, UPG Ploiești 2008;
14 – https://ro.wikipedia.org/wiki/Automatica
15-
http://www.justice.gov.md/file/Centrul%20de%20armonizare%20a%20legislatiei/Baza%2
0de%20date/Materiale%202008/Legislatie/31998L0058.PDF
16 – http://web.ulbsibiu.ro/laurean.bogdan/html/PLC1.pdf

UPG/IME/AIA – Proiect de diplomӑ Bӑnicӑ Marius Daniel

53
Anexa 1

UPG/IME/AIA – Proiect de diplomӑ Bӑnicӑ Marius Daniel

54

UPG/IME/AIA – Proiect de diplomӑ Bӑnicӑ Marius Daniel

55

UPG/IME/AIA – Proiect de diplomӑ Bӑnicӑ Marius Daniel

56

UPG/IME/AIA – Proiect de diplomӑ Bӑnicӑ Marius Daniel

57

UPG/IME/AIA – Proiect de diplomӑ Bӑnicӑ Marius Daniel

58

UPG/IME/AIA – Proiect de diplomӑ Bӑnicӑ Marius Daniel

59

UPG/IME/AIA – Proiect de diplomӑ Bӑnicӑ Marius Daniel

60

UPG/IME/AIA – Proiect de diplomӑ Bӑnicӑ Marius Daniel

61

UPG/IME/AIA – Proiect de diplomӑ Bӑnicӑ Marius Daniel

62

UPG/IME/AIA – Proiect de diplomӑ Bӑnicӑ Marius Daniel

63

UPG/IME/AIA – Proiect de diplomӑ Bӑnicӑ Marius Daniel

64

UPG/IME/AIA – Proiect de diplomӑ Bӑnicӑ Marius Daniel

65