Proiect cofinanţat din Fondul Social European prin Programul Operaţional Sectorial pentru Dezvoltarea Resurselor Umane 2007 2013 Axa prioritară: 1 - Educaţia şi formarea profesională în sprijinul creşterii economice şi dezvoltării societăţii bazate pe cunoaştere Domeniul major de intervenţie: 1.3 - Dezvoltarea resurselor umane din educaţie şi formare Titlul proiectului: FLEXFORM - Program de formare profesională flexibilă pe platforme mecatronice Contract POSDRU/87/1.3/S/64069 Beneficiar: Universitatea Tehnică din Cluj-Napoca LUCRARE de EVALUARE FINALĂ UNIVERSITATEA DIN CRAIOVA CENTRUL REGIONAL DE EDUCAŢIE ŞI FORMARE PROFESIONALĂ FLEXIBILĂ - CRAIOVA Program de formare continuă: Dezvoltare tehnologică şi tehnologii educaţionale în societatea bazată pe cunoaştere Titlul lucrării: Automate programabile Cursant: Prof. Florescu Gabriela Data sustinerii publice: Iunie, 2012 Această lucrare a beneficiat de suport financiar prin proiectul FLEXFORM - Program de formare profesională flexibilă pe platforme mecatronice, contract nr. POSDRU/87/1.3/S/64069, proiect cofinantat din Fondul Social European prin Programul Operational Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane 2007-2013.
CUPRINS 1. INTRODUCERE pg 3 2. CONŢINUT TEHNIC: pg 4 2.1. Prezentare automate programabile (PLC) pg 4 2.2. Funcţii logice digitale pg 16 2.3. Diagrame Ladder pg 23 2.4. Aplicaţii pg 27 3. CONCLUZII pg 36 4. BIBLIOGRAFIE pg 39 2
Capitolul 1. INTRODUCERE Scurt istoric Înainte de apariţia circuitelor logice cu semiconductori, sistemele logice de control erau proiectate şi realizate exclusiv cu relee electromecanice. Sistemele şi procesele ce necesită un control de tip pornire/oprire abundă în industria modernă, dar aceste sisteme sunt foarte rar realizate cu ajutorul releelor electromecanice sau a porţilor logice discrete. În schimb, sunt folosite calculatoare digitale ce pot fi programate şi pot realiza o varietate de funcţii logice. MODICON-ul şi apariţia PLC-urilor La sfârşitul anilor 1960, o companie americană pe nume Bedford Associates, a lansat un dispozitiv de calcul denumit MODICON. Ca şi acronim, acesta s-ar traduce prin controler digital modular. Acesta a devenit mai târziu şi numele diviziei care se ocupa cu proiectarea, realizarea şi vânzarea acestor calculatoare de control speciale. Desigur, au existat mai apoi şi alte companii care au dezvoltat propriile lor variante ale acestui dispozitiv. Până la urmă, acest dispozitiv a primit denumirea de PLC (Programmable Logic Controller), sau, în traducere, automat programabil. Scopul unui PLC a fost de a înlocui releele electromecanice ca şi elemente de logică, locul lor urmând a fi luat de calculatoare digitale semiconductoare. Un program stocat în memoria calculatorului este capabil să simuleze funcţii logice realizate înainte prin interconectarea unui număr mare de relee electromecanice. 3
Capitolul 2. CONŢINUT TEHNIC 2.1. Prezentare automate programabile (PLC) Definiţia PLC-ului Un automat programabil (PLC) are mai multe intrări, prin intermediul cărora interpretează stări logice înalte, respectiv joase, stări transmise de senzori şi comutatoare. De asemenea, există mai mulţi terminali de ieşire, prin intermediul cărora dispozitivul transmite semnale înalte sau joase către contactoare, motoare, lămpi, sau orice alte dispozitive ce pot fi controlate prin intermediul semnalelor de tip închis/deschis. În încercarea de simplificare a modului de programare a PLC-urilor, limbajul de programare a fost proiectat astfel încât să semene cu diagramele ladder. Astfel, un inginer sau electrician obişnuit cu citirea diagramelor ladder, se poate adapta relativ uşor mediului de programare a PLC-urilor pentru realizarea aceloraşi funcţii de control. PLC-urile sunt calculatoare industriale, prin urmare, semnalele de intrare şi de ieşire sunt de 120 V c.a, asemenea releelor electromecanice de control. Deşi unele PLC-uri au intrări şi ieşiri de c.c de amplitudini mai mici, aceasta este excepţia şi nu regula. Structura unui PLC Modul de conectare şi de programare diferă puţin în funcţie de modelul de PLC ales, dar aceste caracteristici sunt destul de similare. Imaginea prezinta un PLC, văzut din faţă. Cei doi terminali L 1 şi L 2 din partea superioară sunt pentru alimentarea circuitului intern al dispozitivului cu 120 V c.a. Cei şase terminali din partea stângă se folosesc pentru conectarea dispozitivelor de intrare, 4
fiecare terminal reprezentând un canal diferit cu propria sa notaţie (X). Terminalul din stânga jos (common), reprezintă masa, ce se conectează la L 2. Semnalele de intrare În interiorul carcasei PLC-ului, între fiecare terminal de intrare şi terminalul de masă, există conectat câte un dispozitiv opto-izolator (LED). Acesta asigură o izolare electrică între semnalul logic înalt de la intrare şi circuitul calculatorului, atunci când există o tensiune de 120 V c.a. aplicată între terminalul respectiv şi masă. O intrare energizată poate fi citită prin intermediul unui LED aprins pe carcasa dispozitivului. Semnalele de ieşire Semnalele de ieşire sunt generate de circuitul intern al PLC-ului prin activarea unui dispozitiv de comutare (tranzistor, triac, sau chiar releu electromecanic), conectând 5
terminalul Source cu oricare dintre terminalii de ieşire Y. Terminalul Source este la rândul său conectat de obicei la L 1. Din nou, o ieşire energizată poate fi citită de pe PLC prin intermediul unui LED. În acest fel, PLC-urile sunt o interfaţă între dispozitivele reale precum comutatoare, lămpi, motoare, etc. Programarea PLC-ului Logica circuitului este stabilită în interiorul PLC-ului prin intermediul unui program software. Acest program decide care ieşiri sunt energizate şi sub ce condiţii de intrare. Chiar dacă programul însuşi pare a fi o diagramă logică, cu simboluri pentru relee şi comutatoare, în realitate nu există astfel de dispozitive în interiorul PLC-ului. Acestea sunt doar contacte şi bobine imaginare sau virtuale. Programul este introdus şi vizualizat prin intermediul unui PC conectat la portul PLC-ului (programming port). Atunci când comutatorul buton nu este apăsat, intrarea X 1 a PLC-ului nu este alimentată. Urmărind programul, se poate vedea un contact X 1 normal-deschis în serie cu o bobină Y 1. Puterea de pe bobina Y 1 este şi în acest caz zero. Prin urmare, ieşirea Y 1 a PLC-ului rămâne de-energizată, iar lampa indicatoare conectată pe această ieşire nu se aprinde. 6
Apăsarea butonului însă, face ca intrarea X 1 să fie alimentată. În acest caz, toate contactele X 1 ce apar în program vor fi acţionate. Energizarea intrării X 1 va duce la închiderea contactului normal-deschis X 1 alimentând bobina Y 1. Când bobina Y 1 a programului este energizată, ieşirea reală Y 1 va deveni energizată, iar lampa conectată pe ieşire se va aprinde. Trebuie înţeles faptul că atât contactul X 1 cât şi bobina Y 1, conductorii de legătură şi puterea ce apar pe afişajul PC-ul, toate sunt elemente pur virtuale. Acestea nu există ca şi componente reale. Ele există doar ca şi comenzi în interiorul programului unui calculator. PC-ul este utilizat doar pentru vizualizarea şi editarea softului PLC-ului, şi nu este necesară prezenţa acestuia pentru funcţionarea dispozitivului. Odată ce programul a fost încărcat în PLC de pe PC, calculatorul poate fi deconectat de la acesta, iar PLC-ul va continua să funcţioneze conform instrucţiunilor programului. Afişajul (monitorul) calculatorului este redat în aceste figuri doar pentru a ajuta la înţelegerea principiilor de bază a funcţionării PLC-urilor. Reprogramarea funcţiilor unui PLC Adevărata utilitate a PLC-ului o putem vedea atunci când dorim modificarea comportamentului unui sistem de control. Din moment ce PLC-ul este un dispozitiv programabil, comportamentul acestuia poate fi modificat prin schimbarea comenzilor. 7
Nu este nevoie de o reconfigurare a componentelor electrice conectate la intrarea şi ieşirea acestuia. De exemplu, daca dorim ca circuitul de mai sus să funcţioneze exact invers: apăsarea butonului duce la închiderea lămpii, iar eliberarea acestuia la aprinderea ei. Soluţia hardware ar consta în înlocuirea comutatorului buton normal-deschis cu un comutator buton normal-închis. Soluţia software, aplicabilă cu ajutorul PLC-ului, constă în modificarea programului, astfel încât contactul X 1 să fie normal-închis în loc de normaldeschis. Sistemul modificat, în cazul în care comutatorul nu este acţionat (nu este apăsat), este prezentat în figura alăturată. 8
Când butonul este acţionat, sistemul arată conform figurii alăturate. Reutilizarea intrărilor Un alt avantaj al implementării logicii de control în varianta software faţă de hardware, este că semnalele de intrare pot fi refolosite în interiorul programului ori de câte ori este necesar. 9
De exemplu, circuitul şi programul alăturat sunt proiectate pentru a energiza lampa în cazul în care cel puţin două din cele trei comutatoare sunt acţionate (închise) simultan. Pentru realizarea unui circuit echivalent folosind relee electromecanice, ar fi trebuit să folosim trei relee cu câte două contacte normal-deschise fiecare. În total, am fi avut nevoie de şase contacte, câte două pe fiecare intrare. Folosind un automat programabil în schimb, putem refolosi intrările X ori de câte ori dorim prin intermediul soft-ului. Nu este necesară adăugarea unor noi componente, deoarece fiecare intrare cât şi ieşire a unui PLC nu este nimic mai mult decât un simplu bit (0 sau 1) stocat în memoria digitală a dispozitivului. Nu există o limită teoretică a numărului de reutilizări ai acestor biţi. Mai mult, din moment ce fiecare ieşire este, la fel, doar un bit stocat în memoria PLCului, putem adăuga contacte (virtuale) în interiorul programului. De exemplu, putem adăuga un contact acţionat de ieşirea Y a PLC-ului. Controlul pornirii/opririi motorului electric In imagimea de mai sus este prezentat un sistem de control al pornirii şi opririi unui motor. Comutatorul buton conectat la intrarea X 1 este utilizat pentru pornirea motorului, iar comutatorul conectat la intrarea X 2 pentru oprirea acestuia. Un contact adiţional (virtual), adăugat în interiorul programului şi denumit Y 1, utilizează bobina de ieşire ca şi contact de reţinere. Contactorul motorului continuă să fie energizat chiar şi după ce 10
butonul start este eliberat. Contactul X 2 normal-închis este colorat, ceea ce înseamnă ca este închis şi conduce energie electrică. Pornirea motorului Dacă se apasa butonul de start, intrarea X 1 se va energiza, închizând contactul X 1 din program. Bobina Y 1 va fi energizată şi se va aplica o tensiune de 120 V c.a. pe bobina contactorului motorului. Contactul paralel Y 1 se va închide şi el, iar circuitul va rămâne într-o stare energizată. 11
Dacă se elibereaza contactorul start, contactul X 1 normal-deschis se va reîntoarce la poziţia sa normală (deschis). Motorul va continua însă să funcţioneze, deoarece contactul de reţinere intern Y 1 continuă să alimenteze bobina Y 1, care menţine la rândul ei energizată ieşirea Y 1. Oprirea motorului Pentru a opri motorul, trebuie apăsat pentru o durată scurtă comutatorul stop. Acesta va energiza intrarea X 2 şi va deschide contactul (virtual) normal-închis. Continuitatea circuitului înspre bobina Y 1 va fi întreruptă. 12
Când butonul de stop este eliberat, intrarea X 2 se de-energizează. Contactul X 2 se reîntoarce în poziţia sa normală (închis). Motorul nu va reporni însă până când comutatorul de start nu este acţionat, datorită pierderii contactului de reţinere Y 1. Auto-protecţia Desigur, proiectarea PLC-urilor astfel încât să conţină elemente de auto protecţie este la fel de importantă precum în cazul sistemelor cu relee electromecanice. Va trebui tot timpul să fie luate in considerare efectele unui circuit deschis (distrugerea firelor conductoare, de exemplu) asupra dispozitivelor controlate. În exemplul de mai sus, exista o problemă: în cazul în care conductorul comutatorului de intrare X 2 (butonul de stop) prezintă un defect (circuit deschis), nu se poate opri motorul! 13
Soluţia acestei probleme constă în inversarea logicii între contactul X 2 din interiorul programului PLC-ului şi comutatorul stop. Când butonul stop nu este acţionat, intrarea X 2 este energizată, închizând contactul X 2 din interiorul programului. Acest lucru permite pornirea motorului atunci când intrarea X 1 este energizată, şi permitea funcţionarea acestuia chiar şi atunci când butonul start este eliberat. Când butonul stop este acţionat, intrarea X 2 se va de-energiza, deschizând contactul X 2 din soft-ul PLC-ului şi oprind motorul. Prin urmare, nu există nicio diferenţa din punct de vedere funcţional între această variantă şi cea precedentă. Totuşi, în caz de defect al conductorului pe intrarea X 2 (circuit deschis), intrarea X 2 va fi de-energizată. Efectul este similar acţionării butonului de stop, rezultatul fiind oprirea imediată a motorului în caz de defect. Această variantă este mult mai sigură decât cea precedentă, în care, acelaşi tip de defect ar conduce la imposibilitatea opririi motorului. Relee de control Pe lângă elementele de intrare (X) şi de ieşire (Y), PLC-urile conţin bobine şi contacte ce nu a legătură propriu-zisă cu exteriorul. Acestea sunt folosite asemenea releelor de control (CR1, CR2, etc.) pentru asigurarea unui semnal logic inversor în caz de nevoie. 14
Pentru a demonstrara funcţionarea unui asemenea tip de releu intern, se considera circuitul şi programul alăturat. Acesta este proiectat pentru a simula o poartă ŞI-negat cu trei intrări. Din moment ce elementele unui program PLC sunt desemnate printr-o singură literă, se noteaza releul de control intern cu C1 şi nu cu CR1. În acest circuit, lampa va rămâne aprinsă atâta timp cât oricare dintre butoane rămâne ne-acţionat (eliberat). Pentru a opri lampa, va trebui să acţionăm (apăsăm) toate cele trei butoane. Un mare avantaj al automatelor programabile, avantaj ce nu poate fi duplicat cu ajutorul releelor electromecanice, constă în posibilitatea supravegherii şi controlului la distanţa a dispozitivelor prin intermediul reţelelor de calculatoare. 15
2.2. Functii logice digitale Funcţia logică SAU Se pot construi funcţii logice simple pentru circuitul cu lampă din secţiunea precedentă, folosind contacte multiple. Documentarea acestor circuite se face relativ simplu prin conectarea unor linii adiţionale diagramei iniţiale. A B Ieşire 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 Dacă folosim notaţia binară standard pentru starea comutatoarelor şi a lămpii (0 pentru ne-acţionat sau de-energizat, 1 pentru acţionat sau energizat), putem utiliza un tabel de adevăr pentru reprezentarea logicii circuitului. După cum se poate observa din diagrama ladder, lampa se va aprinde (energiza) în cazul în care contactul A sau contactul B este acţionat. Electronii nu au nevoie decât de o singură cale (de la L 1 spre 1) pentru a ajunge spre lampă. Prin urmare, indiferent care contact se închide, A sau B, lampa se va aprinde. Ceea ce s-a implementat în acest caz nu este altceva decât o poartă logică SAU, utilizând două contacte normal-deschise şi o lampă. 16
Funcţia logică ŞI Se poate imita funcţia unei porţi logice ŞI prin conectarea celor două contacte normaldeschise în serie şi nu în paralel. A B Ieşire 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 Se poate verifica cu ajutorul tabelului de adevăr daca acest lucru este corect. În acest caz, lampa se va aprinde doar dacă ambele contacte sunt acţionate simultan. Curentul va putea trece de la L 1 la 2 doar dacă ambele contacte sunt închise. Funcţia logică NU Funcţia logică de inversare poate fi obţinută prin simpla utilizare a unui contact normalînchis, faţă de un contact normal-deschis precum cele folosite mai sus. A Ieşire 0 1 1 0 17
Se poate verifica prin intermediul tabelului de adevăr că acest lucru este corect. Funcţia logică ŞI-negat Dacă luăm funcţia SAU prezentată mai sus şi inversăm fiecare intrare vom obţine funcţia ŞI-negat. Intrările se inversează prin utilizarea contactelor normal-închise în loc de contacte normal-deschise. A B Ieşire 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 Lampa va fi energizată dacă unul dintre contacte nu este acţionat, şi se va stinge doar dacă ambele contacte sunt acţionate simultan. Funcţia logică SAU-negat Asemănător, dacă luăm funcţia ŞI implementată mai sus, şi inversăm intrările, obţinem funcţia logică SAU-negat. Inversarea intrărilor se realizează şi în acest caz prin utilizarea contactelor normal-închise în loc de contacte normal-deschise. 18
A B Ieşire 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 Din cele observate mai sus, se pot trage urmatoarele concluzii: contactele paralele sunt echivalente cu o poartă logică SAU; contactele serie sunt echivalente cu o poartă ŞI; contactele normal-închise sunt echivalente cu o poartă NU (negare). Funcţia logică SAU-exclusiv Se pot construi circuite logice combinaţionale prin gruparea contactelor în aranjamente serie-paralel. În exemplul de mai jos, funcţia SAU-exclusiv este construită prin combinarea porţilor ŞI, SAU şi NU. A B Ieşire 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 19
Linia de sus (contactul normal-închis A în serie cu, contactul normal-deschis B) este echivalentă cu partea de sus a combinaţiei de porţi logice NU/ŞI. Linia de jos (contactul normal-deschis A în serie cu, contactul normal-închis B) este echivalentă cu partea de jos a combinaţiei de porţi NU/ŞI. Conexiunea în paralel a celor două linii în punctul 2, formează un circuit echivalent SAU. Acest lucru permite energizarea lămpii fie prin linia 1 fir prin linia 2. Pentru realizarea funcţiei SAU-exclusiv s-au folosit două contacte pe o singură intrare: un contact pentru intrarea directă, iar celălalt contact pentru intrarea inversată. Cele două contacte A din diagrama de mai sus sunt acţionate fizic de acelaşi mecanism. Acelaşi lucru este valabil şi pentru contactele B. Această legătură fizică dintre contacte este scoasă în evidentă prin marcarea identică a contactelor. Nu există nicio limită a numărului de contacte ce pot fi reprezentate pe acelaşi releu. Fiecare nou contact adăugat unui releu sau unui comutator, fie că este contact normal-închis sau normaldeschis) este reprezentat prin acelaşi simbol. Marcarea compusă În unele situaţii, se foloseşte o marcare compusă de genul A-1 şi A-2 în loc de A pentru ambele contacte ale aceluiaşi dispozitiv. Acest lucru este folositor mai ales în cazul în care dorim să scoatem în evidenţă care seturi de contacte, din fiecare dispozitiv, este utilizat pentru care parte a circuitului. Pentru simplitate însă, nu se va folosi o asemenea notaţie în cele ce urmează. Dacă exista mai multe contacte marcate identic (A, B, etc.), acele contacte sunt acţionate de acelaşi mecanism. Inversarea ieşirii 20
Dacă se doreste inversarea ieşirii unei funcţii logice realizate cu ajutorul unui comutator, trebuie folosit un releu cu un contact normal-închis. De exemplu, dacă se doreste energizarea unei sarcini bazându-ne pe negarea (funcţia NU) unui contact normaldeschis, se poate realiza diagrama alăturată. A CR1 Ieşire 0 0 1 1 1 0 Releul este indicat pe figură prin notaţia CR1 (releu de control 1). Atunci când bobina releului, simbolizată printr-un cerc pe prima linie, este energizată, contactul de pe linia a doua se deschide. Deschiderea acestui contact de-energizează lampa. De la comutatorul la bobina CR1, funcţia logică este ne-inversată. Contactul normal-închis este acţionat de bobina releului CR1, asigurând o funcţie logică de negare (NU) pe lampă, inversă faţă de starea de acţionare a comutatorului (A). Se aplica această strategie de inversare uneia dintre funcţiile cu intrare inversată realizate mai sus. Spre exemplu, funcţia logică ŞI folosind diagrama funcţiei ŞI-negat de mai sus. Se poate inversa ieşirea cu ajutorul unui releu pentru realizarea unei funcţii neinversate. A B Ieşire 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 21
De la comutator la bobina CR1, funcţia logică realizată este cea a unei porţi ŞI-negat. Contactele CR1 normal-închise inversează şi transformă ieşirea funcţiei ŞI-negat într-o funcţie ŞI. 22
2.3. Diagrame Ladder Definiţia diagramelor ladder Diagramele ladder sunt diagrame speciale folosite de obicei în sistemele logice de control industrial. Denumirea de ladder (din engleză: scară) vine de la asemănarea acestora cu o scară: două linii verticale desemnând sursa de putere, şi linii orizontale reprezentând circuitele de control. Exemplu O diagramă ladder simplă reprezentând o lampă controlată de un comutator manual arată ca în figura alăturată. Notaţiile L 1 şi L 2 desemnează bornele unei surse de alimentare de 120 V c.a. L 1 este faza iar L 2 este conductorul neutru (legat la masă). Aceste notaţii nu au nicio legătură cu notaţia bobinelor. Transformatorul sau generatorul ce alimentează acest circuit este omis pentru simplitate. În realitate, circuitul este cel alăturat. Deşi circuitele logice industriale utilizează o tensiune de 120 V în c.a., există şi sisteme realizate la tensiuni mai mici în c.a. sau chiar şi în c.c. 23
Atâta timp cât contactele comutatoarelor şi bobinele releelor sunt dimensionate corespunzător, tensiunea de alimentare a sistemului este irelevantă. Notaţia conductorilor Se observa notarea cu cifra 1 a conductorului dintre comutator şi lampă. În realitate acel conductor este notat cu cifra 1 folosind etichete adezive sau tuburi termocontractibile, în funcţie de preferinţă. Conductorii ce duc înspre comutator vor fi notaţi cu L 1, respectiv 1. Conductorii ce duc înspre lampă vor fi notaţi cu 1, respectiv L 2. Aceste numerotaţii sunt făcute pentru a uşura construirea şi întreţinerea întregului ansamblu. Fiecare conductor are propriul său număr unic. Numerotarea conductorilor nu se schimbă atunci când aceştia intră/ies dintr-un nod, indiferent dacă mărimea, culoarea sau lungimea lor se schimbă. Desigur, este de preferată utilizarea unei singure culori pentru desemnarea aceluiaşi conductor, dar acest lucru nu este tot timpul practic. Ceea ce contează este ca orice punct comun din punct de vedere electric dintr-un circuit de control să fie desemnat prin acelaşi număr de fir (conductor). Fie diagrama ladder alăturată. Conductorul notat cu 25 reprezintă de fapt acelaşi fir din punct de vedere electric, chiar dacă acesta este conectat la mai multe dispozitive. Modul de conectare al sarcinii În diagramele ladder, sarcina (lampă, releu, etc.) este aproape tot timpul conectată la dreapta scării. Deşi din punct de vedere electric locaţia sarcinii nu are nicio importanţă, contează totuşi care capăt al scării este conectat la masă. 24
Fie exemplul alăturat. În acest caz, lampa (sarcina) este conectată în dreapta circuitului, la fel şi masa sursei de alimentare. Aceasta nu este o simplă coincidenţă. Să presupunem că la un moment dat există o conexiune accidentală între conductorul 1 şi masă. Această conexiune poate fi dată de uzura izolaţiei şi contactul conductorului cu un mediu conductor conectat la pământ. Cu ambele capete ale lămpii conectate la masă (acelaşi potenţial, prin urmare, cădere de tensiune zero), lampa este practic scurtcircuitată şi nu se poate aprinde. În cazul închiderii comutatorului, acest scurt-circuit va duce la arderea siguranţei fuzibile. 25
Dar ce s-ar întâmpla în cazul unei defecţiuni identice (contactul accidental dintre conductorul 1 si masă) în cazul în care poziţia comutatorului este schimbată cu cea a lămpii. Şi în acest caz, L 2 este conectat la masă. Masa accidentală va forţă aprinderea lămpii, iar comutatorul nu va avea niciun efect asupra funcţionării acesteia. Este mult mai bine şi mai sigur din punct de vedere electric să avem un sistem a cărui siguranţă fuzibilă se arde în cazul unui defect de împământare, decât un sistem a cărui componente (lămpi, relee, etc.) nu pot fi controlate în cazul aceluiaşi defect. Din această cauză, sarcina(le) unei diagrame ladder trebuie tot timpul conectată lângă conductorul legat la masă (comun din punct de vedere electric cu acesta). 26
2.4. Aplicatii Exemplu 1 Functia YES (DA) ; Tabela de adevăr Diagram Ladder x F(x) 0 0 1 1 Program: LOD 14 OUT 214 END Exemplu 2 Functia NOT (NU) Tabela de adevăr ; x F(x) 0 1 1 0 Diagram Ladder Program: LOD NOT 14 OUT 214 END Exemplu 3 Functia AND (ŞI) ; Tabela de adevăr x y F(x) 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 27
Diagram Ladder Program: LOD 11 AND 12 OUT 214 END Exemplu 4 Functia OR (SAU) ; Tabela de adevăr x y F(x) 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 Diagram Ladder Program: LOD 11 OR 12 OUT 214 END Exerciţii: 1. 2. 3. 4. 28
1. I 11 I 12 LOD NOT 11 AND 12 LOD 11 AND NOT 12 OR LOD OUT 214 END I 11 I 12 (214) 2. LOD NOT 11 AND 12 LOD 11 AND 12 OR LOD OUT 214 END I 11 I 12 I 11 I 12 (214) 3. LOD NOT 11 AND NOT 12 AND 13 LOD 11 AND 12 AND NOT 13 LOD 11 AND 12 AND 13 OR LOD OR LOD OUT 214 END I 11 I 12 I 13 I 11 I 12 I 13 I 11 I 12 I 13 (214) 29
4. I 11 I 12 I 13 LOD 11 AND NOT 12 AND 13 LOD NOT 11 OR NOT 12 OR NOT 13 LOD 11 OR 13 AND NOT 12 OR LOD OR LOD OUT 214 END I 11 I 12 I 13 I 11 I 13 I 12 (214) 5. Transferul unei piese Enuntul problemei: Folosind un cilindru pneumatic cu dublă actiune, să se mute o piesă de pe o bandă transportoare pe alta. Operatia va fi executată la apăsarea unui buton. Retragerea trebuie să fie automată. Intrare0_0 [Intrare] BOOL Buton Start S1 Intrare0_1 [Intrare] BOOL Cilindrul A Retras B1 Intrare0_2 [Intrare] BOOL Cilindrul A Extins B2 Iesire0_0 [Iesire] BOOL Avans Cilindru A Y1 Iesire0_1 [Iesire] BOOL Retragere Cilindru A Y1 30
Diagrama Grafcet Diagrama Ladder (400) S 0 v.i. (10) 402 2 (400) Start (1) 400 401 (401) S 1 Y 1 B 2 (3) (201) 10 (402) S 2 B 1 (2) Y 2 (202) 400 1 (401) 401 402 Ecuatii S S S 0 S2 B1 S0 S1 1 S0 Start S1 S2 2 S1 B2 S2 S0 Ecuatiile cu valori VI 400 402 2 400 401 10 401 400 1 401 402 402 401 3 402 400 Program LOD 402 AND 2 LOD 400 AND NOT 401 OR LOD LOD 10 ORLOD OUT 400 LOD 400 AND 1 LOD 401 AND NOT 402 END 401 3 402 400 401 402 ORLOD OUT 401 LOD 401 AND 3 LOD 402 AND NOT 400 ORLOD OUT 402 LOD 401 OUT 201 LOD 402 OUT 202 (402) (201) (202) 31
6. Actionarea unui cilindru Enuntul problemei: Un cilindru este actionat cu o valvă electromagnetică cu arc (Y1). Doi senzori de proximitate semnalizează cele două pozitii ale cilindrului, extins (B2) si retras (B1). Butonul (S1) este utilizat pentru actionarea cilindrului din pozitia de retras în pozitia de extins. Cilindrul trebuie să avanseze o singură dată la apăsarea butonului. Pentru a genera o nouă miscare, butonul trebuie eliberat si apăsat din nou Intrare0_0 [Intrare] BOOL Buton START S1 Intrare0_1 [Intrare] BOOL Cilindru retras B1 Intrare0_2 [Intrare] BOOL Cilindru extins B2 Iesire0_0 [Iesire] BOOL Valvă Y1 Diagrama Grafcet v.i. (10) 402 2 Diagrama Ladder (400) S 0 (400) Start (1) 400 401 (401) S 1 Y 1 B 2 (3) (201) 10 (402) S 2 400 1 B 1 (2) (401) 401 402 401 3 (402) 402 400 401 (201) 32
Ecuatii S S S 0 S2 B1 S0 S1 1 S0 Start S1 S2 2 S1 B2 S2 S0 Ecuatiile cu valori VI 400 402 2 400 401 10 401 400 1 401 402 402 401 3 402 400 Program LOD 402 AND 2 LOD 400 AND NOT 401 OR LOD LOD 10 ORLOD OUT 400 LOD 400 AND 1 LOD 401 AND NOT 402 ORLOD OUT 401 LOD 401 AND 3 LOD 402 AND NOT 400 ORLOD OUT 402 LOD 401 OUT 201 END 7. Lipirea a două semifabricate Enuntul problemei: Două semifabricate trebuie lipite împreună cu ajutorul unui cilindru pneumatic. Pentru aceasta, suprafetele de lipit trebuie presate cu o fortă predefinită aplicată timp de 5 secunde. Cilindrul este actionat prin intermediul distribuitorului Y1. După scurgerea celor 5 secunde, pistonul trebuie să revină automat în pozitia initială. Tot acest proces este demarat la apăsarea butonului S1. Intrare0_0 [Intrare] BOOL Buton START S1 Intrare0_1 [Intrare] BOOL Cilindrul 1.0 Retras B1 Iesire0_0 [Iesire] BOOL Bobina Cilindrului Y1 33
Diagrama Grafcet Diagrama Ladder (40 0) (40 1) (40 2) (40 3) S 0 S 1 S 2 S 3 Start (1) B 2 (3) v.i. (10) T 1 (5 sec) B 1 (2) Y 1 Y 1 (201 ) (201 ) 403 2 400 401 1 0 400 1 401 402 (400 ) (401 ) 401 3 (402 ) 402 403 402 Timer 1 50 402 T1 403 400 (403 ) 401 402 (201 ) (201 ) 34
Ecuatii S S S S 0 S3 B1 S0 S1 Vi 1 S0 Start S1 S2 2 S1 B2 S2 S3 3 S2 T1 S3 S0 Ecuatiile cu valori 400 403 2 400 401 10 401 400 1 401 402 402 401 3 402 403 403 402 T 1 403 400 Program LOD 403 AND 2 LOD 400 AND NOT 401 ORLOD OR 10 OUT LOD 400 AND 1 LOD 401 AND NOT 402 ORLOD OUT 401 LOD 401 AND NOT 402 ORLOD OUT 401 LOD 401 AND 3 LOD 402 AND NOT 403 ORLOD OUT 402 LOD 402 TIM 1 50 LOD 403 AND NOT 400 ORLOD OUT 403 LOD 401 OUT 201 LOD 402 OUT 201 END 35
Capitolul 3. CONCLUZII Literatura de specialitate oferă la ora actuală o serie de rezultate privind conducerea proceselor industriale prin sisteme automate, ca si pentru folosirea acestor echipamente în sistemele de măsurare automatizate. Dezvoltarea sistemelor automate bazate pe microprocesoare precum şi aparitia automatelor programabile dedicate proceselor a dus la dezvoltarea sistemelor de măsura a diferitilor parametrii, la conducerea proceselor, la monitorizarea proceselor cu sisteme multiprocesor şi SCADA. Principalele concluzii privind automatele programabile : Industria AP/PLC s-a dezvoltat pe trei directii: mini/microcontrolere, automate compacte centralizate si echipament distribuit. Sistemele clasice de control bazate pe structuri cu relee electromagnetice, au fost înlocuite de diverse structuri digitale, între care şi cele de tip AP/PLC, întâi singulare, iar apoi în grupuri complexe. Ulterior s-a manifestat tendinta de distributie geografică a "puterii de conducere" în paralel cu integrarea functiilor de conducere. Rezultanta acestor procese a dus la realizarea sistemelor tip SCADA. În prezent se manifestă tendinta de a combina structurile adaptate şi fiabile ale AP/PLC cu capacitătile soft-ware ale PC-urilor. Necesitătile industriale pretind niveluri tot mai mari ale performanţelor de tratament pentru semnale si este tot mai comună culegerea semnalului analog şi digitizarea acestuia în condiţii de fidelitate îmbunătăţită. Prelucrarea modernă a semnalelor se face cu ajutorul procesoarelor numerice de semnal urmărindu-se: - analiza semnalelor, proces ce constă în izolarea componentelor dorite; - filtrarea, proces ce constă în eliminarea componentelor nedorite; - sinteza, ce constă în crearea unui semnal de formă dorită. Avantajul procesoarelor de semnal constă în flexibilitatea structurii de prelucrare (realizată prin programare) şi precizia (controlată prin lungimea cuvîntului). Pe de altă parte prelucrarea numerică impune o întîrziere inerentă care poate fi dezavantajoasă la prelucrări în timp real, si pe care diverse metode, prezentate în lucrare, încearcă să o reducă. Dezvoltarea AP/PLC-urilor a condus la posibilitatea de a realiza sisteme automate, în particular, de cantarire şi dozare cu mari performante, care permit flexibilitate si 36
precizie, cât si monitorizarea procesului. Luând în considerare performanţele oferite de PLC-uri, s-au studiat si realizat mai multe sisteme de conducere descentralizate în formulă Master-Slave, sau monobloc. Metoda de măsurare a parametrilor electromecanici în timp real al unui actuator propusă, a cărei originalitate constă în: - calibrare prin masurători directe a echipamentului; - folosind datele obtinute din măsurătorile directe si pe baza unei metode de modelare aleasă (evaluare probabilistică sau modelare probabilistică cu predictie liniara optimală) se generează o functie de transfer; - utilizând functia de transfer si prin efectuarea de măsuratori pe un alt actuator decît cel testat, actuator aflat în sarcina celui testat, se poate obtine toată gama de parametri electromecanici doriti; Această metodă permite ca, într-un timp scurt si evitându-se eroarea umană, să se obtină o evaluare a actuatorului testat; avantajele tehnice şi economice ale metodei reprezintă o alternativă interesantă la metodele convenţionale de măsurare directă. Programarea AP/PLC este un domeniu în plină dezvoltare, absorbind tehnologii software dezvoltate pentru PC-uri. Astfel de pildă, componentele Applet furnizează un mecanism convenabil pentru proiectarea interfeţelor grafice într-o maniera dinamică şi uşor de folosit în comunicatia la distantă, iar tiparul de proiectare MVC permite realizarea unor aplicaţii scalabile, uşor de modificat/actualizat şi divizarea funcţionalităţilor de prezentare a informatiilor. Pe de alta parte, programarea unui model de control rămane o activitate laborioasă, care solicită un grad înalt de cunoastere detaliată a etapelor procesului condus, iar modificarea unui program existent nu este o activitate facilă. Sistemele de achiziţii de date cu automate programabile au cele mai mici preţuri în raport cu celelalte sisteme, în domeniile timpi de conversie peste 1 ms şi rezolutii mai mici de 16 biţi. Cea mai favorabilă implementare a sistemelor de măsură pentru monitorizarea şi controlul parametrilor electrici şi/sau neelectrici din cadrul proceselor, în vederea reglarii acestora sau pentru furnizarea informatiilor unor sisteme SCADA, este pe structură modulară: - o componenta de achiziţii de date din proces - o componenta de reglare a parametrilor din proces. 37
Componenta de achiziţii de date poate lucra la viteze foarte mari si poate sa utilizeze atât traductoare clasice cu iesiri analogice cât şi traductoare de ultima generatie cu iesiri seriale. Pentru transmisie se pot folosi protocoalele ASCII, ModBus, ArcNet, CANopen, DeviceNet, ProfiBus, Ethernet etc. Aceste sisteme de măsura şi reglare au o precizie ridicată precum şi o fiabilitate mărită. 38
Capitolul 4. BIBLIOGRAFIE 1. Th. Borangiu, A.-N. Ivanescu si S. Brotac, Automate programabile. Teorie si probleme rezolvate, Ed. Printech, Bucuresti 2002, 2. Th. Borangiu si R. Dobrescu, Automate Programabile, Editura Academiei Romane, Bucuresti 1986. 3. Leuca T., Hănţilă F.I., Bandici L., Molnar C., Bazele electrotehnicii, Ed. Mediamira, Cluj Napoca, pag.212, ISBN 978 973 713 189 8, 2007 4. Munteanu R., Tarnovan I., Sisteme de masurare inteligente, Curs., Litografia UTC Cluj Napoca 1992 5. Szekely I., Szabo W., Munteanu R., Sisteme pentru Achizitie si prelucrarea datelor, Ed. Mediamira, 1997 6. Nagy Şt., Teodor Leuca, Electrotehnică industrială. Aplicaţii practice, Ed. Universităţii din Oradea, 125 pag., ISBN 973-613-272-2, 2003. 7. Vladareanu L., Controlul în timp real cu automate programabile în mecanica solidului. Studii si cercetari aplicative, Ed. Bren, ISBN 973-648-432-7, pp.207, Bucuresti, 2005 8. Leuca T., Elemente de teoria câmpului electromagnetic. Aplicaţii utilizând tehnici informatice. Editura Universităţii din Oradea, pag 267, (ISBN 973-613-071-1), 2001 9. Munteanu R.jr., Tont G., Holonec R., Traductoare pentru Sisteme de Masurare, Ed. Mediamira, 2003 10. http://www.circuiteelectrice.ro/electronica-digitala/logica-ladder/automateprogramabile-plc 11. http://www.circuiteelectrice.ro/electronica-digitala/logica-ladder/diagrame-ladder 12. http://www.circuiteelectrice.ro/electronica-digitala/logica-ladder/functii-logicedigitale 39