27
PROIECT PENTRU EXAMENUL DE CERTIFICARE A CALIFICĂRII PROFESIONALE NIVEL 3 Specialitatea: Tehnician mecatronist Elev: DUDEA ALEXANDRU SORIN Îndrumător Clasa: a XII-a F Ing. POPESCU MONICA 2014

Colectarea Selectivă a Deșeurilor

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Colectarea Selectivă a Deșeurilor

PROIECT PENTRU EXAMENUL DE CERTIFICARE A

CALIFICĂRII PROFESIONALE

NIVEL 3

Specialitatea:

Tehnician mecatronist

Elev: DUDEA ALEXANDRU SORIN Îndrumător

Clasa: a XII-a F Ing. POPESCU MONICA

2014

Page 2: Colectarea Selectivă a Deșeurilor

COLECTAREA SELECTIVĂ A

DEȘEURILOR CU AUTOMATE

PROGRAMABILE

2014

Page 3: Colectarea Selectivă a Deșeurilor

1

CUPRINS

ARGUMENT – MECATRONICA ......................................................................................... 2

I. INTRODUCERE ÎN AUTOMATE PROGRAMABILE ................................................ 3

1.1. CLASIFICAREA AUTOMATELOR PROGRAMABILE .............................................................................3 1.2. STRUCTURI INFORMATIONALE CU AUTOMATE PROGRAMABILE ........................................................3 1.3. COMPONENTA STRUCTURII MODULARE A UNUI AUTOMAT PROGRAMABIL ........................................6 1.4. EXTENSII SOFTWARE SPECIFICE AUTOMATELOR PROGRAMABILE ....................................................9

II. ELEMENTE DE BAZA ALE PROGRAMARII AUTOMATELOR. FUNDAMENTELE

PROGRAMARII IN LADDER LOGIC ............................................................................................ 10

2.1. CARACTERISTICI SINTACTICE SI FUNCTIONALE GENERALE ALE LIMBAJELOR IN LADDER LOGIC ....... 10

III. SENZORI DE PROXIMITATE ..................................................................................... 12

3.1. GENERALITĂȚI ................................................................................................................................. 12 3.2. SENZORI DE PROXIMITATE CAPACITIVI. ............................................................................................. 12 3.3. SENZORI DE PROXIMITATE INDUCTIVI........................................................................................... 16 3.4. SENZORI DE PROXIMITATE MAGNETICI ......................................................................................... 18

IV. EXEMPLU PRACTIC DE PROIECTARE ................................................................... 21

4.1. EXEMPLU DE PROIECTARE ÎN „FLUIDSIM” – APLICAȚIA PENTRU COLECTAREA SELECTIVĂ A DEȘEURILOR

........................................................................................................................................................................... 21

V. ANEXE ............................................................................................................................. 22

5.1. AUTOMATE PROGRAMABILE – UTILIZARE PRACTICĂ. PROGRAMARE. SIMBOLURI UTILIZATE ............... 22

BIBLIOGRAFIE ................................................................................................................... 25

Page 4: Colectarea Selectivă a Deșeurilor

2

ARGUMENT – MECATRONICA Practic tot ceea ce numim produs de inalta tehnicitate este produs mecatronic. Automobilul

modern, robotii, tehnica de calcul, tehnica de telecomunicatii, aparatura biomedicala, sistemele de

transport inteligent, aparatura de cercetare, aparatura electrocasnica, aparatura cine-foto si audio-

video, masinile agricole moderne etc., sunt exemple reprezentative de produse mecatronice.

Mecatronica s-a nascut in mediul industrial. Stradaniile la nivel academic pentru a asigura

pregatirea specialistilor in acord cu cerintele noii tehnologii au condus la conturarea principiilor

mecatronice in educatie.

Aceste principii sunt::

-hands on – prezenta palpabila a obiectului de studiu;

-learning by doing – invatarea prin practica

-interaction – interactiunea sistemelor mecanice , electronice, informatice.

Laboratoarele interdisciplinare de mecatronica constituie baza pentru materializarea

principiilor: “educatie prin practica”, “educatie prin cercetare”.

Aflată la intersecţia unor domenii ale ştiinţei cu

performanţe de vârf în implementarea noilor tehnologii,

mecatronica abordează concepte şi sisteme noi în ingineria

micro şi nano senzorilor şi sistemelor de acţionare,

materiale şi compozite pretabile pentru implementări la

scară celulară sau atomică, structuri celulare şi reţele

neuronale, sisteme ce prefigurează conceptele de

nanoelectronică capabile să producă viitoarele nano-

procesoare, noi concepte ale inteligenţei artificiale privind

adaptibilitatea, capacitatea de a raţiona, capacitatea de

instruire, noi sisteme de conducere axându-se în special pe

controlul robust, tolerant la defecte, adaptiv,inteligent, sisteme expert şi neuro-fuzzy etc.

Sistemele mecatronice asigura :

-multifunctionalitate;

-flexibilitate;

-posibilitatea actionarii la distanta

-evolutie continua datorata dinamicii cerintelor pietii;

-imitare a naturii-adaptabilitate.

Oferind solutii eficiente pentru promovarea interdisciplinaritatii, mecatronica a devenit

suportul demersurilor pentru stimularea initiativei si a creativitatii.

In ultimii ani mecatronica este definita simplu: stiinta masinilor inteligente. Mai recent

demersurile pentru innoire in educatie si cercetare aduc in atentie problema mecatronicii ca: mediu

educational in societatea informationala, respectiv mediu de proiectare si fabricare integrata pe

fundalul caruia s-a dezvoltat conceptul de proiectare pentru control.

In literatura de specialitate au devenit consacrate extinderi in alte domenii ca: hidronica,

pneutronica, termotronica, autotronica, agromecatronica (agricultura de precizie). Evolutia in

dezvoltarea tehnologica inseamna: micromecatronica, nanomecatronica si biomecatronica. Tendinta

generala este de “intelectualizare a masinilor si sistemelor”

Page 5: Colectarea Selectivă a Deșeurilor

3

I. INTRODUCERE ÎN AUTOMATE PROGRAMABILE

1.1. Clasificarea automatelor programabile

Automatele programabile reprezinta noua generatie de echipamente programabile, ultra-

performante, destinate automatizarilor in procesele industriale. Avantajele implementarii unor

astfel de echipamente sunt evidente, daca ne gandim numai la extraordinara lor portabilitate, la

posibilitatile generoase de programare, robustetea si fiabilitatea lor, viteza de raspuns si

posibilitatile de operare in timp real. Solutiile tehnice dezvoltate in felul acesta ofera un pret

redus de cost si o reducere uneori totala a personalului uman.

In general, automatele programabile produse la scara industriala sunt catalogate in

functie de performsntele lor tehnico-functionale astfel:

a)Automatele de clasa avansata sunt sisteme modularizate, destinate proceselor

industriale complexe. Ele au posibilitati de comunicare in timp real cu alte dispozitive inteligente

si beneficiaza de module specializate ce opereaza fiecare in regim de

Master. Aceste echipamente corespund cerintelor impuse de procesele foarte

rapide,procese ce necesita o urmarire continua a unui numar mare de parametri procesuali, avand

o evolutie rapida in timp. Precizia de recunoastere si masura a semnalelor prezente la intrarile

automatului este < 0,1%.

b)Automatele de clasa medie reprezinta sisteme modulare care se adreseaza proceselor

obisnuite, ce nu necesita operarea cu un numar foarte mare de variabile interne si in care viteza

de raspuns nu constituie o marime deosebit de restrictiva (<0.3%). Aceste echipamente se

preteaza in deosebi pentru cazul proceselor lente, procese in care parametrii de interes

inregistreaza modificari lente ale valorilor lor in timp.

c)Micro sau nano automatele sunt recomandate aplicatiilor foarte restranse necesitand

un numar mic de variabile interne si de conexiuni externe Spre deosebire de celelalte

echipamente, ele sunt fabricate sub forma monobloc si nu pot indeplini o serie de functii

specializate specifice, altfel, automatele din clasa avansata sau medie.

1.2. Structuri informationale cu automate programabile

Automatele programabile sunt echipamente autonome (ele nu depind in functionare de

controlul direct al unui PC) si pot comunica, teoretic, cu orice dispozitiv extern dotat cu

posibilitati de comunicare seriala (RS-232 sau RS-485). In scopul acestor comunicari seriale,

automatele sunt dotate cu protocoale de comunicatii seriale deticate, specifice firmelor

producatoare (de exemplu protocolul SNP/SNPX la produsele GE Fanuc). Automatele din clasa

medie si avansata si pot comunica si cu ajutorul unor protocoale generale de comunicare (de

exemplu Mod Bus RTU) extrem de utile atunci cand in structura aplicatiei sunt implementate

automate fabricate de firme diferite.

Lucrarea de fata va face referiri directe la cazurile specifice ale automatelor produse de

firmele GE Fanuc(SUA), Siemens (Germania) si Möller (Germania).

Structura minimala a unui sistem este compusa din automatul programabil (PLS), un PC

utilizat pentru crearea si apoi introducerea programului in automat si un panou operator(Data

Panel) de la nivelul caruia se pot emite comenzi spre automatul programabil sau se pot citi valori

continute in registri interni ai acestuia. O astfel de structura este prezentata in Figura 1.1

Page 6: Colectarea Selectivă a Deșeurilor

4

Comunicarea seriala intre cele trei componente ale sistemului este elaborata dupa cum

urmeaza:

a)Intre PC si automatul programabil comunicarea se realizeaza prin interfata RS-232.

Prin intermediu portului serial al PC-ului (in general COM1) se pot citi date interne continute in

automatul programabil sau se poate stoca programul de pe PC in automat.

b)Intre automat si panoul operator comunicarea se face prin RS-485 (doua fire). Acest

lucru permite postarea panoului operator la o distanta mai mare fata de automatul programabil.

c)Intre PC si panoul operator, prin intermediul COM1. Comunicarea se face in scopul

intruducerii unui program special destinat panoului operator prin care se pot implementa

anumite functii pe care acesta sa le execute in raport cu deciziile pe care le ia automatul.

O structura complexa cu automat programabil poate fi elaborata prin includerea unui

sistem de control si achizitie de date (SCADA). Cu ajutorul unui limbaj de programare dedicat

se poate implementa o interfata grafica (Human Machine Interface) cu ajutorul careia,

informatia dehiculata la nivelul registrilor automatului programabil este asociata unor obiecte

specifice limbajului SCADA (butoane de comanda, linii de editare, etichete si chiar elemente de

grafica ce descriu in mod plastic procesul condus: lampi de semnalizare , elemente actionate

mecanic, rezervoare, elemente de actionare hidraulica).

Pentru a putea vizualiza in mod continuu procesul condus este necesara prezenta unui

PC avand instalat suportul SCADA. In Figura 1.2. este prezentata o structura minimala a unui

sistem cu automat programabil si statie SCADA utilizata ca interfata om-masina (HMI).

Sistemul este dezvoltat in tipul unei retele el putand realiza si dependente informationale si

decizionale de tip client-server.

Limbajele utilizate ca si HMI sunt in general specific fiecarui fabricant in parte. Firma

GE Fanuc a creat limbajul Cimplisity, un mediu de programare orientat pe obiect, extrem de

portabil, fiind accesibil majoritatii marcilor de automate programabile.Avantajul extraordinar

din punct de vedere ale laborarii software-urilor industriale al limbajului Cimplicity este

posibilitatea dezvoltarii unor subrutine de program construite in limbajele C si BASIC.

Comunicarea dintre central SCADA si automatul sau automatele (daca sunt grupate intr-

o retea) programabile se face in timp real, fapt ce permite conducerea cu success a unor procese

rapide de la nivelul respectivului centru SCADA (in cazul de fata, a unei console dedicate in

acest sens).

Page 7: Colectarea Selectivă a Deșeurilor

5

Serverele continute in retea au rolul de a gestiona informatia vehiculata si de a asigura

politicile de arbitrare pe magistralele informationale. Viewer-ele sunt conectate la servere si au

acces total la informatia stocata de servere putand sa o vizualizeze in orice moment la cererea

operatorului.

O astfel de schema (in retea ) utilizata pentru conducerea unui proces cu ajutorul unui

automat programabil este prezentata in Figura 1.3

Retelele in genul celei de mai inainte por fi deosebit de utile in cadrul conducerii unor

procese industriale ce se desfasoara in paralel si sunt situate la distanta mare unul de celalalt.

De exemplu, pot fi folosite la conducerea proceselor hidroenergetice, conectand o cascada de

hidrocentrale sau microcentrale la un singur sediu de gestiune a informatiei, centru situat la

distanta fata de fiecare centrala in parte.

Page 8: Colectarea Selectivă a Deșeurilor

6

1.3. Componenta structurii modulare a unui automat

programabil

Desigur, fiecare firma producatoare promoveaza particularitatile sale constructive.

Exista insa o oarecare tipologie de standardizare a modulelor component ale automatelor

programabile. O descriere sumara a componentelor modulare ale acestor echipamente poate fi

urmatoarea:

a) Placa de baza. Are rolul de a asigura interconectarea modulelor specializate ale

automatelui. Numarul poate varia intre 5 si 10, functie de clasa automatului. Unele

placi de baza pot contine unitatea centrala a PLC-ului sau EEPROM-ul destinat

memorarii programului de aplicatie. Placa de baza poate contine uul sau doua sloturi

cu destinatie speciala (nu pot fi montate decat anumite module). De exemplu, ar putea

contine doua sloturi speiale, unul destinat sursei de alimentare si celalalt modulului

unitate central (CPU).

Multe dintre firmele producatoare ofera si extensii ale placilor de baza, pentru cazurile

in care sunt necessitate mai mult de 10 module. In acest sens, placa de baza contine un conector

de extensie necesar conectarii placilor de extensie. Din punct de vedere logic, placa de baza si

placile de extensie sunt recunoscute prin intermediul unui identificator asociat in faza initiala

de configurare a sistemului.

Alimentarea placii de baza poate fi la:120/240 V, 125 V sau 24/48 V

b) Modulul sursa de alimentare are rolul de a forma tensiunile necesare alimentarii

tuturor modulelor ce intra in component sistemului (inclusive a placii de baza). De

obicei modulele surse de alimentare sunr standardizate, cu alimentare in 120/240 V,

125 V sau 24 V. Unele module sunt prevazute si cu una sau doua iesiri isolate in

tensiune (in general de 24 V, in scopul alimentarii panoului operator) si de mai multe

ori ele pot contine si portiri seriale (in general tip RS-485).

Sursele de alimentare sunt protejate la supratensiune, iar consumul generic al unui astfel

de modul este de aproximativ 30 W. Unele module contin si o baterie cu litiu destinata mentinerii

continutului unui circuit CMOS RAM, unde sunt memorate datele de configurare ale

automatului.

c) Modulul unitate centrala . Poate fi de doua feluri: PC card (compatibil ISA) instalat

pe un computer specializat sau un modul montat pe laca de baza. Cardul ISA nu poate

accesa decat un numar de maxim patru placi de baza. Modulul CPU contine

microprocesorul si logica aferenta acestuia.

In general firmele producatoare folosesc procesoare compatibile Intel 80188 (modelele

mai vechi) 386/486 EX(SX la Allen Bradley) functionand la o frecventa de cca. 20-25 MHz.

Punctele de intrare /iesire (numarul registrilor interni alocati) variaza intre 160 si 2048 (in cazul

lui PLC-3 de la Allen Bradley avem insa 4096 intrari +4096 iesiri), memoria program este

cuprinsa intre 6-80 kb iar procesoarele mai noi contin si facilitatea calcului in virgula flotanta .

CPU-urile de clasa avansata contin pana la doua porturi seriale externe (unu RS-232 si

unu RS- 485) si de asemenea un circuit de memorie flash pentru memorarea datelor din registrare

a CPU-ului : numele programului de aplicatie , configurarea modulelor, ID-ul unitatii central (in

cazul retelelor de automate programabile).

Page 9: Colectarea Selectivă a Deșeurilor

7

Rolul CPU-ului mai este si acela de a comunica cu alte unitati centrale montate in retea

sau cu alte dispositive inteligente externe executand conversiile de protocoale de comunicare

seriala necesitate in acest sens.

d) Modulele specializate . Acestea reprezinta module construite pentru a realiza numai

anumite operatii si care pot fi montate in orice slot cu destinatie generala.

Functia lor poate fi :

- achizitia / formarea semnalelor analogice . Pot fi module cu 8 sau 16 intrari / iesiri.

Conversia se face in general pe 16 biti (GE Fanuc , Allen Bradley, Siemens).

In figura 1.4 este prezentata o scheme bloc functionala a etajului de intrare specific unui

modul de intrari analogice . Tabela de referinta (% AI) se utilizeaza pentru reprezentarea pe

registrii interni ai automatului a valorii domeniului de semnal ( curent/ tensiune ) inregistrata la

intrarea canalului corespunzator adresei specificate . De obicei aceasta valoare corespunde unei

variabile DINT (32 biti) in valori absolute ( de exemplu , in domeniul 0…32000)

In figura 1.5. a fost reprezentat etajul de iesire al unui modul de iesiri analogice . Tabela

de referinta (% AQ) se utilizeaza pentru reprezentarea in registrii interni ai automatului a valorii

domeniului de semnal (current/tensiune) emisa la iesirea modulului de iesiri analogice.

Comversia acestei marimi se face pe 16 biti.

-achizitia / emisia semnalelor logice. Modulele sunt dotate cu 16-32 canale de intrare /

iesire protejate .

In figura 1.6. este prezentata schema bloc functionala a unui etaj apartinand unui modul

de intrari numerice ale automatelor programabile . (Exemplu apartine modulelor de fabricatie

GE Fanuc).

Schema unui etaj numeric de iesire , apartinand unui modul de iesiri numerice (de

asemenea de fabricatie GE Fanuc) este surprins in figura 1.7

Page 10: Colectarea Selectivă a Deșeurilor

8

De obicei, atat intrarile cat si iesirile numerice sunt grupate cate 8 canale cu masa

comuna. Intrarile si iesirile accepta deopotriva montaje in logica pozitiva cat si in logica

negativa. Pentru o clarificare a acestor doua moduri de conectare a terminalelor numerice sunt

prezentate schemele de conexiune in Figura 1.8 (logica pozitiva ) si 1.8b (logica negativa) pentru

intrarile numerice si Figura 1.9a (logica pozitiva ) 1.9b (logica pozitiva) pentru iesirile numerice.

Modulele de intrari numerice proiectate in logica pozitiva ( Figura 1.8a) preiau curent de

la etajul de intrare al modulului. Dispozitivul de intrare este conectat intre borna pozitiva si

intrarea numerica.

Modulele de intrari numerice proiectate cu logica negativa (Figura1.8 ) trimit curent la

terminalul comun sau la terminalul pozitiv. Intrarea modulului este conectata intre borna

negativa si intrarea numerica .

Modulele de iesiri numerice proiectate cu logica pozitiva (Figura 1.9a) trimit curent spre

sarcina externa dinspre comun sau terminalul pozitiv. Sarcina este conectata intre terminalul

negative si iesirea modulului.

Modulele de iesiri numerice proiectate cu logica negative (Figura 1.9b) preiau curent de

la sarcini spre comun sau terminalul negativ. Sarcina este conectata intre borna pozitiva si iesirea

numerica.

Page 11: Colectarea Selectivă a Deșeurilor

9

Toate aceste module sunt de tip SLAVE, ele primind comenzi direct de la nivelul CPU-

ului. Exista insa si alte module, ce opereaza in regim de MASTER, avand astfel avantajul de a

prelua o mare parte dintre activitatile consumatoare de timp ale unitatii central.

-modulul numerator de mare viteza (High Speed Counter) are rolul de a masura

semnalele dreptunghiulare cu o mare precizie fara a apela la CPU.

Acest modul poate fi utilizat in aplicatiile ce necesita o masura de frecventa foarte

precisa.

-modulele de pozitionare conform cu una sau doua axe luate ca reper, sunt folosite in

aplicatiile destinate controlului masinilor elctrice. Pot fi utilizate in scopul modelarii functiei de

miscare ( distributia de viteze si acceleratii) a masinilor electrice.

-modulele cu coprocessor de comunicatii (CCM) au rolul de a implementa drivere de

comunicatii (construite in C sau BASIC de obicei) necesare schimbului de informatii dintre PLS

si echipamente inteligente externe, prin intermediul porturilor seriale.

-modulele de comunicatie prin retea implementeaza protocoalele de comunicatie

specifice retelelor (ETHERNET, TCP/IP).

1.4. Extensii software specifice automatelor programabile

Principalul element de programare a automatelor este desigur limbajul in ladder

logic.Noile realizari ale firmelor producatoare de automate sunt dotate insa deopotriva cu

compilatoare de C si BASIC (la toate tipurile).Unele firme (Allen Bradley)au perfectionat si

medii de programare utilizand limbaje de asamblare.Aceasta sunt insa accesibile numai in cazul

CPU-urilor evaluate.Procesoarele acestor automate au implementate librariile si utilitatile de

programare necesare limbajelor C si BASIC.Pe langa aceste facilitati specifice unitatilor

centrale(CPU-urilor)exista si module specializate pentru programarea in C si BASIC(modulele

CCM).Aceste module functioneaza in regim de MASTER asigurand o parcurgere mult mai

rapida a operatiilor continute in programul de aplicatie.Exista chiar si sisteme de operare specific

unor astfel de module( de exemplu sistemul VTOS la automatele de fabricatie GE Fanuc).

Memoria disponibila pentru implementarea unor astfel de programe variaza intre 600kb si 1Mb.

Aplicatii specific unde pot fi utilizate rutinele programate in C sau BASIC sunt:

-aplicatii unde sunt necesitate mai multe protocoale de comunicare serial

-elaborarea unor drivere de comunicare cu alte dispozitive inteligente

-aplicatii cu control de temperature

-controlul si monitorizarea puterii electrice

-aplicatii referitoare la diferite ansamble de masini necesare automatizarilor industrial

-aplicatii destinate umplerii anumitor rezervoare

-aplicatii din gama controlului de proces la fabricarea circuitelor integrate

Page 12: Colectarea Selectivă a Deșeurilor

10

II. ELEMENTE DE BAZA ALE PROGRAMARII AUTOMATELOR.

FUNDAMENTELE PROGRAMARII IN LADDER LOGIC

2.1. Caracteristici sintactice si functionale generale ale limbajelor

in ladder logic

Aceste medii de programare sunt dedicate pentru toate cele trei clase de automate

programabile: avansata, medie si micro/nano. Diferentele inregistrate de la un fabricant la altul sunt

minore, iata de ce , vom trata aspectele legate de programarea automatelor in md generic, pentru

toate tipurile de automate.

Mediile de programare in ladder logic pot rula sub urmatoarele platform: Windowo

9x/NT/Me/2000/XP sau DOS.

Functiile principale (vizand utilitatea functional) ale unui mediu de programare in ladder

logic pot urmatoarele:

- Creeaza o structura logica de functionare a PLC-ului asociata cu logica ladder-ului

(programul de aplicatii)

- Configureaza structura hardware a PLC-ului repartizeaza ID-urile corespunzatoare

fiecarui modul in parte, prescrie harta generala (valoarea ei implicita) a tuturor tipurilor de registri

interni ai automatului

- Creeaza si numeste variabilile ce vor fi utilizate in programul de aplicatii

- Monitorizeaza executia programului in ladder logic , semnaleaza eventualele erori de

programare

Cu ajutorul acestui mediu de programare se pot crea fisiere de executie speciale, ce trebuie

incarcate in EEPROM-ul PLC-ului direct de PC prin intermediul portului serial si al cablului de

transmisie seriala

In general, aceste medii cunosc doua tipuri de programare : in ladder logic (LD) si cu lista

de insructiuni (IL). Programarea cu lista de instructiuni se utilizeaza mai rar ,ea fiind mult mai

laborioasa decat cea in ladder.Totusi, se dovedeste a fi extrem de utila in cazul in care programatorul

doreste sa modifice anumite tipologii software ce apartin ladder-ului , de exemplu, sa modifice

modul de operare al unui element specific mediului de programare (operant, functie).

Mediul de programare efectueaza o compilare a sintaxei instructiilor in mod automat . Acolo

unde sintaxa e gresita sau nu e clara din punct de vedere logic se vor afisa o serie de avertismente

ce vor informa programatorul asupra naturii erorii de programare. Trebuie mentionat faptul ca

limbajele in ladder logic nu contin compilatoare de instructiuni (sintactice , logice) in genul celor

apartinand limbajelor de nivel inalt.

O proprietate importanta referitoare la caracteristica de portabilitate a acestor medii de

programare este posibilitatea importarii fisierelor din DOS in Windowns (bineinteles,e vorba despre

fisiere caracteristice unui acelasi fabricant).

Gradul mare de generalitate elementelor ladder-ului permite operarea facila cu mai multe

tipuri de software , fara a necesita o perioada prea mare de acomodare a programatorului .

Nota: Este indicat sa dea nume scurte , simple si suggestive directoarelor de lucru , de

preferat fara a fi folosite caracterele speciale gen : .,<,>,*,?. Numele trebuie sa fie pana la 7 caractere.

Page 13: Colectarea Selectivă a Deșeurilor

11

Limbajele in ladder logic beneficiaza de toate caracteristicile specifice limbajelor de

programare orientate pe obiect(POO) : butoane , ferestre, meniuri, zone de editare . Regulile de

operare sunt identice cu cele consacrate in sistemul de operare windowns.

Limbajul logic de programare se prezinta in felul unui limbaj structurat , in forma :program

principal-proceduri-subrutine-blocuri logice (operanzii). Mai multe blocuri logice pot alcatui o

subrutina . Mai multe subroutine pot forma o rutina sau o procedura . Procedurile pot fi

interconectate intre ele si se apeleaza din programul principal , numit implicit : _main .Exista, de

asemenea ,posibilitatea copierii unor blocuri dintr-o parte in alta , dintr-o procedura in alta. In cazul

acestor operatii cu blocuri trebuie sa se tina cont de urmatoarele aspect :

-blocurile sunt definite cu tipuri diferite ,de exemplu : INT,DINT,REAL

-multe functii necesita o anumita lungime data in variabile logice (biti)

-in cazul functiilor trebuie ca parametrii de intrare si de iesire sa fie completati

In bara functiilor sunt afisate toate tipurile de functii ce pot fi utilizate intr-un astfel de

program . Orice astfel de selectie se poate face si de la tastatura prin intermediul unei anumite

combinatii de taste.

Page 14: Colectarea Selectivă a Deșeurilor

12

III. SENZORI DE PROXIMITATE

3.1. Generalități

Noţiunea de proximitate se referă la gradul de apropiere dintre două corpuri. În instalaţiile

tehnice se întâlnesc cazuri în care controlul poziţiei unui dispozitiv faţă de altul face parte din însuşi

procesul tehnologic. Controlul poziţiei dintre dispozitivele aflate în mişcare, dintre care unul

reprezintă sistemul de referinţă, se face cu ajutorul senzorilor de proximitate. Acest control se face

fără existenţa unui contact fizic direct intre corpurile aflate în mişcare.

Senzorii de proximitate sunt dispozitive care permit detectarea şi semnalizarea prezenţei

unor obiecte în câmpul lor de acţiune, fără contact fizic cu obiectele respective.

Sezorii de proximitate au o caracteristică tip releu - tot sau nimic - adică semnalul de ieşire

reprezintă prezenţa sau absenţa obiectului controlat.

Senzorii de proximitate au o largă utilizare în toate domeniile industriale datorită avantajelor

pe care le oferă:

siguranţă în funcţionare;

posibilitate de reglaj (internă sau externă prin modificarea poziţiei);

Fiabilitate mare;

Gabarit extrem de redus;

Consum energetic redus.

Clasificarea senzorilor de proximitate

Clasificarea senzorilor de proximitate se face după principiul de funcţionare. Astfel se poate

vorbi despre senzori de proximitate:

1. Capacitivi

2. Inductivi;

3. Optici;

4. Magnetici;

5. Cu ultrasunete.

3.2. Senzori de proximitate capacitivi.

Principiul de funcţionare: funcţionarea unui senzor de proximitate capacitiv se bazează pe

evaluarea variaţiei capacităţii electrice a unui condensator dintr-un circuit rezonant RC, datorită

apropierii unui material oarecare.

Senzorii capacitivi se realizează din două tipuri de condensatoare: plan şi cilindric, iar în

analiza schemelor echivalente se presupune că rezistenţa de pierderi este neglijabilă faţă de reactanţa

capacitivă şi unghiul de pierderi este mic.

Fig. 1 Senzor capacitiv

Page 15: Colectarea Selectivă a Deșeurilor

13

Capacitatea , unde ɛo este permitivitatea vidului, ɛr este permitivitatea relativă a

dielectricului, A suprafaţa de suprapunere a armăturilor iar d, distanţa dintre armături, respectiv,

grosimea dielectricului.

Pentru un condensator cilindric formula de calcul a capacităţii depinde de permitivitatea

dielectricului, diametrul electrodului exterior D, diametrul electrodului interior d şi de înălţimea de

suprapunere a celor doi cilindri, h.

Fig 2. Condensator cilindric

C=(2πε0εrh)/(lnD/d)

Din analiza formulelor de calcul pentru capacitatea condensatoarelor plan şi cilindric se

observă că senzorii capacitivi pot servi la convertirea în variaţii de capacitate a oricărei mărimi

neelectrice care modifică unul din elemente: distanţa dintre armături, suprafaţa de suprapunere a

armăturilor, permitivitatea electrică a mediului dintre armături.

Senzorii capacitivi se pot realiza în trei moduri:

• cu condensatoare plane cu o armătură fixă şi una mobilă,

• cu modificarea suprafeţei de suprapunere a armăturilor

• cu modificarea dielectricului.

La senzorul capacitiv cu o armătură fixă şi una mobilă se modifică distanţa dintre armături:

d + Δd.

Fig 3 Calcularea distanţei dintre armături

Senzorii care funcţionează prin modificarea suprafeţei de suprapunere a armăturilor unui

condensator sunt alcătuiţi dintr-o armătură plană fixă şi una mobilă care se deplasează paralel faţă

de cea fixă.

h

Page 16: Colectarea Selectivă a Deșeurilor

14

Capacitatea unui condensator se poate modifica şi prin introducerea de dielectrici cu

permitivităţi diferite între armături sau prin modificare stării fizice a dielectricului datorită

umidităţii.

Câmpul electrostatic parazit este creat între un electrod activ şi electrodul de masă. În

structura senzorului capacitiv există adesea un electrod de compensare care are rolul de compensare

a influenţei umidităţii asupra funcţionării senzorului.

Schema bloc a senzorului de proximitate capacitiv este prezentată în figura 4 . Dacă în zona

activă se introduce un obiect sau un material (metal, plastic, apă, sticlă, lemn), capacitatea circuitului

rezonant se modifică. Schimbarea valorii capacităţii depinde distanţa la care se află materialul faţă

de suprafaţa activă, de dimensiunile materialului şi de constanta dielectrică a acestuia.

Fig.4 Structura bloc a unui senzor de proximitate capacitiv

1-Oscilator; 2-Demodulator; 3-Trigger; 4-Afişaj; 5-Circuit de ieşire; 6-Sursă de alimentare

externă; 7-Zona activă (capacitor); 8-Ieşire.

Sensibilitatea majorităţii senzorilor de proximitate capacitivi poate fi reglată prin intermediul

unui potenţiometru. În acest mod este posibilă suprimarea detecţiei unui alt mediu, de exemplu este

posibilă determinarea nivelului unei soluţii prin peretele unui recipient. Distanţa nominală la care

comută un senzor este determinată cu ajutorul unei o foiţe de metal legată la pământ. .

În tabelul 1 sunt date valorile distanțelor la care un senzor capacitiv dat comuta în funcție de

grosimea materialului , iar în tabelul 2 valoarea factorului de reducere pentru diferite materiale

dielectrice.

Tabelul 1 Tabelul 2

De reţinut:

Senzorii de proximitate capacitivi sunt sensibili la mizerie.

Au abilitatea de a reacţiona la o mare varietate de materiale.

Page 17: Colectarea Selectivă a Deșeurilor

15

Sensibilitatea lor în ceea ce priveşte umiditatea este foarte ridicată datorită constantei

dielectrice a apei.

Pot fi folosiţi la detectarea obiectelor aflate în incinte cu pereţi nemetalici. Grosimea

pereţilor în acest caz trebuie să fie mai mică de 4 mm, iar constanta dielectrică a materialului

care trebuie detectat să fie de 4 ori mai mare decât a pereţilor incintei.

Datorită sensibilităţii lor la umiditate, mulţi producători introduc un electod auxiliar pentru

a compensa variaţiile de umiditate din mediul ambiant.

Consideraţii generale pentru utilizare:

Din motive de costuri, folosirea senzorilor inductivi pentru detecţia obiectelor metalice este

în general preferată în comparaţie cu folosirea celor capacitivi.

Utilizarea senzorilor optici este recomandabilă pentru detecţia obiectelor nemetalice.

Există un domeniu de aplicaţii deosebite unde utilizarea senzorilor de proximitate capacitivi

prezintă avantaje hotărâtoare: monitorizarea nivelului de încărcare în containere, detectarea

materialelor nemetalice.

Exemple:

1. Detecţia obiectelor mate sau negre.

Aceste obiecte pot fi realizate din cauciuc, plastic,

piele, fig. 5, sau alte materiale care nu sunt detectate cu

senzori optici, senzorii de proximitate ultrasonici fiind mai

scumpi

Fig . 5

2. Detecţia nivelului de încărcare a fluidelor într-un container.

În cazul detectării nivelului de fluid prin pereţii unui recipient de plastic sau de sticlă

grosimea peretelui trebuie să fie limitată aşa încât senzorul de proximitate capacitiv să fie capabil

să răspundă numai conţinutului din recipient. In figura 6.a. este folosit un senzor de proximitate

capacitiv încapsulat în cuarț sau în material plastic. In figura 6 b. nivelul lichidului este detectat

prin intermediul unui senzor plasat în dreptul unui tub de plastic sau de sticlă.

Fig. 6 Fig. 7

3. Detectarea nivelului de încărcare a unui material granular.

4.Monitorizarea existenţei firelor sau cablurilor metalice(fig 7.)Senzorii de proximitate

capacitivi reacţionează sensibil mai bine la prezenţa metalelor subţiri, sub formă de fire sau cabluri

cu un diametru mic. În timp ce senzorii inductivi au, în acest caz. o distanţă foarte mică de activare.

Pentru această aplicaţie nu pot fi folosiţi nici senzorii optici.

Page 18: Colectarea Selectivă a Deșeurilor

16

6. Verificarea conţinutului pachetelor prin pereţii cutiei de

carton.

Poate fi verificat nivelul de umplere cu lichid într - un

recipient sau existenţa unui material solid în

interiorul unei cutii, în figura 8 este arătat cum se verifică

dacă într-o cutie nu lipseşte o sticlă după operaţia de împachetare

automată, prin utilizarea a patru senzori capacitivi. Fig 8

3.3. Senzori de proximitate inductivi.

Principiul de funcţionare

Funcţionarea se bazează pe proprietatea potrivit căreia mărimea de măsurat produce o

variaţie a inductivităţii unei bobine care face parte din circuitul oscilant RL al senzorului.

Inductivitatea proprie sau mutuală a “zonei active a senzorului" este modificată de acele elemente

care influenţează geometria - lungimea întrefierului, aria secţiunii întrefierului sau permeabilitatea,

μ, a circuitului magnetic.

Cum numărul de spire al bobinei senzorului, o dată realizată, nu poate fi modificat, soluţia

pentru realizarea senzorului cu variaţie a inductivităţii este de a produce modificări ale reluctanţei

magnetice. In acest sens se pot realiza, de exemplu, circuite magnetice cu armătura mobilă în care

mărimea neelectrică determină poziţia armăturii faţă de restul circuitului magnetic.

Schema bloc este prezentată în figura 9. Câmpul magnetic care este direcţional spre ieşire,

este generat de o bobină cu un miez de ferită deschis. Când senzorul este alimentat, circuitul oscilant

generează un curent. Dacă în zona activă se introduce un obiect bun conducător de electricitate,

apare o variaţie a inductivităţii care duce la modificarea curentului de ieşire.

Principala caracteristică a senzorilor inductivi este dimensiunea bobinei: cu cât aceasta este

mai mare cu atât distanţa de comutare este mai mare. Traductoarele inductive pot pune în evidenţă

deplasări de sute de milimetri.

Fig. 9. Schemă bloc a unui senzor de proximitate inductiv.

1-Oscilator; 2-Demodulator; 3-Trigger; 4-Afişaj de stare; 5-Circuit de ieşire cu protecţie;

6-Tensiune externă; 7-Sursă de alimentare internă;8-Zona activă (miez de ferită); 9-Semnal de

ieşire senzor.

Page 19: Colectarea Selectivă a Deșeurilor

17

Pentru determinarea corectă a distanţei de comutare, la testarea senzorilor de proximitate

inductivi se foloseşte un electrod de calibrare standard, pătrat, realizat din oţel moale, cu o grosime

de 1 mm şi latura egală fie cu diametrul zonei active a senzorului, fie de 3 ori mai mare decât distanţa

de sesizare nominală, dată în catalog. Pentru materialele metalice dar neferomagnetice. distanţa de

sesizare efectivă este mai redusă.

Caracteristicile tehnice ale ale senzorilor inductivi sunt prezentate în Tabelul 3.

De reţinut: Numai materialele conductoare de electricitate pot fi detectate prin intermediul

senzorilor de proximitate inductivi. Materialele feromagnetice sunt detectate de la distanţă mai

mare.

Tabelul 3

Material detectat Metale

Tensiunea de alimenatre Tipic: 10V...30V c.c. sau c.a.

Distanţa nominală de

sesizare

Tipic 0,8... 10 mm; max. 250 mm

Curentul maxim de

ieşire semnal

75 mA...400 mA

Temperatura de lucru -25 “C...+70 UC

Vibraţii 10...50 Hz, 1 mm amplitudine

Sensibilitatea la mizerie Insensibil

Durata de viaţă Foarte lungă

Frecvenţa de comutare Tipic 10...5000 Hz, max.20 kHz.

Design Cilindric

Variante constructive

(exemple)

M8xl, M12xl, M18xl; <D4mm...

®30mm 25mm x 40mm x 80mm

Mulţi dintre senzorii de proximitate inductivi au următoarele funcţii de siguranţă incluse:

Protecţie la inversarea polarităţii (împotriva avariilor rezultate din conexiuni inversate);

Protecţie la scurtcircuit

Protecţie la supratensiune

Protecţie împotriva efectelor întreruperii firelor (ieşire blocată dacă alimentarea este

deconectată).

Page 20: Colectarea Selectivă a Deșeurilor

18

3.4. Senzori de proximitate magnetici

Principiul de funcţionare

Senzorii de proximitate magnetici reacţionează la câmpuri magnetice produse de magneţi

permanenţi sau electromagneţi. Senzorii magnetici pot fi de mai multe tipuri:

- REED,

- cu efect Hall,

- electronici - cu miez închis de ferită şi circuit oscilant LC care funcţionează la

rezonanţă.

Senzori REED

Cei mai simpli sunt senzorii magnetici REED. Aceştia reprezintă de fapt un contact

electric, cei doi electrozi fiind construiţi din materiale care se magnetizează uşor şi se atrag,

închizând un circuit electric. Contactul, realizat din material feromagnetic precum aliaje FeNi

(permalloy), este sigilată într-un tub de sticlă sau material epoxidic, (fig. 10). Acest tub este plin cu

un gaz inert - nitrogen - pentru a reduce fenomenul de arc electric.

Fig. 10 Senzorii magnetici REED

Senzorii de magnetici REED de uz industrial au în construcţie un LED care indică starea de

operare. În figura 11, sunt prezentate conexiunile interne şi externe. Diodele electro-luminiscente

conectate în serie cu rezistorul R, au rolul de circuit de protecţie pentru sarcina inductivă.

Fig. 11 . Conexiuni interne si externe la senzorii magnetici REED

Când se instalează un tip de senzor REED, este important sa ne asigurăm că nu există

un câmp magnetic de interferenţă în apropierea senzorului mai mare de 0,16 mT. În cazul în care

acesta există, atunci senzorul poate da semnale eronate. Dacă pe mai mulţi cilindri pneumatici sunt

instalaţi senzori de proximitate REED, este necesară o distanţă minimă de 60 mm între cilindri,

pentru ca inelul magnetic de pe pistonul unui cilindru să nu influenţeze senzorii aflaţi pe cilindri

vecini.

La senzorii REED trebuie redus curentul maxim ce trece prin contact. Altfel, aceasta se

uzează datorită arcului electric şi poate chiar să rămână lipit.

Page 21: Colectarea Selectivă a Deșeurilor

19

Când sunt comutate sarcini inductive, ceea ce este un lucru frecvent în aplicaţiile de

automatizare (bobinele releelor), apare un vârf de tensiune, iar arcul electric se stinge mai greu. Din

acest motiv senzorul de proximitate trebuie prevăzut cu un circuit de protecţie : diodă de drum liber

- pentru curent continuu - circuit RC montat în paralel cu contactul sau un varistor - pentru curent

alternativ, fig. 12. Unii senzori REED au circuite de protecţie încorporate.

Fig. 12 - Circuite de protecție pentru contactele RED

RL rezistența de sarcină, L- inductanța de sarcină, R- rezistor de protecție, C- condensator

de protecție, D- diodă sau varistor de protecție

Valorile electrice ale acestor componente depind de parametrii electrici ai elementelor pe

care le comandă - releu, contactor etc. Dacă trebuie acţionat un releu sau un contactor, datele tehnice

ale releului sau contactorului trebuie respectate. Puterea electrică necesară pentru declanşarea unui

releu sau contactor este de 8 -10 ori mai mare decât cea de menţinere. Este bine ca puterea de

declanşare să fie luată ca referinţă.

Fig. 13 Zone de activare ale unui senzor REED.

Zona de activare a unui senzor REED depinde de sensul câmpului magnetic din vecinătatea

sa. În figura 13, se poate vedea zona de activare în cazurile în care pe lângă senzor trece, de sus în

jos, un magnet orientat paralel cu lamelele de contact ale senzorului sau în cazul în care magnetul

este perpendicular pe acestea.

De aceea, în anumite aplicaţii de numărare cu Automat Programabil, pot exista cazuri de

semnal dublu (sau parazit)

Page 22: Colectarea Selectivă a Deșeurilor

20

Fig. 14 Principiul de funcţionare al unui senzor de proximitate magnetic

Prin folosirea senzorilor magnetici de proximitate, un mare număr de aplicaţii practice pot

fi rezolvate dacă pe obiectul care trebuie detectat este montat un magnet. Astfel, există aplicaţii de:

- Măsurare a vitezei de rotaţie a unei piese oarecare;

- Selectarea unei piese dintr-o serie de piese similare;

- Numărare de piese sau de paleţi;

- Poziţionare obiecte;

Una din cele mai răspândite aplicaţii este de detectare a poziţiei pistonului la cilindri

pneumatici, în acest sens se folosesc cilindri care au pe piston un inel magnetic circular. Senzorii

REED se montează pe cămaşa cilindrului.

Page 23: Colectarea Selectivă a Deșeurilor

21

IV. EXEMPLU PRACTIC DE PROIECTARE

4.1. Exemplu de proiectare în „Fluidsim” – Aplicația pentru

colectarea selectivă a deșeurilor

Page 24: Colectarea Selectivă a Deșeurilor

22

V. ANEXE

5.1. Automate programabile – Utilizare practică. Programare.

Simboluri utilizate

Des întâlnite în circuitele electrice avansate, sistemele automate de control a proceselor

conferă stabilitate, acurateţe şi performanţă. Aceste sisteme înlocuind un conglomerat de dispozitive

electronice și electrice, regăsite în sistemele electrice anterioare. Sistemele de operare pot avea

diverse forme de implementare pornind de la surse de alimentare și până la mașini. Fiind un rezultat

rapid a progresului tehnologic, cele mai complexe operaţii au fost rezolvate prin conectarea în sistem

a unor automate programabile şi unităţi centrale de proces.

Aceste automate programabile (PLC – Programabille Logic Controller pe lângă

conexiunile cu instrumentele de măsură şi senzorii din procesul de automatizare, va trebui să permită

comanda intregului proces şi ceea ce este şi important, să comunice operatorului stările procesului

prin semnale vizuale şi sunet şi/sau printr-o reţea de comunicaţie la un computer. Aceste

caracteristici permit exploatarea automatizări la un înalt grad de flexibilitate, prin schimbarea şi

monitorizarea mult mai comodă a parametrilor de bază a procesului.

PLC-urile pot fi construite ca un sistem modular, pornind de la un nucleu (Master) și i se pot

adăuga suplimentar porturi I/O.

Page 25: Colectarea Selectivă a Deșeurilor

23

În cea ce privește partea de programare, principalele metode de programare sunt:

IL (Instruction List) structura este asemănătoare cu limbajele de asamblare ale

microprocesoarelor;

ST (Structured Text) care folosește instrucțiunile de atribuire, selecție și control ale

subprogramelor cu o structură apropiată de limbajele de programare de nivel înalt;

LAD (Ladder Diagram) este un limbaj semigrafic, asemănător schemelor de circuite cu

relee și contacte și operează în special cu variabile boolean (logice);

FBD (Function Block Diagram) este o extensie a limbajului LD care permite și lucrul cu

blocuri complexe.

SFC (Sequential Function Chart) este un limbaj grafic secvențial, asemănător

organigramelor funcționale care permite utilizarea de funcții complexe și proceduri

Limbajul de programare LAD (Ladder Diagram)

Structura unei unități de program

Tipuri de variabile și constante

Booleene, notate cu BOOL;

Octeți (8 biți), cuvinte (16 biți) și cuvinte duble (32 biți), notate cu BYTE, WORD și

respectiv DWORD;

Întregi, notate cu INT;

Reale (32 biți), notate REAL;

Page 26: Colectarea Selectivă a Deșeurilor

24

Șiruri de caractere, notate cu STRING;

Variabile de tip timp și dată, notate TIME și respectiv DATE.

Este permisă utilizarea unor date de tip tablou (ARRAY) și structură (STRUCT), precum și

date derivate din acestea.

Moduri de adresare

Adresarea absolută utilizează denumirea zonei de memorie pentru identificarea adresei.

Denumirile zonelor de memorie pot cuprinde două prefixe. Primul prefix poate fi: %I, pentru intrări;

%Q, pentru ieșiri; %M, pentru variabile interne. Al doilea prefix poate fi: x.y, pentru variabile de

tip boolean. Valoarea x reprezintă octetul, iar valoarea y reprezintă bitul; B, pentru octet (Byte); W,

pentru cuvânt (Word); D, pentru dublu cuvânt (Double word). Exemple: %Ix.y, %IBx, %IWx,

%IDx.

Un program în limbajul LAD este alcătuit din rețele, care utilizează simboluri grafice

(obiecte).

Fiecare rețea trebuie să înceapă cu o intrare(i) și să se termine cu o ieșire(o).

Obiectele limbajului

Exemplu. Circuit de blocare.

Page 27: Colectarea Selectivă a Deșeurilor

25

BIBLIOGRAFIE

1. Frandoş S — Mecatronică, Editura Economica

2. Robert M , Frăţiloiu Gh

— Ed .Electrotehnică şi electronică aplicată, Preuniversitaria, Bucureşti, 2006

3. Mareş F si colectiv — Elemente de comandă şi control, Editura Negro, Galaţi, 2001

4. Călin S — Aparate şi echipamente de automatizare,Ed. Didactică şi pedagogică, Bucureşti,1996

5. Trifu A — Electronică digitală, Editura Economică Preuniversitară, Bucureşti, 2000