COMANDA SISTEMELOR DE ACTIONARE ELECTRICA

Alegerea PLC in concordanta cu cerintele sistemului de comanda.

Testarea si punerea in functiune.

Masuri de siguranta in exploatare.

I. Alegerea PLC in concordanta cu cerintele sistemului de comanda

Dupa etapele de planificare si de proiectare, trebuie ales echipamentul. Alegerea PLC-ului tine cont de cerintele privind intrarile, iesile si functiile care vor fi implementate. Decizia tine cont de: numarul de intrari si de iesiri logice; cantitatea de memorie dictata de marimea programului (documentatia PLC-ului specifica memoria asociata fiecarui bloc din libraria programului); numarul de module I/O speciale; timpul de scanare este important mai ales in cazul programelor mari; tipul de comunicatii disponibil; pachetul software usurinta programarii, debugging, etc.

Procesul de alegere a PLC-ului poate fi structurat in urmatorii pasi: 1. Intelegerea procesului care trebuie controlat: - Lista intrarilor si iesirilor (numarul si tipul acestora); - Determinarea modalitatii de control a procesului; - Cerinte deosebite, cum ar fi distantele dintre componentele sistemului;

2. Daca nu se specifica altfel, componentele se aleg de la un singur furnizor. Se tine cont de: - Calitatea manualelor si documentatiei furnizate; - Suport tehnic in timpul dezvoltarii programelor; - Numarul de produse disponibile; - Asistenta tehnica pentru depanare; - Timp de livrare pentru componente in situatii de urgenta; - Training; -Inregistrarile (istoricul) referitoare la compania respectiva;

3. Realizarea structurii logice a programului (se folosesc fise tehnice standard). 4. Se numara instructiunile necesare. Se calculeaza cantitatea de memorie asociata instructiunilor si timpul de executie, pentru a determina resursele necesare.

II. Testarea si punerea in functiune

Punerea in functiune a PLC implica: 1. Verificarea cablurilor si conexiunilor (sunt complete, indeplinesc

masurile de siguranta, cerintele si standardele);

2. Susa de alimentare respecta nivelul de tensiune al PLC; 3. Aparatele de protectie sunt setate la valorile de declansare impuse; 4. Se verifica functionarea butoanelor de oprire de avarie; 5. Aparatele conectate la intrarile si iesirile PLC sunt corect legate si au nivelul de semnal corespunzator; 6. Se incarca si se testeaza programul.

Testarea intrarilor si iesirilor Aparatele de pe intrare (ex. butoanele) pot fi comutate manual pentru a da conditiile de contact deschis sau contact inchis necesare in timp ce se urmaresc LED-urile asociate intrarilor. Daca semnalizarile intrarilor nu se activeaza, se verifica: -daca aparatul de la intrare functioneaza corect, - conexiunea cu modului de intrari, - corecta alimentare a aparatului - buna funtionare a modulului de intrari. O alta metoda de testare este numita fortare. Aceasta implica o comutare din program (comutare software) a starii intrarilor, utilizand instructiuni specifice. In acest scop, PLC-ul trebuie sa fie setat in forcing mode sau monitor mode.

Testarea programului Majoritatea PLC contin anumite instrumente software de verificare a programului instalat. Acestea verifica daca adresele au fost alocate corect si furnizeaza o lista cu intrarile/iesirile utilizate, verifica setarile temporizatoarelor, numaratoarelor etc., marcand eventualele erori. Simularea Pentru multe PLC-uri se pot furniza simulatoare. Acestea citesc si scriu informatii direct din/in memoria asociata intrarilor/iesirilor si pot simula actionarea intrarilor si iesirilor. Astfel, programele implementate pot fi rulate, iar intrarile si iesirile simulate. Pentru a putea fi utilizata aceasta optiune, automatul trebuie setat corespunzator (pentru Mitsubishi PLC - monitor mode, Siemens PLC - test mode, Telemecanique - debug mode).

Identificarea defectelor

Modalitati de identificare a defectelor:

1. Verificarea timpului de rulare Termenul de watchdog este utilizat pentru o functie a PLC-ului, care verifica incadrarea in timpul normal de desfasurare pentru anumite functii (sau parti ale programului).

Depasirea timpului normal de lucru duce la declansarea de catre watchdog a unei alarme sau chiar oprirea PLC.

2. Setarea ultimei iesiri

Aceasta tehnica foloseste o lampa indicatoare pentru a semnala ultima iesire activata inaintea aparitiei defectului si opririi procesului.

Programul trebuie conceput astfel incat sa dezactiveze semnalizarea iesirii anterioare si sa o activeze pe cea asociata iesirii curente.

Pentru sisteme complexe, cu numar mare de iesiri, acestea sunt grupate si fiecarui set ii corespunde o singura semnalizare.

3. Replicarea In cazul sistemelor cu cerinte sporite de siguranta este necesara verificarea continua. O astfel de tehnica de detectare a defectelor este verificarea prin replicare, ceea ce presupune duplicarea sistemului PLC. Acest lucru poate fi implementat prin executarea de doua ori a fiecarei operatii. Daca rezultatul este acelasi, se presupune ca nu a aparut nici un defect. Prin aceasta procedura se pot detecta defectele tranzitorii. O alternativa mai costisitoare este duplicarea PLC-ului si compararea rezultatelor obtinute de la cele doua sisteme de comanda. In absenta defectului, rezultatele provenite de la cele 2 PLC-uri vor fi identice. 4. Verificarea rezultatelor preconizate Erorile software pot fi detectate verificand daca apare rezultatul preconizat, atunci cand o anumita intrare este activata. Daca nu se obtine rezultatul preconizat se presupune aparitia unui defect.

Pasii urmati in cursul procedurii de punere in functiune (commissioning):

1. Inspectia vizuala verifica daca echipamentul indeplineste standardele interne si externe de siguranta; - standardele (codurile) electrice; - standardele de siguranta in exploatare; verifica daca exista toate componentele; 2. Instalarea partilor mecanice amplasare corecta a echipamentului; conectarea cu echipamentele din vecinatate; conectarea alimantarii cu apa, aer, alte fluxuri texnice necesare; 3. Instalarea partilor electrice conectarea impamantarii si alimentarii cu energie electrica; testele de izolatie si de impamantare; verificarea intrilor de la senzori la PLC; 4. Testele (incercari) functionale pornirea echipamentului si testarea opririi de urgenta; testarea functiilor principale;

5. Verificarea procesului pornirea sistemului si realizarea reglajelor necesare procesului de productie; colectarea datelor de la proces; stabilirea procedurilor de mentenanta necesare; 6. Verificarea contractului si specificatiilor aferente echipamentelor verificarea cerintelor contractului si a cerintelor individualizate pe componente; verificarea specificarea spscificatiilor generale si a celor individuale; solicitarea corectarii tuturor cerintelor neconforme; 7. Lansarea in productie pornire procesului in conditii de productie si inceperea utilizarii normale.

III. Masuri de siguranta in exploatare

IEC (International Electrotechnical Commission) 61508: Sigurana n funcionare a sistemelor electrice / electronice / electronice programabile cu rol in asigurarea securitatii in exploatare: - 61508-1 Conditii generale (General requirements); - 61508-2 Conditii privind sistemele de siguranta (Requirements for E/E/PE safety-related systems) - 61508-3 Cerinte software (Software requirements) - 61508-4 Definitii si abrevieri; -61508-5 Exemple de metode pentru determinarea nivelului de siguranta (safety integrity levels); - 61508-6 Ghid de aplicare a standardelor IEC 61508-2 si IEC 61508-3; - 61508-7 Privire de ansamblu asupra tehnicilor si masurilor Asigurarea sigurantei in exploatare (functional safety) a unui echipament sau a unui proces presupune functionarea corecta a sistemelor de protectie sau de control cu rol in siguranta exploatarii, iar la aparitia unui defect, sistemele de siguranta implementate trebuie sa actioneze astfel incat echipamentul sau procesul sa fie oprite in siguranta (safe shut-down).

3.1 sisteme PLC si siguranta in exploatare La proiectarea sistemelor cu PLC, siguranta in exploatare trebuie sa fie prioritara. Astfel, butoanele de oprire de urgenta (avarie) trebuie cablate separat, pentru a nu depinde de programul PLC. La aparitia unui defect al PLC-ului sau al butoanelor de oprire, sistemul va putea fi oprit actionand butonul de avarie. Sistemul trebuie sa fie sigur intrinsec (fail-safe). Implementarea PLC a butoanelor de oprire: 1. varianta ce nu respecta siguranta in exploatare La aparitia unui defect al butonului (Stop), acesta nu poate fi actionat iar motorul nu va putea fi oprit.

1. varianta care respecta siguranta in exploatare Sistemul trebuie oprit la aparitia unui defect al butonului (Stop).

Contactul asociat butonului de oprire este implementat in programul PLC in forma NO. Deoarece butonul de oprire de la intrarea PLC este de tip NC, programul are semnal 1 logic pe intrare, iar contactul (Stop) NO se va inchide. La apasarea butonului de oprire, contactul din program se va deschide, oprind motorul. Oprirea de avarie:

Butonul de avarie trebuie sa asigure doua conditii: - Oprirea sa se poata face si in conditii de defect ale butonului - Butonul sa poata fi actionat independent de starea PLC-ului.

2. varianta care respecta siguranta in exploatare

1. varianta ce nu respecta siguranta in exploatare

Relee pentru oprirea de avarie Impreuna cu butoanele de avarie, sunt utilizate pe scara larga releele pentru oprirea de ugenta. Acestea pot avea LED-uri pentru semnalizarea starii circuitelur de intrare si de iesire, a circuitului de resetare, a alimentarii si a defectelor. Releul are o interfata de conectare cu PLC-ul pentru a furniza aceste stari. Interfata utilizeaza optocuploare pentru a izola galvanic releul de intrarile PLC. Astfel, desi releul opereaza independent de PLC, ii furnizeaza automatului informatii care pot fi utilizate pentru a initia procedurile de oprire in siguranta.

Un releu de avarie simplu, in cazul caruia apasare butonului de avarie duce la pierderea alimentarii bobinei releului si la oprirea alimentarii sarcinii, poate avea urmatoarea problema: sudarea contactelor releului impiedica oprirea de urgenta. Aceasta situatie poate fi depasita daca se utilizeaza dublarea contactelor releului. Cele doua contacte vor fi de tip NC, conectate in serie. Nivelul de siguranta poate fi crescut prin utilizarea unui releu cu trei contacte, 1NC+2NO.

Astfel de relee sunt utilizate in cazul asa numitor perdele de protectie (light curtains). O zona periculoasa, cum ar fi zona adiacenta unei masini de ambalat, este protejata de senzori cu infrarosu. Daca un senzor este activat de apropierea unei persoane, acesta declanseaza oprirea de siguranta. O alta metoda de detectie a persoanelor aflate prea aproape de o zona periculoasa foloseste covoarele de protectie. Acestea sunt amplasate in jurul masinii, iar cand o persoana paseste pe ele declanseaza procedura de oprire a masinii.

3.2 PLC-uri cu nivel de siguranta crescut(Safety PLCs) Acestea sunt PLC-uri special proiectate pentru a permie implementarea functiilor de siguranta. Un astfel de PLC poate avea 2 sau 3 microprocesoare care executa acelasi program de comanda si care se verifica reciproc, iesirile fiind activate doar daca exista concordanta intre rezultate. Intrarile celor 2 sau 3 subsisteme ale PLC-ului sunt identice. Subsistemele lucreaza sincron, avand acelasi program. Sunt comparate semnalele de intrare si de iesire, rezultatele operatiilor logice, numaratoarele si temporizatoarele etc. Daca exista discrepante intre subsisteme sau apar defecte, PLC-ul intra in procedura de oprire de siguranta a prcesului. Aceasta procedura poate fi realizata chiar si de un singur subsistem din cele 2 sau 3 disponibile, ca masura de siguranta suplimentara.

3.3 Impamantarea Principalul motiv al utilizarii impamantarii este siguranta personalului. In tabelul urmator sunt prezentate efectele curentului electric asupra corpului uman. Amplitudinea curentului depinde de tensiunea electrica de rezistenta electrica in punctele de contact, de rezistenta corpului pe traseul parcurs de curent.

Curent (mA) Efect

0-1 neglijabil (conditii normale, 5VDC)

1-5 disconfort (conditii normale, 24VDC)

10-20 posibile raniri (conditii normale, 120VAC)

20-50 contractii musculare (conditii normale, 220VAC)

50-100 durere, pierderea cunostintei, ranire

100-300 fibrilatie ventriculara

300+ arsuri, stop cardio-respirator, etc.

Tensiunile din tabel sunt luate in considerare pentru un adult sanatos, in conditii normale. In timpul proiectarii se pleaca insa de la premisa ca nu exista un nivel de tensiune sigur.

Daca nu avem conexiune de impamantare, in cazul unui defect de izolatie, la atingerea carcasei se va produce electrocutarea. Impamantarea panoului face ca rezistenta dintre aceasta si pamant sa fie mica (aproximativ 1 ohm). Rezistenta caii de curent dintre panou, corpul uman si pamant va fi mult mai mare (de ordinul miilor de ohmi sau mai mult), iar curentul va fi foarte mic, incat nu va produce niciun efect sesizabil asupra organismului.

Impamantarea incorecta poate duce la functionarea defectuoasa sau chiar la distrugerea unui sistem. Aparitia buclelor pe circuitul de impamantare trebuie evitata. In figura de mai jos, in partea stanga, avem o conexiune de impamantare in plus intre echipamentul A si priza de pamant. Este recomandata modalitatea de conectare sub forma de arbore, prezentata in partea dreapta a figurii. Impamantarea echipamentelor A si B este dusa la sursa de alimentare si apoi la priza de pamant.

La proiectarea si realizarea sistemelor de comanda ale AE trebuie sa avem in vedere si urmatoarele aspecte: Evitarea buclelor pe circuitul de impamantare - carcasele echipamentelor se leaga la centura de impamantare - componentele PLC-ului se impamanteaza la sasiul PLC-ului; sasiul PLC-ului se impamanteaza la contrapanou - conductoarele de impamantare vor fi separate de cele de alimentare - impamantarea masinii se conecteaza la impamantarea panoului Asigurarea unei bune conexiune electrice - utilizarea unor saibe de tip stea pentru a realiza un contact electric bun - realizarea conexiunii pe metal bine curatat, se indeparteaza vopseaua daca este cazul - se foloseste conductor torsadat (litat), 12 AWG (3.31 mm2 4 mm2) de la PLC la panou si 8 AWG (8.37 mm2 10 mm2) pentru impamantarea panoului - conexiunea de impamantare trebuie sa fie de rezistenta mica (sub 0.1 ohm)

3.4 Circuitele de protectie la supratensiune Pot fi utilizate pentru a proteja echipamentele la supratensiunile provocate de sarcinile inductive. In figura este prezentata schema echivalenta a unui circuit de iesire a unui PLC fara compensarea componentei inductive a sarcinii. Pentru ca acesta sa functioneze corect, in lipsa compensarii va trebui sa supradimensionam sistemul din punct de vedere al tensiunii.

Protectia la supratensiune se poate face prin compensarea inductivitatii sarcinii de c.a. cu ajutorul unui circuit RC. Acesta functioneaza ca un filtru trece sus, care permite scurtcircuitarea supratensiunilor (de frecventa mare). In cazul sarcinilor de c.c., pentru protectia la supratensiune se pot utiliza diode conectate antiparalel cu sarcina.

3.5 Panourile de protectie pentru PLC-uri PLC-urile sunt foarte robuste, insa, in mediul industrial necesita protectie suplimentara prin montarea acestora in panouri. Cei mai importanti factori de mediu care pot afecta functionarea acestora sunt: - Praful poate patrunde prin sistemul de ventilatie al PLC-ului; - Umezeala condensarea vaporilor de apa; -Temperatura caldura produsa de circuitul electronic al PLC pemite fuctionarea acestuia la temperaturi joase, pana la aprox. 0oC. Limita superioara de temperatura este de aprox. 60oC. In conditii extreme este necesara climatizarea;

- Socurile mecanice si vibratiile;

- Interferentele electromagnetice acestea pot induce curenti;

- Variatiile tensiunii de alimentare produse de pornirea si oprirea echipamentelor de mare putere (solutii: transformatoare de izolare, UPS-uri).

3.6 Masuri de siguranta in exploatare centralizator Impamantare si protectie la scurtcircuit Sursele de alimentare si transformatoarele se impamanteaza intotdeauna, Toate panourile, carcasele metalice etc. se impamanteaza, Conexiunile de impamantare se realizeaza cu conductoare dedicate si sunt cablate in mod vizibil, Se utilizeaza sigurante fuzibile pentru toate liniile de alimentare de c.a., cu exceptia nulului si a impamantarii, Daca se utilizeaza dispozitive de protectie la pierderea impamantarii, acestea trebuie sa declanseze mai rapid decat sistemul de comanda, Faza vs. nul Sarcinile se conecteaza astfel incat impamantarea/nulul raman conectate permanent, la oprirea alimentarii, AC / DC Daca este posibil, se utilizeaza tensiuni de alimentare mai mici, preferabil sub 50V, Pentru butoanele si senzorii la distanta se foloseste curent continuu,

Echipamente Se utilizeaza transformatoare de izolare dimensionate corespunzator si surse de alimentare separate pentru sistemele de comanda. Atentie la autotransformatoare, Se utilizeaza relee care pot opri sistemul in siguranta si impiedica repornirea in caz de defect, Unele dispozitive echivalente releelor nu asigura izolarea adecvata a intrarilor si iesirilor. Se evita folosirea lor in aplicatiile critice, Se folosesc butoane si contacte tip NO pentru intrarile ce pornesc un proces, Butoanele si celelalte dispozitive de pornire se selecteaza cu mare grija si in conformitate cu regulile de siguranta, astfel in cat operatorii echipamentelor sa nu se afle in zona periculoasa la pornirea acestora, In cazul butoanelor de pornire ce trebuie actionate cu ambele maini, in schema de actionare se integreaza atat contactele NO cat si cele NC de la fiecare buton in parte,

Oprirea Butoanele de avarie trebuie sa opreasca toate componentele masinii/instalatiei a caror functionare nu este absolut necesara pentru siguranta, Butoanele de avarie trebuie sa fie cablate astfel incat sa deconecteze alimentarea tuturor sistemelor actionate electric, Pentru oprirea de avarie se utilizeaza butoane tip ciuperca, rosii, Pentru oprire se folosesc tot butoane de culoare rosie dar nu de tip ciuperca, Dupa eliberarea butonului de oprire trebuie folosita o secventa de pornire, La apasarea butoanului de avarie ar trebui sa se reduca si presiunea in masinile de prelucrare pentru a permite eliberarea usoara, O procedura de eliberare ar trebuie implementata pentru a permite scoaterea operatorilor in cazul blocarii accidentale in zona de actiune a masinii, Daca exista dispozitive de stocare a energiei (de ex. bancuri de condensatoare) trebuie asgurata scoaterea lor din functiune la apasarea butonului de avarie, Butoanele de oprire sunt de tip NC, Se folosesc protectii care permit functionarea numai in conditii de siguranta, de exemplu detectia deschiderii usii panourilor, Daca defectarea unei intrari de oprire in PLC poate duce la aparitia unui defect grav, se foloseste redundanta,

Montaj Cablarea se realizeaza astfel incat alimentarea sa se faca prin partea de sus a echipamentului, Cand se lucreaza cu echipamente de tip presa, frana, trebuie acordata o atentie deosebita la verificarea conditiilor de functionare si a reglajelor, Se verifica setarile intrerupatoarelor, Conductoarele se grupeaza dupa nivelul de tensiune/putere si se ruteaza separat, Izolatia conductoarelor trebuie dimensionata la tensiunea cea mai mare din dulapul respectiv, Se folosesc semnalizari pentru starea procesului, verde pentru functionare normala, rosu pentru semnalizarea eventualelor probleme, Dulapurile se construiesc astfel incat sa se evite contaminarea cu substante din fluxul tehnologic, de ex. ulei, Canalele si tuburile de cablu trebuie etansate daca strabat spatii cu grade diferite de umiditate sau temperatura, Aparatajul din panouri trebuie protejat cu sigurante fuzibile, In panouri, partile aflate sub tensiune nu trebuie sa poata fi atinse cu obiecte de dimensiunea degetelor, dar pot fi accesibile sondelor de masura.