Cercetări privind dezvoltarea aplicaţiilor cu automate programabile la sistemele de măsurări electrice asistate

UNIVERSITATEA DIN ORADEA ȘCOALA DOCTORALĂ TEZĂ DE DOCTORAT - Rezumat - Cercetări privind dezvoltarea aplicaţiilor cu automate programabile la sistemele de măsurări electrice asistate Coordonator ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. Teodor LEUCA Doctorand: Șl. ing. Diana (Georgescu) POPOVICI Oradea 2010

CUPRINS INTRODUCERE 3 CAPITOLUL 1. AUTOMATE PROGRAMABILE ÎN 11 SISTEME DE MĂSURĂ 1.1 EVOLUŢIA ŞI STADIUL ACTUAL ÎN UTILIZAREA 11 AUTOMATELOR PROGRAMABILE 1.1.1 Evoluţia hard-ului și a soft-ului AP 11 1.1.2 Descrierea AP/PLC 13 1.1.3 Caracteristicile unor produse disponibile pe piaţă 15 1.2 Dezvoltarea sistemelor automate și tendințe în controlul 20 proceselor 1.2.1 Paradigme actuale 20 1.2.2 Cercetarea și Proiectarea sistemelor cu AP/PLC 31 1.2.3 Tendinţe în controlul proceselor industriale 33 1.3 Concluzii 34 CAPITOLUL 2. BAZELE TEORETICE ALE ACHIZIŢIEI ŞI 35 PRELUCRĂRII DATELOR ÎN SISTEME AUTOMATE ASISTATE DE CALCULATOARE 2.1 Caracteristicile SAD (descriere, condiţionare, CAN, 35 CNA) 2.1.1 Descriere SAD 35 2.1.2 Condiţionarea semnalului 37 2.1.3 Conversia Analog/Digitală - consideraţii teoretice 39 2.1.4 Conversia Numeric/Analogică 50 2.2 Îmbunătaţirea performanţelor (timpi morţi, zgomot, 51 rezoluţie) 2.2.1 Studiul timpilor morți în sisteme de achiziții de date 51 2.2.2 Influenţa zgomotului asupra prelucrării semnalelor 55 2.3 Concluzii 62 CAPITOLUL 3. INTRODUCERE ÎN TEHNICILE 65 2

INDUSTRIALE DE MĂSURARE 3.1 Traductoare de măsură 65 3.1.1 Traductoare şi sisteme de măsurare 65 3.1.2 Traductoarele în sistemele automate 66 3.2 Măsurarea mărimilor neelectrice 70 3.2.1 Mărimi mecanice 72 3.2.2 Mărimi cinematice Vibrații și accelerații 82 3.2.3 Mărimi tehnologice Temperatura 84 3.3 Măsurarea mărimilor electrice 87 3.4 Concluzii 88 CAPITOLUL 4. UTILIZAREA AUTOMATELOR 89 PROGRAMABILE ÎN CONTROLUL PROCESELOR 4.1 Sisteme de Cântărire-dozare 89 4.1.1 Sisteme de Cântărire 90 4.1.2 Sisteme de Dozare 92 4.1.3 Sistem de Dozare discontinuă 94 4.1.4 Sistemul de Dozare continuă și automat 96 4.2 Aplicatii software în procesul de cântărire-dozare 100 4.2.1 Descrierea Bazei de date 101 4.2.2 Descrierea interfeței cu utilizatorul 103 4.3 Concluzii 106 CAPITOLUL 5. DEZVOLTAREA SISTEMULUI AUTOMAT 107 PENTRU MĂSURAREA ASISTATĂ DE CALCULATOR A MĂRIMILOR ELECTRICE ŞI NEELECTRICE 5.1 Bazele aplicative de implementare cu AP/PLC a 107 sistemelor automate complexe pentru măsurarea asistată de calculator a parametrilor electromecanici 5.2 Tehnici de programare pentru Sisteme automatizate cu 110 AP/PLC 5.2.1 Configurarea task-urilor 111 5.2.2 Adresare 121 5.2.3 Diagnoza directă prin interfața FBP 124 5.3 Metodă de măsurare a parametrilor electromecanici 125 5.4 Model matematic de control în flux continuu al 131 actuatoarelor prin Interpolare Lagrange 5.5 Concluzii 135 CAPITOLUL 6. SISTEME DE PROGRAME UTILIZATE ÎN 137 SISTEMUL AUTOMAT DE MĂSURA 6.1 Programarea sistemului de achiziţii date 137 3

6.1.1 Programarea sistemului de achiziții date cu AC500 137 6.1.2 Programarea automatului KT94 KT94STND 147 6.1.3 Program de Transmisie Automat Programabil KT94 și 160 Terminal Grafic MT45 6.2 Program de monitorizare parametri pe PC 168 6.3 Utilizarea Internetului pentru măsurarea asistată cu 176 ajutorul Standului 6.3.1 Proiectarea şi dezvoltarea sistemelor software distribuite 176 6.3.2 Tehnologii Java utilizate în dezvoltarea platformelor 188 client/server 6.4 Concluzii 192 CAPITOLUL 7. REZULTATE EXPERIMENTALE ŞI 193 MĂSURĂRI 7.1 Dispozitiv de măsurare a parametrilor electromecanici 193 7.1.1 Schema de principu 193 7.1.2 Stand multifuncțional pentru monitorizare parametri 194 electrici și vibraţii. (Descriere, Funcționare, Mod de lucru) 7.2 Considerente asupra măsurărilor efectuate cu Standul 195 multifuncţional 7.2.1 Discuția rezultatelor experimentale 198 7.3 Concluzii 200 CAPITOLUL 8. PROIECTAREA SISTEMELOR DE MĂSURA 201 CU AUTOMATE PROGRAMABILE 8.1 Introducere 201 8.2 Sistem general de măsură și control cu automate 202 programabile 8.3 Concluzii 207 CAPITOLUL 9. CONCLUZII ŞI CONTRIBUȚII ALE 209 LUCRĂRII 9.1. Concluzii privind cercetarea efectuată 209 9.2. Contribuții personale ale autoarei 211 9.3. Direcții viitoare de cercetare 213 BIBLIOGRAFIE 215 ANEXE 223 Anexa Lista de Abrevieri, Acronime și Neologisme utilizate 224 4

Anexa 3.1 Automatele programabile ABB caracteristici tehnice 226 Anexa 3.2 Protocoale de comunicaţie utilizate în comunicaţia dintre 227 automatele programabile sau cu calculatorul Anexa 4.1 Program Cântărire-dozare 241 Anexa 5.1 Organigrama metodei de masurare automata și control al actuatoarelor în flux continuu 245 Anexa 6.1 Poziția operanzilor în memorie la programul AC500 248 Anexa 6.2 Blocuri de funcţii în CoDeSys 249 Anexa 6.3 Blocuri de funcţii FBD/LD și IL 252 Anexa 6.4 Mediul de Dezvoltare 907PC331 al AP/PLC pentru Seriile 255 30;40;50 și 90 Anexa 6.5 Operanzii unității centrale KT94 266 Anexa 6.6 Programul KT94STND 268 Anexa 6.7 Aria de date a programului KT94STND 278 Anexa 6.8 Biblioteca de Funcţii a programului KT94STND 279 Anexa 6.9 Listing Program de afişare parametri pe PC 282 Anexa 7.1 Componența Stand multifuncțional 305 Anexa 7.2 Funcționarea Standului multifuncțional de măsurare a 308 parametrilor electromecanici Anexa 7.3 Măsurări ai parametrilor electromecanici prin monitorizare 309 pe Stand multifuncțional 5

Scopul prezentei teze de doctorat este de aprofundare a studiilor despre structurile complexe de achiziții de date și reglaj pentru procese tehnologice, având la bază automatele programabile, în corelație cu tehnica de calcul actuală, ca și de a structura principiile ce stau la baza acestor sisteme cristalizând un model de Sistem de măsură automatizat pentru monitorizarea proceselor continue, local și la distanță. Pentru a realiza scopul propus, cercetarea s-a centrat pe următoarele obiective: analiza aprofundată a caracteristicilor funcționale și de performanță ale traductoarelor, semnalului și ale AP/PLC (Automate Programabile / Programmable Logic Controllers), identificând tendințele din cele 3 domenii precum și problemele insuficient tratate; studiul și dezvoltarea unor Sisteme de Cântărire-Dozare cu AP/PLC, incluzând stabilirea unor metode de analiză software, elaborarea algoritmilor precum și a programelor de calcul necesare; studiul și dezvoltarea unei metode și dispozitiv de măsurare a parametrilor electromecanici, bazată pe modelare predictivă, cu prelucrarea datelor statististice obținute din măsurători, și interpretarea rezultatelor. Lucrarea este structurată pe două părți compuse din 3, respectiv 6 capitole, cu o Intoducere care cuprinde actualitatea temei, scopul, obiectivele și Cuprinsul. În final se prezintă Referințele bibliografice și Anexele, care încep cu Lista de abrevieri, acronime și neologisme utilizate. PARTEA I-a conține fundamente matematice și elemente de bază din următoarele domenii: CAPITOLUL 1. Automate programabile în sisteme de masură, conţine: un overview al domeniului, incluzând producătorii mai importanţi de hardware și software de automatizare, precum și descrierea, structura, principii de programare și funcționarea AP/PLC principii moderne de proiectare hard și soft bazate pe paradigmele actuale de proces discretizat, distribuit și descentralizat, incluzând suportul de comunicație, ca și tendințele în controlul proceselor industriale. CAPITOLUL 2. Bazele teoretice ale achiziţiei și prelucrarii datelor în sisteme automate asistate de calculatoare. Conține o analiză aprofundată privitor la sisteme de achiziţie date și tratament de semnal: 6

bazele matematice ale achiziţiei și prelucrării semnalelor, structura hardware a sistemelor de achiziţii de date, prezentându-se componentele specifice sistemelor de achiziţie de date ca și a modificărilor asupra semnalului ce au loc în aceste structuri, condiționarea, eșantionarea, cuantizarea și codarea ca și reconstituirea semnalelor; caracteristici și tehnici de îmbunătăţirea performanţelor, esenţiale pentru utilizarea semnalelor achiziţionate de către automatele programabile, studiul timpilor morți în sistemele de achiziție, influența zgomotului asupra calității, corelația, convoluția și îmbunătățirea rezoluției (medierea, ajustarea). CAPITOLUL 3. Introducere în tehnicile industriale de măsurare prezintă o sinteză a utilizării Senzorilor și traductoarelor pentru marimile electrice și neelectrice, având la bază referințele bibliografice din domeniu. Ele sunt descrise ca element de input în sistemele de măsurare, urmărindu-se categoriile cele mai frecvent utilizate pentru măsurarea următoarelor mărimi: curenți, tensiuni de linie, de fază, putere activă, reactivă, aparentă, Cosinus Phi, distorsiuni în tensiune și curent, armonici în tensiune și curenţi până la gradul 15, frecvența, temperaturi, cuplu, vibrații/accelerații. PARTEA a II-a conţine aspecte specifice legate de studii și cercetări: CAPITOLUL 4. Utilizarea automatelor programabile în controlul proceselor. Se prezintă rezultatele unei cercetări aplicative relativ la conducerea automată a proceselor industriale de cântărire-dozare la care autoarea a participat Sistem automat de Cântărire-dozare, și conține: un studiu aprofundat asupra sistemelor de cântărire și dozare discontinuă cu monitorizare pe PC, ca și asupra sistemelor de dozare continuă, prezentăndu-se modul de operare al instalației automate; deasemenea este prezentată arhitectura aplicaţiei software de monitorizare a procesului de cântărire-dozare într-o fabrică de nutrețuri combinate cu descrierea structurii bazei de date și a interfeței cu utilizatorul. CAPITOLUL 5. Dezvoltarea sistemului automat pentru măsurarea asistata de calculator a marimilor electrice şi neelectrice. În acest capitol s-a realizat un studiu teoretic și aplicativ de implementare cu Automate programabile/plc a Sistemelor automate complexe pentru măsurarea asistată de calculator a parametrilor electromecanici, incluzând umătoarele elemente: 7

studiu teoretic și de implementare cu automate programabile a sistemelor distribuite; tehnici de programare aprofundate care urmăresc configurare a taskurilor, adresarea memoriei și diagnoza; metoda de modelare matematică a unui sistem de măsurare automatizat pentru monitorizarea parametrilor electrici și neelectrici a cărui programare se prezintă în capitolul următor; dezvoltarea unui nou model matematic de inversiune dinamică prin interpolare Lagrange care să permită testarea parametrilor actuatoarelor în timp real cu precizie de măsurare îmbunătățită. CAPITOLUL 6. Sisteme de programe utilizate în sistemul automat de măsură. În acest context tematic au fost abordate produsele software proiectate și realizate pentru Sistemul de măsura cu automate programabile AP/PLC, adică programarea automatelor Master și Slave care realizează achiziția de date și conducerea procesului de monitorizare al Sistemului automatizat de măsură ca și programul de comunicație cu terminalul utilizator care permite controlul parametrilor. Sistemul de achizitii de date cu automat programabil AC500 ABB pentru parametrii electrici care are funcția de MASTER monitorizeaza, achizitioneaza și prelucreaza urmatorii parametrii: 1. Tensiune L1-N, Tensiune L2-N, Tensiune L3-N 2. Tensiune L1-L2, Tensiune L2-L3, Tensiune L3-L1 3. Putere activa L1, Putere activa L2, Putere activa L3 4. Putere reactiva L1, Putere reactiva L2, Putere reactiva L3 5. Putere aparenta L1, Putere aparenta L2, Putere aparenta L3 6. Cosinus Phi L1, Cosinus Phi L2, Cosinus Phi L3 7. Armonicele 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15 în tensiune L1-N 8. Armonicele 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15 în tensiune L2-N 9. Armonicele 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15 în tensiune L3-N 10. Armonicele 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15 în curent L1-N 11. Armonicele 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15 în curent L2-N 12. Armonicele 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15 în curent L3-N 13. Distorsiunile în tensiune THD U L1, THD U L2, THD U L3 14. Distorsiunile în curent THD I L1, THD I L2, THD I L3 15. Suma Cos Phi 16. Curent în N 17. Suma putere activa, reactiva, aparenta 18. Suma energie activa, reactiva, aparenta. S-au realizat următoarele programe: - programul automatului ABB AC500 care are funcția de Master conducând procesul prin intermediul convertoarelor de frecvență în mediul de dezvoltare CoDeSys (Fig. 1); astfel este posibilă stabilirea 8

legii de mișcare dorite a actuatoarelor; Fig. 1. Mediul de dezvoltare CoDeSys - programarea sistemului de achiziţii date cu automatul KT94 realizat într-o structură de segmente de plan (Fig. 2), cu ajutorul editorului FBD/LD EDITOR, necesar pentru obținerea parametrilor monitorizați; Fig. 2. SP Management - programul de transmisie dintre AP/PLC KT94 către terminalul grafic de afisare MT45 realizat cu ajutorul softului de dezvoltare SPS PLUS WIN (Fig. 3); 9

Fig. 3. Datele generale ale proiectului - programarea Interfeţei grafice cu PC-ul local, în Visual Basic, care memorează și afișeaza parametrii monitorizați în timp real; ea permite vizualizarea în forma grafică și în timp real a rezultatelor măsurătorilor obținute cu AP/PLC (Fig. 4.); Fig. 4. Modulul MS - studiu de implementare privind utilizarea Internetului în scopul vizualizării parametrilor monitorizați de Sistemul automatizat de măsură la distanță. 10

CAPITOLUL 7. Rezultate experimentale şi măsurări. Se prezintă Standul multifuncțional de conducere în timp real al actuatoarelor prin automatizare cu AP/PLC, schema de principiu utilizată la realizarea sa, funcționarea și modul de lucru, astfel: descrierea dispozitivului Stand multifuncțional (Fig. 5.) realizat pe baza specificațiilor din Capitolul 5 și care funcționează pe baza programelor prezentate în Capitolul 6; Fig. 5 Stand multifuncțional pentru măsurare parametrii electrici și neelectrici măsuratorile parametrilor electrici și neelectrici realizate cu Standul multifuncțional; în Tab. 1 și 2 se prezintă măsuratorile realizate utilizând funcția de transfer bazată pe interpolarea Lagrange: Tab. 1. Q 0% 20% 40% 60% Mi P * Gol P * Cup P * Gol P * Cup P * Gol P * Cup P * Gol P * Cup m1 87,390 88,099 88,592 88,826 m2 86,791 88,184 89,219 88,787 m3 87,238 87,596 89,090 88,764 m4 87,342 88,168 88,508 88,207 m5 87,301 87,447 88,555 88,756 87,020 87,840 88,855 88,515 m6 86,676 87,529 89,131 88,215 m7 87,274 88,116 89,163 88,858 m8 86,704 88,145 88,443 88,755 m9 87,336 87,567 89,204 88,291 m10 86,773 88,154 89,138 88,258 11

Tab.2 Q 80% 100% 120% Mi P * Gol P * Cup P * Gol P * Cup P * Gol P * Cup m1 88,059 87,922 87,769 m2 88,052 87,116 87,752 m3 87,603 87,940 87,779 m4 87,584 87,901 87,750 m5 88,053 87,215 87,725 87,825 87,535 87,355 m6 88,051 87,905 87,748 m7 88,045 87,876 87,775 m8 87,587 87,168 87,761 m9 88,058 87,927 87,752 m10 88,056 87,902 87,756 unde: Q- sarcina actuatorului in procente; Mi- motor m1-m10; P * Gol- putere actuator la sarcina Q masurata direct pe actuatorul testat; P * Cup- putere actuator testat la sarcina Q masurata pe actuatorul de referinta dupa cuplare. discuţie, grafice, interpretarea rezultatelor obținute; se evidențiază rezultatele obținute în urma măsurărilor efectuate, atât prin modelare matematică, cât și prin măsurări directe și care corespund unui procent de eroare mai mic de 1% (Fig. 6.). E ffec tiv e P o w e r [% ] 90,00 89,50 89,00 88,50 88,00 87,50 87,00 86,50 86,00 0 20 40 60 80 100 120 Actuator charge [%] a a-max a_min Fig. 6. Graficele comparative ale puterii efectived cu metoda de modelare inversă prin interpolare Lagrange 12

CAPITOLUL 8. Concept general de realizare a sistemelor de măsură automatizate. În acest capitol se prezintă un concept general de proiectare și realizare pentru Sisteme de măsură și control automatizate pentru monitorizare parametri electrici și neelectrici, ca o generalizare a structurilor optime pentru obținerea de Sisteme de masură automatizate capabile de a fi utilizate în monitorizarea proceselor, local și de la distanță (Fig. 7). Fig. 7. Sistemul general de măsură și control SMC CAPITOLUL 9. Concluzii și contribuții ale lucrării conține: concluziile finale; contribuția autoarei; direcții viitoare de cercetare. Concluzii privind cercetarea efectuată Literatura de specialitate oferă la ora actuală o serie de rezultate privind conducerea proceselor industriale prin sisteme automate, ca și 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 13

măsura a diferiților parametrii, la conducerea proceselor, la monitorizarea proceselor cu sisteme multiprocesor şi SCADA. Autoarea şi-a adus contributia la realizarea unor astfel de sisteme participând la realizarea lor precum şi la realizarea programelor de execuție rezidente în memoriile nevolatile ale unitatilor centrale, la alegerea traductoarelor necesare acestor măsurări şi la realizarea achiziţiilor de date. Problematica enunțată este interdisciplinară, fiind la incidența mai multor domenii, dintre care enumerăm: Senzori și traductoare, cu accent pe condițonare și uniformizarea semnalelor pentru etajul de achiziție Achiziție de semnal cu accent pe tehnologia DSP Acționări electrice Proiectarea și realizarea de sisteme automatizate cu echipamente AP/PLC în structuri distribuite și descentralizate Rețele industriale de comunicație Proiectarea și realizarea de programe pentru AP/PLC în mediile de dezvoltare specifice Realizarea și exportarea Bazei de date a rezultatelor Conducerea proceselor automatizate la distanța. În aceste condiții lucrarea Cercetări privind dezvoltarea aplicațiilor cu automate programabile la sistemele de măsurări electrice asistate s-a focalizat pe aspectele privind proiectarea și realizarea de sisteme automatizate, mai cu seamă pe programarea acestor instalații. Deşi orientarea cercetărilor din cadrul tezei a avut în special caracter aplicativ, pe lângă conducerea automatizată a Sistemului de cântărire-dozare și a Standului multifuncțional, lucrarea a dedicat câteva capitole aspectelor teoretice legate de domeniile adiacente. Principalele concluzii prezentate în cele 8 capitole sunt grupate după cum urmează :» Se poate afirma că industria AP/PLC s-a dezvoltat pe trei direcții: mini/microcontrolere, automate compacte centralizate și 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 tendința de distribuție geografică a "puterii de conducere" în paralel cu integrarea funcțiilor de conducere. Rezultanta acestor procese a dus la realizarea sistemelor tip SCADA. În prezent se manifestă tendința de a combina structurile adaptate şi fiabile ale AP/PLC cu capacitățile soft-ware ale PC-urilor. 14

» Necesitățile industriale pretind niveluri tot mai mari ale performanţelor de tratament pentru semnale și 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, și 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 performanțe, care permit flexibilitate și precizie, cât și monitorizarea procesului. Luând în considerare performanţele oferite de PLC-uri, s-au studiat și 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 obținute din măsurătorile directe și pe baza unei metode de modelare aleasă (evaluare probabilistică sau modelare probabilistică cu predicție liniara optimală) se generează o funcție de transfer; - utilizând funcția de transfer și prin efectuarea de măsuratori pe un alt actuator decît cel testat, actuator aflat în sarcina celui testat, se poate obține toată gama de parametri electromecanici doriți; Această metodă permite ca, într-un timp scurt și evitându-se eroarea umană, să se obțină 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 comunicația la distanță, iar tiparul de proiectare MVC permite realizarea unor aplicaţii scalabile, uşor de modificat/actualizat şi divizarea funcţionalităţilor de prezentare a informațiilor. 15

Pe de alta parte, programarea unui model de control rămane o activitate laborioasă, care solicită un grad înalt de cunoaștere 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 rezoluții 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. Componenta de achiziţii de date poate lucra la viteze foarte mari și poate sa utilizeze atât traductoare clasice cu ieșiri analogice cât şi traductoare de ultima generație cu ieșiri 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. Principalele contribuții personale ale autoarei sunt: Principalul obiectiv al lucrării şi principala contribuţie originală a acestei teze a fost cercetarea metodelor de implementare cât mai eficientă a sistemelor de măsură şi control cu echipamente de automatizari și realizarea unor instalații pentru achiziția de date, monitorizarea parametrilor precum şi conducerea automata a proceselor. Asfel, teza de doctorat a scos în evidență faptul ca în prezent este necesară realizarea de sisteme informationale grefate pe proces şi care sa fie construite şi sa aibe structura în urmatoarea configuratie: 1. Sistem de achiziţii de date 2. Sistem de comanda, control, reglaj şi actionare elemente de executie pentru proces 3. Sistem de calcul cu doua componente: a. componenta pentru realizarea monitorizarii punctelor din proces b. componenta de realizare a funcțiilor şi modelelor matematice Tot acest sistem informațional trebuie privit și tratat ca un anasamblu unitar în conjuncție cu procesul condus. Prin strategia de cercetare abordată au fost urmărite și realizate următoarele: 16

1. Elaborarea unui studiu privind stadiul actual al cercetarilor în sfera Automatelor Programabile/PLC industriale împreună cu prezentarea unitara a tehnologiei distribuite şi descentralizate de conducere cu automate programabile a proceselor; Evaluarea automatelor programabile şi a tehnologiei de conducere cu ajutorul acestora sta la baza elaborarii strategiilor de cercetare în domeniu şi poate fi folosita de ingineri, cadre didactice şi cercetatori. 2. Prezentarea unei noi abordări privind tratamentul semnalului în etajul de achiziție; scopul acestui studiu este de a determina implicațiile pe care le are nivelul de performanță al achizției semnalului în utilizarea și prelucrarea sa cu AP/PLC. 3. Elaborarea unui studiu având ca obiect utilizarea Senzorilor și a Traductoarelor în sistemele automatizate de măsură; acest studiu se bazeaza pe analiza unei vaste literaturi de specialitate şi are o utilitate imediata în procesul de optimizare a raportului preț/performanțe în Sistemele elaborate. 4. Propunerea unui model de aplicatie cu automate programabile pentru conducerea proceselor de cantarire-dozare care constă în realizarea sistemelor de cantarire şi dozare în variantele Stand Alone şi Master Slave realizate cu automate programabile, sisteme ce pot sa se impuna prin performante deosebite în ceea ce priveste: - precizia de cantarire data atat de conversia semnalului cat şi prin - liniarizarea caracteristicilor celulelor de sarcina prin introducerea unor modele matematice cu formulele matematice aferente - fiabilitate - costuri - polivalenta - durata de viata marita - mentenanta facila - autodiagnoza a sistemului. Fata de unele sisteme de dozare (ex. Philips) care isi corecteaza precizia de dozare dupa 6 sarje de dozare sistemele realizate isi corecteaza precizia de dozare dupa prima dozare. 5. Realizarea interfetei grafice pentru sistemele de cantarire şi dozare în variantele Stand Alone şi Master Slave care permite o programare facila a procesului de dozare şi care realizeaza o achiziţie precisa de date din proces, realizare de baze de date multiple în funcție de numarul de procese monitorizate, cuplarea unor utilizatori prin Internet la interfata grafica pentru vizualizare şi programare la distanţă. 6. Prezentarea Metodei de control în Timp-Real al actuatoarelor, materializata în Standul multifuncțional, echipament cu caracter atat direct utilizabil cat şi didactic în invatamantul superior. Principalul 17

avantaj al utilizării acestui dispozitiv în procesele de testare a actuatoarelor constă în reducerea semnificativă a duratei conjugată cu o marjă de eroare minimă garantată. 7. Dezvoltarea unui nou model matematic de inversiune dinamica prin interpolare Lagrange care sa permita testarea parametrilor actuatoarelor în timp real cu precizie de măsurare îmbunătățită, și care este propusă pentru publicare în revista Advances in Electrical and Computer Engineering (clasificată A CNCSIS); 8. Implementarea modelelor matematice (evaluare probabilistică, modelare probabilistică bazată pe predicție liniară optimală) în programele de execuție ale automatelor programabile în vederea realizarii achiziţiilor de date, generării comenzilor în conformitate cu aceste modele matematice pentru conducerea optimală a proceselor. Astfel autoarea a realizat soft-ului de aplicație necesar funcționarii Standului multifuncțional compus din: a. program automat KT94; b. program automat AC500, care sunt softuri de executie achiziţii de semnale, calibrare, procesare şi transmisie la PC şi terminal grafic; c. program transmisie terminal MT45 care constă din afisare, programare parametrii pe terminalul grafic şi realizarea transmisiei bidirecționale între terminalul grafic şi automatul programabil. 9. S-a realizat softul de interfață cu Calculatorul Personal local care permite studiul și analiza măsurătorilor efectuate. 10. Se propune o modalitate originală de proiectare soft de interfață cu rețeaua Intenet care permite conducerea procesului de control în timp real al Stand-ului de la distanță. 11. Realizarea unor determinari experimentale pe Standul multifuncțional pentru motoare asincrone de puterea 2,2-4,2 KW, în scopul calibrarii standului şi a obtinerii unor parametri electromecanici în limita unei tolerante de sub 1%, scopul principal al utilizarii standului fiind de a creste eficienta etapei de verificare finala a parametrilor motoarelor electrice, cu până la 0,5 % în timpul verificărilor finale ale motoarelor în urma unor reparatii cum ar fi rebobinarea, schimbare rulmenţi etc. 12. Un concept general de realizare a sistemelor de măsurări electrice automatizate destinate monitorizării proceselor, local și de la distanțe mari / prin Internet. Acest Sistem de măsură şi control cu automate programabile pentru achiziţionare şi măsurare semnale electrice şi neelectrice se remarca prin: precizie deosebita neexistenta caracterului exclustivist pentru traductoare dat de task-ul de calibrare 18

interconectivitate simultana prin intermediul a 7 protocoale diferite pret incomparabil mai mic decat o suma de aparate care sa realizeze acelasi numar de achiziţii şi măsurări de semnale realizarea liniarizarii caracteristicilor traductoarelor prin abordarea modelelor matematice a funcțiilor de transfer fiabilitate ridicată durata de viață marită mentenanta facila autodiagnoza a sistemului posibilitate de legare la un terminal grafic grad de generalitate mare, metoda putând constitui baza altor lucrări. Rezultatele obținute în lucrare au fost prezentate și publicate în cadrul unor conferințe naționale (SISOM'09, SNET'09, FRMISA'09) şi internaționale (PDPTA'09), precum și în reviste de specialitate (JEEE). Direcții viitoare de cercetare Aria cercetărilor și domeniul de aplicație sunt deosebit de vaste, numeroasele probleme ale sistemelor de achiziţii de date fiind mereu în actualitate. În continuare, se urmărește materializarea rezultatelor cerectării conform tezei, astfel: - Dezvoltarea şi perfectionarea sistemelor informatice prezentate în lucrare, conceptia altor asemenea sisteme care să beneficieze de ultimele rezultate ale cercetarii; - Îmbunătățirea interfețelor om-calculator cu ierarhizarea utilizatorilor şi acordare de competente diferite; - Utilizarea automatelor programabile de ultima tehnologie, în sistemele de control şi monitorizare, în scopul imbunatatirii performantelor sistemelor de măsură și cântarire dozare; - Înglobarea tehnologiilor wireless la sistemele de măsură automatizate; - Dezvoltarea unui algoritm de calcul, bazat pe reglarea cu predicție care sa permita, obtinerea cu ajutorul standului a unor măsurători cu o acuratete de 0,2-0,4 %; - Imbunatatirea tehnologiei de cântarire cu automate programabile, prin folosirea controlului predictiv bazat pe model; - Dezvoltarea valentelor didactice ale Standului multifuncțional, asfel incit acesta sa poata fi utilizat la nivel de liceu, facultate, studii postuniversitare și cercetare; - Dezvoltarea de sisteme adaptative. 19

Bibliografie selectivă [1] De Larminat P., Automatique appliquée, Hermès Lavoisier, Février 2007 [2] Cheng A., Real-Time Systems: Scheduling, Analysis, and Verification, Wiley, sept. 2002 [3] Gavris A.S., Munteanu R.jr., Zagar B., Iudean M.D., Munteanu M., Popovici D., Controlling a DC Motor with a P-I regulator using a DSP, 2 nd International Conference on Modern Power Systems MPS 2008, 12-14 november 2008, Cluj-Napoca, Romania [4] Leuca T., Hănţilă F.I., Bandici L., Molnar C., Bazele electrotehnicii. Ed. Mediamira, Cluj Napoca, pag.212, ISBN 978 973 713 189 8, 2007 [5] Maciejowski J., Predictive control with constraints, Prentice Hall, juin 2001 [6] Zaytoon J., Engell S,. Kowalewski S., Modeling and control of hybrid dynamical systems, ADPM'2000, Hermès, mai 2001 [7] Vladareanu L., Top technologies în Solid Mechanics, cap.7, Advanced Engineering în Applied Mechanics, Published by Ed. Academiei 2006, pp.29, pg. 397-434, ISBN-13 978-973-27-1370-9; ISBN-10 973-27-1370-4 [8] Munteanu R., Tarnovan I., Sisteme de masurare inteligente. Curs., Litografia UTC Cluj Napoca 1992 [9] Szekely I., Szabo W., Munteanu R., Sisteme pentru Achizitie și prelucrarea datelor, Ed. Mediamira, 1997 [10] Nagy Şt., Teodor Leuca, Electrotehnică industrială. Aplicaţii practice, Ed. Universităţii din Oradea, 125 pag., ISBN 973-613-272-2, 2003. [11] Vladareanu L., Controlul în timp real cu automate programabile în mecanica solidului. Studii și cercetari aplicative, Ed. Bren, ISBN 973-648-432-7, pp.207, Bucuresti, 2005 [12] Mitra S.K., Kaiser J.F, Handbook for Digital Signal Processing, Ed. John Wiley & Sons, New York, 1993 [13] Vladareanu L., Tont G., Munteanu R.A., Podea Z., Popovici D., Modular Structures în the Distributed and Decentralized Architecture, Proceedings of The 2009 International Conference on Parallel and Distributed Processing Techniques and Applications PDPTA '09, WorldComp 09, July 13-16, 2009, Las Vegas, Nevada, USA, Volume I, p. 42-47 [14] Popovici D., Podea Z., Velea L. M., Weighing and Dosing Automatic Systems with PLC for Liquid and Powdery Materials, annual Symposium of the Institute of SOlid Mechanics SISOM 2009, 2009 May 28-29, Bucharest [15] Oppenheim, A. V. W., Schafer, R. W., Discrete Time Signal Processing., Englewood Cliffs, Prentice-Hall, 1989 20

[16] Leuca T., Elemente de teoria câmpului electromagnetic. Aplicaţii utilizând tehnici informatice. Editura Universităţii din Oradea, pag 267, (ISBN 973-613-071-1), 2001 [17] Munteanu R.jr., Tont G., Holonec R., Traductoare pentru Sisteme de Masurare, Ed. Mediamira, 2003 [18] Podea Z., Vladareanu L., Velea L. M., Popovici D., Discretization Process Part of the Numerical Leading System, Acta Electrotehnica, Volume 50, Number 4, 2009, Mediamira Science Publisher, ISSN 1841-3323 [19] Popovici D., Velea L.M., Popovici O., Gal T.O., 2009, The Programming of Weighing and Dosing Installations with PLC's, Analele Universitatii din Oradea, Fascicula Ecotoxicologie, Zootehnie și Tehnologii de industrie alimentara, vol. XIII, Anul 8, Ed. Universitatii din Oradea, ISSN: 2065-3483, p. 1271-1277 [20] Velea L.M., Popovici D., Popovici O., Podea Z., Measurement and Control Systems with Programmable SMC- PLC Automation Systems, Conference Proceedings of The National Symposium of Theoretical Electrical Engineering SNET 09, Bucharest, 2009 21