descriere echipamente actuale

hard

Schema generala de actionare a unui motor electric prin variator de frecventa este urmatoarea:

de facut desen! !!!!!

Pentru protectia motorului la scurtcircuit sunt folosite intrerupatoare automate trifazate. Variatorul de frecvanta este folosit pentru pornirea/oprirea motorului si pentru selectarea vitezei renuntanduse astfel la vechile metode care presupuneau scurtcircuitarea unor seturi de rezistente. Variatorul de vrecventa asigura si protectia   la suprasarcina a motoarelor. Variatorul este comandat cu ajutorul unui PLC.

variatoare de frecventa

ALTIVAR 58 este un variator de tensiune/frecventa din gama Telemecanique si reprezinta solutia aleasa pentru controlul vitezei de rotatie a motoarelor asincrone prezente pe pod inlocuindu-se astfel metoda existenta ce presupunea scurtcircuitarea unor seturi de rezistente, fapt ce conduce la o crestere a fiabilitatii, a vitezei de reactie, la simplificarea schemei electrice si implicit a implementarii ei.

Mod de functionare

Principiul de functionare se bazeaza pe determinarile experimentale efectuate asupra metodelor de variatie a vitezei si a metodelor de franare a motoarelor electrice trifazate asincrone. In urma acestora s-au constatat urmatoarele:

Cuplul mecanic al unui motor asincron este dependent direct proportional cu patratul tensiunii de alimentare a masinii electrice asincrone si invers proportional cu frecventa tensiunii de alimentare.

La alimentarea masinii electrice asincrone cu raportul tensiune/frecventa constant cuplul la arborele motorului ramane constant.

Daca masina electrica asincrona este alimentata intre 2 borne cu tensiune continua atunci ea franeaza.

Daca turatia masinii de inductie - din rotor - depaseste campul magnetic invartitor din stator atunci masina asincrona intra in regim de generator.

Variatorul de tensiune/frecventa (cunoscut mai des sub denumirea de variator de frecventa) incepe sa creasca raportul tensiune/frecventa la bornele motorului electric atunci cand are o tensiune de +24 Vcc pe borna LI1 dupa o panta de accelerare prestabilita. Raportul tensiune/frecventa maxim la care poate ajunge dupa expirarea timpului de accelerare este dictat de configuratia tensiunii de la bornele LI3 si LI4. La disparitia tensiunii de +24 Vcc de la borna LI1, variatorul de frecventa va trece la scaderea raportului tensiune/frecventa dupa o panta prestabilita astfel incat la expirarea timpului de decelerare raportul tensiune/frecventa va avea valoarea minima presetata(de obicei zero). Dupa expirarea timpului de decelerare variatorul de frecventa va mai injecta o perioada de 0,5 secunde o tensiune continua in motorul electric, ceea ce conduce la o franare electromagnetica. Timpul se poate seta la PIF la valori mai mari dar nu se indica o injectie mai mare de o secunda deoarece va conduce la suprasaturarea miezului feromagnetic al motorului asincron.

La alimentarea cu tensiune de +24 Vcc la borna LI2, variatorul de frecventa va efectua acelasi ciclu, dar va inversa cele 2 faze intre ele inversand astfel sensul de rotatie al motorului.

In cazul existent nu s-a dorit franarea electrodinamica a momentului de inertie de la arborele motorului electric prin intermediul variatorului de frecventa, forta de inertie fiind preluata de frana electromecanica.

Schema bloc a unui variator de frecventa este urmatoarea:

Specificatii tehnice

Specificatii electrice:

Specificatii de mediu:

Terminale de control:

Diagrama de conexiuni:

frecventa potentiometru

motorului referinta

X-Y mA X-Y mA

rezistor de

motor trifazat franare

Suplimentar se poate achizitiona si atasa un modul de afisare ce faciliteaza controlul, comanda si supervizarea starii variatorului de frecventa si un card(placa) de extensie pentru intrari/iesiri.Pe panoul frontal modulul de afisare este prevazut cu un display si un set de 7 taste ce permit navigarea in meniuri, iar pe spatele modulului se afla un conector ce permite conectarea directa a modulului cu variatorul de viteza sau o operare de la distanta si un comutator tri-pozitional ce permite sau nu accesul la setarile si/sau configurarea variatorului de frecventa. Displayul modulului contine 4 simboluri intermitente, un afisor cu 4 caractere ce indica valori numerice si coduri, si o linie de 16 caractere ce afiseaza mesaje text.

Modulul de afisare VW3A58101 poate fi deja integrat in cadrul variatorului de frecventa, pentru modelele ATV58....M2 si ATV58....N4 sau poate fi comandat separat pentru modelele ATV58....Z.

Principalii factori care fac necesara folosirea acestui modul de afisare in cadrul sistemului ALTIVAR sunt:

Sunt afisate informatii referitoare la motor, valori electrice, parametrii de operare sau parametrii de functionare defectuoasa si parametrii de oprire.

Se pot modifica anumiti parametrii intrinseci cu care sistemul ALTIVAR vine programat din fabrica.

Se poate utiliza operarea de tip control local cu ajutorul tastelor care se afla pe acest modul.

Acest modul de afisare vine cu o memorie non-volatila care permite salvarea sau restaurarea setarilor.

Pentru a sublinia cele spuse mai sus, in figura urmatoare este prezentata partea frontala a modulului de afisare.

Modulul de afisare contine un ecran LCD prin intermediul caruia sunt transmise operatorului uman informatii referitoare la meniul curent, parametrii precum si valori ale acestora. Pentru a naviga prin meniurile Altivar-ului si pentru a face acordarile corespunzatoare, acest modul vine cu un set de butoane care indeplinesc diferite functii conform figurii de mai jos:

Pe spatele modului de afisare se afla un comutator tri-pozitional care permite selectarea a 3 niveluri de acces.

Cele 3 nivele de acces sunt urmatoarele:

Nivelul de acces de tip Display cuprinde urmatoarele elemente:

Meniul LANGUAGE: se selecteaza limba de comunicatie.

Meniul MACRO-CONFIG: sunt afisate informatii referitoare la macro-configuratia sistemului

Meniul IDENTIFICATION: sunt afisate informatii referitoare la puterea si voltajul motorului.

Meniul DISPLAY: sunt afisate informatii referitoare la valorile marimilor electrice, secventelor de operare, etc.

Nivelul de acces de tip Display and settings folosit in timpul procesului de configurare cuprinde urmatoarele elemente:

Se vor realiza toate operatiile mentionate la nivelul anterior.

Meniul ADJUST: se vor seta toti parametrii care pot fi accesati in timpul functionarii motorului.

Nivelul de acces de tip Total Unlock folosit in timpul procesului de

programare cuprinde urmatoarele elemente:

Meniul MACRO-CONFIG: pentru a schimba configuratia stabilita la pasii anteriori.

Meniul IDENTIFICATION: folosit pentru a modifica valorile motorului in ceea ce priveste nivele de cuplu maxim sau cuplu standard.

Meniul DRIVE: folosit pentru a realiza corespondenta cu valorile intrinseci ale motorului condus (se pot modifica valori precum puterea, tensiunea de alimentare, frecventa, sau factor de putere).

Meniul CONTROL: folosit pentru setarea modului cum motor poate fi condus cu ajutorul conexiunii seriale RS485

Meniul I/O: folosit pentru a modifica asignarile marimilor de intrare si de iesire.

Meniul FAULT: folosit pentru a seta modul de actiune al motorului in cazul unei proaste functionari sau a unui defect survenit in timpul functionarii.

Meniul FILES: folosit pentru a salva setarile realizate in cadrul procesului de configurare, a restabili alte setari sau pentru a restabilii setarile din fabrica.

Meniul COMMUNICATION: folosit pentru a realiza setarile in ceea ce priveste parametrii protocolului de comunicatii. Acest meniu este accesibil doar in cazul in care exista instalat un card de comunicatii.

Meniul APPLICATION: accesibil doar daca un card de tip "client application" este instalat.

Mai departe se va realiza o scurta prezentare a meniurilor prezentate anterior cu elementele componente si caracteristicile acestora.

Meniul LANGUAGE - poate fi accesat in oricare din pozitiile butonului de acces si permite schimbarea limbii de comunicatie. Se poate alege intre engleza( este setata din fabrica), franceza, italiana, spaniola, germana.

Meniul MACRO-CONFIG - poate fi afisat in oricare din fazele de lucru ale variatorului, dar nu poate fi modificat decat in cadrul nivelului de acces de tip Total Unlock. Poate fi folosit pentru a realiza automat configurarea unei aplicatii specifice. Sunt posibile trei aplicatii specifice:

conducere (Hdg)

cuplu variabil pentru aplicatii in care motorul este utilizat pentru actionarea unor pompe sau a unor ventilatoare (VT)

uz general (GEn).

Aceasta macro-configurare realizeaza o atribuire automata a intrarilor si a iesirilor precum si a parametrilor, activand astfel functiile necesare aplicatiei. Optiunea setata din fabrica este cea de conducere (Hdg)

In tabelul de mai jos sunt trecute intrarile si iesirile aferente variatorului Altivar 58, precum si rolurile indeplinite de fiecare in unul din cele 3 tipuri de aplicatii specifice (Hdg, GEn, VT). Se poate observa astfel ca intrarile LI1 si LI2 sunt folosite pentru a dicta in ce sens se va misca motorul, iar intrarile LI3 si LI4 sunt utilizate pentru a determina cele 4 viteze de rotire ale motorului.

In tabelul de mai jos sunt prezentate cele 4 viteze aferente aplicatiei de tip Hdg si modul in care, in functie de valorile bitilor de pe intrarile LI3 si LI4, se va determina viteza de lucru a motorului condus.

Meniul DRIVE-IDENTIFICATION - poate fi vizualizat in toate fazele de lucru ale variatorului. El trebuie sa indice valorile tensiunii si puterii motorului asa cum sunt indicate pe eticheta acestuia. Daca valorile indicate nu sunt identice cu parametrii motorului, atunci se va trece imediat la corectarea acestui inconvenient si introducerea valorilor corecte (acest lucru se va face cu ajutorul tastelor sageata, precum si a tastelor ENT si ESC de pe modulul de afisare).

Modul de afisare al puterii se poate face in doua moduri: fie in CP fie in kW, totul in functie de frecventa de lucru a motorului. Astfel, daca frecventa de lucru a motorului este de 50 Hz, puterea va fi afisata in kW, iar daca frecventa de lucru a motorului este de 60 Hz, atunci puterea va fi afisata in CP.

Meniul DISPLAY - poate fi accesat indiferent de pozitia comutatorului de acces din spatele modulului de afisare si permite vizualizarea unei serii intregi de parametri cititi din proces. Se poate enumera aici parametrii ca: frecventa de referinta, frecventa de iesire aplicata motorului, viteza motorului estimata de catre variator, intensitatea curentului care strabate motorul. De asemenea mai sunt prezenti o serie de parametrii necesari unei operari in conditii de siguranta ai echipamentului. Dintre acesti parametri putem enumera aici: ultimul mesaj de eroare - unde sunt afisate ultimele functionari defectuoase care au aparut in timpul functionarii variatorului, valoare termica a motorului precum si valoarea termica a variatorului. In cazul ultimilor doi parametrii, daca ne este afisata o valoare de 100% , atunci avem o functionare corecta, in limita parametrilor constructivi. Peste valoarea de 118%, controllerul declanseaza o alarma de tip OLF sau OHF (OLF - motor overload fault, adica o eroare generata de o supraincarcare a motorului; OHF - speeed controller overheating, cu alte cuvinte suntem atentionati ca nivelul termic maxim admis a fost atins).

Meniul ADJUST - poate fi accesat atunci cand comutatorul de acces este in pozitia "Display and Settings" cat si in "Total Unlock". Parametrii care sunt accesibili in acest meniu pot fi modificati atat cand procesul est oprit cat si in timpul functionarii lui. Ca masuri de securitatea muncii trebuie avut in vedere faptul ca aceste modificari pot avea urmari nedorite. De acea este recomandat ca modificarile sa fie facute atunci cand procesul este oprit. Lista parametrilor ce pot fi accesati este constituita dintr-o parte fixa si una variabila care difera in functie de:

-- macro-configuratia selectata

-- prezenta unui card de extensie pentru intrari/iesiri

-- modul de atribuire al intrarilor/iesirilor

Dintre parametrii care pot fi modificati in cadrul acestui meniu putem enumera: acceleratia, deceleratia(cu valori cuprinse intre 0.005 si 999.9, si cu valoarea prestabilita din fabrica de 3), viteza minima, viteza maxima, stabilitatea, etc.

Meniul DRIVE - poate fi accesat numai daca comutatorul de acces este pe pozitia " Total Unlock", iar parametrii pot fi modificati doar daca procesul este oprit. Performantele sistemului pot fi imbunatatite daca sunt introduse valorile nominale de pe placuta de identificare a motorului, precum si daca se realizeaza o auto-reglare a sistemului motor-variator. Ca parametri ce pot fi accesati in cadrul acestui meniu putem mentiona: frecventa nominala a motorului, curentul nominal absorbit de motor, viteza nominala a motorului, factorul de putere, tipul de oprire ce poate fi aplicata unui motor (se poate alege intre oprire de tip: rampa, oprire rapida, oprire libera, franare contracurent), etc.

Meniul CONTROL -- poate fi accesat doar daca comutatorul de acces este in pozitia "Total Unlock" , iar parametrii pot fi modificati doar daca motorul este oprit si variatorul de frecventa blocat. Acest meniu cuprinde o serie de parametrii care permit informarea variatorului asupra configuratiei hard-ware din sistem si a actiunilor ce trebuie luate. Astfel se vor seta numarul de fire ce vor fi legate la variator, marimea benzii moarte in cazul frecventei motorului, valorile minime si maxime ale semnalului analogic primit pe intrarile si iesirile analogice ale variatorului, rata de baud in cazul comunicatiei seriale RS485, etc.

Meniul I/O - poate fi accesat doar daca comutatorul de acces este in pozitia "Total Unlock". Trebuie mentionat faptul ca numarul parametrilor accesibili in cadrul acestui meniu depind de existenta cardului de memorie aditional. Astfel se poate opta pentru configuratii cu 2, 4 sau 8 viteze, se poate de asemenea opta pentru o oprire a motorului de tip franare contra-curent sau pentru o oprire de tip oprire rapida. Pentru o operare in conditii de siguranta se poate opta si pentru o limitare a cuplului. Toti parametrii prezenti in cadrul fiecarui meniu, inclusiv meniul I/O vor fi prezentati la finalul capitolului.

Meniul FAULT - poate fi accesat doar daca comutatorul de acces este in pozitia "Total Unlock". Acesta cuprinde o serie de parametrii, dintre care ii putem aminti pe cei mai importanti:

-- Auto Restart - aceasta functie este folosita pentru a restarta variatorul atunci cand se genereaza o eroare care poate avea ca principala cauza urmatoarele: o supraincarcare a liniei de alimentare electrica, o eroare cauzata de un eveniment extern, scoaterea unei faze in cazul motoarelor trifazate, comunicatie seriala defectuoasa, motor care functioneaza in regim de suprasarcina, supraincalzirea motorului, supraincalzirea variatorului.

-- Reset Type - aceasta functie poate fi accesata doar daca la una din intrarile logice ale variatorului este legat un semnal de reset generat de o eroare de functionare. Sunt posibile doua tipuri de rest: reset partial si reset total.

-- OutPhaseLoss - aceasta functie este folosita pentru activarea erorii generate de pierderea unei faze a motorului.

Meniul FILES - poate fi accesat doar daca comutatorul de acces este in pozitia "Total Unlock" si este folosit pentru a salva un numar maxim de 4 fisiere cu diferite configuratii ale variatorului.

Meniul COMMUNICATION/APPLICATION - aceste doua meniuri pot fi accesate doar daca este instalata un card aditional de comunicatii sau un card aditional de tip "aplicatie client".

Aceste meniuri sunt principalele elemente care realizeaza interactiunea dintre programator si procesul condus (motorul). Cu ajutorul lor se pot face setarile corecte, precum si ajustarile inerente oricarui proces industrial.

Modul in care se pot apela aceste meniuri este unul relativ simplu, avand caracteristicile unei structuri arborescente. Cu ajutorul tastelor sageata care se afla montate pe afisorul variatorului se poate trece destul de usor dintr-un meniu in altul, iar in cadrul meniului, cu ajutorul tastelor ENT si ESC montate de-asemenea pe afisorul variatorului, se pot activa sau dezactiva anumiti parametrii. Structura arborescenta a meniurilor este cea din figura urmatoare:

Dupa cum se poate vedea din tabelele de mai sus, numarul parametrilor cu care se poate lucra in cadrul fiecarui meniu este mult mai mare decat cel prezentat in descrierea meniurilor, de aceea pentru o mai buna cunoastere a acestora se recomanda citirea manualului.

Intrerupatoare automate de joasa tensiune.

Sunt utilizate la protectia motoarelor electrice, a retelelor de distributie si a altor consumatori. Se deosebesc de contactoare prin aceea ca pot fi actionate manual pentru a efectua inchiderea si deschiderea, au capacitate de rupere si ca urmare pot proteja circuitele sau coloanele impotriva efectelor curentilor de scurtcircuit. Actionarea automata la deschidere poate fi provocata de:

- depasirea valorii limita a curentului din circuitele pe care le inchid sau

deschid;

- scaderea sub valoarea minima a tensiunii.

Actionarea acestora se poate face direct (prin dezavorare) sau cu

electromagnet, de la distanta. Inchiderea si deschiderea circuitului se face

actionand o parghie I-D. Asupra acestui mecanism actioneaza si cele trei tipuri de protectii. Durata de actionare se compune din timpul propriu de actionare si durata de stingere a arcului.

La intrerupatoarele automate obisnuite timpul propriu de actionare este destul de mare (0,2 - 0,5 secunde) deci timpul total de deconectare este de 0,25 - 0,55 secunde, de aceea se utilizeaza si intrerupatoare cu actiune rapida care au un timp propriu de actionare foarte scurt (0,01 - 0,02 secunde).

Clasificare:

- functie de natura curentului: de curent alternativ, de curent continuu,

mixte;

- functie de numarul de poli: mono, bi si tripolare;

- dupa modul de actionare la deschidere: manuala, electrica, pneumatica;

- dupa modul de actionare la inchidere: inchidere dependenta manuala, inchidere independenta manuala, prin acumulare de energie (cu resort) dependenta de o sursa de energie exterioara.

Intrerupatorul automat ISOL 100-800 [A] (fig.7.3.)

Este destinat protejarii motoarelor electrice. Se construieste in varianta fixa sau debrosabila cu legaturi in fata LF sau cu legaturi in spate LS, pentru curenti de 25, 100, 500, 800 [A].

Unele variante pot avea releu de tensiune nula (eventual cu temporizare de 0,2, 0,5, l sau 1,5 secunde), servomotor sau electromagnet care permit manevrarea de la distanta (fig.7.4 si 7.5).

Elementele componente ale intrerupatorului ISOL sunt:

- carcasa izolanta de mare rezistenta mecanica si la umiditate

- contacte fixe si mobile rezistente la arc electric;

- mecanism rapid de inchidere si deschidere;

- declansator tensiune minima;

- declansator pentru deschidere;

- maneta de comanda manuala;

- contacte auxiliare.

Caracteristici tehnice :

- tensiune nominala 500 [V c.a] si 220 (V c.c)

- tensiune de utilizare 110, 127, 220, 380, 500 [V c.a] 50 Hz 24, 48, 110,

220 [V c.c]

- curent nominal 110, 250, 500, 800 [A]

- durata de conectare 100 %;

domeniul de reglaj pentru declansatoarele termice la +20°C 1-1,25 Ir si la +45°C intre 0,8 - l Ir

Pentru dispozitivul de temporizare :

- tensiunea de utilizare: 110, 220, 380, 500 [V c.a] 50 [Hz]

- temporizarea 0,2, 0,5, l, 1,5 (secunde).

Intrerupatoare automate OROMAX 1000 - 4000 [A].

Se utilizeaza pentru protectia liniilor a motoarelor mari si a

transformatoarelor din instalatiile electrice industriale si navale.

Se caracterizeaza prin ;

- capacitate mare de inchidere si rupere;

- posibilitate de utilizare in protectia selectiva a retelelor datorita

capacitatii termice ridicate;

- variante multiple de executie;

- echipare complexa cu dispozitive de semnalizare si blocaj asigurand securitatea totala a personalului.

PLC

Prezentare generala

Un automat programabil este un sistem specializat destinat pentru tratarea problemelor de logica secventiala si combinationala, simuland structurile logice de comanda printr-o configuratie elastica, programabila. Prin conceptia sa, automatul programabil este adaptabil pentru functionarea in mediul industrial, poate opera intr-o gama larga de temperatura si umiditate, este usor adaptabil la interfatarea cu orice proces si nu pune probleme deosebite privind formarea personalului de deservire si intretinere, datorita facilitatilor de programare oferite.

In prezent automatele programabile sunt din ce in ce mai des utilizate in toate ramurile industriale deoarece au urmatoarele avantaje, fata de tehnologia clasica cu relee intermediare:

fiabilitate ridicata

programare si utilizare usoara

flexibilitate mare

cost redus al automatului programabil si al instalatiei in care este integrat

posibilitatea de transmisie la distanta a informatiilor din instalatia condusa (sisteme de teleconducere), precum si integrarea in sisteme foarte complexe, de exemplu SCADA.

diagnoza tehnica proprie si a sistemului in care este integrat.

dimensiuni de gabarit reduse.

Clasificare automate programabile:

Automatele programabile dupa gradul de flexibilitate se clasifica in:

Automate in logica cablata. Sunt automatele care sunt destinate executarii unui ciclu program fix.

Automate in logica flexibila.

Dupa tipul implementarii hardware a unitatii centrale, automatele programabile se impart in:

automate cu memorie

automate microcontroler

automate cu microprocesor.

Din punct de vedere al extensibilitatii, automatele se impart in:

Automate compacte. Sunt automatele cu structura fixa.

Automate modulare. Sunt automate cu structura variabila, care sunt alcatuite din module (sursa de alimentare, unitate centrala de procesare, modul de intrari digitale, modul de intrari analogice, modul de iesiri digitale, modul de iesiri analogice, modul de comunicatie), montate fix pe un rack.

Automate distribuite. Sunt automatele care au module cuplate intre ele pe o magistrala seriala RS485.

Din punct de vedere al introducerii programului:

Automate cu consola de programare incorporata

Automate cu consola de programare detasabila

Automate cu programare pe calculator.

Din punct de vedere al complexitatii:

automate pentru aplicatii mici (numite si relee programabile)

automate pentru aplicatii medii

automate pentru aplicatii mari

automate pentru aplicatii foarte mari (echivalente cu calculatorul de proces). Acest tip de automat este, practic un calculator de proces, cu diferenta ca are memorie mai mica.

Din punct de vedere al operarii, automatele se impart in:

Automate cu operare scalara

Automate cu operare vectoriala.

Structura generala a unui automat programabil

Arhitectura generala a unui automat programabil este desfasurata in jurul unei magistrale de date la care sunt conectate circuitele de intrare-iesire, unitatea centrala si memoria sistemului(figura 13).

figura 13

Variabilele de intrare sunt realizate sub forma diverselor elemente de comanda si masurare incluse in sistemele operationale si auxiliare ale instalatiilor industriale: limitatoare de pozitie, marimi mecanice, sisteme de masurare analogice, dupa o conversie analog-numerica.

Variabilele de iesire dirijeaza actionarea elementelor de executie de tipul contactoarelor, electrovalvelor, electrovanelor, elementelor de afisare, etc.

Circuitele de interfata intrare-iesire au rolul de a converti semnalele de intrare de diverse forme in semnale logice adaptate unitatii centrale si de a transforma semnalele logice ale unitatii centrale in semnale de iesire corespunzatoare actionarii impuse de sistemul de forta al instalatiei conduse.

Unitatea de comanda coordoneaza toate transformarile de date furnizate de proces, efectueaza operatiile logice asupra datelor receptionate si asigura alocarea corespunzatoare a rezultatelor obtinute la iesirile programate. De asemenea, aceasta executa si o prelucrare de informatie numerica de la proces, rezultatul acestor operatii conditionand starea operatorilor logici ai unitatii de control.

Unitatea de programare permite introducerea si definitivarea programului in raport cu evolutia procesului condus si cu modificarile impuse in secventele functionale de baza ale acestuia. Solutiile adoptate de proiectanti cuprind doua versiuni:

o consola cu memorie proprie;

consola care opereaza impreuna cu automatul, utilizand memoria acestuia.

Prima varianta ofera avantajul unei programari simple, intr-un birou de proiectare, iar cea de a doua implica cuplarea directa la automat, deci implicit programarea se realizeaza nemijlocit in intimitatea procesului tehnologic condus.

Unitatea centrala este, in principiu, o unitate logica capabila sa interpreteze un numar mic de instructiuni care exprima functiile de baza intr-un proces de conducere: instructiuni de evaluare a unor expresii booleene cu pastrarea rezultatului la o variabila de memorie interna sau la o iesire, instructiuni de numarare sau temporizare, instructiuni aritmetice de adunare, scadere, comparare, etc. De asemenea, pot fi utilizate instructiuni de salt conditionat, instructiuni de subrutine, instructiuni de indexare.

Executarea instructiunilor este ciclica ceea ce determina o simplificare considerabila a structurii logice interne si evita introducerea unui sistem de intreruperi prioritare. Tinand cont de constantele de timp proprii ale actionarii procesului condus, se impune ca timpul de baleiaj al unui program de conducere sa fie inferior celei mai mici constante de timp a procesului. In EN 61131 se impune ca timpul de baleiaj (scanare) sa fie maxim de 50 msec. In acest fel, se asigura preluarea tuturor informatiilor privind elementele semnificative ale procesului si interpretarea lor imediata.

Memoria automatelor programabile stocheaza programele de date si este in general, o memorie de dimensiune mica, intre 1K si 64 K cuvinte, standardizate de obicei pe 8 sau 16 biti. Memoria este segmentata in zone, astfel:

o zona este rezervata variabilelor de intrare-iesire;

o zona este rezervata variabilelor ce definesc starea interna a automatului;

o zona destinata programului ce trebuie executat.

O caracteristica esentiala a automatului programabil este simplitatea limbajului de programare. O persoana, nefamiliarizata cu tehnicile specifice de informatica, poate sa programeze usor si rapid un automat programabil. Programarea consta dintr-o scriere directa a unor secvente de instructiuni sau ecuatii plecand de la o diagrama, organigrame de stari, expresii logice, etc. unele automate programabile utilizeaza, pentru programare un limbaj similar unei logici cablate, altele prefera limbaje simbolice de tip boolean, ceea ce confera o suplete deosebita.

Conectarea unui automat programabil la dispozitivele de intrare-iesire ale unui proces se realizeaza prin intermediul unor circuite de interfata ce asigura compatibilitatea in tensiune si putere a semnalelor transmise. Aceste circuite primesc de la sistemele de masurare si senzoriale ale procesului condus informatia de masurare corespunzatoare sau genereaza catre sistemul de actionare al procesului marimile de comanda adecvate.

Primul tip de circuite defineste sistemul de interfatare pe intrare a automatului, iar cel de-al doilea defineste sistemul de interfatare pe iesire a automatului.

Marimile transmise pot fi variabile de tip secvential sau variabile numerice in conformitate cu structura algoritmilor de comanda utilizati si cu modalitatile de prelucrare interna, in automatul programabil, a informatiei de operare. Aceste informatii sunt captate sau sunt transmise de la/la procesul tehnologic in mod periodic, conform procedurii de dialogare utilizata de automat. Trebuie subliniat, inca o data, absenta sistemului de intreruperi in structura interna a automatului programabil ceea ce impune interogarea periodica a marimilor de intrare (de la procesul condus) si activarea periodica a canalelor de iesire (la procesul condus).

sistem interfeta automat-proces

Pentru realizarea unor facilitati privind sistemul de adresare a acestor variabile, marimile corespunzatoare sunt organizate pe module, un modul cuprinzand un numar bine precizat de variabile in corelatie cu dimensiunile magistralelor utilizate si cu marimea campului de variabile.

Dialogul automat programabil-proces poate fi realizat in trei moduri:

la fiecare inceput de ciclu program sunt achizitionate toate marimile de intrare, se genereaza toate iesirile determinate in ciclul precedent, iar ulterior se trece la executia programului propriu-zis;

sunt achizitionate intai intrarile, se executa programul si se genereaza iesirile obtinute dupa noua executie a programului;

intrarile si iesirile sunt achizitionate sau generate la cerere, in conformitate cu structura logica a programului.

Sistemul de interfata pe intrare

Informatiile de intrare in automat sunt reprezentate de o serie de variabile de tipul "tot sau nimic" ce definesc anumite pozitii sau stari functionale ale instalatiei tehnologice, precum si variabilele numerice obtinute de la traductoarele de deplasare. Aceste marimi definesc, in ansamblu, campul de variabile de intrare ce constituie sursa unor operanzi primari in prelucrarea ulterioara a informatiei.

Selectia acestor marimi se obtine prin mai multe nivele de adresare in functie de numarul de intrari aplicate si de modul lor de organizare. In figura urmatoare este prezentata o schema generala de adresare pe doua nivele. Cei k A biti ai vectorului de adresa sunt defalcati in

kA=k1+k2

unde k1 si k2 realizeaza adresarea pe cele doua nivele de adresa. Activarea celor doua linii de multiplexoare este controlata prin semnalele de validare v1 si v2.

Pentru realizarea compatibilitatii electrice cu magistralele automatului programabil, semnalele primare de la intrare sunt prelucrate in circuite specializate. Acestea asigura adaptarea de impedanta necesara, separarea galvanica a sursei primare, traductorul, de circuitele interne ale automatului programabil, formarea semnalului electric in tensiune la parametrii acceptati de logica interna a acestuia, etc.

Circuitul reprezentat in figura 9.4 constituie o configuratie utilizata pe larg in acest scop [54, 161]. Acesta contine un prim grup de elemente ce asigura detec­tia semnalelor pozitive cu o amplitudine suficient de mare, diodele D si DZ si un circuit de filtrare de tip trece-jos, R_x, R₂, C_x. A doua parte a circuitului este obti­nuta dintr-un formator cu prag de tip triger Schmit ce permite obtinerea caracteris­ticilor rectangulare si de nivel constant pentru semnalele prelucrate. Cele doua parti sunt cuplate printr-un element optocuplor OC ce asigura totodata separarea galva­nica fata de sursa primara.

Sistemul acesta asigura transferul marimilor de intrare pe magistrala de date a automatului. Daca prelucrarea logica interna a automatului este numai de tip secvential, magistrala de date cuprinde o singura linie pe care vehiculeaza infor­matia respectiva. in cazul in care procesorul automatului este de tip numeric, atunci magistrala cuprinde in mod curent 8 linii, D₀,D_l,.D-_!, Variabilele de intrare de tip secvential sunt preluate de linia D₀, iar vectorul de intrare numeric este transfe­rat in paralel pe cele 8 linii ale magistralei.

Robotul poate accepta ca variabile de tip secvential toate marimile generate dupa principiul 'tot sau nimiq', deci limitatoare de pozitie, limitatoare de cap de cursa, senzori de proximitate, anumiti senzori tactili, traductoare de forta - moment cu prag etc. Toate aceste marimi sunt organizate pe module si conectate direct, sau dupa cateva adaptari, la bornele de intrare ale interfetei.

Variabilele numerice provin direct din traductoarele de masurare absolute sau din circuitul numeric (numaratorul de impulsuri) asociat masurarii incremen­tale, in aceasta categorie pot fi incluse, de asemenea, marimile furnizate de traduc­toare senzoriale de tip analogic dupa conversia acestora in marimi numerice. Se pot enumera astfel traductoarele de deplasare de tip potentiometric, majoritatea senzo­rilor tactili de tip 'piele artificiala', traductoarele de forta - moment etc.

9,2.2. Sistemul de interfata pe iesire

Transferul datelor de la automat spre sistemul de^ctionare al robotului sau spre anumite dispozitive ale instalatiei tehnologice se⁷realizeaza prin tehnici de demult iplexnie succesiva, in functie de numarul de variabile controlate [54]. Varia­bilele de iesire furnizate de automat sunt fie de tip secvential, pentru actionarea unor circuite de forja cu sistem de comanda pe poarta (tiristoare, triacuri), a unor relee intermedinre, contactoare etc., lic de tip numeric pentru controlul unor bucle di reglare din sistemul de conducere ni robotului.

in fig. 9.5 este prezentat un sistem de interfata cu decodificarea paralel a vectorului de adresa, cei k_A biti de adresa fiind segmentati in doua grupe cu k si respectiv k₂ biti. Fiecare segment serveste pentru adresarea demultiplexoarelor

DMUX1, DMUX2, functionarea in paralel a acestora permitand selectia simultana a cailor de activare pentru circuitele iesirilor secventiale si numerice. Propriu-zis, informatia de iesire vehiculata pe magistrala de date este inscrisa in circuite de memorie de tipul bistabilelor D (componentele secventiale cuplate la linia D₀) si in registre de iesire (componentele numerice). Activarea functiei de scriere in aces­te componente se obtine prin controlul semnalului de tact cu circuitele demultiplexoare mentionate si prin semnalele de validare VM, emise de magistrala de control.

Cuplarea sistemului de interfata la robot se realizeaza prin circuite de iesire specializate CE care permit adaptarea electrica cu sistemul de actionare al robotu­lui, realizarea nivelului de putere solicitat de circuitele de forta precum si separarea galvanica a etajelor [54, 162].

Circuitul este construit sub forma unui etaj amplificator de tip Darjington (figura 9.6), la care comanda este data printr-un element optocuplor OC/In iesirea amplificatorului este montata sarcina propriu-zisa, protejata la supratensiuni printr-o dioda de protectie D.

Aceste configuratii de circuite sunt utilizate de obicei la transferul varia­bilelor de tip secvential, informatiile numerice sunt transferate direct in circuitele de control numeric, forma acestora fiind compatibila cu sistemele de prelucrare utilizate in buclele de conducere numerica.

Ansamblul acestor marimi defineste campul variabilelor de iesire secventiale E sau numerice EN. In majoritatea programelor de conducere, aceste marimi sunt generate la sfarsitul unor operatii logice sau aritmetice si marcheaza de obicei finalizarea unor secvente functionale. in unele cazuri, prelucrarea logica executata intr-o anumita faza necesita apelarea unor variabile de iesire determinate intr-o faza anterioara. Pentru a facilita aceste operatii, unele automate contin o memorie suplimentara (RAM), in care se inscriu valorile iesirilor, simultan cu inscrierea in circuitele de iesire. Se obtine astfel in memorie o imagine a marimilor de iesire ce poate constitui o sursa pentru operanzii implicati in programele automatului.

4.4 Automatul programabil Twido.

4.4.1 Caracteristici hardware ale automatului

Automatele programabile Twido sunt disponibile in doua variante: Twido Compact si Twido Modular. Twido Compact este fabricat in trei tipuri de variante: cu 10 intrari/iesiri, 16 intrari/iesiri, 24 intrari/iesiri in timp ce Twido Modular este fabricat in doua tipuri de variante 20 intrari/iesiri si 40 intrari/iesiri.

Daca numarul de intrari sau/si de iesiri nu este suficient si se doreste mentinerea automatului respectiv se pot achizitiona module de extensie. Acestea pot sa fie cu 14 intrari/iesiri digitale, module pe relee sau module cu 4 intrari/iesiri analogice.

Sunt disponibile de asemenea diferite module sau alte elemente auxiliare care pot fi atasate automatului programabil pentru a permite marirea performantelor automatului precum:

- card de memorie

- card pentru ceasul de timp real

- adaptor pentru facilitarea comunicatiei

- modul de afisare

- simulator pentru intrari

- simulator pentru iesiri

- cablu de programare

- cablu pentru intrarile si iesirile digitale.

Twido Modular

Controlerul modular 20 I/O:

este disponibil in 2 modele: cu iesiri sursa de tip transistor(TWDLMDA20DTK) sau cu iesiri de amortizare de tip transistor(TWDLMDA20DUK)

au 12 intrari numerice si 8 iesiri de tip sursa sau de amortizare

are ca intrare 1 conector analogic de tip tensiune

are 1 potentiometru analogic

are 1 port serial analogic

are 1 conector pentru cablaje

accepta pana la 4 module I/O de expansiune

accepta pana la 2 interfete AS si module de interfata de tip magistrala V2

accepta cartuse optionale (RTC

si memorie - 32 KB or 64 KB)

accepta ori un modul de expansiune de afisare sau un modul de expansiune de comunicatie

Controlerul modular 20 I/O:

are 12 intrari numerice,6 iesiri de tip releu si 2 iesiri sursa de tip transistor

are ca intrare 1 conector analogic de tip tensiune

are un potentiometru analogic

are un port serial integrat

are un bloc terminal pentru cablaje

accepta pana la 7 module de expansiune de tip I/O

accepta pana la 2 interfete AS si module de interfata de tip magistrala V2

accepta cartuse optionale (RTC

si memorie - 32 KB or 64 KB)

accepta ori un modul de expansiune de afisare sau un modul de expansiune de comunicatie

Controlerul modular 40I/O :

este disponibil in 2 modele: cu iesiri sursa de tip transistor(TWDLMDA40DTK) sau cu iesiri de amortizare de tip transistor(TWDLMDA40DUK)

are 24 intrari numerice si 16 iesiri de transistor de tip sursa sau amortizare

are ca intrare 1 conector analog de tip tensiune

are un potentiometru analogic

are un port serial integrat

are un conector pentru cablaje

accepta pana la 7 module I/O de expansiune

accepta pana la 2 interfete AS si module de interfata de tip magistrala V2

accepta cartuse optionale (RTC si memorie - 32 KB or 64 KB)

accepta ori un modul de expansiune de afisare sau un modul de expansiune de comunicatie

Descrierea potentiometrului analogic

Controlerele TWDLMDA20DUK, TWDLMADA20DTK, TWDLMDA20DRT,TWDLMDA40DUK, si TWDLMADA40DTK au un potentiometru analogic .Acest potentiometru analogic poate fi setat pentru o valoare cuprinsa intre 0 si 1024 .

Aceasta valoare este stocata in cuvinte si este updatata la fiecare scanare.Pentru mai multe informatii refreitoare la potentiometrul analog,vezi manualul de referinta al TwidoSoft Software.

Urmatoarea figura (pag 61 jos) descrie potentiometrul analog montat pe controllerul modular TWDLMDA40DUK.

Intrarea analogica de tensiune

Aceasta sectiune descrie intrarea analoaga de tip tensiune cu referire la controllerul modular.

Intrarea analoaga de tip tensiune face legatura intre o sursa de tensiune de la 0 pana la 10 VDC.Tensiunea analoaga este convertita intr-o valoare de la 0 la 512 si este stocata in cuvintele sistemului.

Descrierea componentelor unui controller modular(pag 63)

Notiuni generale refritoare la controllerul modular

Specificatii de operare:

1.Temperatura de operare : de la 0 pana la 55°C

2.Temperatura de stocare : de la -25°C pana la +70°C

3.Umiditate relativa : de la 30 pana la 95% Rh

4.Gradul de poluare: 2 (IEC60664)

5.Gradul de protectie: IP20

6.Imunitate la coroziune : fara gaze corozive

7.Inaltimea de operare : de la 0 pana la 2000 m

8.Rezistenta la vibratii:

Montat pe o sina DIN:

de la 10 la 57 Hz amplitudine 0.075 mm,de la 57 la 150 Hz

acceleratie 9.8 ms2 (1G)

Montat pe un tablou:

de la 2 pana la 25 Hz amplitudine 1.6 mm,de la 25 pana la

100 Hz acceleratie 39.2 ms2 (4G)

9.Puterea de impact: 147 ms2 (15G), 11 ms durata, 3 socuri pe  axe, pe cele 3 axe mutual perpendiculare (IEC 61131).

10.Greutate: 140 g 185 g 180 g

Specificatii pentru baterie:

1.Timp: 30 zile la 25°C (77°F) dup ace bateria a fost incarcata la maxim.

2.Tipul bateriei:Acumulator litiu

3.Timpul, de incarcare: 15 ore pentru o incarcare intre 0% si 90 % 4.Timp mediu de functionare: 10 ani

Specificatii electrice:

1.Tensiune: 24 VDC

2.Limitele de tensiune permise:de la 20.4 pana la 26.4 VDC

3.Curentul maxim de intrare:

Controller plus 4 module I/O: 15 W (26.4 VDC)

Controller plus 7 module I/O 19 W (26.4 VDC)

4.Limita admisa de intrerupere a alimetarii cu energie: 10 ms

5. Rezistanta dielectric :

1 minut la 500 VAC, intre sursa de alimentare si impamantare

1 min la 1500 VAC intre terminale I/O si impamantare

6 rezistenta izolatiei:

- intre sursa si terminalele pentru impamantare: minim 10MΩ (500VDC)

- intre intrari/iesiri si terminalele pentru impamantare: minim 10MΩ (500VDC)

7 rezistenta la zgomot:

- pentru terminalele de alimentare: de la 50ns la 1μs, pentru o tensiune de 1kV

- pentru terminalele de intrare/iesire: de la 50ns la 1μs pentru o tensiune de 1,5kV

8 curentul maxim de strapungere este de 40A

9 efectele proastei conectari a automatului la sursa de alimentare pot fi:

- in cazul inversarii polaritatii automatul va functiona normal

- in cazul utilizarii unei tensiuni sau a unei frecvente neadecvate automatul poate fi distrus iremediabil

- in cazul conectarii improprii a terminalelor automatul poate fi distrus iremediabil

Automatul este prevazut cu 2 porturi de comunicatie care pot fi configurate prin program sa comunice folosind fie protocolul RS-485 fie protocolul RS-232. Foaia de catalog a PLC-ului contine urmatoarele informatii:

- in cazul portului 1 standardul de comunicatie este de tip RS-485;

- in cazul portului 2 standardul de comunicatie utilizat poate sa fie atat RS-485 cat si RS-232;

- pentru portul 1, rata maxima de baud este de:

- 19200bps pentru o conexiune PC Link;

- 38400bps pentru o conexiune Remote Link;

- pentru portul 2, rata maxima de baud este de:

- 19200bps pentru o conexiune PC Link;

- 38400bps pentru o conexiune Remote Link;

- ambele porturi permit realizarea atat a comunicatiei Modbus RTU cat si a celei

ASCII intre master si slave;

- atunci cand unul din cele 2 porturi este integrat intr-o retea master/slave,

numarul maxim de conexiuni Remote Link este de 7;

- distanta maxima a cablului de comunicatie dintre un port al automatului master

si celalalt port al automatului master este de 200m;

- automatul nu este prevazut cu izolatie galvanica intre circuitele interne si

porturile de comunicatie;

- portul 1 permite conectarea la un modem de la care poate decat sa citeasca date

Caracteristicilor semnalelor de intrare:

- 12 puncte de intrare pe o linie comuna;

- tensiune nominala a semnalului de intrare este de 24VDC;

- variatia semnalului de intrare poate sa fie cuprinsa intre 20,4VDC si 26,4VDC;

- curentul nominal de intrare:

- pentru intrarile I0, I1, I6, I7 curentul nominal suportat este de 5mA/intrare (24Vcc);

- pentru intrarile de la I2 la I5 si I8 la I23 curentul nominal suportat este de 7mA /intrare (24 Vcc)

- impedanta de intrare:

- pentru intrarile I0, I1, I6,I7 impedanta de intrare este de 5.7kΩ;

- pentru intrarile de la I2 la I5 si I8 la I23 impedanta de intrare este de 3,4kΩ pentru fiecare punct de intrare;

- timpul de activare a intrarii este:

- pentru intrarile I0 la I7 de 35μs plus valoare filtrului;

- pentru intrarile de la I8 la I23 valoarea timpului este de 40μs plus valoare filtrului;

- timpul de dezactivare a intrarii este:

- pentru intrarile I0, I1, I6,I7 de 45μs plus valoare filtrului;

- pentru intrarile de la I2 la I5 si I8 la I23 valoarea timpului este de 150μs plus valoare filtrului;

- nu exista izolatie intre terminalele aferente intrarilor;

- izolarea galvanica intre circuitele interne se face cu ajutorul optocuploarelor;

- se foloseste o metoda statica de determinare a semnalului;

- in cazul nerespectarii valorilor tensiunii sau/si curentului de intrare, automatul poate fi avariat iremediabil;

lungimea cablului de la senzorul din sistem si pana la intrare in automat poate sa fie de maxim 3m in concordanta cu normele referitoare la protectia bruiajelor electro-magnetice.

Circuitele interne de intrare:

Caracteristicilor semnalelor de iesire:

automatul are 6 iesiri de tip releu si 2 iesiri de tip transistor

- curentul maxim pe fiecare iesire de tip releu este de 2A sau 8A pe intreaga linie iar la iesirile de tip tranzistor 1A pe intreaga linie;

- rezistenta initiala a contactoarelor - maxim 30mΩ;

- timpul de viata electric al releelor este minim 100000 cicluri inchidere/deschidere;

- timpul de viata mecanic al releelor este de minim 20000000 cicluri

inchidere/deschidere;

- rezistenta stratului de dielectric este de:

- 1500VAC timp de 1 minut pentru izolatorul dintre iesiri si circuitele interne;

- 1500VAC timp de 1 minut pentru izolatorul dintre iesiri si

terminalele COM.

Modul de realizare a conexiunilor pentru intrari/iesiri:

sau nu

4.4.2 Facilitati de comunicatie ale automatului

Automatele Twido, sunt dotate cu unul sau doua porturi de comunicatie care pot fi utilizate pentru a dialoga cu alte automate de tip "Remote I/O", "controllere peer" sau alte dispozitive de uz general. Dintre cele doua porturi prezente pe PLC numai primul port poate fi folosit pentru a comunica cu PC-ul (cu softul de programare Twido-Soft), in timp ce pentru a comunica cu alte dispozitive, inclusiv alte automate, pot fi folosite ambele porturi. Automatele Twido au fost proiectate pentru a asigura trei tipuri de protocoale de comunicatie: Remote Link, ASCII si Modbus (modbus master sau modbus slave).

Protocolul Remote Link este un protocol destinat comunicatiilor master/slave de mare viteza intre un dispozitiv master si pana la 7 dispozitive slave. Exista posibilitatea ca intr-o astfel de retea distribuita, programul ce trebuie executat sa fie transferat numai pe automatul master, slave-urile fiind folosite doar ca module I/O de tip "remote", sau programul ce trebuie rulat sa fie rezident o parte pe automatul master, iar alta parte pe automatele slave si in acest caz avem o configuratie de tip "peer to peer". Este important de mentionat ca in cazul acestui protocol numai unul din cele 2 porturi disponibile poate fi configurat pentru acest protocol, si ca automatele slave trebuiesc setate fiecare separat pentru a-si putea executa corect functiile.

Protocolul ASCII este un protocol simplu folosit pentru a manipula siruri de caractere "de la" si "catre" anumite periferice cum este cazul imprimantei. Acest protocol se poate realiza cu ajutorul instructiunii "EXCH" si cu functia bloc "%MSGx". Protocolul de tip ASCII permite realizarea a 3 tipuri de comunicatii:

- numai transmisie

- numai receptie

- transmisie /receptie

Protocolul Modbus este un protocol de tip master/slave care permite unui singur dispozitiv master si numai unuia sa ceara raspunsuri de la dispozitivele slave sau sa actioneze pe baza raspunsurilor primite de la slave. Dispozitivul master poate interoga fie un singur slave sau poate transmite un mesaj de tip broadcast catre toate dispozitivele slave. Masterele raspund la interogarile trimise de catre slave cu conditia ca acestea sa fi fost adresate lor. Slave-urile nu vor genera raspunsuri in cazul unei transmisii de tip broadcast. Modul de lucru modbus master permite automatului Twido sa trimita o interogare catre un dispozitiv slave si apoi sa astepte un raspuns de la acesta. Modul modbus master este posibil numai cu ajutorul instructiunii "EXCH". Modul modbus slave permite unui automat Twido sa raspunda interogarilor modbus generate de elementul master si este modul prestabilit de comunicare(daca nu s-au facut schimbari in ceea ce priveste comunicatiile). Automatul Twido suporta datele de tip modbus standard precum si functiile de control pentru accesul la obiecte.

Intr-o retea de tip RS-485 se pot instala pana la maxim 32 de dispozitive (un master si pana la 31 de slave-uri) adresa fiecaruia fiind cuprinsa intre 1 si 247. Acestea sunt cele 3 tipuri de comunicatii pe care un automat Twido le permite.

traductoare

Traductorul

Acest termen deriva din cuvantul latinesc "transducere", care inseamna "a transfera".

Traductorul este un element functional tipic din structura sistemelor automate, reprezentand dispozitivul care converteste o marime fizica proprie unui sistem, intr-o marime (de obicei electrica sau pneumatica si cu un domeniu de variatie calibrat) apta pentru a fi receptionata si interpretata cantitativ de echipamentele de conducere. Pentru realizarea functiilor traductorului, sunt necesare operatii de conversie a informatiei si transformari energetice, bazate pe energia dezvoltata de marimea din proces sau pe cea furnizata de sursa auxiliara. Structura generala a unui traductor [10-6, 10-10], prezentata in figura 10.1, contine elementul sensibil (ES), adaptorul (Ad) si, optional, elementul de legatura pentru transmiterea semnalului (EL) si sursa auxiliara de energie (SAE).

Elementul sensibil (detector, captor sau senzor) reprezinta componenta primara, care detecteaza marimea fizica x pe care traductorul trebuie sa o masoare. Este detectata numai marimea x si se elimina sau se reduc (la un minim acceptabil) influentele exercitate asupra ei de celelalte marimi care actioneaza in mediul de functionare al traductorului. Marimea de intrare modifica starea elementului sensibil, aceasta presupunand un consum de energie. Modificarea de stare consta in aparitia unui semnal la iesirea ES sau variatia unor parametri de material ai acestuia; in al doilea caz se genereaza un semnal de iesire numai consumandu-se o energie externa de activare, care este asigurata de blocul SAE.

Adaptorul (Ad) are rolul de a adapta informatia obtinuta la iesirea elementului sensibil, la cerintele impuse de aparatura de automatizare care o utilizeaza. Adaptoarele se caracterizeaza printr-o mare diversitate a elementelor constructive de intrare, care asigura preluarea semnalelor provenite de la elementul sensibil. Aparatura standardizata de automatizare include adaptoare care contin elemente constructive comune la iesire, astfel incat sa se genereze semnale unificate, indiferent de tipul sau domeniul de valori ale marimii de intrare.

Structura functionala simpla a traductorului contine numai elementul sensibil si adaptorul. Unele particularitati functionale, tehnologice sau economice impun includerea unor elemente auxiliare, care sunt de doua tipuri:

elemente de legatura, folosite pentru transmiterea catre adaptor a modificarii de stare a elementului sensibil; ele realizeaza conexiuni electrice, mecanice, optice sau de alta natura;

surse auxiliare de energie, care asigura energia necesara conversiilor de semnal care se produc in elementul sensibil si in adaptor, fara sa altereze performantele impuse semnalului de iesire al traductorului.

In functie de natura semnalelor furnizate la iesire, traductoarele (folosite in

automatizari) se impart in electrice (electronice) si pneumatice. Dupa forma de variatie in timp a semnalelor de iesire, traductoarele sunt analogice sau numerice. De obicei, traductoarele folosite in automatizarile industriale au semnale de iesire cu variatii intr-o gama fixata, indiferent de domeniul de valori ale marimii de intrare. Apare astfel posibilitatea tipizarii celorlalte elemente din sistem, care, in asemenea conditii, functioneaza cu semnal unificat. Tipizarea permite producerea in serii mari a aparatelor de automatizare, modularizarea, intersanjabilitatea si interconectarea comoda a diferitelor componente ale sistemului etc.

Principalele semnale analogice unificate, furnizate de traductoare, sunt urmatoarele:

- curent continuu: 0,5-5 mA, 2-10 mA sau 4-20 mA;

- tensiune continua: 0-10 V, 0-20 V sau -10+10 V;

- presiune (aer): 20-100 kN/m2.

Traductoarele-numerice. Traductoarele din aceasta categorie convertesc narimea masurata, deplasarea, intr-un numar N, corespunzator numarului de cuante de deplasare si echivalent cu distanta parcursa. Dupa modul in care este redat acest numar N se disting doua tipuri de traductoare: incrementale, la care ultima pozitie atinsd este obtinutd din pozitia precedenta, prin cumularea cu numarul de cuante corespunzatoare deplasarii si absolute, in care numarul de cuante este codificat intr-un cod adecvat.

Traductoare incrementale liniare. Principiul de functionare al acestor traductoare se bazeaza pe impartirea domeniului de masurare intr-un numar de cuante elementare si contorizarea acestora simultan cu deplasarea elementului mobil. Elemental de baza la aceste sisteme este rigla de masura (figura 4.2). Constructia riglei de masura depinde de principiul utilizat. Sunt folosite frecvent doua sisteme: inductosinul liniar sau rigla

optica.

Inductosinul liniar este de fapt transpunerea in plan a unui selsin multipolar, la care rotorul este o rigla a carei lungime trebuie sa acopere domeniul de masurare, iar statorul este un cursor ce se deplaseaza deasupra riglei. Rigla are o singura infasurare iar cursorul doua infasurari, ambele realizate cu acela§i pas, dar decalate cu (2k + 1)p/2

Cele doua infasurari ale statorului sunt alimentate cu tensiuni de forma:

u_l =Usinωt

u =Ucosωt

La iesire, pe infasurarea riglei, este obtinuta tensiunea:

u = U'sin(ωt- πx/p )

unde x este pozitia relativa intre rigla si cursor in cadrul unui pas. Asadar cota totals se calculeaza cu o relatie de forma

X = Np12 + x

Masurarea pozitiei va fi realizata in doua etape, o contorizare a semipasilor p/2, urmata de o masurare a fazei semnalului in cadrul unui pas. Considerand o realizare tehnologica cu pasul p al riglei de ordinul mm, masurarea fazei determina obtinerea unei precizii pana la ordinul micronilor. Aceste sisteme de masura au, de asemenea, avantajul unei deosebite robusteti tehnologice.

3. Inductosinul

Acest senzor are acelaßi principiu de functionare ca ßi resolverul, de care diferá ínsá prin realizarea practicá. Cele douá variante constructive sunt inductosinul liniar, respectiv inductosinul circular (rotativ). Senzorii de acest tip sunt frecvent íntälniti ín industria constructoare de maßini (mai ales la maßinile-unelte cu comandá numericá), dar ßi ín metalurgie sau ín aplicatii din domeniul militar. Inductosinele se remarcá prin precizia ínaltá de másurare a deplasárilor liniare mari sau a celor unghiulare.

3.1. Inductosinul liniar

Cele douá elemente componente ale inductosinului liniar sunt urmátoarele:

rigla, care reprezintá, de obicei, partea fixá ßi corespunde rotorului resolverului; lungimea acesteia trebuie sá fie mai mare decät deplasarea maximá másuratá, dacá se foloseßte o singurá riglá;

cursorul, care are dimensiuni mai mici, fiind, de regulá, solidar cu obiectul mobil, a cárui pozitie trebuie másuratá; cursorul corespunde statorului resolverului.

Rigla ßi cursorul sunt realizate, fiecare, pe un suport rigid sau elastic, pe care este depusá o peliculá de material izolator din punct de vedere electric, folosit ca adeziv pentru o folie din cupru, de grosime 0,030,07 mm. Din aceasta din urmá sunt realizate, prin procedee serigrafice, o serie de conductori paraleli, ínseriati, care formeazá ínfáßurári plane, continue, multipolare, cu pas t uniform. Suprafetele riglei ßi cursorului sunt acoperite cu un lac protector, iar pe suprafata cursorului se lipeßte, apoi, o folie ecran, realizatá din aluminiu. Principiul constructiv al inductosinului liniar ßi pozitia relativá a elementelor componente ale acestuia ín timpul functionárii sunt prezentate ín figura 3.35.

Rigla are o singurá ínfáßurare electricá, iar cursorul prezintá douá ínfáßurári, fiecare cu acelaßi pas t ca ßi cea a riglei, dar decalate íntre ele cu , nIZ, n>0. Aßadar aceste douá ínfáßurári sunt decalate spatial cu 90^o electrice. Infáßurárile riglei ßi cursorului sunt reprezentate schematic ín figura 3.36.

Suprafetele prevázute cu conductori, ale riglei ßi cursorului se numesc suprafete active, iar ín timpul utilizárii senzorului, acestea se aflá fatá ín fatá, la o foarte micá ßi riguros constantá distantá (0,050,3 mm), numitá interstitiu riglá-cursor (figura 3.35).

Placa suport poate fi din

metale feromagnetice sau neferomagnetice, laminate la cald,

pláci sintetizate pe bazá de pulberi metalice sau ceramice, cu fete fin rectificate, tratate anticoroziv,

platbandá calibratá, din otel laminat la cald, de grosime 0,20,4 mm (suport elastic).

Materialul suportului se alege ín functie de precizia de másurare impusá, coeficientul de dilatare termicá liniará acceptat ßi destinatia senzorului.

a)

b)

Figura 3.35

Inductosinul liniar:

a) constructia senzorului; b) reprezentarea riglei ßi cursorului

Figura 3.36

Reprezentarea ínfáßurárilor inductosinului liniar

Adezivul (cu grosimea sub 0,1 mm) este dintr-o folie plasticá termoreactivá sau din härtie impregnatá cu ráßiná poliamidicá.

La inductosinul simplu, conductorii paraleli, care compun ínfáßurárile, au o látime de aproximativ 1 mm ßi o lungime de 40 mm la riglele late, respectiv 20mm lungime la cele ínguste. Conductorii cursorului sunt, de obicei, mai scurti decät ai riglei. Infáßurárile cursorului sunt sectionate ín ínfáßurári elementare (formate din doi conductori aláturati), care fac parte, alternativ, din cele douá ínfáßurári decalate spatial cu . Procedändu-se astfel, se eliminá erorile de másurare datorate neplaneitátii suprafetei active a cursorului sau interstitiului riglá-cursor variabil, dar apar dificultáti la realizarea conexiunilor íntre ínfáßurárile elementare.

La inductosinele multiple, existá douá ínfáßurári suplimentare, cu pas mare, realizate pentru pozitionári de precizie medie ßi grosierá; la inductosinul triplu, aceste douá ínfáßurári au conductoarele dispuse sub forma unui mánunchi conic.

Alimentänd ínfáßurarea x₁y₁ a cursorului cu o tensiune sinusoidalá, de frecventá ridicatá (f_c=210 kHz), ín jurul acestor conductori apare un cämp magnetic care se ínchide prin aer ßi care ínconjoará ßi conductorii ínfáßurárii a₁b₁ a riglei, aflatá ín imediata vecinátate. Ca urmare, ín ínfáßurarea a₁b₁ se induce tensiunea , care variazá sinusoidal atät ín timp, cät ßi ín spatiu (figura 3.37).

Figura 3.37

Evolutia ín timp ßi spatiu a tensiunii induse ín ínfáßurarea riglei

Pentru aceeaßi pozitie relativá riglá-cursor, tensiunea variazá sinusoidal ín timp, cu frecventa . La un moment dat, valoarea tensiunii induse depinde sinusoidal de pozitia relativá riglá-cursor, perioada spatialá fiind t

Inductosinul liniar poate fi alimentat pe riglá, cänd se prelucreazá t.e.m. induse ín ínfáßurárile cursorului, sau pe cursor, cänd informatia de pozitie se obtine din t.e.m. indusá ín ínfáßurarea riglei.

a)    Alimentarea ínfáßurárii riglei

Tensiunea de excitatie este , iar tensiunile induse ín ínfáßurárile cursorului sunt , respectiv , unde x<t este pozitia cursorului fatá de riglá, ín limitele unui pas polar.

b)    Alimentarea ínfáßurárilor cursorului

Ca ßi la resolver, se disting douá metode: modulatia ín amplitudine, respectiv modulatia ín fazá a t.e.m. induse ín ínfáßurarea riglei.

Modulatia ín amplitudine

Tensiunile de excitatie, aplicate ínfáßurárilor cursorului, sunt , respectiv , unde x₀ reprezintá o pozitie prestabilitá a cursorului fatá de riglá. In ínfáßurarea riglei se induce tensiunea . In acest caz, inductosinul este folosit ca dispozitiv de zero, detectänd trecerea prin zero a diferentei (x₀-x), adicá atingerea pozitiei x₀ prestabilite a cursorului, ín cadrul unui semipas polar.

Modulatia ín fazá

Infáßurárile cursorului se alimenteazá cu douá tensiuni ín cuadraturá:

. T.e.m. indusá ín ínfáßurarea riglei este , deci o tensiune cu aceeaßi pulsatie ca ßi cele de excitatie, dar defazatá cu fatá de u_c1. Dependenta acestui defazaj de pozitia x este reprezentatá ín figura 3.38.

Figura 3.38

Dependenta de pozitia x a defazajului j dintre tensiunile u_r ßi u_c1

Inductosinul liniar asigurá másurarea absolutá a pozitiei, ín domeniul unui pas sau semipas polar (ín functie de principiul de másurare folosit) sau másurarea ciclic absolutá a pozitiei, folosind un circuit complex, care asigurá ßi contorizarea numárului de paßi (semipaßi) completi parcurßi de cursor.

Interstitiul riglá-cursor foarte mic (0,050,25 mm), suprafata activá relativ mare a cursorului ßi frecventa ridicatá a tensiunilor pot genera cuplaje capacitive parazite, care denatureazá informatia de deplasare oferitá de senzor. Ca másuri de precautie se recomandá limitatea frecventei la f=w p=100 kHz ßi se ecraneazá suprafata activá a cursorului cu o folie subtire de aluminiu, conectatá la masá. La o frecventá de 10 kHz, ínfáßurárile au practic un caracter rezistiv.

Inductosinele liniare simple se livreazá ín 3 clase de precizie ( mm, mm ßi mm), iar íncadrarea senzorului íntr-una dintre acestea se realizeazá prin testarea individualá, pe standuri speciale. Precizia depinde de lungimea riglei ßi de suportul rigid sau elastic utilizat.

Lungimea unei rigle este nestandardizatá, valorile acesteia fiind, de obicei, 250 mm, 500 mm sau 1000 mm. Pentru másurarea deplasárilor mai mari, se monteazá mai multe rigle, conectate cap la cap ßi cu ínfáßurárile ínseriate, de-a lungul íntregului ansamblu culisänd un singur cursor. In asemenea situatii, se complicá operatiile de montare a elementelor senzorului.

Utilizarea inductosinelor implicá másuri speciale de protectie ímpotriva lovirii sau murdáririi, cu toate cá au o constructie mai robustá decít alti senzori neprotejati. La montare trebuie evitate excentricitátile la ínserierea riglelor, trebuie pástrat cät mai constant interstitiul riglá-cursor ßi trebuie asigurat paralelismul fatá de ghidaj ßi planeitatea suprafetei. Se impune, de asemenea, mentinerea unei temperaturi constante ín mediul de lucru.

La inductosinul liniar, cele mai mari erori de másurare sunt datorate variatiilor de temperaturá, cänd apar dilatári inegale ale riglei, respectiv piesei pe care este montatá. In conditii reale de utilizare, existá ßi erori de másurare datorate prezentei armonicilor superioare ín cuplajul mutual dintre ínfáßurárile riglei ßi cursorului, impreciziei tehnologice la realizarea ßi íncadrarea ínfáßurárilor, interstitiului riglá-cursor variabil, etc.

Principalele caracteristici ale inductosinului liniar sunt:

pasul infáßurárilor: t=2 mm;

numárul de poli pe rigla standard: 6496;

rezistenta electricá a unei ínfáßurári a cursorului: 0,31,6 W

rezistenta electricá a ínfáßurárii riglei: 0,54,5 W

frecventa optimá de lucru: f=210 kHz;

amplitudinea tensiunii de excitatie, prin ínfáßurárile cursorului: U_C=0,52 V;

curentul maxim prin ínfáßurárile cursorului: I_Cmax=1 A;

amplitudinea t.e.m. induse ín ínfáßurarea riglei: U_R=4700 mV;

raportul tensiune inductoare/tensiune indusá: 150200.

Cele mai importante avantaje ale inductosinelor liniare sunt urmátoarele:

precizia mare de másurare;

viteza maximá de deplasare a elementului mobil - teoretic nelimitatá;

másurarea directá a deplasárilor liniare mari, cu precizie ridicatá;

pretul de cost mai mic decät al traductoarelor numerice incrementale;

sunt mai putin pretentioase la atingere sau murdárire decät riglele optice.

Aceßti senzori au ínsá un gabarit mare (pretändu-se numai la unele aplicatii), montarea ßi exploatarea lor sunt pretentioase, iar utilizarea lor ín sistemele de conducere numericá impune conversia analog-numericá a semnalelor pe care le genereazá.

3.2. Inductosinul circular

Inductosinul circular sau rotativ poate fi echivalat cu un selsin multipolar, cu un numár foarte mare de poli, desfáßurat ín plan.

Inductosinul circular constá in douá discuri plate din otel, aßezate fatá ín fatá ßi concentric (figura 3.39), la o distantá foarte micá (0,10,3 mm). Un disc este mobil ßi reprezintá rotorul (solidar cu axul a cárui pozitie unghiulará trebuie másuratá), iar celálalt este fix, reprezentänd statorul solidar cu sistemul de referintá. Pe ambele discuri sunt realizate ínfáßurári electrice, formate din conductori plati, dispußi radial; pentru obtinerea acestora se foloseßte aceeaßi tehnologie ca ßi la inductosinul liniar. Pe stator existá douá ínfáßurári multipolare, decalate cu un sfert de pas polar, iar rotorul contine o singurá ínfáßurare, toate trei cu acelaßi pas t. De cele mai multe ori, statorul este inductorul, iar rotorul indusul.

La modulatia ín amplitudine, tensiunile de excitatie sunt , respectiv , iar t.e.m. indusá ín ínfáßurarea rotoricá este , unde p este numárul de perechi de poli ai ínfáßurárii rotorice, j este pozitia unghiulará a rotorului fatá de stator, cu k=0,1,2,3, iar a este pozitia unghiulará de referintá.

Figura 3.39

Constructia inductosinului circular:

S - placá-suport din otel; I - ínfáßurári (zone active).

La modulatia ín fazá, tensiunile de excitatie sunt , respectiv , iar t.e.m. indusá este

La majoritatea inductosinelor circulare, pasul de divizare este t=2^o, obtinändu-se precizii de másurare foarte bune: 5' sau chiar 1'. Existá ínsá dificultáti constructive ßi de montare, impunändu-se un interstitiu de aer de aceeaßi látime pe toatá suprafata discurilor, un cuplaj inductiv armonic, uniformitate a pasului ínfáßurárilor ßi omogenitate a materialului suport. Cänd se impune o precizie de másurare ridicatá, discurile traductorului se monteazá direct pe obiectul ín mißcare, respectiv pe cel fatá de care se másoará pozitia, eliminändu-se astfel erorile datorate ansamblului cinematic de transmitere a mißcárii.

Captarea semnalului indus ín ínfáßurarea rotorului se poate realiza ín trei moduri:

prin legáturi directe, de la capetele ínfáßurárii, cänd pozitiile unghiulare másurate nu depáßesc 360^o,

prin inele colectoare ßi perii, indiferent de pozitia unghiulará másuratá;

prin transformator rotativ, indiferent de pozitia unghiulará másuratá.

Prima metodá este putin folositá, datoritá limitárii márimii másurate. A doua metodá oferá un semnal de ießire mult mai mare decät a treia, dar are dezavantajul unei uzuri pronuntate a sistemului de perii ßi inele colectoare. La a treia metodá, captarea semnalului de la senzor nu presupune existenta unor piese cu uzurá mecanicá, dar semnalul de ießire este mult mai slab decät dacá se foloseßte a doua metodá.

Utilizarea acestor senzori ín aplicatii se datoreazá preciziei ridicate de másurare, performantá care depinde de diametrul D al discurilor senzorului ßi numárul p de perechi de poli (de obicei D este 75mm, 175mm sau 300mm ßi p este 360 sau 720). Inductosinele liniare ßi circulare sunt folosite ín domeniul constructiilor de maßini (la majoritatea maßinilor-unelte cu comandá numericá, la microscoape ín coordonate, laminoare pentru pelicule superfine, telescoape, etc.) ßi ín domeniul militar (la rampele de lansare a rachetelor, radar, navigatie mariná, etc.). Principalele firme producátoare sunt General Electric, Heidenhain, Olivetti, Sperry.

ADAPTOARE PENTRU RESOLVER SI INDUCTOSIN,

REALIZATE CU CIRCUITE INTEGRATE SPECIALIZATE

Semnalele analogice de iesire ale unui senzor de tip selsin pot fi convertite intr-un cuvant in cod binar in doua moduri:

folosind un adaptor electronic, cu o structura complexa, continand un

ansamblu de blocuri electronice cu functii precizate;

utilizand convertoare integrate hibride si componente suport, special

proiectate pentru acesti senzori.

La prima solutie s-a renuntat treptat, convertoarele integrate hibride fiind mult mai comod de utilizat si asigurand o miniaturizare a adaptorului.

Exista o familie de circuite integrate specializate, care realizeaza masurarea numerica si controlul pozitiilor liniare sau unghiulare, detectate cu senzori de tip selsin (resolver, inductosin) sau TDLV. Aceasta familie contine

convertoare hibride si circuite auxiliare.

1. CARACTERISTICILE CONVERTOARELOR INTEGRATE HIBRIDE

Componentele de baza ale familiei sunt convertoarele integrate hibride, care realizeaza conversia semnalelor analogice (provenite de la senzor) intr-un

cuvant in cod binar, folosind tehnica de conversie cu urmarire. Iesirea numerica urmareste automat deplasarea elementului mobil al senzorului, fara a necesita o comanda speciala de conversie. Metoda folosita este toleranta la zgomotele semnalelor analogice de intrare ale circuitului si la pierderile de tensiune intre senzor si convertorul integrat. In tabelul 3.2 sunt specificate rezolutia masurarii si frecventa optima de lucru pentru principalele convertoare integrate, realizate de firma Analog Devices.

Corespondenta intre numarul bitilor cuvantului de iesire al convertorului

hibrid si deplasarea unghiulara minima sesizata este data in tabelul 3.3.

Turatia maxima a rotorului resolverului, acceptata de convertoarele din

familia 1S20/40/60/61, este intre 10,5rot/s si 170rot/s. Interfetele cu circuite integrate specializate sunt folosite in multe si variate aplicatii, datorita preciziei de masurare ridicate, robustetii constructiei electromecanice, specificatiilor tehnice standardizate, dimensiunilor reduse si pretului de cost scazut.

2. STRUCTURA INTERNA SI FUNCTIONAREA CONVERTORULUI HIBRID CU URMARIRE S20

Acest circuit este realizat intr-o capsula din ceramica, cu 32 de pini.

Functia asigurata este conversia semnalelor analogice de intrare intr-un cuvant de 12 biti, in cod binar-natural, care codifica absolut pozitia   elementului mobil, in limitele unei rotatii complete - la resolver, sau in limitele unui pas polar - la inductosinul liniar. Semnalele de intrare sunt tensiunile electromotoare induse in infasurarile statorului resolverului sau cursorului inductosinului, in conditiile in care senzorul este alimentat pe rotor, respectiv rigla. Iesirile numerice ale circuitului sunt de tip three-state (trei stari)

Convertorul are schema bloc din figura 3.4 Functionarea circuitului va fi explicata considerand ca semnalele u si u de intrare provin de la infasurarile statorice ale unui resolver si sunt de forma u US sin t sin x , respectiv u US sin t cos x , unde x<360o este pozitia unghiulara a rotorului, care trebuie masurata. Infasurarea rotorica este alimentata cu ur UR sin t , iar frecventa tensiunii inductoare este

f =0,410kHz.

Cuvantul, in cod binar-natural, de la iesirea convertorului hibrid, codifica

numeric o pozitie care urmareste automat (fara o comanda speciala de

conversie) pozitia x care trebuie masurata. Se impune ca viteza de variatie a

marimii masurate sa fie mai mica decat viteza de urmarire a convertorului.

Fiecare modificare a pozitiei x cu un increment (care, in cazul resolverului, este Ax o ), declanseaza o noua operatie de conversie. Bufferele de intrare, din structura circuitului integrat, amplifica semnalele u si u , provenite de la senzor, pregatindu-le pentru prelucrarile ulterioare.

Numaratorul reversibil intern ofera la iesire un numar in cod binarnatural,

de 12 biti, care reprezinta imaginea numerica a unei pozitii unghiulare,

generate intern (unghiul numeric Multiplicatorul de mare precizie realizeaza inmultirea cu cos , respectiv sin a semnalelor u , respectiv

u (de la iesirea bufferelor de intrare), rezultand tensiunile cos sin sin u U t x si sin cos sin u U t x . Urmeaza detectarea si amplificarea erorii dintre pozitia unghiulara de masurat (x si cea generata intern ( ); acestea sunt functiile blocului detector si amplificator de eroare (DAE), care furnizeaza la iesiresemnalul

ue K u u Ue sin t sin x

Cu un detector sensibil la faza, un integrator si un oscilator controlat in

tensiune (OCT) se formeaza o bucla de reglare cu care se asigura egalarea

pozitiei unghiulare cu pozitia x de masurat. OCT are doua iesiri numerice:

UD si CK. Prima iesire comanda sensul numararii: UD=1 pentru numarare

directa (cand <x si UD=0 pentru numarare inversa (cand >x). La iesirea CK se transmit impulsurile de numarat, a caror frecventa este cu atat mai mare cu cat x este mai mare. In momentul in care x, cuvantul binar de la iesirea convertorului corespunde pozitiei unghiulare care trebuie masurate si este transferat in registrul de memorie. Functionarea acestui bloc este guvernata de un registru de control. La activarea intrarii de inhibare ( INHIB =0), se blocheaza transferul datelor din numaratorul reversibil in registrul de memorie, fara a fi perturbata buna functionare a buclei interne de reglare. Iesirea de activare (BUSY) a registrului de control este "1" ori de cate ori se actualizeaza informatia de pozitie.

Iesirea analogica de eroare (DC ERROR) poate fi considerata un semnal

prin care se testeaza buna functionare a circuitului sau respectarea restrictiilor impuse vitezei de variatie a pozitiei masurate. Astfel, daca exista malfunctii interne sau pozitia masurata are o viteza de variatie mai mare decat cea impusa, unghiul numeric , generat intern, nu mai urmareste pozitia unghiulara x a rotorului. In aceste conditii, semnalul analogic de la iesirea DC ERROR creste monoton, atentionand asupra cuvantului de iesire eronat al convertorului hibrid.

Intrarea OCT reprezinta tocmai viteza de variatie a pozitiei masurate, fiind disponibila, ca semnal analogic de viteza, la iesirea VELOCITY a

convertorului hibrid. Intrarile EN M si EN L, pentru accesul la MS octet, respectiv LS octet ai cuvantului de iesire al convertorului, controleaza transferul acestui cuvant binar pe o magistrala de date cu un numar de linii mai mic decat numarul bitilor lui. Cand este activata prima intrare (EN M =0), se transfera pe magistrala de date a sistemului numeric de conducere cel mai semnificativ octet al cuvantului de iesire al convertorului, iar cand EN L=0, se transfera cel mai putin semnificativ octet. Acest transfer de informatie nu afecteaza procesul de conversie.

Cand elementul mobil al senzorului a parcurs o rotatie completa - la resolver, respectiv un pas polar - la inductosin, iesirea RC (RIPPLE CLOCK) se activeaza RC=1); in acest moment, cuvantul de iesire al numaratorului trece de la 111 la 000 sau invers, in functie de sensul de numarare. Nivelul logic de la iesirea DIR (DIRECTION) indica directia de miscare, care este data de sensul de numarare al numaratorului reversibil. Astfel, DIR=1 cand pozitia x masurata creste, respectiv DIR=0 cand x scade. Iesirile RC si DIR sunt prevazute pentru a permite implementarea unei extensii simple, realizate cu numaratoare, pentru masurarea ciclic absoluta a pozitiei.

La intrarea REF de referinta a convertorului se aplica tensiunea de

alimentare a infasurarii rotorice, respectiv un semnal in cuadratura cu cel care alimenteaza infasurarea riglei inductosinului.

Cele mai importante aplicatii ale convertorului hibrid cu urmarire sunt in

robotica si in controlul numeric al masinilor - unelte.

3. CIRCUITE AUXILIARE

Circuitele auxiliare (numite si componente suport) sunt reprezentate de

oscilatoare de putere, preamplificatoare si transformatoare. Aceste circuite

realizeaza generarea tensiunilor inductoare sau prelucrarea primara a t.e.m.

induse in timpul deplasarii elementului mobil fata de cel fix. Dintre aceste

circuite vor fi prezentate oscilatorul hibrid de putere OSC 1758 si

preamplificatorul hibrid pentru inductosin IPA 1764.

Oscilatorul hibrid de putere OSC este realizat intr-o capsula

metalica, DIL, cu 18 pini. Circuitul genereaza tensiuni sinusoidale, cu frecventa fosc 10kHz si are schema bloc din figura 3.43.

Circuitul integrat OSC 1758 contine un oscilator (OSC) si un amplificator

de putere (AP). Oscilatorul are doua iesiri (REF si REF ) la care genereaza

doua tensiuni sinusoidale, defazate intre ele cu 90o. Prin condensatoarele

externe C si C se programeaza frecventa semnalelor de iesire, in domeniul

precizat:

f Hz

C F C F

osc

Conectand oricare iesire a oscilatorului intern direct la intrarea

amplificatorului de putere (printr-o conexiune realizata in exteriorul capsulei), se obtine la iesirea circuitului integrat un semnal UOUT Vef . Acest nivel de tensiune poate fi redus inseriind o rezistenta RS cu intrarea amplificatorului (figura 3.43). Rezistenta externa se adopta astfel:

U V

R

OUT

S

Stabilitatea amplificatorului si frecventa tensiunilor de iesire ale

oscilatorului intern depind de calitatea condensatoarelor exterioare C si C (se recomanda cele cu polystiren).

Preamplificatorul hibrid pentru inductosin IPA este un circuit integrat hibrid care realizeaza adaptarea si amplificarea t.e.m. induse in cele doua infasurari ale cursorului, in scopul prelucrarii lor de catre un convertor hibrid cu urmarire, de tipul celui prezentat anterior.

Preamplificatorul hibrid asigura atat castigul necesar in tensiune si o

impedanta de iesire redusa, cat si capacitatea de a transmite fidel semnalele de iesire pe un cablu capacitiv cu Cc=10nF. Ultima functie este utila in cazul in care senzorul si preamplificatorul sunt situate la distanta fata de convertorul hibrid.

4. CONFIGURATII DE ADAPTOARE ELECTRONICE

CU CIRCUITE INTEGRATE SPECIALIZATE

In figurile 3.45 si 3.46 sunt date doua adaptoare electronice cu circuite

integrate specializate, cuplate la un resolver, respectiv inductosin liniar.

Primul adaptor contine numai convertorul hibrid cu urmarire 1S20 si ofera la iesire, pe 12 biti, echivalentul numeric al pozitiei unghiulare masurate.

Adaptorul din figura 3.46 contine convertorul hibrid si doua componente

suport: OSC 1758 si IPA 1764. Infasurarea riglei este alimentata cu tensiunea sunusoidala generata de oscilatorul hibrid, celalalt semnal furnizat de acesta fiind aplicat la intrarea de referinta a convertorului hibrid. Cele doua t.e.m. induse in infasurarile cursorului sunt aplicate preamplificatorului hibrid, care le amplifica si asigura adaptarea in impedanta. Semnalele rezultate sunt transmise convertorului hibrid cu urmarire, la iesirea caruia se obtine cuvantul in cod binar, pe 12 biti, corespunzator pozitiei liniare masurate. Adaptorul din figura 3.46 se foloseste numai pentru masurarea absoluta a pozitiei, in interiorul unui pas polar.

Masurarea liniara cu rigle optice se bazeaza pe marcarea pasilor de masura cu zone opace si transparente, pe suport (rigid) corespunzdtor. Un sistem optic adecvat permite captarea unui semnal electric la fiecare pas parcurs de elementul mobil. Detectia primara este realizata de un sistem de fotocelule dispuse dupa o anumita lege in jurul unei axe de citire.

In figure 4.3 este prezentat un sistem cu patru fotocelule, cu un decalaj

egal cu p/4 una in raport cu cealalta. Se obtine astfel o multiplicare a numarului inpulsurilor realizate la fiecare pas deci o precizie de patru ori mai ridicata.

Mai mult, tinand cont de ordinea de formare in timp a semnalelor a doua fotocelule vecine, se poate construi un circuit care identifica sensul de deplasare al elementului. In acelasi timp, compararea semnalelor provenite de la fotocelule permite eliminarea zgomotelor parazite determinate fie de perturbatii externe de natura electrica, fie datorate vibratiilor mecanice ale sistemului. Desi in general cresterea numarului de fotocelule ofera avantaje privind in special precizia masurarii, aceasta determina in acelsi timp, o marire substantiala a complexitatii echipamentului optic, astfel incat se prefera sisteme cu cel mult doua sau patru fotocelule.

Pentru interpretarea distantei masurate, semnalele furnizate sunt contorizate cel mult intr-un circuit ce constituie interfata pentru echipamentul de conducere numeric. Un astfel de sistem este prezentat in figure 4.4. Elementul principal este un numarator ce acumuleaza impulsurile, dupa o prelucrare prealabila a acestora intr-un amplificator de putere si un circuit formator.

Valoarea masurata este stocata intr-o memorie tampon dupe care este captata intr-un procesor numeric ce controleaza intregul proces. Trebuie subliniata simpli­tatea sistemului de prelucrare numerica, caracteristica ce face ca intotdeauna masu­rarea incrementala sa fie preferabila altor proceduri, in general mai precise dar mult mai complexe.

Traductoare incrementale unghiulare

Elementul sensibil la aceste traductoare il constituie un disc cuantificat, fiecare increment unghiular masurabil determinand rezolutia sistemului. Ca si in cazul masurarii liniare si aici se utilizeaza doua tipuri mai importante de sisteme: cu inductosin si cu disc optic.

Discul optic este un disc de sticla pe care se imprima cu acelasi pas unghiu­lar zone opace (figure 4.5). Captarea semnalelor se obtine cu un numar de senzori fotoelectrici dispusi convenabil. Cea mai utilizata procedura de masurare contine doi senzori decalati cu (2k+1)ΔΦ/2 pentru generarea impulsurilor de masurare si asigurarea protectiei la citire si un senzor ce emite un singur semnal, la fiecare rotatie a discului, utilizat pentru initializarea ciclului de numarare. Circuitul de prelucrare numeric are aceeasi structura ca si cel utilizat la masurarea liniara (figure 4.4), fotocelula F₃ servind in plus la contorizarea ciclurilor de rotatie complete.

In unele sisteme de masurare, discul optic este inlocuit cu discuri cu contact. Pe un astfel de disc este dispusa o coroana circulara impartita in zone conductoare si izolate. Zonele conductoare sunt legate electric printr-o perie fixa la un inel colector care serveste ca punct de alimentare electrica. O perie colectoare explorea­za coroana circulara la fiecare rotatie a discului, la trecerea peste zonele conductoa­re obtindndu-se semnale electrice. Cu toate ca implica o tehnologie relativ simpla, sistemul este putin utilizat datorita uzurii produse in timp, la zonele de contact, de periile aflate in miscare