AUTOMATE PROGRAMABILE

1. AUTOMATE PROGRAMABILE Lectii, Activitati de invatare, Teste

2. ETAPELE PROCESULUI DE PROIECTARE A SISTEMELOR DE AUTOMATIZARE Competenţa: 26.1. Identifică automatele programabile după dimensiunea magistralei de date. Obiectiv: După parcurgerea acestei activităţi veţi fi capabili să: - Selectaţitipul de logicăpotrivitpentruimplementareauneiautomatizări.

3. ETAPELE PROCESULUI DE PROIECTARE A SISTEMELOR DE AUTOMATIZARE • Sistemele de automatizareproiectatepot fi implementateîndouă moduri: • Prinlogicacablată, caz în care: • a.Funcţia realizată depinde de conexiunile dintre module, deci de cablaj şi • b.Oricemodificareînfuncţia de conducere a sistemului necesită modificări hardware. • Prinlogicaprogramată, ceea ce presupune: • a. Existenţa unui echipament universal pe care poate rula orice aplicaţie; • b. Funcţia sistemului de automatizare este realizată de un program aflat într-o memorie. Modificarea funcţiei sistemului, în acest caz, nu se face prin modificări hardware ci software, deci prin încărcarea în memorie a unui alt program.

4. TIPURI DE LOGICĂ • Dacă sistemul de automatizare are de gestionat un număr mare de parametri şi/ sau algoritmul de conducere este complex atunci se optează pentru implementarea prin logică programată. • Dacă în schimb, cerinţele de viteză sunt primordiale, se optează pentru implementarea prin logică cablată. • În cazul sistemelor care au cerinţe şi de complexitate şi de viteză, soluţia de implemetare va fi una mixtă. Concluzie: Proiectareaunuisistem de automatizarevaîncepecu faza de definire a problemeiîn care se face şi partajarea sistemului în logică cablată şi în logica programată.

5. Activitateade învăţare:1.1.Tipuri de logică. Competenţa: 26.1. Identifică automatele programabile după dimensiunea magistralei de date. Obiectiv: După parcurgerea acestei activităţi veţi fi capabili să: - Selectaţitipul de logicăpotrivitpentruimplementareauneiautomatizări. Folosind fişa de documentare 1.1. şi pornind de la enunţurile de mai jos, realizaţi un eseu de circa 10 rânduri în care să dezvoltaţi ideile conţinute în enunţuri. În realizarea eseului trebuie să folosiţi minim 7 cuvinte din lista dată mai jos. Înlogicacablată realizarea funcţiei depinde de …………….. Modificarea în funcţia de conducere presupune ………………… Logica cablată se poate utiliza în cazul ………………. Înlogicaprogramată este nevoie de un …………………. Modificarea în funcţia de conducere presupune ………………. Se apelează la logica programată …………………. Lista de cuvinte: soluţie mixtă, echipament universal, număr mare de parametri, algoritm complex, viteză de variaţie, viteza de procesare a datelor, tratare a erorilor, hardware, software, program.

6. ETAPELE DE PROIECTARE A LOGICII CABLATE Competenţa: Identifică automatele programabile după dimensiunea magistralei de date. Obiectiv: După parcurgerea acestei activităţi veţi fi capabili să: - identificaţi etapele de proiectare a logicii cablate.

7. A. Partajarea blocurilor Sinteza blocurilor B. Sinteza blocurilor C. Implementarea cu circuite logice D. Testarea blocurilor componente Lucrează corect? NU DA E. Testarea prototipului Lucrează corect? NU DA F. Proiectare produs final Figura 1.2.1. Algoritmul de proiectare a logicii cablate. PROIECTAREA LOGICII CABLATE • A. Partajareablocurilor • Sistemul se împarte în blocuri folosind criterii funcţionale(care au în vedere funcţia îndeplinită) sau • criterii poziţionale (care au în vedere poziţia ocupată). • Blocurileproiectatetrebuie să realizeze un compromis între două criterii oarecum contradictorii care se impun acestora şi anume: • - să aibăcomplexitatecâtmairedusă pentru a putea fi uşor de realizat şi testat şi • - numărul blocurilor să fie cât mai mic pentru a nu apărea probleme de interconectare.

8. B. Sintezablocurilor Înaceastă etapă se exprimă funcţionarea blocurilor prin funcţii logice. C. Implementarea cu circuitelogice Se implementează funcţiile logice cu ajutorulcomponentelorelectronicemontatepe: - circuiteimprimaterealizate special sau - prinwrapingpeplăci universale. Înainte de implantarecomponentelevor fi testate. Se realizează apoi conexiunile între plăci. D. Testareablocurilorcomponente Testareablocurilorcomponente se face separat, încondiţii cât mai apropiate de cele reale, simulându-se blocurile încă nerealizate. Dacă în urma testării apar erori se reia procesul de la etapa C.

9. E. Testareaprototipului • Înaceastă etapă pot să apară conexiuni greşite datorate fazei B, de sinteză a blocurilor, • fapt pentru care se reia procesul de la această etapă. • Modificările făcute pot afecta funcţionarea întregului sistem. • Nu este exclusă reproiectarea întregului sistem. • F. Proiectareprodus final • Proiectareaprodusului final poatedurafoartemultmai ales dacă prototipul a fost implementat • pe plăci universale iar • produsul final trebuie realizat pe circuite imprimate. • De multe ori ciclul trebuie parcurs de mai multe ori până la realizareaunuiprodusacceptabil.

10. Sinteza blocurilor Lucrează corect? NU DA Lucrează corect? NU DA Activitatea de învăţare 1. Etapelede proiectare a logiciicablate. • Folosind Fişa de documentare 1.2. • darşi altesurse de informare: • internet(cine are petelefon), • caietulde notiţe, • refaceţi diagramaetapelor de proiectare a logiciicablate • cu textelecorespunzătoare din listă. Elevii se pot organizaîngrupemici (2 – 3 elevi) sau pot lucra individual. Timp de lucru 5 minute.

11. Activitatea de învăţare 2.Etapele de proiectare a logiciicablate. • Folosind Fişa de documentare2, internet(cine are petelefon), caietulde notiţe, • faceţi asocierile corespunzătoare între denumirile etapelor procesului de proiectare a logicii cablate şi caracteristici ale acestora.

12. ETAPELE DE PROIECTARE A LOGICII PROGRAMATE. Competenţa: 26.1. Identifică automatele programabile după dimensiunea magistralei de date. Obiectiv: După parcurgerea acestei activităţi veţi fi capabili să: - identificeetapele de proiectare a logicii programate.

13. Partajarea sistemului în logică cablată şi logică programată A. Alegerea configuraţiei sistemului B. Proiectarea programului C. Scrierea programului sursă D. Asamblarea programului E. Testarea programului Este corect ? NU DA Satisface performanţele impuse ? NU DA F. Înscrie programul în PROM G. Elaborarea documentaţiei . Logicaestestiinta care studiazacorectitudineagandirii, folosireaexpresiilorcorecte, concise, precise pentruredareagandurilor. ALGORITMUL DE PROIECTARE A LOGICII PROGRAMATE. • Proiectarealogiciiprogramate se face pebazaalgoritmului.

14. Semnificaţia blocurilorcomponente • A. Alegereaconfiguraţiei sistemului • Alegereaconfiguraţiei sistemului de calcul se face pebazaanalizei de sistem. • Se determină • numărul de intrări, • numărul de ieşiri , • numărul de dispozitive detransmitere a informaţiei, • capacitatea memoriei, • tipul şi numărul de interfeţe cu procesul. • Tot în această etapă se face o analiză preliminară a performanţelor sistemului şi a soluţiilor care ar duce la realizarea acestora. • B. Proiectareaprogramului • Se face schiţarea operaţiilor ce urmează a fi executate de program. • C. Scriereaprogramuluisursă • Scriereaprogramuluiînlimbaj de asamblaresauîntr-un limbaj de nivel superior. • D. Asamblareaprogramului • Translatareaînlimbaj cod maşină automat în mediul de dezvoltare.

15. E. Testareaprogramului • Testareaprogramuluiurmăreşte verificarea faptului că programul răspunde corect la cerinţele impuse. • Fazele de scriere, translatare şi testare se repetă de mai multe ori până când codul maşină funcţionează corect. • Se verifică apoi dacă programul satisface performanţele impuse sistemului prin tema de proiectare. • Se verifică mai ales viteza de răspuns. Dacă sistemul nu răspunde se încearcă o optimizare a acestuia. Dacă nici după optimizare sistemul nu răspunde cerinţelor se reia analiza sistemului pentru a vedea ce blocuri pot fi realizate în logica cablată. • F. Înscrieprogramulîn PROM • Dacă verificarea sistemului este încheiată cu succes, programul este înscris în PROM. • G. Elaborareadocumentaţiei • Se elaborează documentaţiaaferentă.

16. Partajarea sistemului în logică cablată şi logică programată Este corect ? NU DA Satisface performanţele impuse ? NU DA Evaluare 1.Etapelede proiectare a logiciiprogramate. Timp de lucru 5 minute. Completaţiurmătoareadiagramă cu textelecorespunzătoare din listă: •Alegereaconfiguraţiei sistemului, • Testareaprogramului, • Elaborareadocumentaţiei, • Înscrieprogramulîn PROM, • Asamblareaprogramului, • Scriereaprogramuluisursă, • Proiectareaprogramului. Obiectiv: După parcurgerea acestei activităţi veţi fi capabili să: - identificaţi etapele de proiectare a logicii programate.

17. Activitatea de învăţare 1 10 minute.Caracteristicileetapelor de proiectare a logiciiprogramate. • Faceţi asocierile corespunzătoare între denumirile etapelor procesului de proiectare a logicii programate şi caracteristici ale acestora. Obiectiv: După parcurgerea acestei activităţi veţi fi capabili să: - specificecaracteristici ale etapelor de proiectare a logicii programate.

18. Data: 11.11.2013 Activitatea de învăţare 2. Clasificareaautomatelorprogramabile. • Competenţa: 26.1. Identifică automatele programabile după dimensiunea magistralei de date. Obiective: După parcurgerea acestei activităţi veţi fi capabili să: - clasificaţi automatele programabile după 3 criterii; - identificaţi automatul programabil pe bit.

19. Activitatea de învăţare 2. Folosindcaietul de notiţe, faceţi asocierile corespunzătoare între criteriile de clasificare ale AP şi tipurile de AP.

20. Tema3. SCHEMA BLOC A AUTOMATULUI PROGRAMABIL

21. Schema bloc a automatuluiprogramabil cu prelucrare la nivel de bit (APB) • Automateleprogramabile cu prelucrarea la nivel de bit sauautomateleprogramabilepe bit (APB), suntdestinateconduceriiproceselor de complexitatemedie. • Structuraunui APB esteasemănătoare cu a unui calculator. • Cadeosebire, un APB trebuie să controleze un număr mare de intrări şi ieşiri din proces în condiţii de siguranţă funcţională ridicată. • Pentru a putea răspunde în timp realarhitectura internă estesimplificată iarsetul de instrucţiuni redus.

22. BLOCURILE COMPONENTE ALE APB SUNT: • Unitatea centrală, este “creierul” APB, cecoordonează activitatea din întregul sistem. • Consola de programare, esteechipamentulpe care se realizează programul ce va rula pe APB, şi de pe care se încarcă în memoria de programe a APB acest program. • Perifericede intrare,suntblocurilefuncţionale prin care APB primeşte informaţii din proces (de la întrerupătoare, comutatoare, contactoare, relee, limitatoare). • În multe abordări, se utilizează noţiunea de Interfeţe de intrare. • Periferice de ieşire, suntblocurilefuncţionale prin care APB trimitecomenziînproces (de exemplupentrualimentareaunorbobine de releesaucontactoare, sauaprinderea de lămpi de semnalizare). • În multe abordări, se utilizează noţiunea de Interfeţe de ieşire. • Periferice interne (temporizări/ contorizări),suntblocurilefuncţionale prin care se pot genera intervale de timpşi contorizări de evenimente;

23. Magistrala internă • estereprezentată de conexiunile prin care se face schimbul de date între modulelecomponente ale automatuluişi este structurată funcţional în: • - magistrala de date, pe care circulă datele înspre şi dinspre unitatea centrală; • - magistrala de adrese,pe care unitatea centralădepuneadreseleperifericelor cu care dialoghiază; • - magistrala de control, pe care circulă semnalele de comandă. • Toatetransferurile de date se facprinmijlocirea unităţii centrale. Aceasta plasează pe magistrala de adrese adresa modulului cu care doreşte să comunice iar pe magistrala de control activează semnalul care defineşte sensul informaţiei. Datele de intrare citite sunt prelucrate în unitatea logică iar rezultatele sunt trimise la ieşiri.

24. Activitatea de învăţare . Blocurilecomponente ale APB.Competenţa:26.2. Recunoşte configuraţia de bază a automatelor programabile cu prelucrare la nivel de bit.Obiectiv:După parcurgerea acestei activităţi veţi fi capabili să:- identificeblocurilecomponenteşiconexiuniledintreelepentru un automat programabil cu prelucrare la nivel de bit;

25. Tipulactivităţii: Diagrama păianjen. Folosind fişa de documentarecaietul de notiţe, completaţi următoareaschemă bloc a APB cu denumirilecorespunzatoare din listă: Unitatea centrală, Periferice interne (temporizări/ contorizări), Periferice de ieşire, Consola de programare, Periferice de intrare

26. Activitatea de învăţare. Rolulfuncţional al blocurilor componente ale APB. • Competenţa: • 26.2. Recunoşte configuraţia de bază a automatelor programabile cu prelucrare la nivel de bit. • Obiectiv: • După parcurgerea acestei activităţi veţi fi capabili să: • explicaţi rolul funcţional al blocurilorcomponente ale automatuluiprogramabil cu prelucrare la nivel de bit. Tipulactivităţii: Potrivire.

27. Folosindcaietulde notiţe, faceţi asocierile corespunzătoare între blocurile unui APB şi rolul lor funcţional.

28. 02 /12/2013 Structuramagistralei APB. Rolulfuncţional al blocurilor componente ale unităţii centrale

29. Competenţa: • 26.2. Recunoşte configuraţia de bază a automatelor programabile cu prelucrare la nivel de bit. • Obiectiv: • După parcurgerea acestei activităţi veţi fi capabili să: • structuraţi funcţionalmagistralaunui automat programabil cu prelucrare la nivel de bit. • explicaţi rolul funcţional al blocurilorcomponente ale unităţii centrale a unui automat programabil cu prelucrare la nivel de bit.

30. Magistrală Magistrală Magistrală internă a APB Magistrală

31. Registrul instrucţiunii curente Numărătorul de adrese Memoria program Blocul de control Buffer de adrese Unitatea logică Memoria internă Magistrala de date Magistrala de control Magistrala de adrese Schema bloc a unităţii centrale a unui APB cu prelucrarepe bit Unitatea centrală

32. Semnificaţia blocurilor unităţii centrale este următoarea: Numărătorul de adrese, este un circuit numărător care indică adresa din memorie de unde va fi citită instrucţiunea ce urmează a fi executată; Memoria program, este un circuit de tip EEPROM în care se află programul APB, încărcat de la consola de programare. La aplicarea la intrarea sa a adresei instrucţiunii ce trebuie executată, la ieşire va trimite codul acestei instrucţiuni, memorat la adresa respectivă. Registrulinstrucţiunii curente, este un registruce se încarcă cu instrucţiunea de executat citită din memoria de program de la adresa indicată de numărătorul de adrese; Blocul de control, decodifică codul instrucţiunii aflat în corpul instrucţiunii şi prin semnalele de control rezultate, comandă operaţiile din APB implicate de instrucţiunea curentă; Bufferul de adrese,este un registru care memorează temporar adresa perifericului sau locaţiei de memorie cu care unitatea centrală face schimb de informaţii; Unitatea logică,prelucrează datele achiziţionate de perifericele de intrare sau citite din memoria internă şi trimite rezultatul în memoria internă sau la perifericele de ieşire; Memoria internă,este un circuit de tip RAM destinatmemorării variabilelor utilizate în program.

33. Magistrala de control Magistrala de date Magistrala de adrese 5 minute Activitatea de învăţare • Identificatiblocurilecomponente ale unităţii centrale şi conexiunile dintre ele pentru un automatprogramabil cu prelucrare la nivel de bit. • Completaţi următoareaschemă bloc a unităţiicentrale a APB cu denumirilecorespunzatoare din listă: unitatea logică, registrulinstrucţiunii curente, blocul de control, buffer de adrese, memoria program, numărătorul de adrese, memoria internă.

34. Activitatea de învăţare Timp de lucru 5 minute. • Faceţi asocierile corespunzătoare între blocurile unităţii centrale a unui APB şi rolul lor funcţional.

35. 9/12/2013 Blocurilecomponente ale perifericelor de intrare. Competenţa: 26.2. Recunoşte configuraţia de bază a automatelor programabile cu prelucrare la nivel de bit. Obiectiv: După parcurgerea acestei activităţi veţi fi capabili să: - identificaţi blocurilecomponente ale perifericelor de intrare ale unui automat programabil cu prelucrare la nivel de bit. PERIFERICE DE INTRARE

36. Magistrala de control Magistrala de adrese Magistrala de date Bloc decodificare adresă Bloc multiplexare semnale intrare Bloc prelucrare semnal intrare 1 Bloc prelucrare semnal intrare n Proces Schema bloc a perifericelor de intrare pentru un automat programabil cu prelucrare la nivel bit.

37. Semnificaţia blocurilor perifericelor de intrare este următoarea: • Blocul dedecodificare a adresei, primeşte la intrare codul adresei uneiintrăriîn APB din proces, compară această adresă cu adresa proprie implementată hardware şi emite semnal de recunoaştere încaz de coincidenţă a acestor două adrese. • Blocul de multiplexare a semnalelor de intrare, selectează intrarea indicată de decodificatorul adresei şi depuneinformaţia citită pe magistrala de date la momentul indicat de un semnal primit de pe magistrala de control. • Blocul de prelucrare a semnalului de intrare, adaptează semnalele din proces pentru a deveni compatibile cu cele din automatul programabil. • Construcţia acestui bloc depinde de tipul semnalelor achiziţionate din proces, respectiv semnale de tensiune sau de curent, semnale continue sau alternative, semnale de nivel mic (milivolţi – volţi) sau de nivel mare (zeci de volţi – sute de volţi). • Toateacestesemnaletrebuieaduse la nivelulşi tipul acceptate de APB, de exemplu la 0V pentru 0 logic şi 5V pentru 1 logic. • Tot acesteblocuriasigură şi izolarea galvanică între proces şi automatul programabil (princontacte de releesaucontactoare, transformatoare de impulsuri, optocuploare).

38. Timp de lucru: 5 minute. Evaluare: • Faceţi asocierile corespunzătoare între blocurile perifericelor de intrare ale unui APB şi rolul lor funcţional.

39. Perifericede ieşire

40. Magistrala de control Magistrala de adrese Magistrala de date Bloc decodificare adresă Bloc de comandă canal Bloc de ieşire 1 Bloc de ieşire n Proces Schema bloc a perifericelor de ieşire pentru un automat programabil cu prelucrare la nivel bit.

41. Semnificaţia blocurilor perifericelor de ieşire este următoarea: • Blocul dedecodificare a adresei, este un circuit ce primeşte la intrare codul adresei uneiieşiri din APB spreproces, compară această adresă cu adresa proprie implementată hardware şi emite semnal de recunoaştere încaz de coincidenţă a acestor două adrese. • Blocul de comandă canaleste un circuit demultiplexorprinintermediul căruia semnalul de pe magistrala de date este trimis la ieşirea selectată de către decodificatorul adresei. Acest bloc are şi funcţia de memorare a canalului, astfel încât semnalul să fie prezent în permanenţă la intrările blocurilor de ieşire. • Blocurile de ieşiresuntcircuitelecerealizează adaptarea de nivel a semnalul de ieşire. Ieşirea poate fi prin releu pentru semnale de curent continuu sau alternativ, prin tranzistor pentru semnale în curent continuu de nivel mic sau prin triac pentru semnale alternative de nivel mare. • Pentruevitareaperturbaţiilor datorate procesului condus se preferă izolarea galvanică a blocurilor de ieşire de elementele comandate din proces prin: relee intermediare, transformatoare de impuls sau optocuploare.

42. 5 minute. Activitatea de învăţare Evaluare: • Faceţi asocierile corespunzătoare între blocurile perifericelor de ieşire ale unui APB şi rolul lor funcţional

43. Test de evaluare • Folosind fişele de documentareşi pornind de la enunţurile din caietele de notite, realizaţi un eseu care să contina: • Definirea unui automat programabil • Clasificarea AP • Proiectareaunuisistem de automatizare • Schema bloc • Blocuricomponente • Blocurile unităţii centrale a unui APB şi rolul lor funcţional.

44. RECAPITULARE Definire. Un automat programabil este un “calculator” specializat carerealizeazafunctii de control de o diversitate de tipuri si nivele de complexitate. Varianta engleza pentru denumire era de PC dar datorita necesitatii unei diferentiericlarea aparut denumirea de Programmable Logic Controller (PLC). • Avantajele si dejavantajele automatelor programabile. • Flexibilitate: Prin intermediulautomatelor programabile este posibila conducerea concomitenta a mai multor dispozitive folosind un singur automat programabil. • implementarea schimbarilor si corectiaerorilor: Prin utilizarea automatelorprogramabile aceste schimbari sau corectii pot fi efectuate foarte usorin program; • cost redus. • posibilitati de testare: programul poate fi rulat si evaluat inainte de a fi instalat pe automat pentru a realize conducerea dispozitivului. • viteza de operare • modul de programare: prin introducerea diagramelor ladderrespectiva metodei booleeene • documentare: este posibila o foarte buna documentare a programelorfacilitand astfel depanarea acestora de catre alti programatori; • securitatea:estemarita datorita modului de lucru cu procesul;

45. DEZAVANTAJELE LUCRULUI CU AUTOMATE : • aplicatii‘fixe’: unele aplicatii nu au nevoie de automat programabil • probleme de mediu: in unele medii exista temperaturiridicate saualte conditii care pot duce la deteriorarea automatelor programabileastfel ca acestea sunt greu sau chiar imposibil de utilizat; • functionare‘fixa’: daca nu apar schimbari in cadrul procesului demulte ori folosirea automatului poate fi mai costisitoare;

46. Componentele unui automat programabil. UNITATEA CENTRALA • este compusa din 3 parti importante: • procesor, • memorie si • sursa de alimentare. • Prin intermediul acesteia se realizeazapracticconducerea intregului proces; UNITATEA DE PROGRAMARE: • este reprezentata in multecazuri de catre un calculator prin intermediul caruia pot fi scrise programe care apoi sunt incarcate pe unitatea centrala si rulate. MODULELE DE INTRARE/IESIRE: • permit interconectarea cu procesulprimind sau transmitand semnale catre acesta.

47. Registrul instrucţiunii curente Numărătorul de adrese Memoria program Blocul de control Buffer de adrese Unitatea logică Memoria internă Magistrala de date Magistrala de control Magistrala de adrese Schema bloc a unităţii centrale a unui APB Fişa de documentare . Unitatea centrală

48. Semnificaţia blocurilor unităţii centrale este următoarea: • Numărătorul de adrese, este un circuit numărător care indică adresa din memorie de unde va fi citită instrucţiunea ce urmează a fi executată; • Memoria program, este un circuit de tip EEPROM în care se află programul APB, încărcat de la consola de programare. La aplicarea la intrarea sa a adresei instrucţiunii ce trebuie executată, la ieşire va trimite codul acestei instrucţiuni, memorat la adresa respectivă. • Registrul instrucţiunii curente, este un registru ce se încarcă cu instrucţiunea de executat citită din memoria de program de la adresa indicată de numărătorul de adrese; • Blocul de control, decodifică codul instrucţiunii aflat în corpul instrucţiunii şi prin semnalele de control rezultate, comandă operaţiile din APB implicate de instrucţiunea curentă; • Bufferul de adrese, este un registru care memorează temporar adresa perifericului sau locaţiei de memorie cu care unitatea centrală face schimb de informaţii; • Unitatea logică, prelucrează datele achiziţionate de perifericele de intrare sau citite din memoria internă şi trimite rezultatul în memoria internă sau la perifericele de ieşire; • Memoria internă, este un circuit de tip RAM destinat memorării variabilelor utilizate în program.