Par 02 2016

PAR P O M I A RY • A U T O M AT Y K A • R O B O T Y K A

kwartalnik naukowo-techniczny

2/2016 ISSN 1427-9126 Indeks 339512

Cena 25,00 zł w tym 5% VAT

www.par.pl

W numerze:

3 5

Od Redakcji

11

! "#

17

$

%&' ( %

21

)

* %

25

+ # " , *

! "

#" $% & '

( "

"

! )

) *

(

+ ! , ! ' *

-

+

'

. /

0 / 0

1 2

Ponadto: Informacje dla Autorów – 59 |

63 | ! "# # $ % & % ! ' ( % ! % ) % 64 | ) *+) , - !

. 68 | Kalendarium â&#x20AC;&#x201C; 69 | // 0 1 2 # )3 , 4567 70 | 8 3 ) 0 1 2 3 90 # 4567 8 75 | Systems, Control 1 - ! -4567 76 | # 4567; # 2 ) 78 | 0 )# < 2 4567 79

Rada Naukowa

Rok 20 (2016) Nr 2(220) ISSN 1427-9126, Indeks 339512

Redaktor naczelny

!= > -

4

" #

'

EQ

!= " [

B \

]$ * ^

@A ) )

!= * #

B

_ `

!= ) ?= 7 !

0 G [

B ] * ^

@A ! " /

4

@A ) '

/

, BA . * ! C #

, BA " B )

@A ! " / C D

! E C *F , BA # G# C !

, BA H J

/ C

' <

4

@ 5

[

B ' ]0

^

!= ' A

# #

Q .

!= 9 -= A 4 0 [ b " ][ ^

!= 5 = A

/ . @ $ J c F

#

!= >=

"

# B ] #! ^

!= > "

b# [

]$ * ^

Druk J K G # # 1 $,A A A 0 LMM ! A

!= -

4 " . @

# *

.

Wydawca

? %= " [

B ] * ^

# #

O

Q A )

TMT MT&UVL .

Kontakt 1 * # & !

# 1 A )

TMT MT&UVL .

A TT VXU MY UL # Z, A, A, A,

!= "

. #

f

!= > 4 3

.

J `

'

!= -= 3

# B H $ ]1 * ^

!= '

gb

h 0 [

][ ^

!= ) 2 4 .

J ` . @ $ !

J `

O.

!= >

'0

H [

]" ^

Pomiary Automatyka Robotyka * ,

# &

&

# YllX A YV # F *

F A #

# , #*`

O, , , # &

#

* #

!

A

" # &

#

1 * O ' JG Hj ! $ 0+ p H 10 H[$ ] H L qV^ @ O # @ , ,

1 0G A # * 0 $. ,# * # V , ], A YTUU^A ` *` F

*

* 0 # # F,

,

# # ,# O # # &

# 1 A . *` , ` ] B * `^ * * , , A [ F,

@ , *F 1 + G b C *F # ` , c A

!= 2 '

H i [

]. ' ^

!= :

'

. @

# *

b !

,

' G' C # B ,, $ G ! '

j ]0

^

!= ) B ; .

G !

_ `

!=

C

$ B $ ]$ * ^

!= A ! ; # B

#

1

.

!= : 4 :

1 G [

# ] # ^

!= ) 4 = ?

g"

h 0 [

][ ^

# 1 1A TM 0 TDTMYL

3

Od Redakcji

5

dostaw ,,

B f + H B #

H $

B . # G

& ! +

+

11

! "#

! "

#" $% & ' ( " "

# v & @h

Q

17

$

%&' ( %

! )

)

*

, F

c c

21

)

* % ( ! ! + ! ' *

,

!

J Q F , B #

25

+ # " , *

'

- .

/ . /

0 1

B

B #

B B f # B $ 1 0#

29

* . "

/ "

"

,

"

+

%2% 0 4/ %

/ ) %, H H0H

H G B #

35

+

.

"

" #

4

.

( '

,,

B

B +

B [ H

41

) +# * + #

0

!

B * w $ ! $

B bH H

49

! "

# 0

" 1 , / &1

$ # + $ # $ 5 ! ! 6 $1 (

7

'

6

'

8 ., # * c * ! , , ,

`@ / *

55

9 : 4 .

0

B # B

! ,

, # # #

1

$ $ G1 _H

;<

5 !

4 ,

63

Polecane czasopisma %

'

. , "2 '9

64

$ } .

5 % 0

" 7 6 = 5

, >

2

68

`@

1 0 5 ,

?

@< B

T

70

" B * } 1 * CC B !

4 , 1 DEF@

75

" B * } 1 * 55 G B !

4 " $B DEF@ G

76

" B * } 1 * ' H % 5 !

'%5 DEF@

78

" B * } 1 *

DEF@H , 4 I 2 .

79

. } " # " 5 4 DEF@

P

O

M

I

A

R

Y

â&#x20AC;¢

A

U

T

O

M

A

T

Y

K

A

â&#x20AC;¢

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

+ 1 + "H)

/ * #

#

1 A G ,

* Q@ ! * ! # A # , # *` , F # Q #

] !# Q +

! F #^ # Q

H0H # Q

,

Q c

! Q #*` A . @` # ,

! 1 0 # *

# 1 A )

, BA +

0 A $ F , B , @

, , , pp B * #

TMYLA 1 *F * B * * B * $H GTMYL ] ! * , # , , ^

c

c

A .

# . C ! # # #

Q .

C ! ` , # * ! # #A Redaktor naczelny kwartalnika Pomiary Automatyka Robotyka

@A ) )

3

4

P

O

M

I

A

R

Y

•

A

U

T

O

M

A

T

Y

K

A

•

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

Pomiary Automatyka Robotyka, R. 20, Nr 2/2016, 5â&#x20AC;&#x201C;10, DOI: 10.14313/PAR_220/5

/ ! /

! / !0 ! ! / ! !

06 ! = ! ; < 8 < ) ! " 8 / $ / #: :%;#-#

Streszczenie: W pracy zaproponowano wykorzystanie regulatora niecaĹ&#x201A;kowitego rzÄ&#x2122;du w systemie magazynowym z automatycznym sterowaniem wielkoĹ&#x203A;ciÄ&#x2026; dostaw. RozwaĹźania oparto na dyskretnym, niestacjonarnym, dynamicznym modelu systemu magazynowego ze zmiennym w czasie opóźnieniem. W ukĹ&#x201A;adzie sterowania zamĂłwieniami wykorzystano dyskretny regulator niecaĹ&#x201A;kowitego rzÄ&#x2122;du PDÎź, strukturÄ&#x2122; feedback-feedforward oraz zmodyfikowany predyktor Smitha. Parametry ukĹ&#x201A;adu regulacji zostaĹ&#x201A;y wyznaczone w wyniku optymalizacji z wykorzystaniem algorytmu genetycznego.

W celu oceny jakoĹ&#x203A;ci regulacji zastosowane zostaĹ&#x201A;y wskaĹşniki jakoĹ&#x203A;ci bazujÄ&#x2026;ce na ocenie zajÄ&#x2122;toĹ&#x203A;ci powierzchni magazynowej oraz utraconych korzyĹ&#x203A;ci. Przedstawione zostaĹ&#x201A;y wyniki badaĹ&#x201E; symulacyjnych dla regulatorĂłw caĹ&#x201A;kowitego oraz niecaĹ&#x201A;kowitego rzÄ&#x2122;du, co umoĹźliwiĹ&#x201A;o dokonanie analizy porĂłwnawczej skutecznoĹ&#x203A;ci dziaĹ&#x201A;ania obu regulatorĂłw. ' T / / ! ! / ! 06 / ! /

1. Wprowadzenie Globalizacja od wielu lat wymusza dynamiczny rozwĂłj Ĺ&#x203A;wiatowej gospodarki. UmoĹźliwia to zarĂłwno zakup surowcĂłw i materiaĹ&#x201A;Ăłw, jak i moĹźliwoĹ&#x203A;Ä&#x2021; sprzedaĹźy produktĂłw na wczeĹ&#x203A;niej niedostÄ&#x2122;pnych rynkach. WiÄ&#x2026;Ĺźe siÄ&#x2122; to jednak ze zwiÄ&#x2122;kszonÄ&#x2026; konkurencjÄ&#x2026;, ktĂłra zmusza maĹ&#x201A;e i duĹźe firmy do zmiany sposobu organizacji i zarzÄ&#x2026;dzania przedsiÄ&#x2122;biorstwem, a w rezultacie do planowania strategicznego [2, 3].

JednÄ&#x2026; z powszechnie stosowanych strategii jest strategia niskich kosztĂłw, ktĂłrej celem jest skrĂłcenie czasu realizacji zamĂłwienia, zmniejszenie kosztu magazynowania zapasĂłw oraz poprawa jakoĹ&#x203A;ci obsĹ&#x201A;ugi klienta [2]. Dzisiejsze przedsiÄ&#x2122;biorstwa rezygnujÄ&#x2026; z systemĂłw typu push, ktĂłre opierajÄ&#x2026; swoje dziaĹ&#x201A;anie na prognozowanym popycie. ChÄ&#x2122;tniej stosowanym systemem jest system typu pull zorientowany na popyt. JednÄ&#x2026; ze strategii systemu pull jest strategia Just-in-Time (ang. dokĹ&#x201A;adnie na czas) [2, 4]. WÂ idealnej sytuacji tej strategii produkt dostarczany jest dokĹ&#x201A;adnie w momencie zapotrzebowania, co umoĹźliwia caĹ&#x201A;kowitÄ&#x2026; eliminacjÄ&#x2122;

-

40 T & '( ! ( ! ) $ -

+$%,$+%-. $ +,$%,$+%-. $

!! " #$%

zapasĂłw, ktĂłre mogÄ&#x2026; stanowiÄ&#x2021; nawet 20â&#x20AC;&#x201C;30% caĹ&#x201A;kowitych kosztĂłw logistycznych [1].

Klasyczne metody sterowania zapasami takie jak ROP (ang.

Re-Order Point) oraz ROC (ang. Re-Order Cycle) [5, 6] sÄ&#x2026; do dziĹ&#x203A; udostÄ&#x2122;pniane w systemach informatycznych, jednak sÄ&#x2026; one szeroko krytykowane ze wzglÄ&#x2122;du na sĹ&#x201A;abÄ&#x2026; efektywnoĹ&#x203A;Ä&#x2021;, liniowoĹ&#x203A;Ä&#x2021; modeli oraz wyidealizowanÄ&#x2026; formÄ&#x2122;. W realnych systemach magazynowych przepĹ&#x201A;yw dĂłbr jest skomplikowany, opóźnienia Ĺ&#x201A;aĹ&#x201E;cucha dostaw sÄ&#x2026; zmienne, a zapotrzebowanie zmienia siÄ&#x2122; w dynamiczny sposĂłb [5â&#x20AC;&#x201C;7]. Przedstawione niedogodnoĹ&#x203A;ci przyczyniajÄ&#x2026; siÄ&#x2122; do ciÄ&#x2026;gĹ&#x201A;ego powstawania nowych modeli ksztaĹ&#x201A;towania zapasĂłw [8, 9].

OprĂłcz systemĂłw informatycznych wspomagajÄ&#x2026;cych obszar logistyki takĹźe automatycy niejednokrotnie rozwaĹźali problem sterowania zamĂłwieniami. Do jego rozwiÄ&#x2026;zania wykorzystywane byĹ&#x201A;y metody sterowania ukĹ&#x201A;adami dynamicznymi [7â&#x20AC;&#x201C;9, 22, 23] oraz optymalizacja [25, 26].

W ostatnich latach duĹźÄ&#x2026; popularnoĹ&#x203A;ciÄ&#x2026; cieszy siÄ&#x2122; teoria rachunku róşniczkowego uĹ&#x201A;amkowego rzÄ&#x2122;du [10â&#x20AC;&#x201C;13]. Znajduje on zastosowania w wielu dziedzinach. W automatyce rozwija siÄ&#x2122; nowa gaĹ&#x201A;Ä&#x2026;Ĺş teorii sterowania zajmujÄ&#x2026;ca siÄ&#x2122; regulatorami niecaĹ&#x201A;kowitego rzÄ&#x2122;du [11, 13â&#x20AC;&#x201C;15]. Regulatory PIlDÎź sÄ&#x2026; rozszerzeniem klasycznego regulatora PID. MajÄ&#x2026; one dwa dodatkowe stopnie swobody: caĹ&#x201A;kowania l i róşniczkowania Îź, gdzie l i m sÄ&#x2026; dowolnymi nieujemnymi liczbami rzeczywistymi. Stosowanie owego niekonwencjonalnego sposobu sterowania pozwala poprawiÄ&#x2021; wskaĹşniki jakoĹ&#x203A;ci regulacji, co zostaĹ&#x201A;o zaprezentowane w pracach [16, 17]. Jednak wprowadzenie dodatkowych stopni swobody powoduje, Ĺźe klasyczne metody doboru nastaw regulatora PID nie

5

J !# # ! F # + # !

Q

! # AAA

k2

d k

k k

k1

k

k

2 k

k

k

k k

Rys. 1. Schemat poglÄ&#x2026;dowy struktury analizowanego systemu magazynowego z ukĹ&#x201A;adem sterowania Fig. 1. Schematic diagram of the inventory control system

Rys. 2. Schemat blokowy ukĹ&#x201A;adu sterowania dla systemu magazynowego Fig. 2. Block diagram of the controller for the inventory system

sÄ&#x2026; skuteczne (np. metoda Zieglera-Nicholsa). PowyĹźszy problem omawiany byĹ&#x201A; miÄ&#x2122;dzy innymi w pracach [18, 19], natomiast problemowi stabilnoĹ&#x203A;ci regulatorĂłw niecaĹ&#x201A;kowitego rzÄ&#x2122;du poĹ&#x203A;wiÄ&#x2122;cone byĹ&#x201A;y prace [13, 20, 21]. W monografii [10] zostaĹ&#x201A;o przedstawione rozszerzenie ukĹ&#x201A;adu niecaĹ&#x201A;kowitego rzÄ&#x2122;du na ukĹ&#x201A;ad dyskretny.

Stan magazynu przy speĹ&#x201A;nionych warunkach x(k) t 0, u(k) t 0 moĹźna zatem okreĹ&#x203A;liÄ&#x2021; w nastÄ&#x2122;pujÄ&#x2026;cy sposĂłb: y(k) = y(k â&#x20AC;&#x201C; 1) + (1 â&#x20AC;&#x201C; q(k â&#x20AC;&#x201C; ts))¡x(k â&#x20AC;&#x201C; ts)â&#x20AC;&#x201C; h(k)

(5)

gdzie ts oznacza opóźnienia spedycyjne.

U= "

V= ,

Wykorzystany w niniejszej pracy model matematyczny opiera siÄ&#x2122; na modelu przedstawionym w pracy [23]. PoglÄ&#x2026;dowÄ&#x2026; strukturÄ&#x2122; analizowanego systemu magazynowego przedstawiono na rysunku 1.

UwzglÄ&#x2122;dniono tu wprowadzenie takiej zmiennej wejĹ&#x203A;ciowej do magazynu jak zapotrzebowanie d(k), generowane przez klienta, ktĂłre jest dyskretnÄ&#x2026; funkcjÄ&#x2026; czasu i speĹ&#x201A;nia nastÄ&#x2122;pujÄ&#x2026;cÄ&#x2026; zaleĹźnoĹ&#x203A;Ä&#x2021;: 0 d h(k) d d(k) d dmax

Omawiany ukĹ&#x201A;ad regulacji charakteryzuje siÄ&#x2122; duĹźymi, zmiennymi czasami opóźnieĹ&#x201E;, ktĂłre mogÄ&#x2026; destabilizowaÄ&#x2021; ukĹ&#x201A;ad i wpĹ&#x201A;ywaÄ&#x2021; negatywnie na jakoĹ&#x203A;Ä&#x2021; sterowania. Zaimplementowanym w pracy sposobem unikniÄ&#x2122;cia takiej sytuacji jest wykorzystanie regulatora uĹ&#x201A;amkowego w sprzÄ&#x2122;Ĺźeniu wyprzedzajÄ&#x2026;cym oraz zastosowanie regulatora w sprzÄ&#x2122;Ĺźeniu zwrotnym z wykorzystaniem zmodyfikowanego predyktora Smitha. Stosowany predyktor przybiera postaÄ&#x2021; uproszczonego modelu systemu sterowania bez opóźnienia, ktĂłrego zadaniem jest wyznaczenie ĹźÄ&#x2026;danej wielkoĹ&#x203A;ci zamĂłwienia magazynowego w nastÄ&#x2122;pujÄ&#x2026;cej postaci:

(1)

Zmienna h(k) stanowi o iloĹ&#x203A;ci sprzedanych produktĂłw w chwili k. Idealna sytuacja zakĹ&#x201A;ada, Ĺźe w kaĹźdym momencie czasu d(k) = h(k) przy minimalnym, y(k) pozwalajÄ&#x2026;cym na speĹ&#x201A;nienie rĂłwnania (1), gdzie y(k) to aktualny stan zapasĂłw magazynowych.

IloĹ&#x203A;Ä&#x2021; produktĂłw w magazynie musi speĹ&#x201A;niaÄ&#x2021; zaleĹźnoĹ&#x203A;Ä&#x2021;: 0 d y(k) d ymax

y~ (k ) = y~ (k â&#x2C6;&#x2019; 1) + u (k â&#x2C6;&#x2019; 1) â&#x2C6;&#x2019; h (k )

(6)

Na rys. 2 przedstawiono schemat blokowy zastosowanego ukĹ&#x201A;adu sterowania, gdzie M1 oznacza model systemu regulacji, a M2 model uproszczony bez opóźnienia. Zmienne od k1 do k5 sÄ&#x2026; parametrami ukĹ&#x201A;adu regulacji, gdzie k5 = m jest dodatkowym stopniem swobody akcji róşniczkujÄ&#x2026;cej.

Stosowanym w ukĹ&#x201A;adzie sterowania regulatorem w sprzÄ&#x2122;Ĺźeniu w przĂłd jest regulator proporcjonalno-róşniczkujÄ&#x2026;cy niecaĹ&#x201A;kowitego rzÄ&#x2122;du PDÎź. Pracuje on w otwartej pÄ&#x2122;tli sterowania, natomiast w ujemnej pÄ&#x2122;tli sprzÄ&#x2122;Ĺźenia zwrotnego znajduje siÄ&#x2122; regulator proporcjonalny o wzmocnieniu k4. RolÄ&#x2026; elementu k1 jest predykcja referencyjnego poziomu zapasĂłw w magazynie na podstawie znanego zapotrzebowania d(k). Jego transmitancjÄ&#x2122; operatorowÄ&#x2026; w przypadku ciÄ&#x2026;gĹ&#x201A;ym przedstawia nastÄ&#x2122;pujÄ&#x2026;ca funkcja przejĹ&#x203A;cia:

(2)

JeĹźeli h(k) < d(k) oznacza to, Ĺźe iloĹ&#x203A;Ä&#x2021; zapasu byĹ&#x201A;a niewystarczajÄ&#x2026;ca, co oznacza utracone korzyĹ&#x203A;ci zwiÄ&#x2026;zane z niezaspokojeniem aktualnych potrzeb rynku.

W przyjÄ&#x2122;tym modelu uwzglÄ&#x2122;dnia siÄ&#x2122; zmienne w czasie opóźnienie spowodowane opóźnieniami produkcyjnymi oraz transportowymi. W tym celu wprowadzony zostaĹ&#x201A; wspĂłĹ&#x201A;czynnik wysyĹ&#x201A;ki w chwili czasu k, okreĹ&#x203A;lony nastÄ&#x2122;pujÄ&#x2026;co:

(3) G(s) = kp + kd s m

gdzie m > 0, kp oznacza wzmocnienie czÄ&#x2122;Ĺ&#x203A;ci proporcjonalnej, natomiast kd â&#x20AC;&#x201C; wzmocnienie czÄ&#x2122;Ĺ&#x203A;ci róşniczkujÄ&#x2026;cej. W przypadku kiedy m = 1 powyĹźszy regulator staje siÄ&#x2122; zwyczajnym regulatorem PD. DokĹ&#x201A;adne fizyczne odwzorowanie powyĹźszego regulatora jest niemoĹźliwe, poniewaĹź ukazana transmitancja jest funkcjÄ&#x2026; niewymiernÄ&#x2026;.

W niniejszej pracy rozwaĹźany jest ukĹ&#x201A;ad dyskretny, stÄ&#x2026;d do praktycznej realizacji dyskretnego regulatora PDÎź wyko-

IloĹ&#x203A;Ä&#x2021; produktĂłw oczekujÄ&#x2026;cych na wysyĹ&#x201A;kÄ&#x2122; do magazynu w chwili k okreĹ&#x203A;lona jest rĂłwnaniem stanu: x(k) = q(k â&#x20AC;&#x201C; 1)¡x(k â&#x20AC;&#x201C; 1) + u(k â&#x20AC;&#x201C; tp)

(4)

PowyĹźsze rĂłwnanie ukazuje, Ĺźe x(k) zaleĹźne jest od u(k), czyli od iloĹ&#x203A;ci zamĂłwionych w chwili k produktĂłw. ZamĂłwienie towaru wiÄ&#x2026;Ĺźe siÄ&#x2122; z opóźnieniem produkcyjnym tp.

6

P

O

M

I

A

R

Y

â&#x20AC;˘

A

U

T

O

M

(7)

A

T

Y

K

A

â&#x20AC;˘

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

Rys. 3. Zapotrzebowanie rynku na produkty Fig. 3. Market demand for products

Rys.4. Zmienne w czasie opóźnienie zwiÄ&#x2026;zane z oczekiwaniem na transport Fig. 4. Time-varying delay related to waiting time for transport

rzystana jest dyskretna aproksymacja transmitancji (7) metodÄ&#x2026; Eulera.

Do realizacji operatora róşniczkowania niecaĹ&#x201A;kowitego rzÄ&#x2122;du s m wyznacza siÄ&#x2122; nowy operator:

waÄ&#x2021; koszty utrzymywania zapasĂłw i jednoczeĹ&#x203A;nie nie dopuĹ&#x203A;ciÄ&#x2021; do przestojĂłw, tj. sytuacji kiedy d(k) t 5 h(k).

Kryterium doboru parametrĂłw ukĹ&#x201A;adu sterowania ma na celu minimalizacjÄ&#x2122; dwĂłch wskaĹşnikĂłw jakoĹ&#x203A;ci w nastÄ&#x2122;pujÄ&#x2026;cych postaciach:

[Ď&#x2030; (z )]

â&#x2C6;&#x2019;1 Îź

â&#x17D;Ą 1 â&#x2C6;&#x2019; z â&#x2C6;&#x2019;1 â&#x17D;¤ =â&#x17D;˘ â&#x17D;Ľ â&#x17D;Ł T â&#x17D;Ś

Îź

(8) j1 =

N

â&#x2C6;&#x2018; [d (k ) â&#x2C6;&#x2019; h (k )]

(13)

k = n0

gdzie T oznacza okres impulsowania. Na podstawie zaleĹźnoĹ&#x203A;ci (8) moĹźna wyznaczyÄ&#x2021; dyskretnÄ&#x2026; transmitancjÄ&#x2122; w nastÄ&#x2122;pujÄ&#x2026;cej postaci [24]:

[ ( )]

( )

G z â&#x2C6;&#x2019;1 = k p + kd Ď&#x2030; z â&#x2C6;&#x2019;1

Îź

â&#x17D;&#x203A; 1 â&#x2C6;&#x2019; z â&#x2C6;&#x2019;1 â&#x17D;&#x17E; â&#x17D;&#x; = k p + kd â&#x17D;&#x153;â&#x17D;&#x153; â&#x17D;&#x; â&#x17D;? T â&#x17D;

Îź

r â&#x17D;&#x203A; â&#x17D;&#x17E; â&#x17D;&#x153;1 + â&#x2C6;&#x2018; p j z â&#x2C6;&#x2019; j â&#x17D;&#x; â&#x17D;&#x153; â&#x17D;&#x; j =1 â&#x17D;? â&#x17D;

N

â&#x2C6;&#x2018; y (k )

(14)

k = n0

Îź

(9)

Do wyznaczenia wymiernej transmitancji operatorowej zastosowano aproksymacjÄ&#x2122; Eulera oraz rozwiniÄ&#x2122;cie w szereg wykĹ&#x201A;adniczy:

â&#x17D;&#x203A; 1 â&#x2C6;&#x2019; z â&#x2C6;&#x2019;1 â&#x17D;&#x17E; 1 â&#x17D;&#x153; â&#x17D;&#x; â&#x17D;&#x153; T â&#x17D;&#x; â&#x2030;&#x2C6; TÎź â&#x17D;? â&#x17D;

j2 =

(10)

gdzie n0 jest sumÄ&#x2026; opóźnieĹ&#x201E; wystÄ&#x2122;pujÄ&#x2026;cych w ukĹ&#x201A;adzie sterowania dla k = 0: n0 = tp + to(tp) + ts, natomiast N jest dĹ&#x201A;ugoĹ&#x203A;ciÄ&#x2026; horyzontu czasowego. WskaĹşnik j1 stanowi wartoĹ&#x203A;Ä&#x2021; utraconych korzyĹ&#x203A;ci, tj. róşnicÄ&#x2122; miÄ&#x2122;dzy zapotrzebowaniem klientĂłw a iloĹ&#x203A;ciÄ&#x2026; sprzedanych produktĂłw. WielkoĹ&#x203A;Ä&#x2021; ta jest zawsze nieujemna, co wynika z (1). Reprezentuje ona straty wynikajÄ&#x2026;ce z przestojĂłw. WskaĹşnik j2 reprezentuje zajÄ&#x2122;toĹ&#x203A;Ä&#x2021; powierzchni magazynu, z definicji nieujemnÄ&#x2026;, ktĂłra generuje koszty logistyczne, zwiÄ&#x2026;zane z utrzymaniem zapasĂłw.

PrzyjÄ&#x2122;ta w pracy funkcja celu jest sumÄ&#x2026; waĹźonÄ&#x2026; wskaĹşnikĂłw jakoĹ&#x203A;ci j1 oraz j2:

gdzie: r â&#x20AC;&#x201C; rzÄ&#x2026;d aproksymacji oraz: j Îź + 1â&#x17D;&#x17E; â&#x17D;&#x203A; p j = â&#x2C6;? â&#x17D;&#x153;1 â&#x2C6;&#x2019; â&#x17D;&#x; i â&#x17D; i =1 â&#x17D;?

j = w1 j1 + w2 j2

StÄ&#x2026;d przyjÄ&#x2122;ta w pracy postaÄ&#x2021; regulatora rzÄ&#x2122;du uĹ&#x201A;amkowego:

( )

G z â&#x2C6;&#x2019;1 â&#x2030;&#x2C6; k 2 +

k3 TÎź

r â&#x17D;&#x203A; â&#x17D;&#x17E; â&#x17D;&#x153;1 + â&#x2C6;&#x2018; p j z â&#x2C6;&#x2019; j â&#x17D;&#x; â&#x17D;&#x153; â&#x17D;&#x; j =1 â&#x17D;? â&#x17D;

(15)

(11)

(12)

W niniejszej pracy dodatkowy stopieĹ&#x201E; swobody regulatora proporcjonalno-róşniczkujÄ&#x2026;cego niecaĹ&#x201A;kowitego rzÄ&#x2122;du Îź reprezentowany jest przez zmiennÄ&#x2026; k5. DokĹ&#x201A;adne odzwierciedlenie transmitancji (12) nie jest moĹźliwe z uwagi na nieskoĹ&#x201E;czonÄ&#x2026; dĹ&#x201A;ugoĹ&#x203A;Ä&#x2021; szeregu potÄ&#x2122;gowego. Na bazie przeprowadzonych badaĹ&#x201E; symulacyjnych przyjÄ&#x2122;to, Ĺźe dla rozpatrywanego ukĹ&#x201A;adu regulacji w sprzÄ&#x2122;Ĺźeniu w przĂłd zadowalajÄ&#x2026;cÄ&#x2026; dokĹ&#x201A;adnoĹ&#x203A;Ä&#x2021; zapewnia rzÄ&#x2026;d aproksymacji r t 5. Na potrzeby optymalizacji ukĹ&#x201A;adu sterowania celem ograniczenia zĹ&#x201A;oĹźonoĹ&#x203A;ci obliczeniowej przyjÄ&#x2122;to r = 5.

X= A

Zadaniem ukĹ&#x201A;adu sterowania jest utrzymywanie zapasĂłw magazynowych na optymalnym poziomie, tzn. tak, aby minimalizo-

gdzie w1, w2 sÄ&#x2026; wspĂłĹ&#x201A;czynnikami wagowymi.

Parametry ukĹ&#x201A;adu regulacji od k1 do k5 sÄ&#x2026; wyznaczane w wyniku rozwiÄ&#x2026;zania nastÄ&#x2122;pujÄ&#x2026;cego zadania minimalizacji: min

k1 , k2 , k3 , k4 , k5

j

(16)

przy speĹ&#x201A;nionych nastÄ&#x2122;pujÄ&#x2026;cych warunkach: k1 t 0, k2 t 0, k3 t 0, k4 t 0, k5 t 0.

Y= ( 4

Przedmiotem przeprowadzanych badaĹ&#x201E; symulacyjnych oraz wykonywanych obliczeĹ&#x201E; jest przepĹ&#x201A;yw towarĂłw w magazynie oraz porĂłwnanie dziaĹ&#x201A;ania regulatorĂłw proporcjonalno-róşniczkujÄ&#x2026;cego caĹ&#x201A;kowitego oraz niecaĹ&#x201A;kowitego rzÄ&#x2122;du. Do symulacji zastosowano dyskretny, hybrydowy, niestacjonarny, liniowy model ukĹ&#x201A;adu magazynowego zaimplementowany w Ĺ&#x203A;rodowisku MATLAB/Simulink. Ograniczenia sygnaĹ&#x201A;Ăłw modelu zawarte sÄ&#x2026; w (1)â&#x20AC;&#x201C;(2). Struktura ukĹ&#x201A;adu sterowania zostaĹ&#x201A;a przedstawiona na rys. 2.

WieloĹ&#x203A;Ä&#x2021; zapasĂłw w magazynie i realizowanych zamĂłwieĹ&#x201E; zaleĹźy od zmiennego zapotrzebowania rynku d(k), zaleĹźno-

7

J !# # ! F # + # !

Q

! # AAA

Rys. 5. PorĂłwnanie wskaĹşnikĂłw jakoĹ&#x203A;ci j1 dla regulatorĂłw caĹ&#x201A;kowitego i niecaĹ&#x201A;kowitego rzÄ&#x2122;du dla róşnych wartoĹ&#x203A;ci Ď&#x2030;1 Fig. 5. Comparison of cost function j1 for fractional and integer order controller for different values Ď&#x2030;1

Rys. 6. PorĂłwnanie wskaĹşnikĂłw jakoĹ&#x203A;ci j2 dla regulatorĂłw caĹ&#x201A;kowitego i niecaĹ&#x201A;kowitego rzÄ&#x2122;du dla róşnych wartoĹ&#x203A;ci Ď&#x2030;1 Fig. 6. Comparison of cost function j2 for fractional and integer order controller for different values Ď&#x2030;1

Ĺ&#x203A;ci (6) oraz wskaĹşnika jakoĹ&#x203A;ci (13)â&#x20AC;&#x201C;(16). Stosowane podczas pierwszej czÄ&#x2122;Ĺ&#x203A;ci analizy niezaszumione zapotrzebowanie rynku przedstawione zostaĹ&#x201A;o na rys. 3. PrzyjÄ&#x2122;te zostaĹ&#x201A;y nastÄ&#x2122;pujÄ&#x2026;ce wartoĹ&#x203A;ci parametrĂłw ukĹ&#x201A;adu tp = 7, ts = 1, w2 = 1, n0 = 7, N = 300, r = 5, wspĂłĹ&#x201A;czynnik wagowy w1 jest zmienny w zaleĹźnoĹ&#x203A;ci od wykonywanej symulacji. Okres prĂłbkowania wynosi 1 dzieĹ&#x201E;. Opóźnienie t0(k) ukĹ&#x201A;adu jest periodycznie zmienne w czasie w sposĂłb pokazany na rys. 4. ZamĂłwienia sÄ&#x2026; komasowane, a wysyĹ&#x201A;ki sÄ&#x2026; realizowane cyklicznie co 7 dni, co ozna-

cza, Ĺźe wielkoĹ&#x203A;Ä&#x2021; zapasĂłw magazynowych musi pokryÄ&#x2021; kolejne siedmiodniowe zapotrzebowanie rynku.

Do rozwiÄ&#x2026;zania zadania optymalizacji (16) wykorzystano algorytm genetyczny, ktĂłry dla trzech wybranych wartoĹ&#x203A;ci wspĂłĹ&#x201A;czynnika w1 wyznaczyĹ&#x201A; optymalne wartoĹ&#x203A;ci parametrĂłw k1, k2, k3, k4, k5 oraz odpowiadajÄ&#x2026;ce im wartoĹ&#x203A;ci wskaĹşnikĂłw jakoĹ&#x203A;ci j1, j2, j, ktĂłre zostaĹ&#x201A;y przedstawione w tabelach 1 i 2.

Celem porĂłwnania wynikĂłw z klasycznym regulatorem PD, zadanie optymalizacji (16) zostaĹ&#x201A;o uzupeĹ&#x201A;nione o dodatkowe ograniczenie rĂłwnoĹ&#x203A;ciowe:

Tabela 1. WartoĹ&#x203A;ci parametrĂłw ukĹ&#x201A;adu regulacji dla wybranych wag Table 1. Controller parameters for selected weighting factors

w1

k1

k2

k3

k4

k5

PDÎź

500

4,83

0,427

1,46

18,0

1,30

PD

500

7,26

0,416

0,466

7,73

1

PDÎź

1000

8,69

1,31

1,20

20,0

1,15

PD

1000

13,6

0,743

0,0400

6,38

1

PDÎź

2000

7,99

0,956

0,610

14,2

0,963

PD

2000

11,4

0,700

0,187

7,18

1

k5 = 1

Na podstawie analizy danych zawartych w tabelach 1 oraz 2 moĹźna wywnioskowaÄ&#x2021;, Ĺźe dla przyjÄ&#x2122;tego zapotrzebowania rynku oba regulatory wykazujÄ&#x2026; siÄ&#x2122; podobnÄ&#x2026; skutecznoĹ&#x203A;ciÄ&#x2026; dziaĹ&#x201A;ania.

W drugiej czÄ&#x2122;Ĺ&#x203A;ci analizy poddano symulacji ukĹ&#x201A;ad, w ktĂłrym zaĹ&#x201A;oĹźono, Ĺźe zapotrzebowanie rynku nie jest znane dokĹ&#x201A;adnie.

W celu symulacji owej sytuacji do zapotrzebowania rynku wprowadzono addytywny szum o rozkĹ&#x201A;adzie normalnym N(0, s2), gdzie s2 jest wariancjÄ&#x2026; szumu, pokazanÄ&#x2026; na rys. 3.

NastÄ&#x2122;pnie zbadano wpĹ&#x201A;yw wariancji wprowadzonego szumu na wartoĹ&#x203A;Ä&#x2021; zdefiniowanych wczeĹ&#x203A;niej wartoĹ&#x203A;ci wskaĹşnikĂłw (13)â&#x20AC;&#x201C; (15). Na potrzeby symulacji posĹ&#x201A;uĹźono siÄ&#x2122; wartoĹ&#x203A;ciami zmiennych k1 â&#x20AC;&#x201C; k5 obliczonymi w pierwszej czÄ&#x2122;Ĺ&#x203A;ci analizy.

Na rys. 5 widaÄ&#x2021;, Ĺźe dla kryterium (13) oraz w1 = 1000 staĹ&#x201A;a przewaga regulatora PDÎź nad regulatorem PD zachodzi dla s2 > 22,5, w przypadku w1 = 2000 taka sytuacja ma miejsce dla s2 > 25,5. Natomiast, gdy w1 = 500, wartoĹ&#x203A;Ä&#x2021; (13) jest mniejsza dla regulatora PDÎź dla s2 > 5. WartoĹ&#x203A;Ä&#x2021; kryterium (14) jest mniejsza dla regulatora niecaĹ&#x201A;kowitego rzÄ&#x2122;du dla wszystkich badanych wag, przy czym wielkoĹ&#x203A;Ä&#x2021; tej róşnicy roĹ&#x203A;nie prawie liniowo ze wzrostem wariancji szumu, co widoczne jest na rys. 6. Na rysunku 7 moĹźna zaobserwowaÄ&#x2021;, Ĺźe dla mniejszych wartoĹ&#x203A;ci wagi Ď&#x2030;1 wskaĹşnik (16) osiÄ&#x2026;ga mniejsze wartoĹ&#x203A;ci w szerszym zakresie wariancji szumu, tj.: dla w1 = 500 gdy s2 > 5,5, dla Ď&#x2030;1 = 1000 gdy s2 > 24, dla w1 = 2000 gdy s 2 > 25,5.

Dla w1 = 500 i s 2 = 200, w przypadku zastosowania regulatora niecaĹ&#x201A;kowitego rzÄ&#x2122;du, jedynym wystÄ&#x2122;pujÄ&#x2026;cym przestojem byĹ&#x201A; przestĂłj trwajÄ&#x2026;cy do czasu pierwszej dostawy, natomiast regulator proporcjonalno-róşniczkujÄ&#x2026;cy spowodowaĹ&#x201A; dodatkowy caĹ&#x201A;odniowy brak przepĹ&#x201A;ywu towaru (rys. 8). WartoĹ&#x203A;Ä&#x2021; sygnaĹ&#x201A;u sterujÄ&#x2026;cego, czyli wielkoĹ&#x203A;Ä&#x2021; dokonywanych zamĂłwieĹ&#x201E;, zostaĹ&#x201A;a przedstawiona na rys. 9.

Tabela 2. WartoĹ&#x203A;ci wskaĹşnikĂłw jakoĹ&#x203A;ci dla wybranych wag Table 2. Values of quality indicators for elected weighting factors

8

w1

j1¡10â&#x20AC;&#x201C;7

j2¡10â&#x20AC;&#x201C;7

j¡10â&#x20AC;&#x201C;7

PDÎź

500

1,21¡10â&#x20AC;&#x201C;9

0,0239

0,0239

PD

500

0

0,0240

0,0240

PDÎź

1000

0

0,0239

0,0239

PD

1000

4,17¡10â&#x20AC;&#x201C;11

0,0239

0,0239

PDÎź

2000

0

0,0242

0,0242

PD

2000

0

0,0240

0,0240

P

O

M

I

A

R

Y

â&#x20AC;˘

A

U

T

O

(17)

M

A

T

Y

K

A

â&#x20AC;˘

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

Rys. 7. PorĂłwnanie wskaĹşnikĂłw jakoĹ&#x203A;ci j dla regulatorĂłw caĹ&#x201A;kowitego i niecaĹ&#x201A;kowitego rzÄ&#x2122;du dla róşnych wartoĹ&#x203A;ci Ď&#x2030;1 Fig. 7. Comparison of cost function j for fractional and integer order controller for different values Ď&#x2030;1

Rys. 9. Wykres porĂłwnawczy automatycznie dokonywanych zamĂłwieĹ&#x201E; w funkcji czasu dla regulatorĂłw caĹ&#x201A;kowitego i niecaĹ&#x201A;kowitego rzÄ&#x2122;du dla Ď&#x2030;1 = 500 i Ď&#x192;2 = 200 Fig. 9. Comparison of automatically made orders in the time function for fractional and integer order controller for Ď&#x2030;1 = 500 and Ď&#x192;2 = 200

2.

3.

4.

5.

Rys. 8. Wykres porĂłwnawczy stanĂłw zapasĂłw magazynowych w funkcji czasu dla regulatorĂłw caĹ&#x201A;kowitego i niecaĹ&#x201A;kowitego rzÄ&#x2122;du dla Ď&#x2030;1 = 500 i Ď&#x192;2 = 200 Fig. 8. Comparison of the level of stocks in the time function for fractional and integer order controller for Ď&#x2030;1 = 500 and Ď&#x192;2 = 200

Z=

Przedstawiony w niniejszej pracy system magazynowy z automatycznym ukĹ&#x201A;adem generowania zamĂłwieĹ&#x201E; dostosowuje wielkoĹ&#x203A;Ä&#x2021; zamĂłwienia do zapotrzebowania rynku d(k), w tym w przypadku wystÄ&#x2122;powania zakĹ&#x201A;ĂłceĹ&#x201E;. DuĹźa wartoĹ&#x203A;Ä&#x2021; wagi Ď&#x2030;1 w kryterium jakoĹ&#x203A;ci wskazuje na to, Ĺźe priorytetem jest minimalizacja przestojĂłw. JednoczeĹ&#x203A;nie minimalizowany wskaĹşnik j odzwierciedla potrzebÄ&#x2122; poszukiwania kompromisu miÄ&#x2122;dzy kosztami magazynowania zapasu a przestojami, ktĂłre stanowiÄ&#x2026; o poziomie obsĹ&#x201A;ugi klienta. Brak towaru w magazynie moĹźe prowadziÄ&#x2021; nie tylko do chwilowej utraty korzyĹ&#x203A;ci, ale moĹźe skutkowaÄ&#x2021; staĹ&#x201A;Ä&#x2026; utratÄ&#x2026; nabywcĂłw.

Zastosowany w pracy wraz ze strukturÄ&#x2026; feedback-feedforward oraz zmodyfikowanym predyktorem Smitha dyskretny regulator niecaĹ&#x201A;kowitego rzÄ&#x2122;du PDÎź korzystnie wpĹ&#x201A;ynÄ&#x2026;Ĺ&#x201A; na minimalizowany wskaĹşnik jakoĹ&#x203A;ci w porĂłwnaniu do caĹ&#x201A;kowitego regulatora PD. Dla niezaszumionego zapotrzebowania rynku róşnica miÄ&#x2122;dzy skutecznoĹ&#x203A;ciÄ&#x2026; pracy regulatorĂłw byĹ&#x201A;a umiarkowana, jednak dla zaszumionego d(k) róşnica ta wzrosĹ&#x201A;a, co potwierdzajÄ&#x2026; przedstawione wyniki badaĹ&#x201E; symulacyjnych.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

13.

14.

15.

( 1 !

16.

1. Dermout D., Weiss W., Logistyczne sterowanie zapasamikomputerowe wspomaganie decyzji, Elastyczne Ĺ&#x201A;aĹ&#x201E;cuchy

dostaw â&#x20AC;&#x201C; koncepcje, doĹ&#x203A;wiadczenia, wyzwania, materiaĹ&#x201A;y konferencyjne Logistics 2002, Instytut Logistyki i Magazynowania, PoznaĹ&#x201E; 2002.

Coyle J., Bardi E.J., Langley Jr. C.J., ZarzÄ&#x2026;dzanie logistyczne, Polskie Wydawnictwo Ekonomiczne, Warszawa 2010.

Muzyczka R., WpĹ&#x201A;yw globalizacji na zarzÄ&#x2026;dzanie Ĺ&#x201A;aĹ&#x201E;cuchem dostaw w przemyĹ&#x203A;le motoryzacyjnym, â&#x20AC;&#x17E;International Journal of Management and Economicsâ&#x20AC;?, Vol. 31, 2011, 261-275.

Bonney M.C., Trends in inventory management, â&#x20AC;&#x153;International Journal of Production Economicsâ&#x20AC;?, Vol. 35, 1/1992, 107â&#x20AC;&#x201C;114.

Cyplik P., PrzeglÄ&#x2026;d metod sterowania zapasami, Logistyka, 23â&#x20AC;&#x201C;27,1/2003.

Jakowska-Suwalska K., Sojda A., Wolny M., Wielokryterialne sterowanie zapasami jako element wspomagania planowania potrzeb materiaĹ&#x201A;owych, ZarzÄ&#x2026;dzanie i Edukacja, Vol. 96, 271â&#x20AC;&#x201C;280, 2011.

Ignaciuk P., Bartoszewicz A., Modelowanie procesĂłw logistycznych w przestrzeni stanu, Logistyka, 2/2010.

Ignaciuk P., Bartoszewicz A., LQ Optimal Sliding Mode Supply Policy for Periodic Review Inventory System, IEEE Transactions On Automatic Control, Vol. 55, 1/ 2010.

Ignaciuk P., Bartoszewicz A., Dead-beat and reaching-law-based sliding-mode control of perishable inventory systems, Bulletin Of The Polish Academy Of Sciences Technical Science, Vol. 59, 1/ 2011.

Kaczorek T., Wybrane zagadnienia teorii ukĹ&#x201A;adĂłw niecaĹ&#x201A;kowitego rzÄ&#x2122;du, Oficyna Wydawnicza Politechniki BiaĹ&#x201A;ostockiej, BiaĹ&#x201A;ystok 2009.

Podlubny I., Fractional differential equations: an introduction to fractional derivatives, fractional differential equations, to methods of their solution and some of their applications, Academic Press, Vol. 198 San Diego, 1998.

Ostalczyk P., Zarys rachunku róşniczkowo-caĹ&#x201A;kowego uĹ&#x201A;amkowych rzÄ&#x2122;dĂłw. Teoria i zastosowanie w automatyce. Wydawnictwo Politechniki Ĺ Ăłdzkiej, Ĺ ĂłdĹş 2008.

BusĹ&#x201A;owicz M., Wybrane zagadnienia z zakresu liniowych ciÄ&#x2026;gĹ&#x201A;ych ukĹ&#x201A;adĂłw niecaĹ&#x201A;kowitego rzÄ&#x2122;du, â&#x20AC;&#x17E;Pomiary Automatyka Robotykaâ&#x20AC;?, Nr 2/2010, 93â&#x20AC;&#x201C;114.

Das S., Functional Fractional Calculus for System Identification and Controls, Springer-Verlag, Berlin 2008.

Kaczorek T., Selected Problems of Fractional Systems Theory, Springer Science & Business Media, Vol. 411, Berlin 2011.

Porada R., GulczyĹ&#x201E;ski A., Sterowanie energoelektronicznym ĹşrĂłdĹ&#x201A;em napiÄ&#x2122;cia z zastosowaniem regulatorĂłw uĹ&#x201A;amkowych, Electrical Engineering, Vol. 78, PoznaĹ&#x201E; 2014, 201â&#x20AC;&#x201C;207.

9

J !# # ! F # + # !

Q

! # AAA

22. Rudnik K., Franczok K., Usprawnienie przepĹ&#x201A;ywu materiaĹ&#x201A;Ăłw w magazynie na przykĹ&#x201A;adzie sterowania rozmytego. Logistyka, 4/2014.

23. ChoĹ&#x201A;odowicz E., OrĹ&#x201A;owski P., Dynamiczny dyskretny model systemu magazynowego ze zmiennym w czasie opóźnieniem, Logistyka, 31â&#x20AC;&#x201C;35, 4/2015.

24. Petras I., Fractional-order feedback control of a DC motor, Journal of Electrical Engineering, Vol. 60, 3/2009, 117â&#x20AC;&#x201C;128.

25. ChoĹ&#x201A;odowicz E., OrĹ&#x201A;owski P., Sterowanie przepĹ&#x201A;ywem towarĂłw w magazynie z wykorzystaniem predyktora Smitha, Pomiary Automatyka Robotyka, Nr 3/2015, 55â&#x20AC;&#x201C;60, DOI: 10.14313/PAR_217/55.

26. ChoĹ&#x201A;odowicz E., OrĹ&#x201A;owski P., A periodic inventory control system with adaptive reference stock level for long supply delay, â&#x20AC;&#x153;Pomiary Automatyka Kontrolaâ&#x20AC;?, 12/2015, 568â&#x20AC;&#x201C;572.

17. Puchalski B., Duzinkiewicz K., Rutkowski T., Analiza sterowania uĹ&#x201A;amkowego PI lD l mocÄ&#x2026; reaktora jÄ&#x2026;drowego, â&#x20AC;&#x17E;Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Ĺ&#x161;rodowiskaâ&#x20AC;?, 63â&#x20AC;&#x201C;68, 4/2012.

18. Hamamci S.E., An algorithm for stabilization of fractional-order time delay systems using fractional-order PID controllers, IEEE Trans. on Automatic Control, vol. 52, 1964â&#x20AC;&#x201C;1969, 2007.

19. BusĹ&#x201A;owicz M., Nartowicz T., Projektowanie regulatora klasy obiektĂłw z opóźnieniem. â&#x20AC;&#x17E;Pomiary Automatyka Robotykaâ&#x20AC;?, 2/2009, 398â&#x20AC;&#x201C;405.

20. Nartowicz T., Synteza regulatora uĹ&#x201A;amkowego rzÄ&#x2122;du zapewniajÄ&#x2026;cego zadany zapas stabilnoĹ&#x203A;ci ukĹ&#x201A;adu zamkniÄ&#x2122;tego z obiektem inercyjnym pierwszego rzÄ&#x2122;du z caĹ&#x201A;kowaniem i opóźnieniem, â&#x20AC;&#x17E;Pomiary Automatyka Robotykaâ&#x20AC;?, 2/2010, 443â&#x20AC;&#x201C;452.

21. Ruszewski A., Stabilizacja ukĹ&#x201A;adĂłw inercyjnych uĹ&#x201A;amkowego rzÄ&#x2122;du z opóźnieniem za pomocÄ&#x2026; uĹ&#x201A;amkowego regulatora PID., â&#x20AC;&#x17E;Pomiary Automatyka Robotykaâ&#x20AC;?, 2/2009, 406â&#x20AC;&#x201C;414.

' < B C < ' ! C ! < @ 8 ! ;D /

Abstract: In the paper a fractional controller is employed in the automatic control warehouse system. A discrete, non-stationary and dynamic model with variable time delay of the inventory system is assumed. The control system uses a discrete fractional order feedback-feedforward PDÎź controller with Smith predictor. The parameters of the control system are determined using numerical optimization â&#x20AC;&#x201C; genetic algorithm. In order to assess the control quality a two quality indicators are employed. First one bases on an assessment of occupancy of warehouse space and second one the lost benefits. The simulation results are shown for two controllers: fractional controller and for comparison for classical integer order PD controller.

KeywordsT < ! ! ( ; ! ! / / !

Ewa Abrahamowicz

! + < 8 < ) ; 1 ?@-

( ! ) $

! $ ) $ $

' ! ? ( @ & ! ; ! / " 8 / / $ ; ! ? "8 ; 0 $ ' ( ! A ; / $

< = ; ! 0 ! / " 8 / / ; $ > 0 ( 0 /0

$

10

P

O

M

I

A

R

Y

â&#x20AC;˘

A

U

T

O

M

A

T

Y

K

A

â&#x20AC;˘

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

Pomiary Automatyka Robotyka, R. 20, Nr 2/2016, 11â&#x20AC;&#x201C;16, DOI: 10.14313/PAR_220/11

8 ! < F /

GF ; H ! I F F Alexander Molnar, Vitaly Gerasimov F " B < & ! F / ! & / / +. "J / $ KK%%% F "

Igor Piotr Kurytnik L / C ! K = ( / $ #+;.%% C !

Abstract: In this paper the design of an experimental sample of a portable electronic device for assessment of the basic parameters of the â&#x20AC;&#x17E;Man-Clothesâ&#x20AC;? System based on modern wireless microcontroller technology has been discussed and suggested. The mobile measuring system based on TI MSP430 microcontrollers to track the parameters of â&#x20AC;&#x153;smart clothesâ&#x20AC;? has been presented.

A

T !

1. Introduction

2. Results and Discussion

Digital technique and technology intensively enters all the spheres of human activity, and it is difficult to do without modern technologies even in ordinary (home) life. Ten years ago it was hard to imagine the effect of using the ordinary mobile phone. Today, this device can already be attributed to the multifunctional mini computing system. Therefore, it is rightly called a â&#x20AC;&#x17E;smartphoneâ&#x20AC;?. Regarding the latter, this idea has already been successfully used in the field of a â&#x20AC;&#x153;smart houseâ&#x20AC;?. This allows to improve the quality and comfort of human living space much more, and moreover, to save the consumption of energy here, which will lead to preservation of the ecological situation. A further aspect of human activity are clothes. Here, the new digital technologies are introduced not so actively. This is due to several reasons. And one of the component parts of such a situation is the relatively weak presence of efficient, and at the same time energy low-consumption microcontrollers on the market. Recently, however, a new generation of microcontrollers has been presented by some leading companies that could easily pretend to be used as the base ones for devices in the field of â&#x20AC;&#x153;smart clothesâ&#x20AC;?. The authors have reviewed the microcontrollers of Texas Instruments Company, which, due to their circuitry and parameters, are suitable in this field of application.

The typical measurement system (Fig. 1) designed for storing, processing, control and visualization of â&#x20AC;&#x153;smart clothesâ&#x20AC;? parameters consists of the following components: â&#x2C6;&#x2019; Primary sensors of physical quantities (temperature, humidity, pressure, strain, etc.); â&#x2C6;&#x2019; Analog devices for amplification, filtering and scaling of signals from the sensors; â&#x2C6;&#x2019; Analog-to-digital and digital-to-analog converters; â&#x2C6;&#x2019; Controlling microprocessors or microcontrollers (MC); â&#x2C6;&#x2019; Interface for connection to the control computer (USB, Bluetooth, Wi-Fi); â&#x2C6;&#x2019; Power supply system for analog and digital circuits [1]; â&#x2C6;&#x2019; Devices of information and visualization.

-

40 T E/ = / $ ) ; !$ $ -

:$%#$+%-. $ -%$%,$+%-. $

!! " #$%

Fig. 1. Typical measurement system Rys. 1. Typowy system pomiarowy

For wearable electronics systems the increased requirements as to energy efficiency, ability to work from a single-polarity supply, a wide operating temperature range (especially for the rescue services and military uniforms) as well as a high ratio of the operational speed/power consumption are imposed on all the listed elements. These requirements were met a relatively long time ago for sensors and analog input devices, however, the digital components have only recently reached the required level of development.

11

The Development of Monitoring Devices in the „Man-Clothes” System Based on Modern Microcontrollers

The microcontrollers of Texas Instruments MSP430 series [2] should be considered one of the most energy-efficient solutions in the field of embedded microcontrollers. They are specially designed for applications with the ultra low-power consumptiom. They have a flexible clocking system, some lowpower modes, the ability to switch instantly to the active mode and have the intelligent autonomous peripherals, allowing achieving the ultra-low consumption and increasing the battery life greatly. The capacity of the lithium battery is sufficient to power the unit for 5 years.

Fig. 3. MSPWare – Advanced development system combines the choice of both hardware and software platform for the future development [3] Rys. 3. MSPWare – Zaawansowany system łączący dobór platformy sprzętowej i programowej dla przyszłego zastosowania [3]

simple commands and a large register file. MSP430 microcontroller has 27 basic and 24 additional instructions that greatly simplifies the process of generating the programs.

There are no special commands of addressing to the battery mode, memory or peripherals. This greatly improves the efficiency of the processor performance.

In addition, the MSP430 series Texas Instruments microcontrollers includes the products labeled “FR” in the title that indicates the use of ferroelectric random access memory (FRAM) instead of the normal flash memory. This type of memory device has several advantages: − Non-volatile (like a flash memory), when power is being switched off the data are stored; − High performance at RAM level. This allows to perform a “cold start” or an instant restart of the system with the “preset” parameters; − The number of read-write cycles is almost infinite (in fact, of the order of 1015 write cycles). A prior erasure of the recorded data is not needed; − Energy efficiency is 3 times better than in case of the flash technology.

Table 1 shows the comparative characteristics of FRAM, compared with the other types of memory.

And all the “intelligent” peripherals directly (without CPU involvement) write to the FRAM memory. What does this mean in practice? For example, the ADC results are written directly to the FRAM memory which allows to save the data,

Fig. 2. Internal structure of Texas Instruments’ microcontrollers Rys. 2. Struktura wewnętrzna mikrkontrolerów firmy Texas Instruments

Key features of this controller family are (Fig. 2): − The architecture of the ultra-low power (ULP) and the flexible clock system extend the operating time: data storage in RAM at a current consumption of 0.1 μA; consumption in RTC mode is less than 1 μA; less than 230 μA/MIPS (flash) and less than 110 μA/MIPS (RAM); − Intelligent peripherals, consisting of a wide range of high-performance analog and digital modules that do not use CPU resources: 10- to 14-bit ADC (with conversion frequency up to 1 MHz), low speed 24-bit delta-sigma ADC, comparator, 12-bit DAC, DMA, multiplier, operational amplifier, timer, watchdog timer, RTC, RF adapters, AES encryption (up to 256 bits), USB, SPI, I2C, LIN/IrDA, LCD controller, etc; − Easy to use 16-bit processor with RISC architecture and the maximum code density in the industry. The most important features of RISC (Reduced Instruction Set Computer) are: register-register architecture, simple addressing modes,

Table 1. The comparative characteristics of FRAM Tabela 1. Charakterystyka porównawcza pamięci o swobodnym dostępie All-in-one: FRAM MCU delivers max benefits Specifications

FRAM

SRAM

EEPROM

Flash

Yes

No

Yes

Yes

10 ms

< 10 ms

2 sec

1 sec

Average active Power [μA/MHz] 16-bit word access by the CPU

100

< 60

50 000+

230

Write endurance

1015

Unlimited

100 000

100 000

Below Measurable Limits

Yes

Yes

Yes

Bit-wise programmable

Yes

Yes

No

No

Unified Memory Flexible code and data partitioning

Yes

No

No

No

Non-volatile Retains data w/o power Write speed (13 KB)

Soft Errors

12

P

O

M

I

A

R

Y

•

A

U

T

O

M

A

T

Y

K

A

•

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

Alexander Molnar, Vitaly Gerasimov, Igor Piotr Kurytnik

and at system crash followed by rebooting (the watchdog timer is responsible for this), not to carry out the repetitive measurements.

A wide range of both hardware and software development tools is available for system developers. To download and debug programs in MSP430 microcontroller only one flash emulator (FET), based on the MSP430 flash IC is required.

USB and parallel ports are available to the user that allows conducting debugging at full speed, and modifying the contents of registers in real time. The embedded emulator (EEM) improves the debugging process. It allows up to 8 hardware breakpoints. It also includes a cycle counter, a clock rate control and a trace buffer. The software development tools inc-

lude Code Composer Studio (with unlimited possibilities and a huge library of ready to use solutions), IDE Energia integrated development environment for Arduino compatible developments or MSPWare-Advanced system (Fig. 3). To improve the energy efficiency there are separate optimizers such as EnergyTrace software.

The mobile measurement system for monitoring the “smart clothes” parameters was developed [4, 5], making use of all the advantages of TI MSP430 microcontrollers.

The measurement system consists of deformation sensors 1–4, pressure sensors 5–8 and two combined temperature-humidity sensors 9, 10 (Fig. 4). Due to the fact that sensors 1–8 are the resistive- and strain gauge ones, for their approval the

Fig. 4. Monitoring “Man-Clothes” System parameters Rys. 4. System monitorujący parametry “inteligentnej odzieży”

13

The Development of Monitoring Devices in the „Man-Clothes” System Based on Modern Microcontrollers

Fig. 5. Example of using the digital isolators Rys. 5. Przykład użycia cyfrowych izolatorów

Due to the fact, that power of TI MSP430 microcontrollers is more than enough for the measurement and processing of signals from the sensors, the realization of local WEB-server based on it is possible. This will allow monitoring of the system through the smartphone’s web browser, tablet or smart watches. In addition, this solution will convert the “smart clothes” into the Internet of Things (IoT) device.

bridge switching circuit is used. The sensors are divided into two groups and powered by the digital-to-analog converters (DAC). This allows adjusting their sensitivity within a very wide range.

Each sensor signal is fed to a programmable gain amplifier (PGA), and further to the input of the analog-to-digital converter (ADC). The digital code that is responsible for strain and pressure through digital insulators (TI ISO7341 and ISO7340) is supplied to the input of TI MSP430FR5969 microcontroller, and after pre-processing through USB interface to the host computer. The use of digital isolators (Fig. 5.) protects a man (on whom the sensors are fixed) from the accidental voltage contact. The level of protection is more than 5000 V. In addition, the galvanic isolation provides a significant reduction in noise from the digital part of the measurement system. The reading speed of measurement results changes with the use of the control program and can be within the range of 1–100 measurements per second for one channel.

Two combined temperature-humidity sensors (TI HDC1008), one of which is under the clothes, and the other outside, allow measuring the microclimatic conditions under the object of study, and controlling the air microcirculation.

If necessary, an unlimited increase in the number of measuring channels is possible using additional sensors (for example heart rate, blood pressure and oxygen saturation, etc.) within the range of one microcontroller. A similar problem can be solved by connecting of several described measurement systems to one computer (the number of controllers that can be connected by USB-bus simultaneously is almost unlimited).

In future, the USB interface will be replaced by a wireless Wi-Fi and/or Bluetooth connection channel. The local accumulation of measurement results within the microcontroller (or SD Card) will be additionally implemented, which will significantly improve the prospects of using the system in the field conditions.

14

P

O

M

I

A

R

Y

•

A

U

T

O

M

References 1. Molnar A.A., Kuritnik I.P., Gerasimov V.V., Karabekova D.Zh., Pezoelektrichestvo kak istochnik elektroenergii dlya portativnyih elektronnyih ustroystv v sisteme «chelovek– odezhda», Vestnik karagandinskogo universiteta, Seriya FIZIKA, N 4(80), 2015, 62–65, ISSN 0142-0843 (in russia).

2. Electronic resource: www.ti.com/lsds/ti/microcontrollers_16-bit_32-bit/msp/ultra-low_power/overview.page.

3. Davies J., MSP430 Microcontroller Basics, Newnes, 2008, ISBN 978-0750682763.

4. Barrett S.F., Pack D.J., Microcontroller Programming and Interfacing: Texas Instruments MSP430 (Synthesis Lectures on Digital Circuits and Systems), Morgan & Claypool Publishers, 2011, ISBN 978-1608457137.

5. Jiménez M., Palomera R., Couvertier I., Introduction to Embedded Systems: Using Microcontrollers and the MSP430, Springer, 2014, ISBN 978-1461431428, DOI: 10.1007/9781-4614-3143-5.

6. Luecke J., Analog and Digital Circuits for Electronic Control System Applications: Using the TI MSP430 Microcontroller, Newnes, 2004, ISBN 978-0750678100.

7. Kurytnik I.P., Mikulski M., Karpiński W., Bezprzewodowa sieć sensorów, „Pomiary Automatyka Kontrola”, Vol. 56, Nr 6, 2010, 548-551.

A

T

Y

K

A

•

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

Alexander Molnar, Vitaly Gerasimov, Igor Piotr Kurytnik

F ! G ; JH ( ! 0 Streszczenie: W artykule przedstawiono wyniki badaĹ&#x201E; eksperymentalnych mobilnych urzÄ&#x2026;dzeĹ&#x201E; elektronicznych (wearable) dla monitoringu podstawowych parametrĂłw system â&#x20AC;&#x17E;czĹ&#x201A;owiek-odzieĹźâ&#x20AC;? w oparciu o mikrokontroler TI MSP430. ' T ! G ; JH

Alexander Molnar, PhD a I -M., " / " $ E -MKM / < ! " / " ; P ! < !

G & / HQ$ < $ $ GU ;< V ; ! W < ; ! H -MMO$ -MMO < E < ! < " S"$ +%%M ; < < ! < ! " S"$ T ! V / < ; $ F < T < < ! < W ! $

Vitaly Gerasimov, PhD / )! $ $ I -M:+ F " $ -MKMN -MMO " / " $ B < $ N G & / ; / < F ! < & H$ -MMON-MM: N ;/ ; " / " $

! < & $ -MMK N < P Q RC < < ! / !( ( ' ;> ; ; STL ! H$ +%%, N < < 8 / B P $ < U / 8 / Q F " $ F < T ! ! / ! / / ' ! V < W ! ! < ! / / $

Prof. Igor Piotr Kurytnik, PhD, DSc / $ ) ; !$ $ L F -M.K B < & ' ! < U $ E -M:#

-MK: / $ B ! +%%% B < F & / ; / ! < " ; < I ;I $ @ L < ! < & & / / ' ! $ +%-, ( ! ! < & / ; / X < L / & C !$

15

NR 2/2016

16

P

O

M

I

A

R

Y

•

A

U

T

O

M

A

T

Y

K

A

•

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 5

Pomiary Automatyka Robotyka, R. 20, Nr 2/2016, 17â&#x20AC;&#x201C;20, DOI: 10.14313/PAR_220/17

< & & > / % % )F9H J %F 8 " < = [ B < F & / / ! < ' ! 8 & / / U Y M = [

Abstract: Gearing was designed to meet continuous change of gear ratio during one rotation. The gearing consists of two identical gears and the basic shape of the gear wheel is formed by an ellipse.

Wheels are designed for only one direction of rotation and the center of rotation is one of the foci of ellipse. Such designed and manufactured elliptical gearing was subjected to the tests and meets all the requirements that were imposed on the gear. This paper deals with properties of gear with variable transmission. Properties of this gearing are different from the properties of standard circular gears.

A

T / ( /

1. Introduction

Circle with the diameter of 90 mm

We face the ever increasing demands on machine parameters nowadays. This request is expressed by their required loadsâ&#x20AC;&#x2122; growth and dynamics calling for the continuous improvement of various machine parts because of the demanded load capacity, accuracy, durability and safety of the machinery. Therefore, one has to consider the dynamic properties of processes taking place in them.

The internal dynamics of the teeth is one of the most common gearing problems [3]. Detailed knowledge of meshing conditions is a prerequisite for studying kinematic conditions in gearings, as well as the strength calculation of gearing. The article deals with the problems of kinematic properties of non-circular gear. The problem is solved for the elliptical, eccentric gear with a continuously variable gear ratio within the range from 0.5 through 1 to 2.

2. Geometric Properties of Eccentric Elliptical Gearing Sponsoring of this work by the private sector called for development of the gear model using the CAD system for the variable transmission in the range u = 0.5 to 2.0, with the number of teeth z1 = z2 = 24 and gearing module mn = 3.75 mm, the distance a = 90 mm and for one direction of rotation.

Given that each gear must satisfy the conditions of proper meshing, it was necessary to determine the geometric shape of the wheels. The gearing is designed such that the pitch curve is

-

40 T F Y;I Z Y $! ) $ -

-+$%O$+%-. $ +:$%O$+%-. $

!! " #$%

Fig. 1. Dimensions of a pitch ellipse Rys. 1. Wymiary elipsy tocznej

composed of an ellipse formed with the basic parameters shown in Fig. 1. The geometric centre of the gear is not the centre of wheelâ&#x20AC;&#x2122;s rotation. The center of gearâ&#x20AC;&#x2122;s rotation is in the focus point of the ellipse.

The pitch ellipse has a large half-axis x = 45 mm, which is a half of the axial distance. The second half-axis is determined by the distance from the focus point 45 mm (Fig. 1), whose position is determined by considering the desired gear ratio. In this case, one of the conditions of a correct mesh is that the measurements of the pitch on the ellipse pitch must be kept constant. The geometric separation of the pitch ellipse into 24 identical sections is mathematically much more difficult than in the case with the standard gear pitch circles.

The development of this gear is analyzed in detail in the literature [5, 7, 9]. The gears for a given variable transmission have been proposed as elliptical â&#x20AC;&#x201C; eccentrically placed (Fig. 2).

The conventional gearing involute starts from the base circle, in which case it is the base of the evolute of the ellipse.

The evolutes of the left and right sides of the teeth are not

17

Properties of Eccentric Elliptical Gearing

Fig. 2. Designed elliptical gear Rys. 2. Zaprojektowane eliptyczne koła zębate

Fig. 4. Continously variable gear ratio Rys. 4. Przełożenia przekładni bezstopniowej

n1

n2

O1

O2

Fig. 3. Radius of mesh points of gear Rys. 3. Promienie punktów zazębienia koła

Fig. 5. Designed elliptical gear – definition of angle of rotation Rys. 5. Eliptyczne koła zębate – określenie kąta obrotu

the same. Each of the twelve teeth is different; the next twelve teeth of the same wheel are the same. The sides curve is the involute, and is different for active and passive side of the tooth; the teeth are asymmetrical. The gearing consists of two identical gears. The geometric model of the proposed gear is shown in Fig. 2.

elliptical gearing with the variable transmission, the angular velocity of the driven wheel is not constant but changes according to the continuously changing gear ratio. This is shown in Fig. 7, for the angular velocity is of the drive wheel (ω1 = 100 s-1) and the driven elliptical wheel (ω2i). The variation of angular velocity is also demonstrated in Table 1.

3. Kinematic Properties of Eccentric Elliptical Gearing

Table 1. Radius of mesh points of gear and gear ratio Tabela 1. Promienie punktów zazębienia koła i wartości przełożenia

In pursuit of kinematic ratios of the proposed gearings we take into account the right mesh conditions. Kinematic conditions were processed for a gear 1 (the center of rotation at point O1) and the gear 2 (with the center of rotation at point O2). The two gears are shown in a kinematic dependence on the graph (on the horizontal axis of the wheel teeth first).

Figure 3 shows the teeth radii of the gear points 1 and 2 for a pair of teeth, depending on the temporary position of teeth in respect to the center of rotation. It is also defined in Table 1.

Fig. 4 shows a course of the continuously changing gear ratio in one mesh generated by the elliptical gear, which continuously varies in the range from u = 0.5 through u = 1.0 until u = 2.0 and back. Thus the gear ratio changes over the time of one revolution. A gear ratio value that is less than 1.0 means that this is an overdrive, and a gear ratio value greater than 1.0 means a speed reduction.

Gear ratio of the designed eccentric elliptical gears depends on the angle of rotation ϕ of the drive wheel (Fig. 5). The gear ratio in the designed eccentric elliptical gears is a function of the angle of rotation (Fig. 6).

The angular velocity of the drive wheel gear and the driven wheel gear is constant for standard spur gears. For the designed

18

P

O

M

I

A

R

Y

•

A

U

T

O

M

A

T

Meshing

Radius of mesh points

Gear ratio

ω2i = ω1/ui

(Fig. 2)

r1-i (mm)

r2-j (mm)

ui = r2-j/r1-i

1 = 100 (s-1)

24 – 12

60.000

30.000

0.500

200.000

01 – 11

59.459

30.541

0.514

194.704

02 – 10

57.892

32.108

0.555

180.310

03 – 9

55.450

34.550

0.623

160.514

04 – 8

52.337

37.663

0.720

138.966

05 – 7

48.779

41.221

0.845

118.343

26 – 6

45.000

45.000

1.000

100.000

07 – 5

41.221

48.779

1.183

84.09

08 – 4

37.663

52.337

1.390

71.63

09 – 3

34.550

55.450

1.605

62.313

10 – 2

32.108

57.892

1.803

55.463

11 – 1

30.541

59.459

1.947

51.366

12 – 24

30.000

60.000

2.000

50.000

Y

K

A

•

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

$

%&' ( %

Fig. 6. Changing the gear ratio â&#x20AC;&#x201C; function of angle of rotation Rys. 6. CiÄ&#x2026;gĹ&#x201A;a zmiana przeĹ&#x201A;oĹźenia w funkcji kÄ&#x2026;ta obrotu

example by material removal operation can be up to 25â&#x20AC;&#x201C;50% lower. Powder metallurgy is characteristic of the use of the material up to 95% in the manufacture of of the â&#x20AC;&#x153;net-shapeâ&#x20AC;? components with no cost to tool machine. Powder metallurgy is one of non-waste technology, and has the character of a closed cycle. Its output is already a finished product ready for installation. It is characterized by up to 50% energy savings and up to 75% saving on product mass. This method is suitable for mass- and large-scale production.

5. Conclusions The main objective of this paper was to compare the parameters of the designed elliptical gearing with the parameters of the standard spur gear with constant gear transmission.

Gears for specified gearing with time â&#x20AC;&#x201C; change of gear ratio was to be designed as elliptical. The elliptical gear was designed using the AutoCAD software. This gear was the basis for making the gear-box designed for the specified parameters.

-

This paper was written within the framework of Grant Project VEGA: â&#x20AC;&#x17E;1/0688/12 â&#x20AC;&#x201C; Research and application of universal regulation system in order to master the Source of mechanical systems excitationâ&#x20AC;?.

Fig. 7. Angular velocity Rys. 7. PrÄ&#x2122;dkoĹ&#x203A;Ä&#x2021; kÄ&#x2026;towa

4. Manufacturing of Eccentric Elliptical Gearing Selecting the optimum mode of production was limited by conditions, such as the number of units produced (only one pair of gears was produced), production should be ensured by technology commonly available in the area and without any expensive products and the costs of production preparation should be as small as possible.

Technical preparation stage of production was secured by a company, which specializes in the development and distribution of CAM systems and NC programming automation and CNC machines.

Based on the conditions, the NC EDM machine was chosen for cutting (the wire cutter) of the EIR 005 B type with the RS-ER5 control system. This machine allows creation of the designed gears and ensures the estimated necessary accuracy of 0.01 mm and roughness of Ra 1.6 Îźm. The basic problem was to generate the NC code for the complex shape gear. This code does not allow a general approach when creating NC programs for gears, describing the shape of one tooth, which is repeated by the required number of teeth. Other than that it is based on creating the postprocessor (Compiler) for the machine in the CAM2000 system, which is designed to automate the programming of NC machines. The postprocessor for EDM cutting EIR005B machine with the control system RS-ER5. Its task was to automatically generate the NC code for the designed shape gears. In this way it is possible within a few minutes to develop easily the NC program for any required profile shape.

For the production of the elliptical gear may be used application of method of powder metallurgy. Powder metallurgy products are currently named as the â&#x20AC;?economically efficientâ&#x20AC;&#x153; products because of their price compared to parts produced for

( 1

1. Bair B.-W., Computerized tooth profile generation of elliptical gears manufactured by shaper cutters, â&#x20AC;&#x17E;Journal of Materials Processing Technologyâ&#x20AC;&#x153;, Vol. 122, Issues 2â&#x20AC;&#x201C;3, 2002, 139â&#x20AC;&#x201C;147, DOI: 10.1016/S0924-0136(01)01242-0.

2. Brosz M., Bucha J., MĂ­ĹĄanĂ˝ J., BoĹĄanskĂ˝ M., Possibility of using dynamic analysis in the gears desig, â&#x20AC;&#x17E;Proceedings: 8th International Symposium about Machine and Industrial Design in Mechanical Engineeringâ&#x20AC;&#x153;. BalatonfĂźred, Hungary, 12â&#x20AC;&#x201C;15 June 2014, University of Novi Sad, 2014, 177â&#x20AC;&#x201C;180.

3. Czech P., Wojnar G., Warczek J., Diagnozowanie uszkodzeĹ&#x201E; wtryskiwaczy w silnikach spalinowych pojazdĂłw przy uĹźyciu analizy bispektrum i radialnych sieci neuronowych, â&#x20AC;&#x17E;Logistykaâ&#x20AC;&#x153; No. 3, 2014, 1181â&#x20AC;&#x201C;1187.

4. Femandez del Rincon A., Viadero F., et al, A model for the study of meshing stiffness in spur gear transmissions, â&#x20AC;&#x17E;Mechanism and Machine Theoryâ&#x20AC;&#x153;. Vol. 61, 2013, 30â&#x20AC;&#x201C;58, DOI: 10.1016/j.mechmachtheory.2012.10.008.

5. MedveckĂĄ-BeĹ&#x2C6;ovĂĄ S., VojtkovĂĄ J., Aplication of asymetric profile in gearing in gearings with eccentric gears, â&#x20AC;&#x17E;Zeszyty Naukowe Politechniki Ĺ&#x161;lÄ&#x2026;skiejâ&#x20AC;&#x153;. Vol. 85, No. 1925, 2014, 89â&#x20AC;&#x201C;93.

6. MedveckĂĄ-BeĹ&#x2C6;ovĂĄ S., VojtkovĂĄ J., Tooth deformation transfer with variable gear ratio. â&#x20AC;&#x17E;Transactions of the Universities of KoĹĄiceâ&#x20AC;&#x153;, 2/2011, 73â&#x20AC;&#x201C;76.

7. NeupauerovĂĄ S., TomagovĂĄ M., VojtkovĂĄ J., OzubenĂ˝ prevod s premenlivĂ˝m prevodovĂ˝m pomerom â&#x20AC;&#x201C; vytvorenie modelu na zĂĄklade vyrobenĂŠho sĂşkolesia, â&#x20AC;&#x17E;46. MedzinĂĄrodnĂ­ konference kateder Ä?ĂĄstĂ­ a mechanizmov strojĹŻâ&#x20AC;&#x153;, Liberec, 2005.

8. Sapieta M., Dekýť V., Pastorek P., Using of activ thermography and lock-in method with ultrasound exication for detection of material defect, â&#x20AC;&#x17E;Zeszyty Naukowe Politechniki Ĺ&#x161;lÄ&#x2026;skiejâ&#x20AC;&#x153;, Vol. 84, no. 1907, 2014, 119â&#x20AC;&#x201C;124.

9. TomagovĂĄ M., MedveckĂĄâ&#x20AC;&#x201C;BeĹ&#x2C6;ovĂĄ S., VojtkovĂĄ J., OzubenĂ˝ prevod s plynulou, pravidelne sa opakujĂşcou zmenou prevodovĂŠho pomeru, â&#x20AC;&#x17E;TriboTechnikaâ&#x20AC;&#x153;, Vol. 3, No. 2, 2010, 36â&#x20AC;&#x201C;37.

19

Properties of Eccentric Elliptical Gearing

& (

L Na podstawie specyficznych wymagaĹ&#x201E; zostaĹ&#x201A;a zaprojektowana przekĹ&#x201A;adnia, ktĂłra podczas jednego obrotu waĹ&#x201A;u napÄ&#x2122;dzajÄ&#x2026;cego umoĹźliwia ciÄ&#x2026;gĹ&#x201A;Ä&#x2026; zmianÄ&#x2122; przeĹ&#x201A;oĹźenia. PrzekĹ&#x201A;adniÄ&#x2122; tworzÄ&#x2026; dwa identyczne koĹ&#x201A;a zÄ&#x2122;bate. Podstawowy ksztaĹ&#x201A;t koĹ&#x201A;a jest elipsÄ&#x2026;. Jedno z ognisk jest Ĺ&#x203A;rodkiem obrotu. KoĹ&#x201A;a sÄ&#x2026; zaprojektowane tylko do obracania siÄ&#x2122; w jednym kierunku. Aktywne i pasywne ewolwenty profilĂłw zÄ&#x2122;bĂłw zostaĹ&#x201A;y utworzone niezaleĹźnie na podstawie odpowiednich fragmentĂłw ewolut eliptycznego koĹ&#x201A;a. Tak zaprojektowane i opracowane przekĹ&#x201A;adnie zÄ&#x2122;bate z koĹ&#x201A;ami eliptycznymi zostaĹ&#x201A;y poddane testom â&#x20AC;&#x201C; speĹ&#x201A;niĹ&#x201A;y wszystkie wymogi, ktĂłre im postawiono. W przypadku przekĹ&#x201A;adni z koĹ&#x201A;ami zÄ&#x2122;batymi o ksztaĹ&#x201A;cie eliptycznymi, w przeciwieĹ&#x201E;stwie do przekĹ&#x201A;adni z koĹ&#x201A;ami zÄ&#x2122;batymi okrÄ&#x2026;gĹ&#x201A;ymi, wartoĹ&#x203A;Ä&#x2021; siĹ&#x201A;y miÄ&#x2122;dzyzÄ&#x2122;bnej znaczÄ&#x2026;co zmienia siÄ&#x2122; podczas jednego obrotu koĹ&#x201A;a, co wpĹ&#x201A;ywa na róşne obciÄ&#x2026;Ĺźenie poszczegĂłlnych par zÄ&#x2122;bĂłw. ' T ( J 0( A/

' % % )F9H J %F; !' $! ) $

! < ; ' ! 8 & / ; / B < F & / / 8 " < = [ $ L < < ( ! < < < / / / < $ / !( < $

20

P

O

M

I

A

R

Y

â&#x20AC;˘

A

U

T

O

M

A

T

Y

K

A

â&#x20AC;˘

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

Pomiary Automatyka Robotyka, R. 20, Nr 2/2016, 21â&#x20AC;&#x201C;24, DOI: 10.14313/PAR_220/21

I ] < " < > ' !! ] Jarmila VojtkovĂĄ 8 " < = [ B < F & / / U Y M %O%;%- = [

Abstract: Using of different angles for the left and right side allows creating a tooth with the beneficial parameters. The software was developed to control the shape of the teeth, for calculation of the reduced radii of curvature of the asymmetrical teeth, Hertz pressures, the pressure angles limits and specific sliding. The asymmetrical gearing is suitable mainly for one direction of rotation, and the pinion can, therefore, have a lower number of teeth. By comparing the values, one can determine the benefits of their application.

A

T !! ] / /

1. Introduction Symmetrical teeth are commonly used for the entire spectrum of applications [3. 4]. Classical design of gears is based on the number of teeth and design module, the shape of basic rack is defined by the standard module and the pressure equal to 20°. The minimum number of teeth, for the normalized pressure angle, also depends on the addendum coefficient value. To improve the mesh conditions, various tooth corrections are mainly used. The most common type of correction is a correction by moving the tooth profile, and in case of helical gears, it is also a correction of helical angle. The majority of corrections are applied in order to achieve not only the desired centre-to-centre distance, but also to improve strength, stiffness properties of the teeth, or to remove the teeth undercutting or balance the specific sliding [1-3, 7, 9].

2. Asymmetric Teeth Involute curve changes its shape depending on the pressure angle (Fig. 1).

In Fig. 1, there are involute curves for pinions with a number of the teeth z1 = 17, module 10 mm and selected angles ι are 15°, 20°, 30°, 40°.

An asymmetric involute tooth is formed by two involute curves. The involute curves satisfy the law of gearing. The mesh is only on the line of action. The tooth asymmetry is created by different values of the tooth pressure angle for the left side ÎąL and the right side ÎąP [1â&#x20AC;&#x201C;3, 6, 7].

-

40 T \ ! D Y ! $ ) $ -

K$%O$+%-. $ +:$%O$+%-. $

!! " #$%

Fig. 1. Involute curves for a variety of pressure angles Rys. 1. Ewolwentowe profile zÄ&#x2122;ba dla róşnych kÄ&#x2026;tĂłw przyporu

Pictures in the article are made so that the left side is determined from the minimum number of teeth (i.e. defined by the angle aL). The right side is determined by the condition of the maximum value of the angle aP, taking into account that the total top land thickness is t 0.25 mn. At a fixed value of the left pressure angle, the right pressure angle can be from the interval <aL, aP>. The right involute can be between the curves 1 and 2 (Fig. 2b). As shown in Fig. 2c, it is possible to see a change relative to the symmetrical shape, the area 3 is removed and the area 4, is added to the symmetrical shape. If, however, the left angle aL is increased, the right angle aP is decreased in order to comply with the condition of a sufficient top tooth thickness [1â&#x20AC;&#x201C;3]. The limit values of pressure angles can be determined by using the custom made software (Fig. 5). Figure 3 presents a tooth segment with a large asymmetry, the number of the teeth of pinion z1 = 17. Base circle is not identical for left and right sides. The base circle diameter is smaller for a bigger angle a.

21

' K B [ B $,#

K

In Fig. 4, there are the mesh and radii of curvature for a different direction of rotation. Points N1 and N2 are the interference points. As the radius of curvature increases, the pressure angle a increases also. The change of angle a leads to changes in the radii of curvature, which affects the Hertz pressures. Centre-to-centre distance stays the same.

The minimum number of teeth with allowed undercutting

A formula for specific sliding at point A for the right side is analogical to formula (4).

V= ' !

! % -

â&#x20AC;&#x201C; specific sliding at the first point A of the mesh, where: aLâ&#x20AC;&#x201C; pressure angle (°), w1 â&#x20AC;&#x201C; input angular velocity (rad/s), w2 â&#x20AC;&#x201C; output angular velocity (rad/s), r1AL â&#x20AC;&#x201C; radius of curvature at the point A.

The software (Fig. 5, Fig. 6) was developed to address the issue with asymmetric teeth, it allows to check and compare the following important parameters: â&#x2C6;&#x2019; design of a pinion without undercutting, â&#x2C6;&#x2019; design of a pinion with allowed undercutting, â&#x2C6;&#x2019; contact ratio, â&#x2C6;&#x2019; calculation of the radii of curvature and their reduced values, i.e. basic characteristics of the calculation of Hertz pressures, â&#x2C6;&#x2019; pressure angles limits, â&#x2C6;&#x2019; specific sliding for pinions.

For asymmetric teeth, it is required to follow more parameters simultaneously. For given parameters, several separate profiles can be created.

The software has a number of work modes. In every work mode, a different number of parameters can be defined.

The software draws graphs for pressure angle limits (Fig. 5).

It draws graphs for specific sliding separately for right and left sides (Fig. 6). It controls the value of contact ratio (must be larger than one). It controls sufficient top land thickness. It also calculates values of radii of curvature at different mesh points and draws their reduced values. The software checks possible interferences.

The important benefit of asymmetric tooth profile applications is mainly a significant reduction in specific sliding

Fig. 2. Tooth shape: a) symmetrical tooth, b) asymmetric tooth, c) 3 â&#x20AC;&#x201C; Area where material is removed, 4 â&#x20AC;&#x201C; area where material is added Rys. 2. KsztaĹ&#x201A;t zÄ&#x2122;ba: a) zÄ&#x2026;b symetryczny, b) zÄ&#x2026;b asymetryczny, c) 3 â&#x20AC;&#x201C; strefa z usuniÄ&#x2122;tym materiaĹ&#x201A;em, 4 â&#x20AC;&#x201C; strefa z dodanym materiaĹ&#x201A;em

Fig. 3. Segment of the pinion, z1= 17, ÎąL = 20°, ÎąP = 39.5° Rys. 3. Segment waĹ&#x201A;ka zÄ&#x2122;batego, z1= 17, ÎąL = 20°, ÎąP = 39,5°

(1) where:

â&#x20AC;&#x201C; tooth addendum coefficient, a â&#x20AC;&#x201C; pressure angle (°).

The radii of curvature at the first point of mesh A (Fig. 4) for the tooth defined by pressure angle aL and aP are: (2) (3) where: m â&#x20AC;&#x201C; module (mm), r2 â&#x20AC;&#x201C; pitch radius of the wheel (mm), a â&#x20AC;&#x201C; centre distance (mm).

Specific sliding of pinion for the left side is: (4)

Fig. 4. Mesh of asymmetric teeth: a) driving side ÎąL = 20°, b) driving side ÎąP = 35° Rys. 4. ZazÄ&#x2122;bienie zÄ&#x2122;bĂłw asymetrycznych: a) strona napÄ&#x2122;dowa dla ÎąL = 20°, b) strona napÄ&#x2122;dowa ÎąP = 35°

22

P

O

M

I

A

R

Y

â&#x20AC;˘

A

U

T

O

M

A

T

Y

K

A

â&#x20AC;˘

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

)

* %

Fig. 5. The software for the control and analysis of asymmetric teeth, pressure angles limits for the left side and right side Rys. 5. Oprogramowanie do sprawdzania i analizy zÄ&#x2122;bĂłw asymetrycznych, kÄ&#x2026;tĂłw granicznych przyporu dla strony lewej i prawej

Fig. 6. The course of specific sliding, above, for driving side ÎąL=18.5°, below, for driving side ÎąP=39.5° Rys. 6. Przebieg Ĺ&#x203A;rednich poĹ&#x203A;lizgĂłw, u gĂłry dla strony napÄ&#x2122;dowej o kÄ&#x2026;cie ÎąL=18,5 , u doĹ&#x201A;u dla strony napÄ&#x2122;dowej o kÄ&#x2026;cie ÎąP=39,5°

and Hertz pressures at the point of the first contact of the teeth. Fig. 7, specific sliding is a function of the pressure angle a. The left side is defined by standard value of 20°.

In the Tab. 1 the values for examined parameters by different number of the teeth z1 are listed.

Tab. 1. Specific sliding and radii of curvature for gear ratio equal to 1 one and ha*= 1 Tab. 1. Ĺ&#x161;rednie poĹ&#x203A;lizgi i promienie krzywizny dla przeĹ&#x201A;oĹźenia rĂłwnego 1 i wspĂłĹ&#x201A;czynnika ha*= 1 z1

aL(°)

r1AL (mm)

aP(°)

8

27

â&#x20AC;&#x201C;27.03

1.25

28

â&#x20AC;&#x201C;15.35

2.17

11

22

â&#x20AC;&#x201C;43.70

0.90

34

â&#x20AC;&#x201C;2.05

15.19

14

20

â&#x20AC;&#x201C;18.37

2.35

37.5

â&#x20AC;&#x201C;1.08

27.64

17

18

â&#x20AC;&#x201C;17.95

2.63

39.5

â&#x20AC;&#x201C;0.74

39.41

20

17

â&#x20AC;&#x201C;12.21

4.12

40.5

â&#x20AC;&#x201C;0.58

50.41

1AL

1AP

r1AL (mm)

X= % The asymmetry allows to decrease number of the teeth on the pinion. The assymmetric teeth make it possible to decrease the gearing dimensions and to reduce weight. The course of specific sliding is advantageous especially for larger pressure angles.

However, a disadvantage may be a lower value of contact ratio.

Fig. 7. The course of specific sliding on the involute tooth profile with the first point of mesh A defined for z1 = 17, ÎąL = 20°, ÎąP = 39.5° Rys. 7. Przebieg zmian poĹ&#x203A;lizgu na profilu ewolwentowym zÄ&#x2122;ba dla pierwszego punktu zazÄ&#x2122;bienia A okreĹ&#x203A;lonego przez z1 = 17, ÎąL = 20°, ÎąP = 39,5°

The software mentioned herein allows quick and comfortable monitoring of asymmetric teeth. This gearing may be used only if the cost is not the ultimate criterion.

-

This paper was written within the framework of Grant Project VEGA: â&#x20AC;&#x17E;1/0688/12 â&#x20AC;&#x201C; Research and application of universal regulation system in order to master the source of mechanical systems excitationâ&#x20AC;?.

23

' K B [ B $,#

K

( 1

6. HomiĹĄin J., KaĹĄĹĄay P., Ä&#x152;opan P., Possibility of torsional vibration extremal control, â&#x20AC;&#x153;Diagnostykaâ&#x20AC;?, Vol. 15, No. 2/2014, 7â&#x20AC;&#x201C;12.

7. Czech P., Mikulski J., Application of Bayes classifier and entropy of vibration signals to diagnose damage of head gasket in internal combustion engine of a car, â&#x20AC;&#x153;Communications in Computer and Information Scienceâ&#x20AC;?, Vol. 471/2014, 225â&#x20AC;&#x201C;232.

8. Di Francesco G., Marini S., Asymmetric teeth: Bending stress calculation, March/April 2007 [http://www. geartechnology.com].

9. Czech P., Ĺ azar B., Wojnar G., Wykrywanie lokalnych uszkodzeĹ&#x201E; zÄ&#x2122;bĂłw kĂłĹ&#x201A; przekĹ&#x201A;adni z wykorzystaniem sztucznych sieci neuronowych i alogorytmĂłw genetycznych, Bibioteka ProblemĂłw Eksploatacji, Radom 2007.

1. VojtkovĂĄ J., Reduction of contact stresses using involute gears with asymmetric teeth, â&#x20AC;&#x153;Scientific Journal of Silesian University of Technology. Series Transportâ&#x20AC;?. Vol. 89 (2015), 179â&#x20AC;&#x201C;185.

2. VojtkovĂĄ J., Ä&#x152;elnĂŠ ozubenĂŠ kolesĂĄ s priamymi zubami s asymetrickĂ˝m profilom â&#x20AC;&#x201C; nĂĄvrh a trvanie zĂĄberu, 51. MedzinĂĄrodnĂĄ vedeckĂĄ konferencia katedier Ä?astĂ­ a mechanizmov strojov, ZbornĂ­k referĂĄtov: 8â&#x20AC;&#x201C;10.9.2010, KoĹĄice â&#x20AC;&#x201C; SlovenskĂ˝ Raj â&#x20AC;&#x201C; KoĹĄice: CPRESS, 2010.

3. VojtkovĂĄ J., Effect of asymmetry on radii of curvature for spur gears with nonsymetrical teeth. â&#x20AC;&#x153;Zeszyty Naukowe Politechniky Ĺ&#x161;lÄ&#x2026;skiejâ&#x20AC;?, Vol. 84, No. 1907, 2014, 47â&#x20AC;&#x201C;51.

4. Czech P. et al., The influence of noise on the car ride comfort, â&#x20AC;&#x153;Logistykaâ&#x20AC;?, No. 4 (2015).

5. Sapieta M., Dekýť V., Pastorek P., Using of activ thermography and lockin method with ultrasound excitation for detection of material defect, â&#x20AC;&#x153;Zeszyty Naukowe Politechniki Ĺ&#x161;lÄ&#x2026;skiejâ&#x20AC;?, Vol. 84, No. 1907/2014, 119â&#x20AC;&#x201C;124.

0 ( ] ! !

Streszczenie: Zastosowanie róşnych kÄ&#x2026;tĂłw dla lewej i prawej strony zÄ&#x2122;ba pozwala na stworzenie ksztaĹ&#x201A;tu o odpowiednich parametrach. Opracowane oprogramowanie umoĹźliwia: ustaliÄ&#x2021; wĹ&#x201A;aĹ&#x203A;ciwy ksztaĹ&#x201A;t zÄ&#x2122;ba oraz obliczyÄ&#x2021; zredukowane promienie krzywizny dla zÄ&#x2122;bĂłw asymetrycznych, naciski Herza, kÄ&#x2026;ty graniczne profili oraz Ĺ&#x203A;rednie poĹ&#x203A;lizgi. PorĂłwnanie tych wartoĹ&#x203A;ci pozwala okreĹ&#x203A;liÄ&#x2021; zalety stosowania tego rodzaju profili asymetrycznych. ' T A( ! ] A

Ing. Jarmila VojtkovĂĄ, PhD ! $ ) $ > -MK+ < ! 8 " ; = [ N < < 8 F C &V ; ! $ < & / / N W < F $ E < < / / ; !! $ ' < :% ( $

24

P

O

M

I

A

R

Y

â&#x20AC;˘

A

U

T

O

M

A

T

Y

K

A

â&#x20AC;˘

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

Pomiary Automatyka Robotyka, R. 20, Nr 2/2016, 25â&#x20AC;&#x201C;28, DOI: 10.14313/PAR_220/25

! J ! A ! !

A ! ! ! ! ( ?

Dariusz Kasprzak, Andrzej Mrowiec @ J = @ = F I F $ S ^ O .+;K%% =

Streszczenie: WÄ&#x2122;giel to podstawowy surowiec energetyczny w Polsce. Od poĹ&#x201A;owy ubiegĹ&#x201A;ego wieku podejmowano prĂłby spalania koloidalnych zawiesin pyĹ&#x201A;u wÄ&#x2122;glowego w oleju napÄ&#x2122;dowym lub opaĹ&#x201A;owym. Ze wzglÄ&#x2122;dĂłw ekonomicznych podjÄ&#x2122;to badania nad wykorzystaniem koloidalnych zawiesin wodno-wÄ&#x2122;glowych CWL (Coal-Water Liquid), jako paliwa w energetyce ciepĹ&#x201A;owniczej.

Pozwala to na obniĹźenie zawartoĹ&#x203A;ci NOx i SOx bez koniecznoĹ&#x203A;ci inwestowania w drogie ukĹ&#x201A;ady odsiarczania i odpylania, co jest atutem ekologicznym i ekonomicznym. Wymagane, ze wzglÄ&#x2122;dĂłw technologicznych, ukĹ&#x201A;ady pomiaru strumienia dostarczanego paliwa, powinny byÄ&#x2021; tanie w eksploatacji, niezawodne oraz odporne na zanieczyszczenia. Warunki te mogÄ&#x2026; speĹ&#x201A;niÄ&#x2021; kryzy mimoĹ&#x203A;rodowe lub segmentowe. W artykule przedstawiono stanowisko doĹ&#x203A;wiadczalno-pomiarowe, pozwalajÄ&#x2026;ce na przeprowadzenie przepĹ&#x201A;ywowych badaĹ&#x201E; wstÄ&#x2122;pnych, kryz mimoĹ&#x203A;rodowych z punktowym odbiorem ciĹ&#x203A;nienia róşnicowego, przy maĹ&#x201A;ych liczbach Reynoldsa. Wyniki wykonanych pomiarĂłw charakterystyk przepĹ&#x201A;ywowych oraz symulacji numerycznych przedstawiono w tabelach i na wykresach. Dla wybranej kryzy mimoĹ&#x203A;rodowej wyznaczono wartoĹ&#x203A;Ä&#x2021; wspĂłĹ&#x201A;czynnika przepĹ&#x201A;ywu C w funkcji liczby Reynoldsa.

Przedstawione w artykule analizy dotyczÄ&#x2026; przepĹ&#x201A;ywu wody. Planowane sÄ&#x2026; dalsze badania dla oleju hydraulicznego. ' T ! ! ( ? 0 0J

1. Wprowadzenie Obecnie istnieje wiele sposobĂłw pomiaru przepĹ&#x201A;ywu cieczy w przemysĹ&#x201A;owych instalacjach przesyĹ&#x201A;owo-przepĹ&#x201A;ywowych.

W zaleĹźnoĹ&#x203A;ci od istniejÄ&#x2026;cych moĹźliwoĹ&#x203A;ci, moĹźna takiego pomiaru dokonywaÄ&#x2021; róşnymi metodami, wykorzystujÄ&#x2026;c przepĹ&#x201A;ywomierze [1, 4, 5, 7].

JednÄ&#x2026; z najczÄ&#x2122;Ĺ&#x203A;ciej stosowanych metod pomiaru strumienia przepĹ&#x201A;ywu cieczy jest metoda zwÄ&#x2122;Ĺźkowa, charakteryzujÄ&#x2026;ca siÄ&#x2122; dokĹ&#x201A;adnoĹ&#x203A;ciÄ&#x2026; ok. 1,5...2%. Nie bez znaczenia jest w tym wypadku fakt, Ĺźe naleĹźy ona do metod tanich i polega na pomiarze spadku ciĹ&#x203A;nienia spiÄ&#x2122;trzenia na elemencie pomiarowym (spiÄ&#x2122;trzajÄ&#x2026;cym). W charakterze zwÄ&#x2122;Ĺźki spiÄ&#x2122;trzajÄ&#x2026;cej przepĹ&#x201A;yw bardzo czÄ&#x2122;sto stosuje siÄ&#x2122; kryzy pomiarowe. W wielu przypadkach za podstawowy element pomiarowy przyjmuje siÄ&#x2122; kryzÄ&#x2122; standar-

-

40 T

= -) $ -

O$%,$+%-. $ +,$%.$+%-. $

!! " #$%

dowÄ&#x2026; (normalnÄ&#x2026;). Gdy nie moĹźna speĹ&#x201A;niÄ&#x2021; warunkĂłw przepĹ&#x201A;ywowych cieczy, ktĂłre sÄ&#x2026; objÄ&#x2122;te normÄ&#x2026; ISO 5167-1, to istnieje moĹźliwoĹ&#x203A;Ä&#x2021; zastosowania kryz niestandardowych takich jak: kwadrantowa (wykorzystywana zwĹ&#x201A;aszcza dla maĹ&#x201A;ych liczb Reynoldsa), segmentowa (dla cieczy zanieczyszczonych), czy opisana w niniejszym opracowaniu kryza mimoĹ&#x203A;rodowa [2, 6].

Stosowanie kryz mimoĹ&#x203A;rodowych, przy zachowaniu prostoty wykonania i instalowania jest zalecane zwĹ&#x201A;aszcza wĂłwczas, gdy medium jest na tyle zanieczyszczone, Ĺźe stosowanie kryz centrycznych (normalnych) moĹźe prowadziÄ&#x2021; do ich znacznego przewÄ&#x2122;Ĺźenia, a co za tym idzie uzyskanie wiarygodnych wynikĂłw pomiaru bÄ&#x2122;dzie niemoĹźliwe. Podobnie jak w przypadku kryz segmentowych, w celu zapobiegania osadzania siÄ&#x2122; zanieczyszczeĹ&#x201E; przed zwÄ&#x2122;ĹźkÄ&#x2026;, korzystne jest umieszczanie otworu kryzy mimoĹ&#x203A;rodowej w dolnej czÄ&#x2122;Ĺ&#x203A;ci zwÄ&#x2122;Ĺźki. W znacznym stopniu uniezaleĹźni to niepewnoĹ&#x203A;Ä&#x2021; pomiaru strumienia od faktu moĹźliwoĹ&#x203A;ci wystÄ&#x2122;powania w nim osadĂłw. Dla wszystkich rodzajĂłw kryz obowiÄ&#x2026;zujÄ&#x2026; takie same wymagania dotyczÄ&#x2026;ce ich wykonania. Do obliczenia strumienia przepĹ&#x201A;ywu stosuje siÄ&#x2122; zaleĹźnoĹ&#x203A;ci takie same jak dla kryzy normalnej jednak naleĹźy znaÄ&#x2021; wartoĹ&#x203A;Ä&#x2021; wspĂłĹ&#x201A;czynnika przepĹ&#x201A;ywu zaleĹźnego od Ĺ&#x203A;rednicy otworu zwÄ&#x2122;Ĺźki jak i wartoĹ&#x203A;ci przewÄ&#x2122;Ĺźenia. Literatura przedmiotu zaleca, aby przewÄ&#x2122;Ĺźenie kryzy (stosunek Ĺ&#x203A;rednic b = d/D) zawieraĹ&#x201A;o siÄ&#x2122; w przedziale 0,3 â&#x20AC;&#x201C; 0,8 przy liczbie Reynoldsa nie mniejszej niĹź 10 000 [8].

25

$,

@ c ,

# `

c ` #

#

1

Rys. 1. Schemat stanowiska hydraulicznego do badania kryzy mimoĹ&#x203A;rodowej Fig. 1. Diagram of the hydraulic stand for studying the eccentric orifice

Rys. 2. Schemat badanej kryzy mimoĹ&#x203A;rodowej Fig. 2. Diagram of the studied eccentric orifice

2. Przeprowadzenie pomiarĂłw

typu APR-2000/ALW (5) o zakresie pomiarowym â&#x20AC;&#x201C; 0,5...7 kPa. ZawĂłr odcinajÄ&#x2026;cy (3) z wymiennymi staĹ&#x201A;ymi dĹ&#x201A;awikami (2) sĹ&#x201A;uĹźy do skokowej regulacji przepĹ&#x201A;ywu strumienia wody poprzez upust boczny.

Badania eksperymentalne przeprowadzono dla 5 kryz mimoĹ&#x203A;rodowych, róşniÄ&#x2026;cych siÄ&#x2122; Ĺ&#x203A;rednicÄ&#x2026; otworu przepĹ&#x201A;ywowego d (rys. 2), a co za tym idzie przewÄ&#x2122;Ĺźeniem kryzy b = d/D â&#x20AC;&#x201C; tabela 1.

Badania doĹ&#x203A;wiadczalne kryz mimoĹ&#x203A;rodowych w zakresie maĹ&#x201A;ych liczb Reynoldsa (ReD = 3000...10 000) wykonano w rurociÄ&#x2026;gu przy przepĹ&#x201A;ywie wody. Pomiary wykonano w temperaturze t = 21 °C Âą1 °C. RĂłwnanie charakterystyki badanych doĹ&#x203A;wiadczalnie przepĹ&#x201A;ywomierzy spiÄ&#x2122;trzajÄ&#x2026;cych zbudowanych na podstawie typoszeregu kryz mimoĹ&#x203A;rodowych (tabela 1), przedstawiono zaleĹźnoĹ&#x203A;ciÄ&#x2026; (1):

Badania przeprowadzono na zbudowanym autorskim stanowisku laboratoryjnym (rys. 1), w ktĂłrym przepĹ&#x201A;yw w instalacji hydraulicznej wymuszano pompÄ&#x2026; wirowÄ&#x2026; (1) w obiegu zamkniÄ&#x2122;tym. Do pomiaru przepĹ&#x201A;ywajÄ&#x2026;cego strumienia wody przez badane kryzy mimoĹ&#x203A;rodowe umieszczone w rurociÄ&#x2026;gu (6) z stali nierdzewnej o Ĺ&#x203A;rednicy wewnÄ&#x2122;trznej D = 50 mm, jako przepĹ&#x201A;ywomierz odniesienia wykorzystano przepĹ&#x201A;ywomierz elektromagnetyczny typu PROMAG 30AT15 (4) o bĹ&#x201A;Ä&#x2122;dzie granicznym Î&#x201D;qv = 0,0092 dm3/s w badanym zakresie pomiarowym. PowstajÄ&#x2026;ce na kryzie ciĹ&#x203A;nienie spiÄ&#x2122;trzenia róşnicowego Î&#x201D;p mierzono w sposĂłb przytarczowy punktowy inteligentnym przetwornikiem róşnicy ciĹ&#x203A;nieĹ&#x201E;

(1)

Tabela 1. Parametry geometryczne badanych kryz mimoĹ&#x203A;rodowych Table 1. Geometrical parameters of the studied eccentric orifice

Kryza mimoĹ&#x203A;rodowa

d [mm]

b[ â&#x20AC;&#x201C; ]

KM-1

15,0

0,3

KM-2

20,0

0,4

KM-3

25,0

0,5

KM-4

30,0

0,6

KM-5

35,0

0,7

gdzie: Dp â&#x20AC;&#x201C; róşnica ciĹ&#x203A;nieĹ&#x201E; przed i za zwÄ&#x2122;ĹźkÄ&#x2026; [Pa], C * â&#x20AC;&#x201C; staĹ&#x201A;a przepĹ&#x201A;ywu badanego przepĹ&#x201A;ywomierza spiÄ&#x2122;trzajÄ&#x2026;cego C * = f {C, b, e, D, r}.

Na rys. 3 przedstawiono przykĹ&#x201A;adowe wyniki uzyskanych doĹ&#x203A;wiadczalnie pomiarĂłw strumienia objÄ&#x2122;toĹ&#x203A;ci q = f (Î&#x201D;p) dla wybranej kryzy mimoĹ&#x203A;rodowej KM - 2.

Na rys. 4 przedstawiono uzyskane w trakcie badaĹ&#x201E; eksperymentalnych wyniki staĹ&#x201A;ej przepĹ&#x201A;ywu C* dla badanych kryz mimoĹ&#x203A;rodowych w zaleĹźnoĹ&#x203A;ci od liczby Reynoldsa (3000 < ReD < 10 000).

Na rys. 5 przedstawiono uzyskane w trakcie badaĹ&#x201E; i obliczeĹ&#x201E; wartoĹ&#x203A;ci wspĂłĹ&#x201A;czynnika przepĹ&#x201A;ywu C wg zaleĹźnoĹ&#x203A;ci (2), dla przebadanych doĹ&#x203A;wiadczalnie kryz mimoĹ&#x203A;rodowych w zaleĹźnoĹ&#x203A;ci od liczby Reynoldsa (3000 < ReD < 10 000).

Rys. 4. Wyznaczone eksperymentalnie staĹ&#x201A;e przepĹ&#x201A;ywu C* = f (ReD) Fig. 4. Experimentally determined flow constant C* = f (ReD)

Rys. 3. Eksperymentalne wyniki pomiaru strumienia objÄ&#x2122;toĹ&#x203A;ci qv = f(Dp) Fig. 3. Experimental results of the flow rate qv = f(Dp)

26

P

O

M

I

A

R

Y

â&#x20AC;˘

A

U

T

O

M

A

T

Y

K

A

â&#x20AC;˘

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

+ # " , *

Na rys. 7 przedstawiono wyznaczony numerycznie rozkĹ&#x201A;ad pola prÄ&#x2122;dkoĹ&#x203A;ci w postaci wektorĂłw przy przepĹ&#x201A;ywie wody (ReD = 10 000) przez kryzÄ&#x2122; mimoĹ&#x203A;rodowÄ&#x2026; w przekroju osiowym w pĹ&#x201A;aszczyĹşnie przekroju wzdĹ&#x201A;uĹźnego.

Na podstawie przeprowadzonej symulacji dla kryzy mimoĹ&#x203A;rodowej KM-2 obliczono wspĂłĹ&#x201A;czynnik przepĹ&#x201A;ywu C = 0,577.

Z porĂłwnania wynikĂłw badaĹ&#x201E; doĹ&#x203A;wiadczalnych oraz przeprowadzonych symulacji, dla modelu 3D k-e, oszacowano wzglÄ&#x2122;dny bĹ&#x201A;Ä&#x2026;d symulacji spiÄ&#x2122;trzenia ciĹ&#x203A;nienia na kryzie mimoĹ&#x203A;rodowej (KM-2) dla strumienia masy qm = 0,3955 kg/s, róşnica ta nie przekracza 11,9%.

Rys. 5. Obliczone wartoĹ&#x203A;ci wspĂłĹ&#x201A;czynnika przepĹ&#x201A;ywu C = f (ReD) Fig. 5. Calkulated value of flow constant C = f (ReD)

V= ' 4

Przeprowadzono rĂłwnieĹź symulacje numeryczne badanego procesu przepĹ&#x201A;ywowego dla modelu 3D k-e, wybranej kryzy mimoĹ&#x203A;rodowej (KM-2) [9]. Do jego realizacji wykorzystano program FLUENT [3], przyjmujÄ&#x2026;c jako parametr wejĹ&#x203A;ciowy strumieĹ&#x201E; masy qm = 0,3955 kg/s.

X= : ;

W artykule omĂłwiono wyniki podjÄ&#x2122;tej prĂłby sprawdzenia moĹźliwoĹ&#x203A;ci pomiaru strumienia objÄ&#x2122;toĹ&#x203A;ci przy maĹ&#x201A;ych liczbach Reynoldsa za pomocÄ&#x2026; kryzy mimoĹ&#x203A;rodowej w warunkach przemysĹ&#x201A;owych. Bardzo istotnym jest to, Ĺźe dla kryzy mimoĹ&#x203A;rodowej o przewÄ&#x2122;Ĺźeniu b = 0,3 (KM-1) uzyskano w zakresie liczby ReD = 6000...10 000 praktycznie staĹ&#x201A;Ä&#x2026; wartoĹ&#x203A;Ä&#x2021; wspĂłĹ&#x201A;czynnika przepĹ&#x201A;ywu C = 0,631 Âą0,005 o charakterystyce zbliĹźonej do linii prostej. Dla wiÄ&#x2122;kszych wartoĹ&#x203A;ci liczby Reynoldsa norma PN-M-42377 [10] podaje wartoĹ&#x203A;Ä&#x2021; wspĂłĹ&#x201A;czynnika przepĹ&#x201A;ywu C = 0,628 Âą0,001 przy przewÄ&#x2122;Ĺźeniu b = 0,45...0,7. StaĹ&#x201A;e wartoĹ&#x203A;ci wspĂłĹ&#x201A;czynnika przepĹ&#x201A;ywu uzyskano dla kryzy KM-2 przy liczbie ReD = 7500...10 000, a dla kryzy KM-3 przy liczbie ReD = 9000...10 000. Kryzy KM-4 i KM-5 nie nadajÄ&#x2026; siÄ&#x2122; do zastosowania w badanym zakresie liczby Reynoldsa.

Z analizy przedstawionych rezultatĂłw badaĹ&#x201E; wynika, Ĺźe stosowanie w warunkach przemysĹ&#x201A;owych kryz mimoĹ&#x203A;rodowych dla maĹ&#x201A;ych liczb Reynoldsa (ReD < 10 000) kaĹźdorazowo wymaga przeprowadzania kalibracji.

( 1 !

Rys. 6. RozkĹ&#x201A;ad ciĹ&#x203A;nienia statycznego dla modelu 3D kâ&#x20AC;&#x201C;Îľ (dla kryzy mimoĹ&#x203A;rodowej KM-2 przy liczbie ReD = 10 000) Fig. 6. Distribution of static pressure for the model 3D kâ&#x20AC;&#x201C;e (for eccentric orifice KM-2 for ReD = 10 000)

Na rys. 6 przedstawiono wyznaczony numerycznie rozkĹ&#x201A;ad ciĹ&#x203A;nienia statycznego przy przepĹ&#x201A;ywie wody (ReD = 10 000) przez kryzÄ&#x2122; mimoĹ&#x203A;rodowÄ&#x2026; w przekroju osiowym w pĹ&#x201A;aszczyĹşnie przekroju wzdĹ&#x201A;uĹźnego.

Rys. 7. RozkĹ&#x201A;ad pola prÄ&#x2122;dkoĹ&#x203A;ci w postaci wektorowej dla modelu 3D kâ&#x20AC;&#x201C;Îľ (dla kryzy mimoĹ&#x203A;rodowej KM â&#x20AC;&#x201C; 2, ReD = 10 000) Fig. 7. Distribution of the velocity field in the vector form for the model 3D kâ&#x20AC;&#x201C;Îľ (for eccentric orifice KM-2 for ReD = 10 000)

1. Bonfig K.W., Technische Durchflussmessung, Vulkan-Verlag, Essen 1977.

2. Crabtree M.A., Industrial Flow Measurement, Master Thesis, University of Huddersfield, 2009.

3. Fluent 6.1 Userâ&#x20AC;&#x2122;s Guide, Fluent Inc., 2003.

4. Goldstein R.J., Fluid Mechanics Measurements, Hemisphere Publishing Corp., 1983.

5. Kabza Z., Pomiary strumieni pĹ&#x201A;ynĂłw (przewodnik), Oficyna Wydawnicza Politechniki Opolskiej, Studia i monografie, Z. 90, Opole 1996.

6. Kabza Z., Kostyrko K., Zator S., Ĺ obozowski A., Szkolnikowski W., Regulacja mikroklimatu pomieszczenia, Agenda Wydawnicza PAK, Warszawa 2005.

7. Kremlewski P.P., Raschodimiery i scetciki kolicestva vescestv, Izd. Politechnika, Sankt Petersburg 2002.

8. Liptak B.G., Flow Measurement, Chilton Book Company, Radnor, Pennsylvania 1993, 85â&#x20AC;&#x201C;86.

9. Mrowiec A., Analiza numeryczno-doĹ&#x203A;wiadczalna rozkĹ&#x201A;adu parametrĂłw przepĹ&#x201A;ywu w kolanie pomiarowym, XIII Krajowa i IV MiÄ&#x2122;dzynarodowa Konferencja Naukowo-Techniczna â&#x20AC;&#x17E;Metrologia w Technikach Wytwarzania, PoznaĹ&#x201E;-ĹťerkĂłw, 2009, 305â&#x20AC;&#x201C;308.

10. PN-M-42377. Pomiary strumienia pĹ&#x201A;ynu za pomocÄ&#x2026; zwÄ&#x2122;Ĺźek pomiarowych. Wytyczne doboru dysz i kryz nie objÄ&#x2122;tych ISO 5167-1.

27

$,

@ c ,

# `

c ` #

#

1

' < ( < F ! & C ] < B F ! < ! ? S !( Abstract: The energy industry in Poland is mostly based on coal as an energy resource. Until the half of the previous century studies and attempts were made at burning coal dust-based suspensoids in gas oil and furnace oil, with positive results. For economic reasons, studies and attempts were made at using coal and water-based CWL (Coal-Water Liquid) suspensoids as fuel in the heating industry. Using this fuel leads to a reduction in NOx and SOx percentage without the need for an expensive desulphurization and dust extraction installation, which is a huge economic and ecological advantage. For technological reasons required are systems for measuring the flow of the injected fuel that are cheap in use, reliable and residue-resistant. These requirements can be met by segmental and eccentric orifices. In the article, presented was a research and measurement station which enables its users to conduct introductory flow measurements for eccentric orifices with point reception of differential pressure for small Reynolds numbers. The results of the flow characteristic measurements as well as of numerical simulations were presented in the form of tables and charts. For the selected eccentric orifice the C flow parameter in the Reynolds number function was determined. The analysis of the study results presented in the article refers to the flow of water.

The next planned stage of the research will involve flow studies and measurements with the use of hydraulic oil as the medium.

KeywordsT ] ? !( _ < `

+ ' # 0

)

+ 2

-) $

$! ) $ $

= F ; I F @ J; = $ @ & ! @ ' ! 8 @ ; -MK# $ C -MM: $ ; $ C( T ! ! 0 0 ! / ( 0 ! A; < J ! 0 $

= F ; I F @ J; = $ @ I F ; -M:M $ U ( ! 0( 8 0 ' ; ! ! C @ ; !$ @ +%-# $ @ F ! C ; $ C( T ! 0 ! ! ! / $

28

P

O

M

I

A

R

Y

â&#x20AC;˘

A

U

T

O

M

A

T

Y

K

A

â&#x20AC;˘

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

Pomiary Automatyka Robotyka, R. 20, Nr 2/2016, 29â&#x20AC;&#x201C;34, DOI: 10.14313/PAR_220/29

" S ( A ! ! / A & '8

2 ); 0 = O ) ; 0

0 ) ; ) " F = E B $ > A , K:;-%% 8

) 0< ) ! E ' ! ! 0 E' @ C I ;? " A S 0 8 $ < I / -%: K:;-%% 8

L W artykule przedstawiono ukĹ&#x201A;ad sterowania numerycznego maszyn zbudowany na bazie komputera PC, komunikujÄ&#x2026;cy siÄ&#x2122; z serwonapÄ&#x2122;dami i ukĹ&#x201A;adami wejĹ&#x203A;cia/wyjĹ&#x203A;cia sterujÄ&#x2026;cymi wyposaĹźeniem maszyny poprzez magistralÄ&#x2122; komunikacyjnÄ&#x2026; EtherCAT. W komputerze zaimplementowano system operacyjny czasu rzeczywistego Linux RTAI wraz ze zmodyfikowanym oprogramowaniem sterujÄ&#x2026;cym LinuxCNC. Opracowano programowy moduĹ&#x201A; komunikacyjny magistrali EtherCAT i zintegrowano go z oprogramowaniem LinuxCNC. Opracowany moduĹ&#x201A; EtherCAT umoĹźliwia komunikacjÄ&#x2122; z serwonapÄ&#x2122;dami zgodnie ze standardem CiA 402 oraz moduĹ&#x201A;ami wejĹ&#x203A;Ä&#x2021;/wyjĹ&#x203A;Ä&#x2021; zgodnie ze standardem CiA 401. Opracowany ukĹ&#x201A;ad sterowania cechuje siÄ&#x2122; prostÄ&#x2026; budowÄ&#x2026; i Ĺ&#x201A;atwym montaĹźem. Pozwala na bardzo szybkÄ&#x2026; dwukierunkowÄ&#x2026; komunikacjÄ&#x2122; z napÄ&#x2122;dami i ukĹ&#x201A;adami wejĹ&#x203A;cia/ wyjĹ&#x203A;cia. Jest ukĹ&#x201A;adem elastycznym, ktĂłry moĹźna Ĺ&#x201A;atwo zaimplementowaÄ&#x2021; do sterowania maszynami wieloosiowymi o róşnej konfiguracji. ' T S ! / U W ?8'E U W S & '8

1. Wprowadzenie UkĹ&#x201A;ady sterowania maszyn CNC moĹźna podzieliÄ&#x2021; na zamkniÄ&#x2122;te â&#x20AC;&#x201C; uniemoĹźliwiajÄ&#x2026;ce wprowadzanie modyfikacji przez uĹźytkownika oraz otwarte â&#x20AC;&#x201C; najczÄ&#x2122;Ĺ&#x203A;ciej bazujÄ&#x2026;ce na komputerach przemysĹ&#x201A;owych IPC (ang. Industrial Personal Computer) z zaimplementowanym oprogramowaniem CNC, ktĂłre moĹźna swobodnie modyfikowaÄ&#x2021;. UkĹ&#x201A;ady zamkniÄ&#x2122;te [1, 2] produkowane sÄ&#x2026; przez wielu znanych producentĂłw ukĹ&#x201A;adĂłw sterowania, miÄ&#x2122;dzy innymi Siemens, Heidenhain, Fanuc, Cincinnati itd. Wiele firm jest jednoczeĹ&#x203A;nie producentem maszyn i dedykowanych do nich ukĹ&#x201A;adĂłw sterowania. W ukĹ&#x201A;adach sterowania otwartego istnieje moĹźliwoĹ&#x203A;Ä&#x2021; zaadaptowania ich do sterowania maszynami o róşnych konfiguracjach [5]. MajÄ&#x2026; one bardzo róşne struktury. Jednym z rozwiÄ&#x2026;zaĹ&#x201E; jest budowa ukĹ&#x201A;adĂłw sterowania wykorzystujÄ&#x2026;cego komputery PC tzw. PC BA (ang. PC Based Automation). UkĹ&#x201A;ady te sÄ&#x2026; coraz bardziej popularne i sÄ&#x2026; stosowane do sterowania wieloma maszynami. W ukĹ&#x201A;adach tych, w zaleĹźnoĹ&#x203A;ci od producenta, stosowane sÄ&#x2026; róşne magistrale komunikacyjne. CzÄ&#x2122;sto stosowane sÄ&#x2026; jednokierunkowe magi-

-

40 T F ! $ )< $ ! $ -

-,$%O$+%-. $ +%$%,$+%-. $

!! " #$%

strale komunikacyjne, np. do sterowania napÄ&#x2122;dami skokowymi, wysyĹ&#x201A;ajÄ&#x2026;ce sygnaĹ&#x201A;y CLK, DIR, ENABLE. Bardzo zaawansowane ukĹ&#x201A;ady sterowania numerycznego maszyn bazujÄ&#x2026;ce na komputerach IPC produkuje firma Beckhoff Automation GmbH. UkĹ&#x201A;ady te sterowane sÄ&#x2026; z wbudowanego sterownika PC z zintegrowanymi wejĹ&#x203A;ciami i wyjĹ&#x203A;ciami (ang. Embedded PCs) lub przemysĹ&#x201A;owego wielordzeniowego komputera PC. Jako program sterujÄ&#x2026;cy stosowany jest TwinCAT CNC (do 32 osi sterowanych numerycznie). Komunikacja miÄ&#x2122;dzy komputerem IPC stanowiÄ&#x2026;cym sterownik CNC a serwonapÄ&#x2122;dami i ukĹ&#x201A;adami wejĹ&#x203A;cia/wyjĹ&#x203A;cia, zarĂłwno dyskretnymi jak i analogowymi, realizowana jest przez magistralÄ&#x2122; EtherCAT [3]. Firma Beckhoff jest twĂłrcÄ&#x2026; tej magistrali. MagistralÄ&#x2122; tÄ&#x2122; definiuje norma IEC 61158 [8]. Warstwa fizyczna i liniowa jest zgodna ze standardem typowej ramki Ethernet IEEE 802.3 [9]. UmoĹźliwia to podĹ&#x201A;Ä&#x2026;czenie serwonapÄ&#x2122;dĂłw i ukĹ&#x201A;adĂłw wejĹ&#x203A;cia/wyjĹ&#x203A;cia za poĹ&#x203A;rednictwem typowych przewodĂłw ethernetowych do portu komputera PC. W warstwie aplikacyjnej stosu tej magistrali zastosowano protokĂłĹ&#x201A; komunikacyjny CANopen. Na rynku dostÄ&#x2122;pnych jest wiele serwonapÄ&#x2122;dĂłw wyposaĹźonych w porty ethernetowe z protokoĹ&#x201A;em CANopen. Magistrala EtherCAT doskonale nadaje siÄ&#x2122; do komunikacji w czasie rzeczywistym komputera z napÄ&#x2122;dami. ObsĹ&#x201A;uga wszystkich serwonapÄ&#x2122;dĂłw, tj. wysyĹ&#x201A;anie danych i odczyt danych z serwonapÄ&#x2122;dĂłw i ukĹ&#x201A;adĂłw wejĹ&#x203A;cia/wyjĹ&#x203A;cia, moĹźe odbywaÄ&#x2021; siÄ&#x2122; cyklicznie w jednej przesyĹ&#x201A;anej ramce ethernetowej.

Jednym z rozwiÄ&#x2026;zaĹ&#x201E; ukĹ&#x201A;adĂłw sterowania numerycznego maszyn sÄ&#x2026; ukĹ&#x201A;ady sterowania budowane na komputerach IPC z oprogramowaniem LinuxCNC [6], pracujÄ&#x2026;cym w Ĺ&#x203A;rodowisku

29

[ H0H #*` ,# H ! ` H G

Rys. 1. Budowa ukĹ&#x201A;adu sterowania Fig. 1. Control system structure

Linuxa czasu rzeczywistego i magistrala komunikacyjna EtherCAT. Jest to rozwiÄ&#x2026;zanie tanie o duĹźych moĹźliwoĹ&#x203A;ciach adaptacji do sterowania maszynami o róşnej konfiguracji. Budowa ukĹ&#x201A;adĂłw sterowania opartych na komputerach IPC oraz magistrali EtherCAT, z uwagi na niski koszt ukĹ&#x201A;adĂłw sterowania oraz duĹźe moĹźliwoĹ&#x203A;ci w zakresie oprogramowania, jest dobrÄ&#x2026; alternatywÄ&#x2026; dla ukĹ&#x201A;adĂłw zamkniÄ&#x2122;tych.

Jako moduĹ&#x201A;y ukĹ&#x201A;adĂłw wejĹ&#x203A;cia/wyjĹ&#x203A;cia dyskretnego i analogowego, jak rĂłwnieĹź moduĹ&#x201A;y do obsĹ&#x201A;ugi liniaĹ&#x201A;Ăłw pomiarowych (przetwornikĂłw obrotowo-impulsowych) stosowane sÄ&#x2026; moduĹ&#x201A;y firmy Beckhoff. Ramki komunikacji EtherCAT przesyĹ&#x201A;ane sÄ&#x2026; w czasie rzeczywistym cyklicznie co 1 ms.

U= -

Oprogramowanie sterujÄ&#x2026;ce LinuxCNC zaimplementowano na komputerze PC peĹ&#x201A;niÄ&#x2026;cym rolÄ&#x2122; nadrzÄ&#x2122;dnego sterownika CNC. Program ten pracuje w Ĺ&#x203A;rodowisku Linux RTAI. UmoĹźliwia realizacjÄ&#x2122; zadaĹ&#x201E; czasowo krytycznych w czasie rzeczywistym.

Linux RTAI zawiera standardowe jÄ&#x2026;dro systemu operacyjnego Linux oraz mikrojÄ&#x2026;dro czasu rzeczywistego. MikrojÄ&#x2026;dro czasu rzeczywistego realizuje niewielkÄ&#x2026; liczbÄ&#x2122; zadaĹ&#x201E; deterministycznych programu CNC i ma bezpoĹ&#x203A;redni dostÄ&#x2122;p do przerwaĹ&#x201E; sprzÄ&#x2122;towych i zegarowych. JÄ&#x2026;dro Linux realizuje pozostaĹ&#x201A;e zadania niekrytyczne czasowo, gdy Ĺźadne z zadaĹ&#x201E; czasu rzeczywistego nie ubiega siÄ&#x2122; o dostÄ&#x2122;p do procesora. Zadania czasu rzeczywistego majÄ&#x2026; najwyĹźszy priorytet realizacji. Na rys. 2 przedstawiono strukturÄ&#x2122; programu LinuxCNC. Wyróşniono tu moduĹ&#x201A;y programu LinuxCNC, ktĂłrych realizacja nie jest krytyczna czasowo oraz deterministyczne â&#x20AC;&#x201C; realizowane cyklicznie w Ĺ&#x203A;cisĹ&#x201A;e okreĹ&#x203A;lonych odcinkach czasu.

Program LinuxCNC skĹ&#x201A;ada siÄ&#x2122; z komponentĂłw pracujÄ&#x2026;cych w przestrzeni uĹźytkownika oraz komponentĂłw pracujÄ&#x2026;cych w przestrzeni jÄ&#x2026;dra w reĹźimie czasu rzeczywistego HAL (ang.

Hardware Abstraction Layer). CzÄ&#x2122;Ĺ&#x203A;Ä&#x2021; aplikacyjna obejmuje nadrzÄ&#x2122;dny program Ĺ&#x201A;adujÄ&#x2026;cy moduĹ&#x201A;y skĹ&#x201A;adowe programu CNC wraz z plikami konfiguracyjnymi, graficzny interfejs uĹźytkownika GUI (ang. Graphical User Interface), interpreter G-kodĂłw programu

V=

40 %3%

Przedstawiony ukĹ&#x201A;ad sterowania (rys. 1) zĹ&#x201A;oĹźony jest z komputera PC z systemem operacyjnym Linux RTAI (ang. Real Time Application Interface) [7] i programem sterujÄ&#x2026;cym LinuxCNC, z zaimplementowanym stosem komunikacyjnym EtherCAT, ukĹ&#x201A;adĂłw wejĹ&#x203A;Ä&#x2021;/wyjĹ&#x203A;Ä&#x2021; dyskretnych i analogowych sterujÄ&#x2026;cych wyposaĹźeniem maszyny oraz serwonapÄ&#x2122;dĂłw i innych napÄ&#x2122;dĂłw, np. przemienniki czÄ&#x2122;stotliwoĹ&#x203A;ci skalarne i wektorowe. Wszystkie podzespoĹ&#x201A;y ukĹ&#x201A;adu sterowania komunikujÄ&#x2026; siÄ&#x2122; poprzez magistralÄ&#x2122; EtherCAT z warstwÄ&#x2026; aplikacyjnÄ&#x2026; CANopen.

RolÄ&#x2122; komputera sterujÄ&#x2026;cego moĹźe peĹ&#x201A;niÄ&#x2021; standardowy PC z portem Ethernet (procesor min. 2-rdzeniowy) lub IPC o zbliĹźonych parametrach. Oprogramowanie umoĹźliwia sterowanie 9 osiami interpolowanymi (6 liniowych i 3 obrotowe). Przy zastosowaniu transformacji kinematycznÄ&#x2026; liczba obsĹ&#x201A;ugiwanych serwonapÄ&#x2122;dĂłw moĹźe byÄ&#x2021; wiÄ&#x2122;ksza niĹź liczba osi programowych. Liczba wejĹ&#x203A;Ä&#x2021; i wyjĹ&#x203A;Ä&#x2021; moĹźe byÄ&#x2021; duĹźÄ&#x2026; (kilkaset). W jednej ramce EtherCAT przesyĹ&#x201A;anych jest do 1500 bajtĂłw informacji, ktĂłre sĹ&#x201A;uĹźÄ&#x2026; do obsĹ&#x201A;ugi serwonapÄ&#x2122;dĂłw, ukĹ&#x201A;adĂłw wejĹ&#x203A;cia/ wyjĹ&#x203A;cia i innych napÄ&#x2122;dĂłw. SerwonapÄ&#x2122;dy osi mogÄ&#x2026; pochodziÄ&#x2021; od róşnych producentĂłw. Jedynym wymogiem jest posiadanie portu EtherCAT z protokoĹ&#x201A;em komunikacyjnym CANopen.

30

P

O

M

I

A

R

Y

â&#x20AC;˘

A

U

T

O

M

A

T

Y

K

A

â&#x20AC;˘

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

* . "

/ "

"

, "

komercyjnymi napÄ&#x2122;dami i urzÄ&#x2026;dzeniami automatyki. W warstwie HAL mogÄ&#x2026; byÄ&#x2021; implementowane wĹ&#x201A;asne opcjonalne moduĹ&#x201A;y czasu rzeczywistego. Autorzy zintegrowali z programem LinuxCNC stos magistrali EtherCAT z warstwÄ&#x2026; aplikacyjnÄ&#x2026; CANopen. Opracowano i zintegrowano z programem moduĹ&#x201A;y sterowania serwonapÄ&#x2122;dami firmy Delta oraz wejĹ&#x203A;ciami i wyjĹ&#x203A;ciami cyfrowymi, zgodnie z profilami sprzÄ&#x2122;towymi CANopen CiA 402 i CiA 401 [10].

Program LinuxCNC realizuje bardzo rozbudowany zestaw G-kodĂłw sĹ&#x201A;uĹźÄ&#x2026;cych do programowania wieloosiowych maszyn CNC. Generator trajektorii ruchu zaimplementowany w programie realizuje trapezoidalne profilowanie prÄ&#x2122;dkoĹ&#x203A;ci. Oprogramowanie umoĹźliwia rĂłwnieĹź realizacjÄ&#x2122; funkcji Look Ahead wygĹ&#x201A;adzajÄ&#x2026;cÄ&#x2026; trajektoriÄ&#x2122; zĹ&#x201A;oĹźonÄ&#x2026; z wielu segmentĂłw liniowych (kod G64). Skutkuje to poprawÄ&#x2026; jakoĹ&#x203A;ci obrĂłbki.

X= " )

%- v !

4 v %-3

Rys. 2. Struktura programu LinuxCNC Fig. 2. Structure of the LinuxCNC software

uĹźytkownika i moduĹ&#x201A; sterowania wejĹ&#x203A;ciami i wyjĹ&#x203A;ciami pomocniczymi maszyny. Istnieje moĹźliwoĹ&#x203A;Ä&#x2021; implementacji wĹ&#x201A;asnych opcjonalnych moduĹ&#x201A;Ăłw sterujÄ&#x2026;cych elementami maszyny.

UĹźytkownik moĹźe tworzyÄ&#x2021; wĹ&#x201A;asne interfejsy uĹźytkownika GUI lub wybraÄ&#x2021; z kilku dostÄ&#x2122;pnych w ramach programu LinuxCNC. W ramach interfejsu uĹźytkownika GUI istnieje moĹźliwoĹ&#x203A;Ä&#x2021; wyĹ&#x203A;wietlania wybranych wynikĂłw pomiarĂłw lub skorzystania z wirtualnego oscyloskopu. CzÄ&#x2122;Ĺ&#x203A;Ä&#x2021; aplikacyjna programu nie jest krytyczna czasowo.

Warstwa sprzÄ&#x2122;towa HAL jest krytyczna czasowo i jest Ĺ&#x203A;ciĹ&#x203A;le zwiÄ&#x2026;zana z mikrojÄ&#x2026;drem czasu rzeczywistego Linux RTAI. Warstwa ta zawiera standardowe moduĹ&#x201A;y LinuxCNC oraz moduĹ&#x201A;y opracowane przez autorĂłw w LinuxCNC (kolor czerwony na rys. 2). Standardowe moduĹ&#x201A;y warstwy HAL obejmujÄ&#x2026; moduĹ&#x201A;y generatora trajektorii ruchu, interpolatora oraz transformacji kinematycznej wyznaczajÄ&#x2026;cej zadane poĹ&#x201A;oĹźenia osi dla wybranego ukĹ&#x201A;adu wspĂłĹ&#x201A;rzÄ&#x2122;dnych maszyny.

Oprogramowanie LinuxCNC nie zawiera Ĺźadnego stosu komunikacyjnego obsĹ&#x201A;ugujÄ&#x2026;cego przemysĹ&#x201A;owy standard transmisji szeregowej. Ogranicza to istotnie moĹźliwoĹ&#x203A;Ä&#x2021; sterowania

Standardowy protokĂłĹ&#x201A; komunikacyjny Ethernet TCP/IP wykorzystuje protokĂłĹ&#x201A; wielodostÄ&#x2122;pu CSMA/CD (ang. Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) [11]. Transmisja z wykorzystaniem Ethernet TCP/IP uniemoĹźliwia uzyskanie wystarczajÄ&#x2026;cego determinizmu, pozwalajÄ&#x2026;cego na synchroniczne sterowanie serwonapÄ&#x2122;dami w maszynach wieloosiowych CNC. Magistrala EtherCAT w przeciwieĹ&#x201E;stwie do magistrali Ethernet TCP/IP zapewnia transmisjÄ&#x2122; izochronicznÄ&#x2026; â&#x20AC;&#x201C; niezbÄ&#x2122;dnÄ&#x2026; w aplikacjach sterowania ruchem. Warstwa fizyczna, tj. warstwa pierwsza modelu OSI (ang. Open Systems Interconnection) [12] protokoĹ&#x201A;u EtherCAT, jest identyczna z tÄ&#x2026; samÄ&#x2026; warstwÄ&#x2026; protokoĹ&#x201A;u Ethernet TCP/IP. UmoĹźliwia to stosowanie standardowych interfejsĂłw kart sieciowych dostÄ&#x2122;pnych w komputerach PC. Warstwa Ĺ&#x201A;Ä&#x2026;cza danych, tj. warstwa druga modelu OSI, jest czÄ&#x2122;Ĺ&#x203A;ciowo zgodna z Ethernet TCP/IP. Warstwa ta zostaĹ&#x201A;a rozszerzona o mechanizm obsĹ&#x201A;ugi zadaĹ&#x201E; w trybie czasu rzeczywistego. OstatniÄ&#x2026; warstwÄ&#x2026; protokoĹ&#x201A;u EtherCAT jest warstwa aplikacyjna, tj. warstwa siĂłdma modelu OSI. Warstwy 3â&#x20AC;&#x201C;6 modelu OSI w stosie EtherCAT nie sÄ&#x2026; wykorzystywane.

W standardowej sieci EtherCAT znajduje siÄ&#x2122; jedno urzÄ&#x2026;dzenie nadzorcze oraz wiele urzÄ&#x2026;dzeĹ&#x201E; podrzÄ&#x2122;dnych (maksymalnie 65 535 adresĂłw). SieÄ&#x2021; ma budowÄ&#x2122; logicznego pierĹ&#x203A;cienia.

W ukĹ&#x201A;adzie sterowania CNC ramka EtherCAT wysyĹ&#x201A;ana jest przez urzÄ&#x2026;dzenie nadrzÄ&#x2122;dne, tj. komputer PC, i zawiera dane przeznaczone dla kaĹźdego z urzÄ&#x2026;dzeĹ&#x201E; podrzÄ&#x2122;dnych w sieci.

Ramka przekazywana jest kolejno przez kaĹźdy nastÄ&#x2122;pny wÄ&#x2122;zeĹ&#x201A; sieci, po czym wraca do komputera PC. Po odebraniu ramki urzÄ&#x2026;dzenie podrzÄ&#x2122;dne odczytuje dane dla niego przeznaczone, zapisuje dane zwrotne, a nastÄ&#x2122;pnie przekazuje ramkÄ&#x2122; do nastÄ&#x2122;pnego urzÄ&#x2026;dzenia w sieci. Opóźnienia propagacji ramki sÄ&#x2026; minimalne (od 230 ns do 1 Îźs dla kaĹźdego wÄ&#x2122;zĹ&#x201A;a sieci) [4], poniewaĹź przetwarzanie danych realizowane jest sprzÄ&#x2122;towo. Odpowiada za to w kaĹźdej jednostce podrzÄ&#x2122;dnej ukĹ&#x201A;ad FMMU (ang.

Fieldbus Memory Management Unit). PrzykĹ&#x201A;adowy schemat przepĹ&#x201A;ywu informacji w magistrali EtherCAT przedstawiono na rys. 3. W wÄ&#x2122;Ĺşle sieci dokonywane jest sprawdzenie, czy

WÄ&#x2122;zeĹ&#x201A; typu master

NapÄ&#x2122;d 1

NapÄ&#x2122;d n

ModuĹ&#x201A; we/wy analogowych

ModuĹ&#x201A; we/wy cyfrowych

Rys. 3. Schemat przepĹ&#x201A;ywu informacji w magistrali EtherCAT Fig. 3. Dataflow in the EtherCAT bus

31

[ H0H #*` ,# H ! ` H G

w aktualnej ramce znajdujÄ&#x2026; siÄ&#x2122; dane przeznaczone dla tego wÄ&#x2122;zĹ&#x201A;a. Odczyt, modyfikacja czy zapis danych do ramki w wÄ&#x2122;Ĺşle poswoduje zmianÄ&#x2122; sumy kontrolnej (CRC) ramki. UmoĹźliwia ona ocenÄ&#x2122; przez urzÄ&#x2026;dzenie nadzorcze czy operacja transmisji ramki jest poprawna. Ostatni wÄ&#x2122;zeĹ&#x201A; w sieci przesyĹ&#x201A;a ramkÄ&#x2122; do urzÄ&#x2026;dzenia nadrzÄ&#x2122;dnego.

Format ramki EtherCAT okreĹ&#x203A;la standard IEEE.802.3.

BudowÄ&#x2122; ramki EtherCAT przedstawiono na rys. 4. Ramka protokoĹ&#x201A;u EtherCAT jest enkapsulowana w ramce Ethernet.

Podstawowym noĹ&#x203A;nikiem informacji w ramce EtherCAT jest telegram, zbudowany z datagramĂłw PDU (ang. Protocol Data Unit). Liczba datagramĂłw odpowiada liczbie wÄ&#x2122;zĹ&#x201A;Ăłw podrzÄ&#x2122;dnych. KaĹźdy PDU zawiera informacje przeznaczone dla wÄ&#x2122;zĹ&#x201A;Ăłw podrzÄ&#x2122;dnych i moĹźe zawieraÄ&#x2021; od 64 do 1500 bajtĂłw.

Warstwa aplikacji stosu EtherCAT bazuje na protokole komunikacyjnym CANopen, ktĂłry zawiera bibliotekÄ&#x2122; obiektĂłw OBD (CiA 301) (ang. Object Dictionary). W strukturze biblioteki obiektĂłw OBD zawarte sÄ&#x2026; dane o wszystkich parametrach, odnoszÄ&#x2026;cych siÄ&#x2122; do stosu komunikacyjnego EtherCAT (np. liczba wÄ&#x2122;zĹ&#x201A;Ăłw), a takĹźe zmienne procesowe przesyĹ&#x201A;ane z urzÄ&#x2026;dzenia nadzorczego do urzÄ&#x2026;dzeĹ&#x201E; podrzÄ&#x2122;dnych. KaĹźda zmienna (obiekt) ma w bibliotece OBD swĂłj wĹ&#x201A;asny szesnastkowy identyfikator (indeks).

Obiekty wysyĹ&#x201A;ane i odbierane w fazie izochronicznej sÄ&#x2026; przyporzÄ&#x2026;dkowane (mapowane) do struktury PDO (ang. Process Data Object), natomiast obiekty przesyĹ&#x201A;ane w fazie asynchronicznej do struktury SDO (ang. Service Data Object).

Obiekty mapowane do PDO dotyczÄ&#x2026; danych procesowych (krytycznych czasowo), obiekty mapowane do SDO sÄ&#x2026; przewaĹźnie zwiÄ&#x2026;zane z danymi konfiguracyjnymi wÄ&#x2122;zĹ&#x201A;Ăłw. Standard EtherCAT alternatywnie umoĹźliwia wysyĹ&#x201A;anie obiektĂłw mapowanych w SDO za pomocÄ&#x2026; protokoĹ&#x201A;u TCP/IP z pominiÄ&#x2122;ciem stosu EtherCAT. KaĹźde urzÄ&#x2026;dzenie w sieci EtherCAT ma wĹ&#x201A;asnÄ&#x2026; bibliotekÄ&#x2122; OBD z odpowiednio mapowanymi obiektami w PDO i SDO.

OprĂłcz standardowych obiektĂłw, zdefiniowanych przez standard EtherCAT, istnieje przestrzeĹ&#x201E; indeksĂłw (sekcja) w OBD, w ktĂłrej moĹźliwe jest definiowanie wĹ&#x201A;asnych obiektĂłw uĹźytkownika. Sekcje te sÄ&#x2026; zdefiniowane w odrÄ&#x2122;bnych normach, w zaleĹźnoĹ&#x203A;ci od typu wÄ&#x2122;zĹ&#x201A;a podrzÄ&#x2122;dnego. Standardy te znane sÄ&#x2026; jako profile komunikacyjne urzÄ&#x2026;dzeĹ&#x201E; (ang. device profiles). OkreĹ&#x203A;lajÄ&#x2026; one zestaw obiektĂłw zawierajÄ&#x2026;cych konfiguracjÄ&#x2122; zmiennych procesu, typowych dla danego typu wÄ&#x2122;zĹ&#x201A;a.

Profil komunikacyjny ukĹ&#x201A;adĂłw wejĹ&#x203A;Ä&#x2021; i wyjĹ&#x203A;Ä&#x2021; jest zdefiniowany w standardzie CiA 401, zaĹ&#x203A; serwonapÄ&#x2122;dĂłw w standardzie CiA 402. KaĹźdy serwonapÄ&#x2122;d obsĹ&#x201A;ugujÄ&#x2026;cy protokĂłĹ&#x201A; EtherCAT, musi mieÄ&#x2021; zaimplementowana bibliotekÄ&#x2122; OBD w standardzie CiA 402. Obiektami zdefiniowanymi przez CiA 402 mogÄ&#x2026; byÄ&#x2021; dane dotyczÄ&#x2026;ce pozycji zadanej, pozycji rzeczywistej, wartoĹ&#x203A;ci prÄ&#x2122;dkoĹ&#x203A;ci, wartoĹ&#x203A;ci prÄ&#x2026;du, stanu logicznego cyfrowych wejĹ&#x203A;Ä&#x2021;/wyjĹ&#x203A;Ä&#x2021;, wartoĹ&#x203A;ci wspĂłĹ&#x201A;czynnikĂłw wzmocnienia regulatorĂłw typu PID, Feedforward, konfiguracji trybu pracy serwonapÄ&#x2122;du (praca w trybie momentowym, zadanej prÄ&#x2122;dkoĹ&#x203A;ci lub poĹ&#x201A;oĹźenia) i wiele innych. Opracowany sterownik CNC w peĹ&#x201A;ni wspiera standard CiA402, struktura zdefiniowana w CiA 402 jest w peĹ&#x201A;ni obsĹ&#x201A;ugiwana. Wszystkie parametry komunikacyjne, konfiguracyjne i procesowe urzÄ&#x2026;dzeĹ&#x201E; pracujÄ&#x2026;cych w sieci EtherCAT sÄ&#x2026; zdefiniowane w OBD. KaĹźdy obiekt (parametr) jest jednoznacznie identyfikowany przez indeks i subindeks.

X=

Badany ukĹ&#x201A;ad sterowania (rys. 5) zĹ&#x201A;oĹźony byĹ&#x201A; z komputera PC z procesorem Intel Core i3, karty sieciowej z portem Ethernet typu Realtek 8111/8168B, czterech osi numerycznych z serwonapÄ&#x2122;dami ASDA-A2-0721-E firmy Delta o mocy 750 W i momencie 2,4 Nm, moduĹ&#x201A;u sprzÄ&#x2122;gajÄ&#x2026;cego wejĹ&#x203A;cia i wyjĹ&#x203A;cia z portem Ethernet EK1828, ukĹ&#x201A;adĂłw wejĹ&#x203A;Ä&#x2021; dyskretnych EL1008, wyjĹ&#x203A;Ä&#x2021; dyskretnych EL2008 i moduĹ&#x201A;u umoĹźli-

Ramka ethernetowa DA

SA

Typ Ether

Datagram

.AGÂ&#x2018;Ă&#x2122;WEK

Datagram

â&#x20AC;Ś

Datagram

PAD

CRC

Datagram

PAD

CRC

Telegram EtherCAT .AGÂ&#x2018;Ă&#x2122;WEK %THERNET

IP

UDP

Datagram

.AGÂ&#x2018;Ă&#x2122;WEK

Datagram

â&#x20AC;Ś

Licznik

Dane

.AGÂ&#x2018;Ă&#x2122;WEK

PDU

Rys. 4. Budowa ramki EtherCAT Fig. 4. EtherCAT frame structure

Rys. 6. Stanowisko badawcze â&#x20AC;&#x201C; jednostka ruchu liniowego Fig. 6. Test setup â&#x20AC;&#x201C; linear motion unit

Rys. 5. Stanowisko badawcze â&#x20AC;&#x201C; widok ukĹ&#x201A;adu sterowania Fig. 5. Test setup â&#x20AC;&#x201C; control system

32

P

O

M

I

A

R

Y

â&#x20AC;˘

A

U

T

O

M

A

T

Y

K

A

â&#x20AC;˘

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

* . "

/ "

"

, "

Tabela 1. UkĹ&#x201A;ad sterowania CNC z napÄ&#x2122;dami ASDA-A2-0721-E Table 1. CNC control system with ASDA-A2-0721-E servo drives Lp.

Opis badania

Parametry

Uwagi

1.

Fluktuacje odczytanego poĹ&#x201A;oĹźenia z przetwornika pomiarowego Hiperface silnika dla ukĹ&#x201A;adu niewykonujÄ&#x2026;cego ruchu. Odczyt poĹ&#x201A;oĹźenia z przetwornika obrotowo-impulsowego o rozdzielczoĹ&#x203A;ci 144 000 imp./obr. umieszczonego na Ĺ&#x203A;rubie tocznej nie zmieniaĹ&#x201A; siÄ&#x2122;.

Âą2 Ă&#x2014; 2 /1 280 000 rad

Rzeczywiste poĹ&#x201A;oĹźenie rĂłwne zadanemu poĹ&#x201A;oĹźeniu waĹ&#x201A;u silnika â&#x20AC;&#x201C; suport nie wykonywaĹ&#x201A; przemieszczenia.

2.

Realizowany minimalny ruch obrotowy Ĺ&#x203A;ruby tocznej (zadane poĹ&#x201A;oĹźenie 1 Ă&#x2014; 2 /144 000 rad, tj.

1 inkrement przetwornika obrotowo-impulsowego).

Wykonano zadane przemieszczenie 1 Ă&#x2014; 2 /144 000 rad

Ruch byĹ&#x201A; powtarzalny w obu kierunkach.

Odpowiada przemieszczeniu 0,03472Â Îźm

3.

Realizowany minimalny ruch obrotowy Ĺ&#x203A;ruby tocznej (zadane poĹ&#x201A;oĹźenie 1 Ă&#x2014; 2 /144 000 rad, tj.

1 inkrement przetwornika obrotowo-impulsowego).

WaĹ&#x201A; silnika obciÄ&#x2026;Ĺźony momentem 1,8 Nm.

Wykonano zadane przemieszczenie 1 Ă&#x2014; 2 /144 000 rad

Ruch byĹ&#x201A; zadawany w obu kierunkach.

Odpowiada przemieszczeniu suportu 0,03472Â Îźm

4.

Chwilowy maksymalny uchyb pozycji przy skokowej zmianie momentu obciÄ&#x2026;Ĺźenia silnika (zadane poĹ&#x201A;oĹźenie nie zmieniĹ&#x201A;o siÄ&#x2122;). Moment obciÄ&#x2026;Ĺźenia na wale silnika 1,8 Nm

103 Ă&#x2014; 2 /144 000 rad

wiajÄ&#x2026;cego podĹ&#x201A;Ä&#x2026;czenie przetwornika obrotowo-impulsowego przyrostowego EL5101-0010 firmy Beckhoff.

Badania przeprowadzono na jednostce ruchu liniowego (rys. 6), wyposaĹźonej w liniaĹ&#x201A; pomiarowy o rozdzielczoĹ&#x203A;ci 0,1 Îźm i przetwornik obrotowo-impulsowy przyrostowy o rozdzielczoĹ&#x203A;ci 144 000 inkrementĂłw/obr. (firmy Kubler) umieszczony na przekĹ&#x201A;adni Ĺ&#x203A;rubowej tocznej. Skok przekĹ&#x201A;adni Ĺ&#x203A;rubowej tocznej wynosiĹ&#x201A; 5 mm/obr. Dla maksymalnej prÄ&#x2122;dkoĹ&#x203A;ci silnika wynoszÄ&#x2026;cej 3000 obr./min przekĹ&#x201A;ada siÄ&#x2122; to na maksymalnÄ&#x2026; prÄ&#x2122;dkoĹ&#x203A;Ä&#x2021; liniowÄ&#x2026; suportu 15 m/min. UkĹ&#x201A;ad pomiarowy napÄ&#x2122;du ASDA-A2-0721-E (przetwornik pomiarowy umieszczony w silniku) miaĹ&#x201A; rozdzielczoĹ&#x203A;Ä&#x2021; 1 280 000 inkr./obr. waĹ&#x201A;u silnika.

OsiÄ&#x2026;gniÄ&#x2122;te podstawowe parametry przedstawiono w tabeli 1.

Uzyskane wyniki Ĺ&#x203A;wiadczÄ&#x2026; o duĹźej dokĹ&#x201A;adnoĹ&#x203A;ci pozycjonowania, moĹźliwoĹ&#x203A;ci realizacji przemieszczeĹ&#x201E; stanowiÄ&#x2026;cych uĹ&#x201A;amek mikrometra, zarĂłwno z obciÄ&#x2026;Ĺźeniem jak i bez obciÄ&#x2026;Ĺźenia.

UkĹ&#x201A;ad sterowania charakteryzuje siÄ&#x2122; duĹźÄ&#x2026; sztywnoĹ&#x203A;ciÄ&#x2026; â&#x20AC;&#x201C; niewielkie chwilowe zmiany pozycji rzeczywistej przy skokowej zmianie obciÄ&#x2026;Ĺźenia.

6. Podsumowanie UkĹ&#x201A;ad sterowania cechuje siÄ&#x2122; prostÄ&#x2026; budowÄ&#x2026;, elementy skĹ&#x201A;adowe do budowy ukĹ&#x201A;adu sÄ&#x2026; tanie i Ĺ&#x201A;atwo dostÄ&#x2122;pne. Oprogramowanie ukĹ&#x201A;adu umoĹźliwia pisanie wyrafinowanych programĂłw uĹźytkowych w G-kodach, jak rĂłwnieĹź opisywaÄ&#x2021; trajektoriÄ&#x2122; ruchu w postaci krzywych NURBS. UkĹ&#x201A;ad sterowania jest Ĺ&#x201A;atwy do adaptacji do sterowania maszynami o róşnej konfiguracji. Komunikacja przez magistrale EtherCAT jest deterministyczna z maĹ&#x201A;ymi rozrzutami w cyklicznym przesyĹ&#x201A;aniu i odczytywaniu danych z serwonapÄ&#x2122;dĂłw i ukĹ&#x201A;adĂłw wejĹ&#x203A;cia i wyjĹ&#x203A;cia. Jedna przesyĹ&#x201A;ana ramka obsĹ&#x201A;uguje wszystkie serwonapÄ&#x2122;dy, opóźnienie ramki przy przesyĹ&#x201A;aniu przez serwonapÄ&#x2122;dy jest bardzo maĹ&#x201A;e i kompensowane w serwonapÄ&#x2122;dach. UkĹ&#x201A;ad sterowania z zastosowanymi napÄ&#x2122;dami cechowaĹ&#x201A; siÄ&#x2122; bardzo duĹźÄ&#x2026; rozdzielczoĹ&#x203A;ciÄ&#x2026;, uzyskiwano realizacje przemieszczeĹ&#x201E; poniĹźej 1 Îźm. Opracowany ukĹ&#x201A;ad sterowania jest dobra alternatywa w stosunku do istniejÄ&#x2026;-

Przed obciÄ&#x2026;Ĺźeniem rzeczywiste poĹ&#x201A;oĹźenie byĹ&#x201A;o rĂłwne zadanemu poĹ&#x201A;oĹźeniu waĹ&#x201A;u silnika.

cych na rynku rozwiÄ&#x2026;zaĹ&#x201E; ukĹ&#x201A;adĂłw sterowania CNC maszyn, a zwĹ&#x201A;aszcza drogich ukĹ&#x201A;adĂłw sterowania zamkniÄ&#x2122;tego.

( 1 !

1.

Broel-Plater B., Dworak P., MikoĹ&#x201A;ajczak M., Mobile HMI system for the micromachine tool, â&#x20AC;&#x17E;Pomiary Automatyka Robotykaâ&#x20AC;?, Vol. 16, Nr 12, 2012, 70â&#x20AC;&#x201C;75.

2. KobyĹ&#x201A;kiewicz A., Pajdzik R., Waszczuk P., Fractional order PID controller in velocity control loop of CNC machine feed-drive module with permanent magnet synchronous motor, â&#x20AC;&#x17E;Pomiary Automatyka Robotykaâ&#x20AC;?, Vol. 16, Nr 12, 2012, 144â&#x20AC;&#x201C;150.

3. Knapp E.D., Langill J.T., Industrial Network Security: Securing critical infrastructure networks for smart grid, SCADA, and other Industrial Control Systems., Syngress 2014.

4. Chen, X., Li, D., Wan, J., Zhou, N., A clock synchronization method for EtherCAT master, Microprocessors and Microsystems 2016.

5. Grigoriev S.N., Martinov G.M., The Control Platform for Decomposition and Synthesis of Specialized CNC Systems, â&#x20AC;&#x153;Procedia CIRPâ&#x20AC;?, Vol. 41, 2016, 858â&#x20AC;&#x201C;863, DOI: 10.1016/j. procir.2015.08.031.

6. The LinuxCNC Team: â&#x20AC;&#x17E;LinuxCNC User Manualâ&#x20AC;?, http:// linuxcnc.org/docs/2.6/pdf/LinuxCNC_User_Manual.pdf.

7. RTAI â&#x20AC;&#x201C; Real Time Application Interface Official Website, https://www.rtai.org/.

8. IEC 61158 Standard.

9. IEEE 802.3 Standard, http://standards.ieee.org/about/ get/#get802.

10. CANopen Product Guide, http://www.cia-productguides. org/canopen/profiles.

11. IEEE 802.3 Standard, Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) Access Method and Physical Layer Specifications.

12. ISO/IEC 7498-1:1994, Information technologyâ&#x20AC;&#x201D;Open Systems Interconnectionâ&#x20AC;&#x201D;Basic Reference Model: The Basic Model.

33

[ H0H #*` ,# H ! ` H G

( S ! & '8 ] ( L This article presents a PC-based numerical machine control system communicating via EtherCAT with servo drives and input/output devices controlling machine equipment. Linux RTAI real time operating system and LinuxCNC machine control software modified by the authors was implemented on the PC computer. A software EtherCAT communication module was developed and integrated with LinuxCNC. The developed module enabled communication with servo drives according to the CiA 402 standard and with input/output modules according to the CiA 401 standard.

The developed control system has simple construction. It allows for very fast fullduplex communication with servo drives and input-output modules. The control system is flexible and easily implemented to controlling machines of different configurations.

KeywordsT S ! ! ! / ! U W ?8'E U W S & '8

+ 2 )

+ 0 = O )

)< $ ! $

$ )< $ ! $

@ -MK. $ ; '>L = A ! / J $ \ / ( ; ( ( ! !

0 / ; ! ! ; / ! $

C ! ! / J ; < @ B "F= 8 +%%K $ @ +%-O ; ! ( @ & ! @ $ \ / ( ( ! A S ! /0 ;

/ ! / ! ; ! $

+ )

+ 0

0 )

! $ )< $ ! $

)< $ ! $

C ! ! / J ; < @ B "F= 8 +%%. $ @ +%-. $ ; ! ( @ & ! @ $ \ / ( ! A ; S ! /0 / ; ! ! ! ( 0 A ! / $

= ! = J ! ' ! 8 ; ;? I / -M:% $ @ -M:, $ ! / ; < " !$ ' !

F $ @ -MK+ $ ; @ $ \ / ( ( ! A S ! ! ; 0 / ! $

+ ) 0< ) !$ ) ( $ " @ & 8 ! E < ! > -MK- $ ' ( ( ! A S ! ! ' b 'F ! ; 0 / $ C( C I ;? ; ! " 0 S 0 E' 8 $

34

P

O

M

I

A

R

Y

â&#x20AC;˘

A

U

T

O

M

A

T

Y

K

A

â&#x20AC;˘

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

Pomiary Automatyka Robotyka, R. 20, Nr 2/2016, 35â&#x20AC;&#x201C;40, DOI: 10.14313/PAR_220/35

!

0 I / / / Damian Wierzbicki @ ' ! 8 @ E J UA > B / ! 8 $ > $ $ = / + %%;M%K @

Kamil Krasuski ? @ > = / < = S ! $ @ 0 / -% %K;,%% ?

Streszczenie: W pracy przedstawiono rezultaty wyznaczenia wspĂłĹ&#x201A;rzÄ&#x2122;dnych BezzaĹ&#x201A;ogowego Statku Powietrznego za pomocÄ&#x2026; metody Ĺ&#x203A;redniej ruchomej i modelu Browna. Eksperyment badawczy przeprowadzono wykorzystujÄ&#x2026;c dane GPS pozyskane z urzÄ&#x2026;dzenia Trimble UX-5. W artykule rĂłwnieĹź przedstawiono peĹ&#x201A;ny algorytm dla modelu Browna i metody Ĺ&#x203A;redniej ruchomej. ' T > I ! ! ! I

1. Wprowadzenie Wyznaczenie wiarygodnej pozycji BezzaĹ&#x201A;ogowego Statku Powietrznego (BSP) w obszarze nawigacji lotniczej odbywa siÄ&#x2122; z uĹźyciem sensora GPS, sensora INS lub integracji sensorĂłw GPS/INS [7]. Sensor GPS umoĹźliwia wyznaczenie wspĂłĹ&#x201A;rzÄ&#x2122;dnych BSP dla kaĹźdej sekundy lotu w ukĹ&#x201A;adzie globalnym ECEF, w postaci wspĂłĹ&#x201A;rzÄ&#x2122;dnych geocentrycznych XYZ lub wspĂłĹ&#x201A;rzÄ&#x2122;dnych elipsoidalnych BLh. Sensor INS umoĹźliwia okreĹ&#x203A;lenie pozycji wzglÄ&#x2122;dnej statku powietrznego, tj. z epoki na epokÄ&#x2122;, przy wykorzystaniu danych z przyspieszeniomierzy oraz ĹźyroskopĂłw laserowych [2]. WadÄ&#x2026; sensora INS jest stosunkowa niska dokĹ&#x201A;adnoĹ&#x203A;Ä&#x2021; wyznaczenia pozycji BSP wraz z upĹ&#x201A;ywem czasu dla dĹ&#x201A;ugich tras przelotowych. Dlatego zaleca siÄ&#x2122;, aby pozycja BSP byĹ&#x201A;a stale poprawiana o odczyty z sensora GPS [5]. Zarejestrowane surowe rezultaty wspĂłĹ&#x201A;rzÄ&#x2122;dnych BSP powinny zostaÄ&#x2021; poddane dodatkowej korekcji w celu wyeliminowania pomiarĂłw odstajÄ&#x2026;cych z szeregu uzyskanych wynikĂłw oraz ich wygĹ&#x201A;adzenia. Zazwyczaj w takiej sytuacji, surowe odczyty z sensora GPS sÄ&#x2026; poddawane filtracji Kalmana, w postaci modelu dynamiki pojazdu PV (position, velocity) lub PVA (position, velocity, acceleration) [1, 4]. Model filtracji Kalmana stanowi integralnÄ&#x2026; czÄ&#x2122;Ĺ&#x203A;Ä&#x2021; algorytmu obliczeniowego dla mechanizmu sterujÄ&#x2026;cego lotem BSP. Ponadto filtracji Kalmana mogÄ&#x2026; zostaÄ&#x2021; rĂłwnieĹź poddane parametry kÄ&#x2026;tĂłw obrotu i przyspieszenia, pozyskane z sensora INS. Mechanizm zastosowania filtracji Kalmana zaleĹźy w gĹ&#x201A;Ăłwnej mierze od producenta

-

40 T

! @ ( ! $ ( ) $ $ -

-+$%O$+%-. $ +%$%,$+%-. $

!! " #$%

danego urzÄ&#x2026;dzenia BSP oraz powinien byÄ&#x2021; wkomponowany w panel zarzÄ&#x2026;dzania i sterowania ruchem statku powietrznego.

Docelowo skorygowane wspĂłĹ&#x201A;rzÄ&#x2122;dne BSP mogÄ&#x2026; byÄ&#x2021; zastosowane w aerotriangulacji cyfrowej w celu wyznaczenia elementĂłw orientacji zewnÄ&#x2122;trznej [8].

W przypadku wyznaczenia wspĂłĹ&#x201A;rzÄ&#x2122;dnych BSP bardzo waĹźnÄ&#x2026; kwestiÄ&#x2122; stanowi zastosowanie odpowiedniego modelu predykcji do okreĹ&#x203A;lenia pozycji BSP na epokÄ&#x2122; pomiarowÄ&#x2026; t + 1 (gdzie t â&#x20AC;&#x201C; epoka bieĹźÄ&#x2026;ca). Aspekt predykcji pozycji BSP jest istotny z punktu bezpieczeĹ&#x201E;stwa wykonywania operacji oraz w przypadku braku Ĺ&#x201A;Ä&#x2026;cznoĹ&#x203A;ci z urzÄ&#x2026;dzeniem latajÄ&#x2026;cym. Predykowana pozycja BSP moĹźe byÄ&#x2021; wĂłwczas wyznaczana na podstawie rĂłwnaĹ&#x201E; prognozy, uwzglÄ&#x2122;dniajÄ&#x2026;cych modele statystyczne na bazie danych wspĂłĹ&#x201A;rzÄ&#x2122;dnych z zarejestrowanych poprzednich epok pomiarowych.

Celem niniejszej pracy jest okreĹ&#x203A;lenie charakteru wpĹ&#x201A;ywu modeli predykcyjnych na wyznaczenie wspĂłĹ&#x201A;rzÄ&#x2122;dnych BSP. Eksperyment badawczy zostaĹ&#x201A; przeprowadzony na ĹşrĂłdĹ&#x201A;owym zbiorze wspĂłĹ&#x201A;rzÄ&#x2122;dnych XYZ dla urzÄ&#x2026;dzenia pomiarowego Trimble UX-5. Obliczenia numeryczne zostaĹ&#x201A;y wykonane w Ĺ&#x203A;rodowisku programistycznym Scilab 5.4.1. Otrzymane rezultaty z przeprowadzonych badaĹ&#x201E; zostaĹ&#x201A;y zaprezentowane w artykule w formie graficznej i tabelarycznej. CaĹ&#x201A;oĹ&#x203A;Ä&#x2021; artykuĹ&#x201A;u podzielono na 5 czÄ&#x2122;Ĺ&#x203A;ci: wstÄ&#x2122;p, metodologia badaĹ&#x201E;, opis eksperymentu badawczego, rezultaty i dyskusja, wnioski koĹ&#x201E;cowe.

U= " 1 ; W metodyce badaĹ&#x201E; zaproponowano zastosowanie dwĂłch formuĹ&#x201A; matematycznych opisujÄ&#x2026;cych model Ĺ&#x203A;redniej ruchomej oraz model Browna [3]. Model Ĺ&#x203A;redniej ruchomej moĹźna zapisaÄ&#x2021; w nastÄ&#x2122;pujÄ&#x2026;cy sposĂłb [10]: Ft*+ 1 =

1 n

n

â&#x2C6;&#x2018; Ft

(1)

t =1

35

J

, * c # ,Q F ' ! ! $ # !

Rys. 1. Trajektoria pozioma BSP Fig. 1. The horizontal trajectory of UAV

Rys. 2. Trajektoria pionowa BSP Fig. 2. The vertical trajectory of UAV

gdzie: Ft*+1 â&#x20AC;&#x201C; prognoza danej zmiennej (czytaj wspĂłĹ&#x201A;rzÄ&#x2122;dnej X lub Y lub Z) na epokÄ&#x2122; t + 1, n â&#x20AC;&#x201C; liczba obserwacji zastosowana w prognozie, Ft â&#x20AC;&#x201C; wartoĹ&#x203A;ci danej zmiennej (czytaj wspĂłĹ&#x201A;rzÄ&#x2122;dnej X lub Y lub Z) na epokÄ&#x2122; t.

Model Ĺ&#x203A;redniej ruchomej jest algorytmem sekwencyjnym, bazujÄ&#x2026;cym na zbiorze danych dla poszczegĂłlnej zmiennej z poprzednich epok pomiarowych.

Prosty model Browna jest modelem wykĹ&#x201A;adniczym o nastÄ&#x2122;pujÄ&#x2026;cej postaci matematycznej [10]:

WspĂłĹ&#x201A;rzÄ&#x2122;dne elipsoidalne BLh zostaĹ&#x201A;y przetransformowane do ukĹ&#x201A;adu geocentrycznego XYZ, w ktĂłrym wykonano dalsze obliczenia numeryczne na potrzeby eksperymentu badawczego. Eksperyment zostaĹ&#x201A; przeprowadzony dla wybranych 85 epok pomiarowych.

W trakcie przeprowadzanych obliczeĹ&#x201E; ustalono, iĹź weryfikacja modelu Ĺ&#x203A;redniej ruchomej zostanie sprawdzona dla zbioru 3- oraz 10-elementowego. FormuĹ&#x201A;a matematyczna prognozy w modelu Ĺ&#x203A;redniej ruchomej dla: â&#x2C6;&#x2019; zbioru 3-elementowego

Gt*+1 = Îą â&#x2039;&#x2026; Gt + (1 â&#x2C6;&#x2019; Îą ) â&#x2039;&#x2026; Gt*

(2) Ft*+ 1 =

gdzie: Gt*+1 â&#x20AC;&#x201C; prognoza danej zmiennej (wspĂłĹ&#x201A;rzÄ&#x2122;dnej X lub Y lub Z) na epokÄ&#x2122; t + 1, a â&#x20AC;&#x201C; waga pomiarowa, Gt* â&#x20AC;&#x201C; prognoza danej zmiennej (wspĂłĹ&#x201A;rzÄ&#x2122;dnej X lub Y lub Z) na epokÄ&#x2122; t, Gt â&#x20AC;&#x201C; wielkoĹ&#x203A;Ä&#x2021; pomiarowa danej zmiennej (wspĂłĹ&#x201A;rzÄ&#x2122;dnej X lub Y lub Z) na epokÄ&#x2122; t.

W modelu Browna parametr a przyjmuje wartoĹ&#x203A;ci z zakresu od 0 do 1, zaĹ&#x203A; poczÄ&#x2026;tkowa wartoĹ&#x203A;Ä&#x2021; parametru Gt na epokÄ&#x2122; t = 1 jest oszacowana na podstawie Ĺ&#x203A;redniej arytmetycznej z kilku pierwszych epok pomiarowych.

(4)

Natomiast w przypadku modelu Browna zaproponowano, aby poczÄ&#x2026;tkowa wartoĹ&#x203A;Ä&#x2021; parametru Gt na epokÄ&#x2122; t = 1 byĹ&#x201A;a wyznaczona jako Ĺ&#x203A;rednia arytmetyczna z trzech pierwszych epok pomiarowych. Ponadto w modelu Browna wykonano obliczenia przy zaĹ&#x201A;oĹźeniu, iĹź wspĂłĹ&#x201A;czynnik Îą wynosi odpowiednio 0,1 oraz 0,9.

W ramach eksperymentu badawczego wykonano obliczenia majÄ&#x2026;ce na celu okreĹ&#x203A;lenie wpĹ&#x201A;ywu modeli prognozy na wyznaczenie pozycji BSP w czasie wykonywania lotu testowego. ĹšrĂłdĹ&#x201A;owe odczyty wspĂłĹ&#x201A;rzÄ&#x2122;dnych BSP pochodzÄ&#x2026; z urzÄ&#x2026;dzenia Trimble UX-5 (â&#x20AC;&#x17E;minibezzaĹ&#x201A;ogowiecâ&#x20AC;?), ktĂłrego masa nie przekracza 2,5 kg, a rozpiÄ&#x2122;toĹ&#x203A;Ä&#x2021; skrzydeĹ&#x201A; wynosi do 1 m. UrzÄ&#x2026;dzenie Trimble UX-5 ma wbudowany jednoczÄ&#x2122;stotliwoĹ&#x203A;ciowy odbiornik firmy Trimble, ktĂłry rejestruje dane GPS z czÄ&#x2122;stotliwoĹ&#x203A;ciÄ&#x2026; do 10 Hz [9]. WspĂłĹ&#x201A;rzÄ&#x2122;dne GPS okreĹ&#x203A;lajÄ&#x2026;ce pozycjÄ&#x2122; BSP sÄ&#x2026; zapisywane w pliku tekstowym (tzw. â&#x20AC;&#x17E;logâ&#x20AC;?), w ktĂłrym ponadto zawarte sÄ&#x2026; wartoĹ&#x203A;ci kÄ&#x2026;tĂłw orientacji HPR (Heading, Pitch i Roll) [6]. Na rys. 1 zaprezentowano trajektoriÄ&#x2122; lotu BSP w pĹ&#x201A;aszczyĹşnie horyzontalnej. Ponadto na rys. 2 zaprezentowano wysokoĹ&#x203A;Ä&#x2021; lotu BSP podczas eksperymentu. Ĺ&#x161;rednia wysokoĹ&#x203A;Ä&#x2021; lotu wyniosĹ&#x201A;a 229,7 m, z rozpiÄ&#x2122;toĹ&#x203A;ciÄ&#x2026; od 222,1 m do 235,9 m. UrzÄ&#x2026;dzenie Trimble UX-5 zapisuje odczyty wysokoĹ&#x203A;ci elipsoidalnej podczas wykonywania zdjÄ&#x2122;Ä&#x2021; na ustalonym puĹ&#x201A;apie wysokoĹ&#x203A;ci. W pliku â&#x20AC;&#x17E;logâ&#x20AC;? brak jest danych wysokoĹ&#x203A;ciowych dotyczÄ&#x2026;cych poczÄ&#x2026;tkowej fazy startu BSP z powierzchni podĹ&#x201A;oĹźa.

P

O

M

I

A

R

Y

â&#x20AC;˘

A

U

T

O

M

(3)

â&#x2C6;&#x2019; zbioru 10-elementowego

V= @

1

36

1 3 â&#x2C6;&#x2018; Ft 3 t =1

X= : 1 ; 4 Na rys. 3 przedstawiono róşnicÄ&#x2122; otrzymanej prognozy wspĂłĹ&#x201A;rzÄ&#x2122;dnych BSP z danymi ĹşrĂłdĹ&#x201A;owymi z urzÄ&#x2026;dzenia Trimble UX-5. WartoĹ&#x203A;ci prognozy wspĂłĹ&#x201A;rzÄ&#x2122;dnych BSP zostaĹ&#x201A;y wyznaczone w oparciu o Ĺ&#x203A;redniÄ&#x2026; ruchomÄ&#x2026; 10-elementowÄ&#x2026; (4) dla 75 epok pomiarowych. Dla analizy porĂłwnawczej wykorzystano rzeczywiste wspĂłĹ&#x201A;rzÄ&#x2122;dne BSP od epoki 11 do 85.

Parametry poszczegĂłlnych róşnic wspĂłĹ&#x201A;rzÄ&#x2122;dnych BSP zostaĹ&#x201A;y wyznaczane na podstawie zaleĹźnoĹ&#x203A;ci:

(5)

A

T

Y

K

A

â&#x20AC;˘

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

+

.

"

" #

Rys. 3. Róşnica wspĂłĹ&#x201A;rzÄ&#x2122;dnych BSP dla modelu Ĺ&#x203A;redniej ruchomej 10-elementowej Fig. 3. The difference of UAV coordinates for moving average model of 10 elements

gdzie: (DXMA10, DYMA10, DZMA10) â&#x20AC;&#x201C; wartoĹ&#x203A;ci róşnic wspĂłĹ&#x201A;rzÄ&#x2122;dnych BSP dla Ĺ&#x203A;redniej ruchowej 10-elementowej, (X[11:85], Y[11:85], Z[11:85]) â&#x20AC;&#x201C; ĹşrĂłdĹ&#x201A;owe odczyty z urzÄ&#x2026;dzenia Trimble UX-5 od epoki 11 do 85, (XMA10, YMA10, ZMA10) â&#x20AC;&#x201C; wartoĹ&#x203A;ci prognozy dla Ĺ&#x203A;redniej ruchomej 10-elementowej. Ĺ&#x161;rednia wartoĹ&#x203A;Ä&#x2021; parametru XMA10 wynosi â&#x20AC;&#x201C;82,4 m, przy rozrzucie wynikĂłw od â&#x20AC;&#x201C;87,4 m do â&#x20AC;&#x201C;77,1 m. Ĺ&#x161;rednia wartoĹ&#x203A;Ä&#x2021; parametru YMA10 wynosi â&#x20AC;&#x201C;40,1 m, przy rozrzucie wynikĂłw od â&#x20AC;&#x201C;44,1 m do â&#x20AC;&#x201C;35,9 m. W przypadku parametru ZMA10, Ĺ&#x203A;rednia wartoĹ&#x203A;Ä&#x2021; wynosi 69,6 m, przy dyspersji wynikĂłw od 62,3 m do 78,2 m.

Na rys. 4 przedstawiono wartoĹ&#x203A;ci róşnicy miÄ&#x2122;dzy wartoĹ&#x203A;ciami prognozy dla modelu Ĺ&#x203A;redniej ruchomej 3-elementowej oraz ĹşrĂłdĹ&#x201A;owymi odczytami z urzÄ&#x2026;dzenia Trimble UX-5. Analiza wynikĂłw zostaĹ&#x201A;a przeprowadzona na prĂłbce danych od epoki 4 do 85.

Parametry poszczegĂłlnych róşnic wspĂłĹ&#x201A;rzÄ&#x2122;dnych BSP zostaĹ&#x201A;y wyznaczane na podstawie zaleĹźnoĹ&#x203A;ci:

Rys. 4. Róşnica wspĂłĹ&#x201A;rzÄ&#x2122;dnych BSP dla modelu Ĺ&#x203A;redniej ruchomej 3-elementowej Fig. 4. The difference of UAV coordinates for moving average model of 3 elements

Rys. 5. Róşnica wspĂłĹ&#x201A;rzÄ&#x2122;dnych BSP wzdĹ&#x201A;uĹź osi X dla modelu Browna Fig. 5. The difference of UAV coordinates for X axis using Brown model

(6)

metry róşnicy wspĂłĹ&#x201A;rzÄ&#x2122;dnych BSP wzdĹ&#x201A;uĹź osi X w modelu Browna zostaĹ&#x201A;y wyznaczone jak poniĹźej:

gdzie: (DXMA3, DYMA3, DZMA3) â&#x20AC;&#x201C; wartoĹ&#x203A;ci róşnic wspĂłĹ&#x201A;rzÄ&#x2122;dnych BSP dla Ĺ&#x203A;redniej ruchowej 3-elementowej, (X[4:85], Y[4:85], Z[4:85]) â&#x20AC;&#x201C; ĹşrĂłdĹ&#x201A;owe odczyty z urzÄ&#x2026;dzenia Trimble UX-5 od epoki 4 do 85, (XMA3, YMA3, ZMA3) â&#x20AC;&#x201C; wartoĹ&#x203A;ci prognozy dla Ĺ&#x203A;redniej ruchomej 3-elementowej. Ĺ&#x161;rednia wartoĹ&#x203A;Ä&#x2021; parametru XMA3 wynosi â&#x20AC;&#x201C;29,9 m, przy rozrzucie wynikĂłw od â&#x20AC;&#x201C;34,3 m do â&#x20AC;&#x201C;25,6 m. Ĺ&#x161;rednia wartoĹ&#x203A;Ä&#x2021; parametru YMA3 wynosi â&#x20AC;&#x201C;14,6 m, przy rozrzucie wynikĂłw od â&#x20AC;&#x201C;18,2 m do â&#x20AC;&#x201C;11,6 m. W przypadku parametru ZMA3, Ĺ&#x203A;rednia wartoĹ&#x203A;Ä&#x2021; wynosi 25,4 m, przy dyspersji wynikĂłw od 18,6 m do 31,6 m. PorĂłwnujÄ&#x2026;c uzyskane rezultaty z wykresu 3 oraz 4 moĹźna wywnioskowaÄ&#x2021;, iĹź ograniczenie zbioru liczbowego danych wejĹ&#x203A;ciowych dla modelu Ĺ&#x203A;redniej ruchomej, powoduje zmniejszenie siÄ&#x2122; róşnicy wartoĹ&#x203A;ci wspĂłĹ&#x201A;rzÄ&#x2122;dnych BSP z prognozy i odczytĂłw ĹşrĂłdĹ&#x201A;owych z sensora GPS. Na rys. 5 zaprezentowano wartoĹ&#x203A;ci róşnicy wspĂłĹ&#x201A;rzÄ&#x2122;dnych BSP wzdĹ&#x201A;uĹź osi X miÄ&#x2122;dzy prognozÄ&#x2026; z modelu Browna a ĹşrĂłdĹ&#x201A;owymi danymi z sensora GPS. Prognoza w modelu Browna zostaĹ&#x201A; wykonana przy zaĹ&#x201A;oĹźeniu, iĹź parametr wagowy a wynosi odpowiednio 0,1 oraz 0,9. Ponadto wartoĹ&#x203A;Ä&#x2021; poczÄ&#x2026;tkowa prognozy dla wspĂłĹ&#x201A;rzÄ&#x2122;dnej X na epokÄ&#x2122; t = 1 jest obliczana jako Ĺ&#x203A;rednia arytmetyczna z pierwszych 3 obserwacji (n = 3). Para-

(7)

gdzie: (DXa=0,1, n=3, DXa=0,9, n=3) â&#x20AC;&#x201C; wartoĹ&#x203A;ci róşnicy wspĂłĹ&#x201A;rzÄ&#x2122;dnej X w modelu Browna, przy zaĹ&#x201A;oĹźeniu iĹź a wynosi 0,1 lub 0,9 oraz n = 3, X[2:85] â&#x20AC;&#x201C; ĹşrĂłdĹ&#x201A;owe odczyty z urzÄ&#x2026;dzenia Trimble UX-5 dla wspĂłĹ&#x201A;rzÄ&#x2122;dnej X od epoki 2 do 85, (Xa=0,1, n=3, Xa=0,9, n=3) â&#x20AC;&#x201C; wartoĹ&#x203A;ci prognozy dla wspĂłĹ&#x201A;rzÄ&#x2122;dnej X w modelu Browna. Ĺ&#x161;rednia wartoĹ&#x203A;Ä&#x2021; parametru XÎą=0,1, n=3 wynosi â&#x20AC;&#x201C;131,9 m, przy rozrzucie wynikĂłw od â&#x20AC;&#x201C;153,8 m do +0,1 m. Ponadto odchylenie standardowe dla przeciÄ&#x2122;tnej wartoĹ&#x203A;ci parametru XÎą=0,1, n=3 wynosi 33,4 m. W przypadku parametru XÎą=0,9, n=3, Ĺ&#x203A;rednia wartoĹ&#x203A;Ä&#x2021; wynosi â&#x20AC;&#x201C;16,6 m, przy dyspersji wynikĂłw od â&#x20AC;&#x201C;22,6 m do â&#x20AC;&#x201C;10,7 m. WartoĹ&#x203A;Ä&#x2021; odchylenia standardowego dla przeciÄ&#x2122;tnej wartoĹ&#x203A;ci parametru XÎą=0,9, n=3 wynosi 2,4 m. Warto zwrĂłciÄ&#x2021; uwagÄ&#x2122;, iĹź parametry mediany odpowiednio dla parametrĂłw XÎą=0,1, n=3 oraz XÎą=0,9, n=3 sÄ&#x2026; rĂłwne â&#x20AC;&#x201C;146,2 m oraz â&#x20AC;&#x201C;16,5 m.

Na rys. 6 zaprezentowano wartoĹ&#x203A;ci róşnicy wspĂłĹ&#x201A;rzÄ&#x2122;dnych BSP wzdĹ&#x201A;uĹź osi Y miÄ&#x2122;dzy prognozÄ&#x2026; z modelu Browna a ĹşrĂłdĹ&#x201A;owymi danymi z sensora GPS. Prognoza w modelu Browna zostaĹ&#x201A; wykonana przy zaĹ&#x201A;oĹźeniu, iĹź parametr wagowy Îą wynosi odpowiednio 0,1 oraz 0,9. Ponadto wartoĹ&#x203A;Ä&#x2021; poczÄ&#x2026;tkowa pro-

37

J

, * c # ,Q F ' ! ! $ # !

Rys. 6. Róşnica wspĂłĹ&#x201A;rzÄ&#x2122;dnych BSP wzdĹ&#x201A;uĹź osi Y dla modelu Browna Fig. 6. The difference of UAV coordinates for Y axis using Brown model

Rys. 7. Róşnica wspĂłĹ&#x201A;rzÄ&#x2122;dnych BSP wzdĹ&#x201A;uĹź osi Z dla modelu Browna Fig. 7. The difference of UAV coordinates for Z axis using Brown model

gnozy dla wspĂłĹ&#x201A;rzÄ&#x2122;dnej Y na epokÄ&#x2122; t = 1 jest obliczana jako Ĺ&#x203A;rednia arytmetyczna z pierwszych 3 obserwacji (n = 3). Parametry róşnicy wspĂłĹ&#x201A;rzÄ&#x2122;dnych BSP wzdĹ&#x201A;uĹź osi Y w modelu Browna zostaĹ&#x201A;y wyznaczone jak poniĹźej:

19,4 m. WartoĹ&#x203A;Ä&#x2021; odchylenia standardowego dla przeciÄ&#x2122;tnej wartoĹ&#x203A;ci parametru ZÎą=0,9, n=3 wynosi 2,4 m. Parametry mediany odpowiednio dla parametrĂłw ZÎą=0,1, n=3 oraz ZÎą=0,9, n=3 sÄ&#x2026; rĂłwne 123,1 m oraz 13,9 m.

PorĂłwnujÄ&#x2026;c wartoĹ&#x203A;ci rezultatĂłw na wykresach 5, 6 oraz 7 moĹźna wywnioskowaÄ&#x2021;, iĹź zastosowanie wagi zbliĹźonej do wartoĹ&#x203A;ci 0 powoduje duĹźe rozrzuty wynikĂłw podczas predykcji wspĂłĹ&#x201A;rzÄ&#x2122;dnych BSP. SzczegĂłlne duĹźe rezultaty dyspersji wynikĂłw sÄ&#x2026; zauwaĹźalne w miarÄ&#x2122; oddalania siÄ&#x2122; od punktu poczÄ&#x2026;tkowego na epokÄ&#x2122; t = 1. Natomiast przy zaĹ&#x201A;oĹźeniu, iĹź waga obserwacji jest zbliĹźona do wartoĹ&#x203A;ci 1, rozrzut wynikĂłw w prognozie dla modelu Browna jest znacznie mniejszy. MoĹźna stwierdziÄ&#x2021;, iĹź wartoĹ&#x203A;ci wspĂłĹ&#x201A;rzÄ&#x2122;dnych BSP z procesu predykcji w modelu Browna, dla ktĂłrych parametr a dÄ&#x2026;Ĺźy do 1, sÄ&#x2026; zbliĹźone do wspĂłĹ&#x201A;rzÄ&#x2122;dnych rzeczywistych, zarejestrowanych przez sensor GPS.

(8)

gdzie: (DYÎą=0,1, n=3, DYÎą=0,9, n=3) â&#x20AC;&#x201C; wartoĹ&#x203A;ci róşnicy wspĂłĹ&#x201A;rzÄ&#x2122;dnej Y w modelu Browna, przy zaĹ&#x201A;oĹźeniu iĹź a wynosi 0,1 lub 0,9 oraz n = 3, Y[2:85] â&#x20AC;&#x201C; ĹşrĂłdĹ&#x201A;owe odczyty z urzÄ&#x2026;dzenia Trimble UX-5 dla wspĂłĹ&#x201A;rzÄ&#x2122;dnej Y od epoki 2 do 85, (YÎą=0,1, n=3, YÎą=0,9, n=3) â&#x20AC;&#x201C; wartoĹ&#x203A;ci prognozy dla wspĂłĹ&#x201A;rzÄ&#x2122;dnej Y w modelu Browna. Ĺ&#x161;rednia wartoĹ&#x203A;Ä&#x2021; parametru YÎą=0,1, n=3 wynosi â&#x20AC;&#x201C;64,6 m, przy rozrzucie wynikĂłw od â&#x20AC;&#x201C;76,1 m do â&#x20AC;&#x201C;0,1 m. Ponadto odchylenie standardowe dla przeciÄ&#x2122;tnej wartoĹ&#x203A;ci parametru YÎą=0,1, n=3 wynosi 15,4 m. W przypadku parametru YÎą=0,9, n=3, Ĺ&#x203A;rednia wartoĹ&#x203A;Ä&#x2021; wynosi â&#x20AC;&#x201C;8,1 m, przy dyspersji wynikĂłw od â&#x20AC;&#x201C;11,3 m do â&#x20AC;&#x201C;5,1 m. WartoĹ&#x203A;Ä&#x2021; odchylenia standardowego dla przeciÄ&#x2122;tnej wartoĹ&#x203A;ci parametru YÎą=0,9, n=3 wynosi 1,4 m. WielkoĹ&#x203A;Ä&#x2021; mediany odpowiednio dla parametrĂłw YÎą=0,1, n=3 oraz YÎą=0,9, n=3 sÄ&#x2026; rĂłwne â&#x20AC;&#x201C;70,5 m oraz â&#x20AC;&#x201C;8,1 m.

Na rys. 7 przedstawiono wartoĹ&#x203A;ci róşnicy wspĂłĹ&#x201A;rzÄ&#x2122;dnych BSP wzdĹ&#x201A;uĹź osi Z miÄ&#x2122;dzy prognozÄ&#x2026; z modelu Browna a ĹşrĂłdĹ&#x201A;owymi danymi z sensora GPS. Prognoza w modelu Browna zostaĹ&#x201A;a wykonana przy zaĹ&#x201A;oĹźeniu, iĹź parametr wagowy a wynosi odpowiednio 0,1 oraz 0,9. Ponadto wartoĹ&#x203A;Ä&#x2021; poczÄ&#x2026;tkowa prognozy dla wspĂłĹ&#x201A;rzÄ&#x2122;dnej Z na epokÄ&#x2122; t = 1 jest obliczana jako Ĺ&#x203A;rednia arytmetyczna z pierwszych 3 obserwacji (n = 3). WartoĹ&#x203A;ci róşnicy wspĂłĹ&#x201A;rzÄ&#x2122;dnych BSP wzdĹ&#x201A;uĹź osi Z w modelu Browna zostaĹ&#x201A;y wyznaczone:

5. Wnioski W artykule omĂłwiono i zaprezentowano rezultaty zastosowania modeli predykcji do okreĹ&#x203A;lenia wspĂłĹ&#x201A;rzÄ&#x2122;dnych BSP. W obliczeniach wykorzystano surowe odczyty z sensora GPS zamontowanego na urzÄ&#x2026;dzeniu Trimble UX-5. W ramach obliczeĹ&#x201E; wykonano eksperyment badawczy majÄ&#x2026;cy na celu okreĹ&#x203A;lenie zbieĹźnoĹ&#x203A;ci wyznaczonych wspĂłĹ&#x201A;rzÄ&#x2122;dnych BSP modeli predykcyjnych oraz rzeczywistych danych z sensora GPS. W trakcie eksperymentu badawczego wykorzystano model Ĺ&#x203A;redniej ruchomej oraz model wygĹ&#x201A;adzania wykĹ&#x201A;adniczego Browna. W obydwu modelach prognostycznych zastosowano róşne parametry brzegowe oraz wartoĹ&#x203A;ci poczÄ&#x2026;tkowe zbioru danych wejĹ&#x203A;ciowych. W trakcie przeprowadzonych obliczeĹ&#x201E; i badaĹ&#x201E; wyciÄ&#x2026;gniÄ&#x2122;to nastÄ&#x2122;pujÄ&#x2026;ce wnioski: â&#x2C6;&#x2019; zastosowanie modelu Ĺ&#x203A;redniej ruchomej 3-elementowej umoĹźliwia lepsze dopasowanie uzyskanych wspĂłĹ&#x201A;rzÄ&#x2122;dnych BSP wzglÄ&#x2122;dem rzeczywistych wartoĹ&#x203A;ci pozycji BSP; â&#x2C6;&#x2019; zastosowanie modelu Ĺ&#x203A;redniej ruchomej 10-elementowej powoduje, iĹź róşnica co do wartoĹ&#x203A;ci bezwzglÄ&#x2122;dnej miÄ&#x2122;dzy wspĂłĹ&#x201A;rzÄ&#x2122;dnymi wyznaczanymi z predykcji a rzeczywistymi odczytami z sensora GPS dochodzi nawet do 90 m; â&#x2C6;&#x2019; zastosowanie wartoĹ&#x203A;ci parametru Îą bliskiej 0 w modelu Browna powoduje, iĹź dyspersja wynikĂłw miÄ&#x2122;dzy uzyskanymi wspĂłĹ&#x201A;rzÄ&#x2122;dnymi z predykcji oraz rzeczywistymi danymi z GPS znaczÄ&#x2026;cÄ&#x2026; wzrasta; â&#x2C6;&#x2019; przy zaĹ&#x201A;oĹźeniu iĹź parametr Îą jest bliski 1, wtedy róşnica miÄ&#x2122;dzy wyznaczanymi wspĂłĹ&#x201A;rzÄ&#x2122;dnymi z predykcji oraz rzeczywistymi danymi z GPS jest mniejsza co do wartoĹ&#x203A;ci bezwzglÄ&#x2122;dnej niĹź 20 m;

(9)

gdzie: (DZÎą=0,1, n=3, DZÎą=0,9, n=3) â&#x20AC;&#x201C; wartoĹ&#x203A;ci róşnicy wspĂłĹ&#x201A;rzÄ&#x2122;dnej Z w modelu Browna, przy zaĹ&#x201A;oĹźeniu iĹź Îą wynosi 0,1 lub 0,9 oraz n = 3, Z[2:85] â&#x20AC;&#x201C; ĹşrĂłdĹ&#x201A;owe odczyty z urzÄ&#x2026;dzenia Trimble UX-5 dla wspĂłĹ&#x201A;rzÄ&#x2122;dnej Z od epoki 2 do 85, (ZÎą=0,1, n=3, ZÎą=0,9, n=3) â&#x20AC;&#x201C; wartoĹ&#x203A;ci prognozy dla wspĂłĹ&#x201A;rzÄ&#x2122;dnej Z w modelu Browna. Ĺ&#x161;rednia wartoĹ&#x203A;Ä&#x2021; parametru ZÎą=0,1, n=3 wynosi 112,3 m, przy rozrzucie wynikĂłw od â&#x20AC;&#x201C;0,8 m do 134,1 m. Ponadto odchylenie standardowe dla przeciÄ&#x2122;tnej wartoĹ&#x203A;ci parametru ZÎą=0,1, n=3 wynosi 27,1 m. W przypadku parametru ZÎą=0,9, n=3, Ĺ&#x203A;rednia wartoĹ&#x203A;Ä&#x2021; wynosi 14,1 m, przy dyspersji wynikĂłw od 9,7 m do

38

P

O

M

I

A

R

Y

â&#x20AC;˘

A

U

T

O

M

A

T

Y

K

A

â&#x20AC;˘

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

+

.

"

" #

â&#x2C6;&#x2019; na bazie przeprowadzonych testĂłw numerycznych stwierdzono, iĹź najlepsze rozwiÄ&#x2026;zania dla metody predykcji poĹ&#x201A;oĹźenia BSP otrzymano dla modelu Browna, przy warunkach poczÄ&#x2026;tkowych a = 0,9 oraz n = 0,39.

( 1 !

1. BezruÄ?ka J., The use of Kalman filter in Geodesy and Navigation, â&#x20AC;&#x153;Slovak Journal of Civil Engineeringâ&#x20AC;?, Vol. XIX, No. 2, 2011, 8â&#x20AC;&#x201C;15.

2. Grygiel R., Bieda R., Wojciechowski K., Metody wyznaczania kÄ&#x2026;tĂłw z ĹźyroskopĂłw dla filtru komplementarnego na potrzeby okreĹ&#x203A;lania orientacji IMU, â&#x20AC;&#x17E;PrzeglÄ&#x2026;d Elektrotechnicznyâ&#x20AC;?, R. 90, Nr 9, 2014, 217â&#x20AC;&#x201C;224.

3. Grzesica D., WiÄ&#x2122;cek P., Wykorzystanie modeli autore-

gresji i Ĺ&#x203A;redniej ruchomej w prognozowaniu wielkoĹ&#x203A;ci popytu niezaleĹźnego, â&#x20AC;&#x17E;Logistykaâ&#x20AC;?, 4/2014, 3908â&#x20AC;&#x201C;3913.

4. Kaniewski P., Adaptacyjny filtr Kalmana odbiornika GNSS, â&#x20AC;&#x17E;Logistykaâ&#x20AC;?, 6/2011, 1569â&#x20AC;&#x201C;1578.

5. KÄ&#x2122;dzierski M., FryĹ&#x203A;kowska A., Wierzbicki D., Opracowania fotogrametryczne z niskiego puĹ&#x201A;apu, Wyd. Wojskowa

Akademia Techniczna, ISBN 978-83-7938-047-3, Warszawa 2014.

6. Krasuski K., Wierzbicki D., Wyznaczenie kursu bezzaĹ&#x201A;ogowego statku powietrznego na podstawie danych GPS i INS, â&#x20AC;&#x17E;Pomiary Automatyka Robotykaâ&#x20AC;?, R. 19, Nr 4, 2015, 63â&#x20AC;&#x201C;68, DOI: 10.14313/PAR_218/63.

7. Kraszewski T., Kaniewski P., Kubicki I., Systemy nawigacyjne miniaturowych bezzaĹ&#x201A;ogowych statkĂłw powietrznych, â&#x20AC;&#x17E;Biuletyn WATâ&#x20AC;?, Vol. LXII, Nr 4, 2013, 155â&#x20AC;&#x201C;178.

8. Wierzbicki D., Aspekty aerotriangulacji zdjÄ&#x2122;Ä&#x2021; cyfrowych pozyskanych kamerÄ&#x2026; niemetrycznÄ&#x2026; zamontowanÄ&#x2026; na pokĹ&#x201A;adzie bezzaĹ&#x201A;ogowego statku latajÄ&#x2026;cego, â&#x20AC;&#x17E;Biuletyn WATâ&#x20AC;?, Vol.

LXII, Nr 4, 2013, 113â&#x20AC;&#x201C;128.

9. Wierzbicki D., Krasuski K., Estimation of rotation

angles based on GPS data from UX5 Platform, â&#x20AC;&#x153;Measurement Automation Monitoringâ&#x20AC;?, Vol. 61, No. 11, 2015, 516â&#x20AC;&#x201C;520.

10. ZiĂłĹ&#x201A;kowski K., Bujak A., Prognozowanie dziaĹ&#x201A;alnoĹ&#x203A;ci logistycznej przy wykorzystaniu metod iloĹ&#x203A;ciowych, â&#x20AC;&#x17E;Logistykaâ&#x20AC;?, 3/2014, 7098â&#x20AC;&#x201C;7108.

' F < ! < "'D

Abstract: In paper, the results of determination UAV coordinates based on the Brown model and moving average method were presented. The research test was realized using raw GPS data from Trimble UX-5 platform. In paper, the full algorithm of Brown model and moving average method was also described.

KeywordsT > "'D ! < ! / / I !

+ ' )

+ 0 0 # )

! $ ( ) $ $

c ( ) $

'( @ ' ! 8 ; @ $ C( ; T < ( 0 < / ! $

'( @ ' ! 8 ; @ $ ' / ! 8& 8 ( W -$%$% P ( -$,$%Q$ C( T / / / ; < / ! ! ! $ C +%-OT 0 8 $ C +%-,T ? N @ > = / < = S ; ! $

39

J

, * c # ,Q F ' ! ! $ # !

40

P

O

M

I

A

R

Y

â&#x20AC;¢

A

U

T

O

M

A

T

Y

K

A

â&#x20AC;¢

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

Pomiary Automatyka Robotyka, R. 20, Nr 2/2016, 41â&#x20AC;&#x201C;48, DOI: 10.14313/PAR_220/41

/ ! ! 0 / 0 ( ! !

0 U Jacek Dunaj, Dariusz Grabowski ! E ' ! ! 0 E' ' $ \ ! +%+ %+;OK. @

Streszczenie: Podczas uruchamiania stanowisk przemysĹ&#x201A;owych zawierajÄ&#x2026;cych sterowniki PLC, roboty i komputery przemysĹ&#x201A;owe duĹźym uĹ&#x201A;atwieniem jest moĹźliwoĹ&#x203A;Ä&#x2021; podglÄ&#x2026;du stanu sygnaĹ&#x201A;Ăłw obiektowych i zmiennych programĂłw aplikacyjnych. Producenci urzÄ&#x2026;dzeĹ&#x201E; sterujÄ&#x2026;cych w swoim oprogramowaniu do tworzenia aplikacji czÄ&#x2122;sto udostÄ&#x2122;pniajÄ&#x2026; dodatkowe narzÄ&#x2122;dzia do realizacji takich funkcji. Ciekawym rozwiÄ&#x2026;zaniem jest oprogramowanie MX Components firmy Mitsubishi Electric oferujÄ&#x2026;ce nie tylko moĹźliwoĹ&#x203A;Ä&#x2021; podglÄ&#x2026;du tego, co dzieje siÄ&#x2122; w sterowniku, ale teĹź dostarczajÄ&#x2026;ce narzÄ&#x2122;dzi do tworzenia wĹ&#x201A;asnego programu diagnostycznego. W artykule przedstawiono moĹźliwoĹ&#x203A;ci funkcjonalne programowalnego monitora stanĂłw sygnaĹ&#x201A;Ăłw obiektowych i zmiennych systemowych sterownikĂłw Mitsubishi, ktĂłry uruchomiono w celu uĹ&#x201A;atwienia testowania i diagnostyki aplikacji przemysĹ&#x201A;owych wykonywanych w Instytucie. ' T U ! / ! / A / 0 ( ! ! 0

1. Wprowadzenie Podczas prac montaĹźowych, uruchamiania i testowania stanowisk przemysĹ&#x201A;owych, wyposaĹźonych w programowalne sterowniki PLC duĹźym uĹ&#x201A;atwieniem jest moĹźliwoĹ&#x203A;Ä&#x2021; podglÄ&#x2026;du aktualnego stanu i rÄ&#x2122;cznego wysterowywania róşnych sygnaĹ&#x201A;Ăłw obiektowych. Dodatkowym wyposaĹźeniem niektĂłrych sterownikĂłw sÄ&#x2026; diody Ĺ&#x203A;wiecÄ&#x2026;ce sprzÄ&#x2122;Ĺźone z pojedynczymi wejĹ&#x203A;ciami i wyjĹ&#x203A;ciami. Innym sposobem przekazywania informacji o sygnaĹ&#x201A;ach obiektowych jest oprogramowanie umoĹźliwiajÄ&#x2026;ce monitorowanie ich stanu za pomocÄ&#x2026; standardowego interfejsu.

Diody przekazujÄ&#x2026; informacjÄ&#x2122; szybciej, ale specjalizowane oprogramowanie oferuje znacznie wiÄ&#x2122;ksze moĹźliwoĹ&#x203A;ci.

Aplikacja sterownika PLC najczÄ&#x2122;Ĺ&#x203A;ciej jest tworzona na zewnÄ&#x2122;trznym komputerze PC za pomocÄ&#x2026; dedykowanego oprogramowania. Oprogramowanie takie zawiera funkcje tworzenia i edycji programu aplikacyjnego oraz zapewnia peĹ&#x201A;nÄ&#x2026; obsĹ&#x201A;ugÄ&#x2122; samego sterownika â&#x20AC;&#x201C; zapis i odczyt aplikacji do/z pamiÄ&#x2122;ci, uruchamianie, zatrzymywanie i debugging programu, podglÄ&#x2026;d stanu wejĹ&#x203A;Ä&#x2021;, ustawianie zmiennych systemowych odnoszÄ&#x2026;cych siÄ&#x2122; np. do nastaw zegara i kalendarza, adresacji i parametryza-

-

40 T \ ) $ -

%M$%,$+%-. $ +,$%,$+%-. $

!! " #$%

cji portĂłw transmisyjnych. W zaleĹźnosci od sprzÄ&#x2122;towego wyposaĹźenia sterownika, wszystkie te czynnoĹ&#x203A;ci sÄ&#x2026; wykonywane za poĹ&#x203A;rednictwem standardowych interfejsĂłw komunikacyjnych (RS-232, Ethernet, USB, IEEE 1394). RĂłwnieĹź oprogramowanie systemowe sterownika powinno realizowaÄ&#x2021; funkcje umoĹźliwiajÄ&#x2026;ce wspĂłĹ&#x201A;pracÄ&#x2122; z odpowiednim programem komputera PC. Za wykonywanie programu aplikacyjnego odpowiada oprogramowanie systemowe sterownika. System odczytuje stany wszystkich wejĹ&#x203A;Ä&#x2021; sterownika i zapamiÄ&#x2122;tuje je w odpowiednich rejestrach pamiÄ&#x2122;ci, nastÄ&#x2122;pnie wykonuje caĹ&#x201A;y program aplikacyjny. JeĹ&#x203A;li kolejne instrukcje programu zawierajÄ&#x2026; odwoĹ&#x201A;ania do stanu wejĹ&#x203A;Ä&#x2021;, ich wartoĹ&#x203A;ci sÄ&#x2026; pobierane z rejestrĂłw pamiÄ&#x2122;ci.

JeĹ&#x203A;li efektem dziaĹ&#x201A;ania aplikacji ma byÄ&#x2021; zmiana stanu wyjĹ&#x203A;Ä&#x2021;, to informacja o tym jest zapamiÄ&#x2122;tywana w rejestrach sterownika, a wĹ&#x201A;aĹ&#x203A;ciwe wysterowanie ma miejsce dopiero po wykonaniu caĹ&#x201A;ego programu aplikacyjnego. Specyfika programu aplikacyjnego sterownika PLC wymaga ograniczonego czasu wykonania, wiÄ&#x2122;c program nie moĹźe zostaÄ&#x2021; â&#x20AC;&#x17E;zapÄ&#x2122;tlonyâ&#x20AC;? w oczekiwaniu na speĹ&#x201A;nienie warunku umoĹźliwiajÄ&#x2026;cego wyjĹ&#x203A;cie z pÄ&#x2122;tli.

Po wykonaniu aplikacji i wysterowaniu wyjĹ&#x203A;Ä&#x2021;, caĹ&#x201A;y cykl jest powtarzany. JeĹ&#x203A;li programu aplikacyjnego nie wprowadzono do pamiÄ&#x2122;ci sterownika lub po wczytaniu nie zostaĹ&#x201A; uruchomiony, oprogramowanie systemowe caĹ&#x201A;y czas cyklicznie realizuje wymianÄ&#x2122; informacji miÄ&#x2122;dzy wejĹ&#x203A;ciami i wyjĹ&#x203A;ciami a przypisanymi im rejestrami pamiÄ&#x2122;ci. Przez caĹ&#x201A;y czas prowadzony jest teĹź nasĹ&#x201A;uch kanaĹ&#x201A;u transmisyjnego wykorzystywanego do komunikacji z oprogramowaniem komputera PC przeznaczonym do obsĹ&#x201A;ugi sterownika. W przypadku, gdy sterownik ma dwa kanaĹ&#x201A;y (np. do sterownika Mitsubishi z jednostkÄ&#x2026; centralnÄ&#x2026; Q02HCPU wbudowano port RS-232 i port USB) to nasĹ&#x201A;uch prowadzony jest w obu kanaĹ&#x201A;ach. NasĹ&#x201A;uch nie wymaga

41

!

Q ! Q

Q bH

2. Oprogramowanie MX Components

tworzenia dodatkowego kodu w programie aplikacyjnym, nie ma teĹź bezpoĹ&#x203A;redniego wpĹ&#x201A;ywu na jego wykonywanie (poza komendami START i STOP), jest wykonywany przez oprogramowanie systemowe sterownika.

Funkcja monitorowania stanu sygnaĹ&#x201A;Ăłw i zmiennych za pomocÄ&#x2026; pakietu GX Works2 jest bardzo przydatna, jednak brak znajomoĹ&#x203A;ci tego narzÄ&#x2122;dzia oraz struktury i wewnÄ&#x2122;trznych oznaczeĹ&#x201E; zmiennych aplikacji uniemoĹźliwia praktyczne jej wykorzystanie. Potrzebne jest rozwiÄ&#x2026;zanie, ktĂłre upraszcza sposĂłb odczytu informacji bezpoĹ&#x203A;rednio ze sterownika i umoĹźliwia dowolnej aplikacji komputera PC komunikacjÄ&#x2122; z oprogramowaniem systemowym sterownika tak jak GX Works2.

Pakiet MX Components firmy Mitsubishi oferuje moĹźliwoĹ&#x203A;Ä&#x2021; znacznie prostszego podglÄ&#x2026;du stanu nie tylko sygnaĹ&#x201A;Ăłw obiektowych (wejĹ&#x203A;Ä&#x2021;, wyjĹ&#x203A;Ä&#x2021;), ale takĹźe zmiennych systemowych (m.in. timery, liczniki, markery, rejestry danych). Dostarcza rĂłwnieĹź moduĹ&#x201A;y, ktĂłre umoĹźliwiajÄ&#x2026; zbudowanie aplikacji komputera PC do bezpoĹ&#x203A;redniej komunikacji z oprogramowaniem systemowym sterownika PLC.

U={= % ' , Aplikacja umoĹźliwia definiowanie kanaĹ&#x201A;u transmisyjnego miÄ&#x2122;dzy komputerem PC i sterownikiem Mitsubishi. Definiowanie kanaĹ&#x201A;u polega na nadaniu numeru (0â&#x20AC;&#x201C;1023), okreĹ&#x203A;leniu rodzaju interfejsu do jego obsĹ&#x201A;ugi (RS-232, USB, Ethernet) oraz okreĹ&#x203A;leniu parametrĂłw transmisji, jeĹ&#x203A;li sÄ&#x2026; wymagane. Jednym z dodatkowych parametrĂłw jest typ jednostki centralnej sterownika, nie ma on jednak wpĹ&#x201A;ywu na poĹ&#x201A;Ä&#x2026;czenie ze sterownikiem, poniewaĹź kanaĹ&#x201A; o wybranym numerze moĹźna wykorzystywaÄ&#x2021; do poĹ&#x201A;Ä&#x2026;czenia z innÄ&#x2026; jednostkÄ&#x2026; centralnÄ&#x2026; niĹź zadeklarowano podczas definiowania kanaĹ&#x201A;u. SĹ&#x201A;uĹźy on do weryfikacji, czy wybrany moduĹ&#x201A; jednostki centralnej zawiera wybrany interfejs komunikacyjny. Po zdefiniowaniu kanaĹ&#x201A;u i fizycznym poĹ&#x201A;Ä&#x2026;czeniu komputera ze sterownikiem moĹźna wykonaÄ&#x2021; test transmisji (Connection test) sprawdzajÄ&#x2026;cy, czy wspĂłlpraca komputera ze sterownikiem jest prawidĹ&#x201A;owa.

Rys. 1. Okno programu GX Works2 do podglÄ&#x2026;du stanĂłw niektĂłrych sygnaĹ&#x201A;Ăłw obiektowych Fig. 1. GX Works2 window to preview the states of some signals of object

Sterowniki PLC firmy Mitsubishi sÄ&#x2026; programowane za pomocÄ&#x2026; oprogramowania GX Developer, GX IEC Developer lub GX Works2 pracujÄ&#x2026;cego na komputerze PC pod kontrolÄ&#x2026; systemu operacyjnego Windows. Wymienione programy wspĂłĹ&#x201A;pracujÄ&#x2026; z oprogramowaniem systemowym sterownikĂłw, umoĹźliwiajÄ&#x2026; nie tylko tworzenie aplikacji, ale takĹźe realizujÄ&#x2026; wymienione funkcje obsĹ&#x201A;ugi. Z punktu widzenia osoby montujÄ&#x2026;cej stanowisko lub poszukujÄ&#x2026;cej uszkodzenia w ukĹ&#x201A;adzie sterowania (niebÄ&#x2122;dÄ&#x2026;cej autorem programu aplikacyjnego), oprogramowanie to ma kilka wad: â&#x2C6;&#x2019; wymaga zainstalowania na komputerze operatora i potwierdzenia praw licencyjnych, â&#x2C6;&#x2019; operator musi umieÄ&#x2021; posĹ&#x201A;ugiwaÄ&#x2021; siÄ&#x2122; programami narzÄ&#x2122;dziowymi i znaÄ&#x2021; specyfikÄ&#x2122; programowania sterownikĂłw PLC, â&#x2C6;&#x2019; sprawdzenie dziaĹ&#x201A;anie elementĂłw stanowiska zwykle wymaga znajomoĹ&#x203A;ci postaci ĹşrĂłdĹ&#x201A;owej programu, jego struktury, funkcji realizowanych przez róşne moduĹ&#x201A;y i ich wzajemne powiÄ&#x2026;zania â&#x20AC;&#x201C; w praktyce jest to zwykle utrudnione, â&#x2C6;&#x2019; siÄ&#x2122;ganie do ĹşrĂłdeĹ&#x201A; aplikacji za pomocÄ&#x2026; oprogramowania narzÄ&#x2122;dziowego zwykle grozi nieumyĹ&#x203A;lnym wprowadzeniem niepoĹźÄ&#x2026;danych modyfikacji.

Na rys. 1 pokazano przykĹ&#x201A;adowe okno programu GX Works2 z otwartym podglÄ&#x2026;dem fragmentu aplikacji sterownika Mitsubushi FX1S w trybie cyklicznego monitorowania stanu niektĂłrych sygnaĹ&#x201A;Ăłw i zmiennych programu. PrzyciskOtwierania_ZEW bÄ&#x2122;dzie wypeĹ&#x201A;niony kolorem niebieskim, jeĹ&#x203A;li operator wciĹ&#x203A;nie przycisk doĹ&#x201A;Ä&#x2026;czony do odpowiedniego wejĹ&#x203A;cia dwustanowego, a kolorem biaĹ&#x201A;ym â&#x20AC;&#x201C; jeĹ&#x203A;li przycisk zostanie zwolniony. Aby informacja ta pojawiĹ&#x201A;a siÄ&#x2122; w oknie programu GX Works2 program wysyĹ&#x201A;a do sterownika odpowiednie zapytanie, a oprogramowanie systemowe sterownika PLC odsyĹ&#x201A;a odpowiedĹş. TreĹ&#x203A;Ä&#x2021; odpowiedzi nie jest generowana na podstawie bezpoĹ&#x203A;redniego odczytu wejĹ&#x203A;cia dwustanowego, lecz informacji zapisanej w rejestrze pamiÄ&#x2122;ci sterownika. ZawartoĹ&#x203A;Ä&#x2021; tego rejestru jest cyklicznie uaktualniana przez system sterownika.

42

P

O

M

I

A

R

Y

â&#x20AC;˘

A

U

T

O

M

Rys. 2. Okno dialogowe aplikacji Communication Setup Utility do definiowania kanaĹ&#x201A;u transmisyjnego do/z sterownika Fig. 2. A dialog window applications Communication Setup Utility to define the transmission channel to/from controller

Definiowanie kanaĹ&#x201A;u jest istotne dla innych elementĂłw oprogramowania MX Components. Na jednym komputerze PC moĹźe byÄ&#x2021; zdefiniowanych wiele kanaĹ&#x201A;Ăłw transmisyjnych.

U=U= 9% " , Aplikacja umoĹźliwia podglÄ&#x2026;d i monitorowanie aktualnego stanu sygnaĹ&#x201A;Ăłw obiektowych oraz zmiennych systemowych sterownika. Na rys. 3 przedstawiono przykĹ&#x201A;ad okna dialogowego z zaprogramowanym podglÄ&#x2026;dem stanĂłw nastÄ&#x2122;pujÄ&#x2026;cych zmiennych: wejĹ&#x203A;Ä&#x2021; X0 i X1, rejestru danych D0, wyjĹ&#x203A;cia Y0,

A

T

Y

K

A

â&#x20AC;˘

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

) +# * + #

Rys. 3. Okno dialogowe aplikacji PLC Monitor Utility do podglÄ&#x2026;du stanu sygnaĹ&#x201A;Ăłw obiektowych i zmiennych systemowych sterownikĂłw Fig. 3. A dialog window applications PLC Monitor Utility to view the status of object signals and system variables controllers

wewnÄ&#x2122;trznych znacznikĂłw binarnych M0 i S1, timera T1 oraz licznika C0. ListÄ&#x2122; monitorowanych urzÄ&#x2026;dzeĹ&#x201E; (sygnaĹ&#x201A;Ăłw) ustala siÄ&#x2122; za pomocÄ&#x2026; przyciskĂłw: Register device (dopisz urzÄ&#x2026;dzenie do listy), Delete device (usuĹ&#x201E; urzÄ&#x2026;dzenie z listy), Clear device (usuĹ&#x201E; wszystkie urzÄ&#x2026;dzenia z listy). AplikacjÄ&#x2122; tÄ&#x2122; moĹźna stosowaÄ&#x2021; podczas prac montaĹźowych, uruchamiania i testowania stanowiska z programowalnym sterownikiem PLC.

U=V= A - $| Podczas instalacji pakietu MX Components zostajÄ&#x2026; zainstalowane kontrolki Active X, ktĂłre w tym przypadku dostarczajÄ&#x2026; komponentĂłw umoĹźliwiajÄ&#x2026;cych zbudowanie aplikacji komputera PC do wspĂłĹ&#x201A;pracy z oprogramowaniem systemowym dowolnego sterownika Mitsubishi. WspĂłĹ&#x201A;praca ta odbywa siÄ&#x2122; za pomocÄ&#x2026; kanaĹ&#x201A;u transmisyjnego, zdefiniowanego programem Communication Setup Utility. Od autora aplikacji komputera PC nie jest wymaga wiedza na temat ramki protokoĹ&#x201A;u ani sposobu jej wysyĹ&#x201A;ania i odbioru odpowiedzi, poniewaĹź dostÄ&#x2122;pne sÄ&#x2026; gotowe funkcje zawarte w bibliotekach do obsĹ&#x201A;ugi kontrolek.

Do komunikacji z komputerem PC nie jest takĹźe potrzebna Ĺźadna dodatkowa modyfikacja programu uĹźytkowego sterownika PLC, co wiÄ&#x2122;cej, sterownik nie musi zawieraÄ&#x2021; takiego programu. Kontrolki te sÄ&#x2026; narzÄ&#x2122;dziem znacznie rozszerzajÄ&#x2026;cym moĹźliwoĹ&#x203A;ci funkcjonalne sterownika i caĹ&#x201A;ego stanowiska.

JeĹ&#x203A;li aplikacja komputera PC jest tworzona za pomocÄ&#x2026; oprogramowania Microsoft Visual C++ .NET, to proces doĹ&#x201A;Ä&#x2026;czania elementĂłw do wspĂłĹ&#x201A;pracy ze sterownikiem Mitsubishi PLC wymaga wykonania czynnoĹ&#x203A;ci: â&#x2C6;&#x2019; do projektu naleĹźy doĹ&#x201A;Ä&#x2026;czyÄ&#x2021; dwa predefiniowane pliki ActEasyIf.cpp i ActEasyIf.h, ktĂłre sÄ&#x2026; fragmentami przykĹ&#x201A;adĂłw instalowanych wraz z pakietem MX Components â&#x20AC;&#x201C; zawierajÄ&#x2026; one deklaracjÄ&#x2122; i definicjÄ&#x2122; klasy CActEasyIf; â&#x20AC;&#x201C; klikajÄ&#x2026;c prawym przyciskiem myszy na projekt okna dialogowego aplikacji naleĹźy wybraÄ&#x2021; opcjÄ&#x2122; Insert Active X Control a nastÄ&#x2122;pnie na liĹ&#x203A;cie zainstalowanych kontrolek wskazaÄ&#x2021; MITSUBISHI ActEasyIF Control â&#x20AC;&#x201C; korzystajÄ&#x2026;c z definicji klasy CActEasyIf zadeklarowaÄ&#x2021; zmienne: CActEasyIf m_ActEasyIF; long ErrorCode.; ZbiĂłr dostÄ&#x2122;pnych funkcji opisano w [1, 3]. NajwaĹźniejsze z nich i najczÄ&#x2122;Ĺ&#x203A;ciej stosowane to: 1. Otwarcie kanaĹ&#x201A;u transmisyjnego. m_ActEasyIF.put_ActLogicalStationNumber (NumerKanaluTransmisyjnego); ErrorCode = m_ActEasyIF.Open(); gdzie: NumerKanaluTransmisyjnego â&#x20AC;&#x201C; numer kanaĹ&#x201A;u zdefiniowany za pomocyÄ&#x2026; aplikacji Communication Setup Utility.

2. ZamkniÄ&#x2122;cie kanaĹ&#x201A;u transmisyjnego: ErrorCode = m_ActEasyIF.Close(); 3. Uruchomienie aplikacji sterownika PLC. ErrorCode = m_ActEasyIF.SetCpuStatus(0); 4. Zatrzymanie aplikacji sterownika PLC. ErrorCode = m_ActEasyIF.SetCpuStatus(1); 5. Odczyt wartoĹ&#x203A;ci zmiennej systemowej sterownika: ErrorCode = m_ActEasyIF.GetDevice (DeviceName,&GetDeviceValue); gdzie: CString DeviceName okreĹ&#x203A;la, jakiej zmiennej systemowej sterownika dotyczy odczyt, np. X0, D0, Y0, M0, S1, TC1, CC0; long GetDeviceValue okreĹ&#x203A;la zmiennÄ&#x2026; aplikacji komputera PC gdzie zostanie zapisana wartoĹ&#x203A;Ä&#x2021; odczytana ze sterownika.

6. Ustawienie (zapis) wartoĹ&#x203A;ci zmiennej systemowej sterownika.

ErrorCode = m_ActEasyIF.SetDevice (DeviceName,SetDeviceValue); gdzie: CString DeviceName okreĹ&#x203A;la, jakiej zmiennej systemowej sterownika dotyczy zapis, np. X0, D0; long SetDeviceValue okreĹ&#x203A;la zmiennÄ&#x2026; aplikacji komputera PC ktĂłrej wartoĹ&#x203A;Ä&#x2021; bÄ&#x2122;dzie wpisana do wskazanej zmiennej systemowej sterownika PLC KaĹźda z tych funkcji zwraca kod bĹ&#x201A;Ä&#x2122;du (ErrorCode). WartoĹ&#x203A;Ä&#x2021; 0x0000 oznacza, Ĺźe wykonanie funkcji zakoĹ&#x201E;czyĹ&#x201A;o siÄ&#x2122; sukcesem.

OprĂłcz wymienionych funkcji odczytu/zapisu pojedynczych zmiennych, kontrolki Mitsubishi ActEasyIF Control dopuszczajÄ&#x2026; odczyt/zapis caĹ&#x201A;ych blokĂłw pamiÄ&#x2122;ci sterownika PLC. Zastosowanie kontrolek Mitsubishi ActEasyIF Control nie ogranicza siÄ&#x2122; do wymiany informacji miÄ&#x2122;dzy aplikacjÄ&#x2026; PC a zmiennymi systemowymi sterownika (X, Y, M, S, T, C).

KaĹźda aplikacja ma dostÄ&#x2122;p do tzw. rejestrĂłw danych (oznaczanych D), ktĂłre mogÄ&#x2026; byÄ&#x2021; wykorzystane jako bufor wymiany danych miÄ&#x2122;dzy programami PLC a komputera PC. W PrzemysĹ&#x201A;owym Instytucie Automatyki i PomiarĂłw PIAP zastosowano je we wdroĹźeniach przemysĹ&#x201A;owych, takich jak: urzÄ&#x2026;dzenie testujÄ&#x2026;ce mechanizmy sprÄ&#x2122;Ĺźynowe [8], urzÄ&#x2026;dzenie testujÄ&#x2026;ce rozĹ&#x201A;Ä&#x2026;czniki SN, wykonanych dla ZakĹ&#x201A;adĂłw ABB Sp. z o.o z Przasnysza. W obu przypadkach programy uĹźytkowe sterownikĂłw PLC, testujÄ&#x2026;c wybrane urzÄ&#x2026;dzenie, zapamiÄ&#x2122;tywaĹ&#x201A;y kolejne punkty charakterystyki w rejestrach danych D. Po zakoĹ&#x201E;czeniu badania aplikacja PC kanaĹ&#x201A;em RS-232 odczytywaĹ&#x201A;a zapamiÄ&#x2122;tanÄ&#x2026; informacjÄ&#x2122; i wykonywaĹ&#x201A;a koĹ&#x201E;cowÄ&#x2026; ocenÄ&#x2122; wyrobu.

Ze wzglÄ&#x2122;du na stosowanie elementĂłw MX Components bardziej zaawansowanÄ&#x2026; aplikacjÄ&#x2026; byĹ&#x201A;o sterowanie dwoma robotami rehabilitacyjnymi Renus opracowanymi w PIAP [9, 10].

W tym przypadku oprogramowanie PC peĹ&#x201A;niĹ&#x201A;o rolÄ&#x2122; panelu operatorskiego dla sterownikĂłw obu robotĂłw, inicjujÄ&#x2026;c wykonywanie czynnoĹ&#x203A;ci oraz poĹ&#x203A;redniczenie w wymianie informacji miÄ&#x2122;dzy sterownikiem PLC a osadzonÄ&#x2026; na komputerze PC bazÄ&#x2026; danych trajektorii. Podczas definiowania trajektorii (uczenia robota) oraz podczas wykonywania Ä&#x2021;wiczeĹ&#x201E; rehabilitacyjnych kanaĹ&#x201A;em transmisyjnym wykorzystujÄ&#x2026;cym interfejs USB na bieĹźÄ&#x2026;co przekazywano odczyty poĹ&#x201A;oĹźeĹ&#x201E; waĹ&#x201A;Ăłw trzech silnikĂłw manipulatora i oddziaĹ&#x201A;ywujÄ&#x2026;cych na nie siĹ&#x201A;.

V= "

1

sterownikĂłw PLC Podczas uruchamiania i testowania stanowisk przemysĹ&#x201A;owych bardzo pomocny jest podglÄ&#x2026;d aktualnych wartoĹ&#x203A;ci i modyfikacja zmiennych systemowych bez koniecznoĹ&#x203A;ci wnikania w strukturÄ&#x2122; aplikacji sterownika PLC. UĹ&#x201A;atwia to aplikacja PLC Monitor Utility, ale w praktyce jego moĹźliwoĹ&#x203A;ci funkcjonalne nie zawsze idÄ&#x2026; w parze z aktualnymi potrzebami. Dlatego

43

!

Q ! Q

Q bH

przy okazji realizacji linii produkcyjnej matryc ciekĹ&#x201A;okrystalicznych urzÄ&#x2026;dzenia wykrywajÄ&#x2026;cego raka piersi, gdzie zastosowano sterownik firmy Mitsubishi, zdecydowano siÄ&#x2122; opracowaÄ&#x2021; wĹ&#x201A;asny uniwersalny program diagnostyczny, wykorzystujÄ&#x2026;cy elementy oprogramowania MX Components. W zaĹ&#x201A;oĹźeniu program ten powinien umoĹźliwiaÄ&#x2021; programowanie tego, co operator chce monitorowaÄ&#x2021;, Ĺ&#x201A;atwÄ&#x2026; zmianÄ&#x2122; aktualnego podglÄ&#x2026;du, byÄ&#x2021; niezaleĹźnym od programu aplikacyjnego sterownika PLC oraz udostÄ&#x2122;pniaÄ&#x2021; funkcje podstawowe: â&#x20AC;&#x17E;Uruchom programâ&#x20AC;?, â&#x20AC;&#x17E;Zatrzymaj programâ&#x20AC;?, â&#x20AC;&#x17E;Ustaw lub odczytaj zegar i kalendarz sterownikaâ&#x20AC;?, â&#x20AC;&#x17E;Odczytaj typ jednostki centralnejâ&#x20AC;?.

Program napisano w jÄ&#x2122;zyku C++ i uruchomiono w Ĺ&#x203A;rodowisku MS Visual Studuio .NET 2003. Nosi on nazwÄ&#x2122; Mitsubishi_IO_Test.exe i nie wymaga instalacji, lecz skopiowania do pamiÄ&#x2122;ci komputera.

Monitor sygnaĹ&#x201A;Ăłw wykorzystuje dwie listy monitorowanych sygnaĹ&#x201A;Ăłw obiektowych i zmiennych systemowych (urzÄ&#x2026;dzeĹ&#x201E;), umownie okreĹ&#x203A;lanych jako lista wejĹ&#x203A;ciowa i lista wyjĹ&#x203A;ciowa.

WartoĹ&#x203A;ci sygnaĹ&#x201A;Ăłw z obu list sÄ&#x2026; cyklicznie odczytywane za pomocÄ&#x2026; funkcji m_ActEasyIF.GetDevice(), natomiast wartoĹ&#x203A;ci sygnaĹ&#x201A;Ăłw z listy wyjĹ&#x203A;ciowej mogÄ&#x2026; byÄ&#x2021; teĹź ustawiane funkcjÄ&#x2026; m_ActEasyIF.SetDevice().

Obie listy sÄ&#x2026; definiowane w pojedynczym pliku konfiguracyjnym za pomocÄ&#x2026; czterech instrukcji: WED=DeviceName Komentarz WEH=DeviceName Komentarz WYD=DeviceName Komentarz WYH=DeviceName Komentarz gdzie: DeviceName â&#x20AC;&#x201C; okreĹ&#x203A;la monitorowanÄ&#x2026; zmiennÄ&#x2026;, Komentarz â&#x20AC;&#x201C; to tekstowy opis sygnaĹ&#x201A;u wyĹ&#x203A;wietlany obok jego aktualnej wartoĹ&#x203A;ci.

W nazwach instrukcji przed znakami â&#x20AC;&#x17E;=â&#x20AC;? wystÄ&#x2122;pujÄ&#x2026; dodatkowe oznaczenia literowe D i H. OkreĹ&#x203A;lajÄ&#x2026; one czy wartoĹ&#x203A;Ä&#x2021; danej zmiennej systemowej ma byÄ&#x2021; prezentowana w postaci liczby dziesiÄ&#x2122;tnej (D) czy liczby szenastkowej (H, hexadecymalnej). Separatorem miÄ&#x2122;dzy parametrami DeviceName i Komentarz jest pierwszy znak spacji lub znak tabulacji wystÄ&#x2122;pujÄ&#x2026;cy po znaku â&#x20AC;&#x17E;=â&#x20AC;? (parametr DeviceName nie moĹźe zatem zawieraÄ&#x2021; Ĺźadnego z tych znakĂłw).

KolejnoĹ&#x203A;Ä&#x2021;, w jakiej aktualne wartoĹ&#x203A;ci sygnaĹ&#x201A;Ăłw obiektowych bÄ&#x2122;dÄ&#x2026; prezentowane przez program monitora odpowiada kolejnoĹ&#x203A;ci ich wystÄ&#x2122;powania w pliku konfiguracyjnym. Interpreter tego pliku nie nakĹ&#x201A;ada Ĺźadnych ograniczeĹ&#x201E;, co do obecnoĹ&#x203A;ci tego samego sygnaĹ&#x201A;u na obu listach, ani jego kilkakrotnej obecnoĹ&#x203A;ci na tej samej liĹ&#x203A;cie. W zaĹ&#x201A;oĹźeniach ma to uĹ&#x201A;atwiÄ&#x2021; wygodniejszÄ&#x2026; prezentacjÄ&#x2122; informacji, np. gdy wartoĹ&#x203A;Ä&#x2021; sygnaĹ&#x201A;u ma byÄ&#x2021; przedstawiana zarĂłwno w postaci dziesiÄ&#x2122;tnej jak i szesnastkowej, oraz synchronizacjÄ&#x2122; podglÄ&#x2026;du sygnaĹ&#x201A;Ăłw z obu list.

PrzykĹ&#x201A;ady instrukcji: WEH=X00 wejĹ&#x203A;cie dwustanowe (przycisk zielony) WYH=Y10 wyjĹ&#x203A;cie dwustanowe (lampka czerwona) WYH=TN0 zawartoĹ&#x203A;Ä&#x2021; timera T0 zliczajÄ&#x2026;cego opóźnienie WYH=TC0 timer T0 â&#x20AC;&#x201C; cewka WYH=TS0 timer T0 â&#x20AC;&#x201C; wyjĹ&#x203A;cie (styk) WED=D0 rejestr danych D0 WEH=D0 rejestr danych D0 WYD=D0 rejestr danych D0 WEH=M0 rejestr wskaĹşnikĂłw M0 WEH=CN0 aktualna zawartoĹ&#x203A;Ä&#x2021; licznika C0 WEH=CN0 licznik C0 â&#x20AC;&#x201C; cewka WEH=CS0 licznik C0 â&#x20AC;&#x201C; wyjĹ&#x203A;cie (styk)

V={= !

4

1

PodstawÄ&#x2026; dziaĹ&#x201A;ania programu monitora sygnaĹ&#x201A;Ăłw sÄ&#x2026; tekstowe pliki konfiguracyjne, ktĂłre okreĹ&#x203A;lajÄ&#x2026; listy monitorowanych sygnaĹ&#x201A;Ăłw obiektowych i zmiennych systemowych (urzÄ&#x2026;dzeĹ&#x201E;), sposĂłb ich prezentacji oraz inne parametry modyfikujÄ&#x2026;ce warunki pracy programu.

KaĹźdy wiersz pliku konfiguracyjnego jest oddzielnie analizowany przez aplikacjÄ&#x2122;. JeĹ&#x203A;li wiersz nie zawiera znaku â&#x20AC;&#x17E;=â&#x20AC;? jest traktowany jako komentarz. JeĹ&#x203A;li jednak aplikacja wykryje w wierszu znak rĂłwnoĹ&#x203A;ci, to wszystkie znaki wiersza poprzedzajÄ&#x2026;ce znak â&#x20AC;&#x17E;=â&#x20AC;? sÄ&#x2026; traktowane jako nazwa zmiennej, a wszystkie znaki na prawo od tego znaku sÄ&#x2026; traktowane jako wartoĹ&#x203A;Ä&#x2021; zmiennej. DĹ&#x201A;ugoĹ&#x203A;Ä&#x2021; kaĹźdego wiersza nie moĹźe przekraczaÄ&#x2021; 825 znakĂłw. Podczas analizy pliku konfiguracyjnego aplikacja rozróşnia duĹźe i maĹ&#x201A;e litery.

3.1.1. Zmienne pliku konfiguracyjnego do ustalania

0

zmiennych systemowych sterownika W programie ĹşrĂłdĹ&#x201A;owym monitora sygnaĹ&#x201A;Ăłw do odczytu/ zapisu wartoĹ&#x203A;ci pojedynczej zmiennej systemowej sterownika PLC wykorzystywane sÄ&#x2026; dwie funkcje: ErrorCode = m_ActEasyIF.GetDevice (DeviceName,&GetDeviceValue); ErrorCode = m_ActEasyIF.SetDevice (DeviceName,SetDeviceValue); Obie funkcje jako parametru o mnemoniku â&#x20AC;&#x17E;DeviceNameâ&#x20AC;? uĹźywajÄ&#x2026; Ĺ&#x201A;aĹ&#x201E;cucha znakĂłw okreĹ&#x203A;lajÄ&#x2026;cego danÄ&#x2026; zmiennÄ&#x2026;.

W poniĹźszej tabeli pokazano kilka przykĹ&#x201A;adĂłw ilustrujÄ&#x2026;cych prawidĹ&#x201A;owÄ&#x2026; postaÄ&#x2021; tego parametru: Parametr DeviceName

44

Parametr

Znaczenie

?MFMDM

. 4/

!

4/

Znaczenie

DeviceName

X00

wejĹ&#x203A;cie dwustanowe X0

D0

rejestr danych D0

Y10

wyjĹ&#x203A;cie dwustanowe Y10

M0

rejestr wskaĹşnikĂłw M0

TN0

timer T0 â&#x20AC;&#x201C; aktualna wartoĹ&#x203A;Ä&#x2021;

CN0

licznik C0 â&#x20AC;&#x201C; aktualna wartoĹ&#x203A;Ä&#x2021;

TC0

timer T0 â&#x20AC;&#x201C; cewka

CN0

licznik C0 â&#x20AC;&#x201C; cewka

TS0

timer T0 â&#x20AC;&#x201C; wyjĹ&#x203A;cie (styk)

CS0

licznik C0 â&#x20AC;&#x201C; wyjĹ&#x203A;cie (styk)

P

O

M

I

A

R

Y

â&#x20AC;˘

A

U

T

O

M

Grupa zmiennych, niezwiÄ&#x2026;zanych z tworzeniem list monitorowanych sygnaĹ&#x201A;Ăłw pozwala ustalaÄ&#x2021; niektĂłre warunki pracy programu monitora. JeĹ&#x203A;li nazwa danej zmiennej nie zostanie umieszczona w pliku konfiguracyjnym, to aplikacja przyjmie jej wartoĹ&#x203A;Ä&#x2021; domyĹ&#x203A;lnÄ&#x2026;. % : A 5 !

4 ~ â&#x2C6;&#x2019; czas wyĹ&#x203A;wietlania niektĂłrych komunikatĂłw informacyjnych wyraĹźony w sekundach. WartoĹ&#x203A;Ä&#x2021; parametru â&#x20AC;&#x17E;xxxxâ&#x20AC;? musi zawieraÄ&#x2021; siÄ&#x2122; w granicach od 0 do 60, wartoĹ&#x203A;ciÄ&#x2026; domyĹ&#x203A;lnÄ&#x2026; jest 5. JeĹ&#x203A;li za wartoĹ&#x203A;Ä&#x2021; parametru przyjÄ&#x2122;to 0, to komunikat musi zostaÄ&#x2021; potwierdzony przez operatora. % : A Â&#x20AC; (

~ â&#x2C6;&#x2019; czas wyĹ&#x203A;wietlania komunikatĂłw o bĹ&#x201A;Ä&#x2122;dach fatalnych wyraĹźony w sekundach. WartoĹ&#x203A;Ä&#x2021; parametru â&#x20AC;&#x17E;xxxxâ&#x20AC;? musi zawieraÄ&#x2021; siÄ&#x2122; w granicach od 0 do 60, wartoĹ&#x203A;ciÄ&#x2026; domyĹ&#x203A;lnÄ&#x2026; jest 15. JeĹ&#x203A;li

A

T

Y

K

A

â&#x20AC;˘

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

) +# * + #

Rys. 4. GĹ&#x201A;Ăłwne okno dialogowe programu monitora przy otwartym kanale transmisyjnym Fig. 4. The main dialog box of the monitor program with an open transmission channel

za wartoĹ&#x203A;Ä&#x2021; parametru przyjÄ&#x2122;to 0, to komunikat musi zostaÄ&#x2021; potwierdzony przez operatora. " 1 % ~ â&#x2C6;&#x2019; zmienna wykorzystywana do weryfikacji typu jednostki centralnej sterownika Mitsubishi wspĂłĹ&#x201A;pracujÄ&#x2026;cej z programem monitora sygnaĹ&#x201A;Ăłw. Weryfikacja polega na odczytaniu ze sterownika typu CPU i porĂłwnaniu z wzorcem. Parametr â&#x20AC;&#x17E;zzzzzzzzzzâ&#x20AC;?, bÄ&#x2122;dÄ&#x2026;cy ciÄ&#x2026;giem znakowym o dĹ&#x201A;ugoĹ&#x203A;ci nieprzekraczajÄ&#x2026;cej 20 znakĂłw okreĹ&#x203A;la wzorzec, wartoĹ&#x203A;ciÄ&#x2026; domyĹ&#x203A;lnÄ&#x2026; jest Q02HCPU. BĹ&#x201A;Ä&#x2122;dny wynik weryfikacji nie ma wpĹ&#x201A;ywu na wykonywanie aplikacji, powoduje tylko wyĹ&#x203A;wietlenie dodatkowego komunikatu, ktĂłry ma zwrĂłciÄ&#x2021; uwagÄ&#x2122; na niezgodnoĹ&#x203A;Ä&#x2021; deklaracji ze stanem faktycznym i przyjrzenie siÄ&#x2122; innym parametrom wykorzystywanym w procedurach wspĂłĹ&#x201A;pracy aplikacjaâ&#x20AC;&#x201C;sterownik.

3

A 4 ~ â&#x2C6;&#x2019; aby wspĂłĹ&#x201A;praca monitora sygnaĹ&#x201A;Ăłw z jednostkÄ&#x2026; centralnÄ&#x2026; sterownika PLC byĹ&#x201A;a moĹźliwa, naleĹźy zdefiniowaÄ&#x2021; kanaĹ&#x201A; transmisyjny wykorzystujÄ&#x2026;c aplikacjÄ&#x2122; Communication Setup Utility. Podczas definiowania kanaĹ&#x201A;u okreĹ&#x203A;la siÄ&#x2122; m.in. jego numer. Z tak zdefinowanego kanaĹ&#x201A;u moĹźe korzystaÄ&#x2021; dowolna aplikacja, ktĂłra odwoĹ&#x201A;ujÄ&#x2026;c siÄ&#x2122; do tego kanaĹ&#x201A;u podaje tylko jego numer. Zmienna NumerKanaluTransmisyjnego pozwala na sparametryzowanie numeru kanaĹ&#x201A;u wykorzystywanego przez monitor sygnaĹ&#x201A;Ăłw. Parametr â&#x20AC;&#x17E;xxâ&#x20AC;? moĹźe byÄ&#x2021; liczbÄ&#x2026; caĹ&#x201A;kowitÄ&#x2026; z zakresu od 1 do 1023, wartoĹ&#x203A;ciÄ&#x2026; domyĹ&#x203A;lnÄ&#x2026; jest 1.

Program monitora sygnaĹ&#x201A;Ăłw ma wbudowanÄ&#x2026; funkcjÄ&#x2122; umoĹźliwiajÄ&#x2026;cÄ&#x2026; zmianÄ&#x2122; numeru kanaĹ&#x201A;u bez potrzeby modyfikacji pliku konfiguracyjnego.

?MFM?M 9 0

!

4

4 4

.

Pliki konfiguracyjne mogÄ&#x2026; mieÄ&#x2021; dowolnÄ&#x2026; nazwÄ&#x2122; i rozszerzenie, a wybĂłr pliku nastÄ&#x2122;puje po wybraniu odpowiedniego przycisku w gĹ&#x201A;Ăłwnym polu dialogowym aplikacji. Dodatkowo, podczas restartu programu monitora przeglÄ&#x2026;dana jest zawartoĹ&#x203A;Ä&#x2021; katalogu, w ktĂłrym zapisano program w poszukiwaniu pliku noszÄ&#x2026;cego tÄ&#x2122; samÄ&#x2026; nazwÄ&#x2122; co on sam, ale o rozszerzeniu .ini (tu

Rys. 5. GĹ&#x201A;Ăłwne okno dialogowe programu monitora przy zamkniÄ&#x2122;tym kanale transmisyjnym Fig. 5. The main dialog box of the monitor program with a closed transmission channel

Mitsubishi_IO_Test.ini). Jest to plik konfiguracyjny, ktĂłrego zawartoĹ&#x203A;Ä&#x2021; jest automatycznie interpretowana. JeĹ&#x203A;li we wskazanej lokalizacji brak jest takiego pliku, albo zawiera bĹ&#x201A;Ä&#x2122;dy, to aplikacja przyjmuje domyĹ&#x203A;lne wartoĹ&#x203A;ci niektĂłrych parametrĂłw, ale listy monitorowanych sygnaĹ&#x201A;Ăłw nie bÄ&#x2122;dÄ&#x2026; zawieraÄ&#x2021; Ĺźadnych elementĂłw. Dotyczy to takĹźe plikĂłw rÄ&#x2122;cznie wskazanych przez operatora. Interpretacja zawartoĹ&#x203A;ci pliku konfiguracyjnego prowadzona jest aĹź do ostatniego wiersza, ale w przypadku wykrycia bĹ&#x201A;Ä&#x2122;du program koĹ&#x201E;czy analizÄ&#x2122; na wierszu, w ktĂłrym znaleziono bĹ&#x201A;Ä&#x2026;d. W takim przypadku aplikacja wyĹ&#x203A;wietla komunikat zawierajÄ&#x2026;cy takĹźe numer wiersza.

V=U= @

1

" 1 GĹ&#x201A;Ăłwne okno dialogowe monitora sygnaĹ&#x201A;Ăłw obiektowych i zmiennych systemowych pokazano na rys. 4 i rys. 5. W oknach tych moĹźna wyróşniÄ&#x2021; trzy czÄ&#x2122;Ĺ&#x203A;ci: â&#x2C6;&#x2019; w dwĂłch skrajnych kolumnach znajdujÄ&#x2026;cych siÄ&#x2122; w lewej, gĂłrnej czÄ&#x2122;Ĺ&#x203A;ci okna prezentowane sÄ&#x2026; informacje dotyczÄ&#x2026;ce sygnaĹ&#x201A;Ăłw i zmiennych systemowych (urzÄ&#x2026;dzeĹ&#x201E;) z listy wejĹ&#x203A;ciowej.

Lewa kolumna zawiera ich aktualne wartoĹ&#x203A;ci odczytane ze sterownika, prawa kolumna â&#x20AC;&#x201C; komentarze. â&#x2C6;&#x2019; w kolejnych dwĂłch kolumnach w podobny sposĂłb aplikacja wyĹ&#x203A;wietla informacje dotyczÄ&#x2026;ce sygnaĹ&#x201A;Ăłw i zmiennych systemowych (urzÄ&#x2026;dzeĹ&#x201E;) z listy wyjĹ&#x203A;ciowej. Po prawej stronie kolumny zawierajÄ&#x2026;cej komentarze umieszczono szereg przyciskĂłw opisanych jako â&#x20AC;&#x17E;<< zmianaâ&#x20AC;?. Ich funkcje zostanÄ&#x2026; opisane w dalszej czÄ&#x2122;Ĺ&#x203A;ci tego artykuĹ&#x201A;u. â&#x2C6;&#x2019; w dolnej czÄ&#x2122;Ĺ&#x203A;ci okna dialogowego znajduje siÄ&#x2122; dziesiÄ&#x2122;Ä&#x2021; przyciskĂłw sĹ&#x201A;uĹźÄ&#x2026;cych do obsĹ&#x201A;ugi sterownika, a w lewym dolnym rogu umieszczono okienko, w ktĂłrym aplikacja wyĹ&#x203A;wietla aktualny stan kanaĹ&#x201A;u transmisyjnego do sterownika Mitsubishi.

KaĹźda lista moĹźe zawieraÄ&#x2021; od 0 do 1000 elementĂłw, ale w polu dialogowym jest miejsce na wyĹ&#x203A;wietlenie informacji dotyczÄ&#x2026;cych tylko 16 elementĂłw z kaĹźdej listy. Listy niezaleĹźnie od siebie moĹźna przewijaÄ&#x2021; za pomocÄ&#x2026; dwĂłch grup przyciskĂłw, po 6 przyciskĂłw w grupie.

45

!

Q ! Q

Q bH

Wymiana informacji ze sterownikiem jest moĹźliwa tylko wtedy, gdy otwarty jest kanaĹ&#x201A; transmisyjny komputerâ&#x20AC;&#x201C;sterownik. Automatyczne otwarcie kanaĹ&#x201A;u ma miejsce podczas restartu programu monitora albo moĹźe zostaÄ&#x2021; rÄ&#x2122;cznie wymuszone przez operatora â&#x20AC;&#x201C; po wybraniu stosownego przycisku w gĹ&#x201A;Ăłwnym oknie dialogowym aplikacji. RÄ&#x2122;czna zmiana kanaĹ&#x201A;u lub wskazanie innego pliku konfiguracyjnego powoduje automatycznie zamkniÄ&#x2122;cie otwartego kanaĹ&#x201A;u transmisyjnego. JeĹ&#x203A;li kanaĹ&#x201A; transmisyjny jest zamkniÄ&#x2122;ty (rys. 5), to: â&#x2C6;&#x2019; zawartoĹ&#x203A;ci obu list nadal moĹźna przeglÄ&#x2026;daÄ&#x2021;, ale zamiast aktualnych wartoĹ&#x203A;ci sygnaĹ&#x201A;Ăłw i zmiennych program wyĹ&#x203A;wietla parametry DeviceName tych elementĂłw obu list, ktĂłre mieszczÄ&#x2026; siÄ&#x2122; w polu dialogowym. â&#x2C6;&#x2019; zablokowane sÄ&#x2026; funkcje zmiany wartoĹ&#x203A;ci sygnaĹ&#x201A;Ăłw i zmiennych systemowych, a takĹźe wiÄ&#x2122;kszoĹ&#x203A;Ä&#x2021; funkcji obsĹ&#x201A;ugi sterownika.

?MDMFM G 0 4

.

0

odczytanych ze sterownika

Rys. 6. Okienko dialogowe do wprowadzania parametru w postaci liczby szesnastkowej Fig. 6. A dialog box for entering a parameter in the form of a hexadecimal number

Odczyt sygnaĹ&#x201A;Ăłw obiektowych i zmiennych systemowych ze sterownikĂłw Mitsubishi program monitora realizuje cyklicznie, z przerwÄ&#x2026; 10 ms miÄ&#x2122;dzy kolejnymi cyklami odczytu. PoniewaĹź obie listy sygnaĹ&#x201A;Ăłw i zmiennych Ĺ&#x201A;Ä&#x2026;cznie mogÄ&#x2026; zawieraÄ&#x2021; do 2000 elementĂłw, odczyt tylu wartoĹ&#x203A;ci ze sterownika w trybie pytanie â&#x20AC;&#x201C; odpowiedĹş powodowaĹ&#x201A;by, Ĺźe aktualizacja informacji postÄ&#x2122;powaĹ&#x201A;aby bardzo wolno i byĹ&#x201A;a maĹ&#x201A;o przydatna. Dlatego kaĹźdy cykl odczytu dotyczy tylko tych elementĂłw z kaĹźdej listy, ktĂłre aktualnie sÄ&#x2026; prezentowane w gĹ&#x201A;Ăłwnym oknie dialogowym aplikacji.

WyĹ&#x203A;wietlanie informacji o wartoĹ&#x203A;ciach sygnaĹ&#x201A;Ăłw i zmiennych systemowych jest realizowane w dwĂłch kolumnach okien.

W zaleĹźnoĹ&#x203A;ci od ustawienia w pliku konfiguracyjnym kaĹźda wartoĹ&#x203A;Ä&#x2021; prezentowana jest jako liczba hexadecymalna z przedrostkiem â&#x20AC;&#x17E;0xâ&#x20AC;? lub jako liczba dziesiÄ&#x2122;tna. Ponadto jej komentarz takĹźe jest poprzedzony okreĹ&#x203A;leniem â&#x20AC;&#x17E;HEX:â&#x20AC;? lub â&#x20AC;&#x17E;DEC:â&#x20AC;? (rys. 4 i 5). Dla uĹ&#x201A;atwienia podglÄ&#x2026;du, jeĹ&#x203A;li aktualna wartoĹ&#x203A;Ä&#x2021; sygnaĹ&#x201A;u lub zmiennej systemowej jest wiÄ&#x2122;ksza od 0 to zostaje wyĹ&#x203A;wietlona na şóĹ&#x201A;tym tle, w przeciwnym razie na tle biaĹ&#x201A;ym.

Funkcja odczytu m_ActEasyIF.GetDevice() wykorzystywana w programie moĹźe zgĹ&#x201A;aszaÄ&#x2021; bĹ&#x201A;Ä&#x2026;d. NajczÄ&#x2122;stszÄ&#x2026; jego przyczynÄ&#x2026; jest nieprawidĹ&#x201A;owa definicja parametru DeviceName instrukcji WED, WEH, WYD, WYH w pliku konfiguracyjnym albo parametr formalnie zdefiniowano poprawnie, ale sterownik fizycznie nie ma dostÄ&#x2122;pu do odpowiedniego sygnaĹ&#x201A;u. WĂłwczas zamiast aktualnej wartoĹ&#x203A;ci sygnaĹ&#x201A;u lub zmiennej systemowej na czerwonym tle wyĹ&#x203A;wietlany jest kod bĹ&#x201A;Ä&#x2122;du w postaci oĹ&#x203A;miocyfrowej liczby hexadecymalnej. PeĹ&#x201A;nÄ&#x2026; listÄ&#x2122; kodĂłw bĹ&#x201A;Ä&#x2122;dĂłw wraz z ich opisem i instrukcjÄ&#x2026; usuwania zamieszczono w literaturze [1 (rozdz, 6), 3 (rozdz. 7)].

â&#x2C6;&#x2019; w przypadku sygnaĹ&#x201A;Ăłw wyjĹ&#x203A;ciowych program monitora zmienia tylko zawartoĹ&#x203A;Ä&#x2021; rejestru poĹ&#x203A;redniczÄ&#x2026;cego; jeĹ&#x203A;li program aplikacyjny sterownika nie zawiera instrukcji wysterowujÄ&#x2026;cej dane wyjĹ&#x203A;cie lub zawiera takÄ&#x2026; instrukcjÄ&#x2122;, ale nie zostaĹ&#x201A; ustawiony w stan RUN, to wyjĹ&#x203A;cie bÄ&#x2122;dzie wysterowane zgodnie z nastawÄ&#x2026; wykonanÄ&#x2026; programem monitora, â&#x2C6;&#x2019; w przypadku niektĂłrych zmiennych systemowych sterownika, np. dotyczÄ&#x2026;cych timerĂłw lub licznikĂłw funkcja zapisu m_ActEasyIF.SetDevice() nie zgĹ&#x201A;osi bĹ&#x201A;Ä&#x2122;du, ale wartoĹ&#x203A;Ä&#x2021; zmiennej nie ulegnie zmianie.

ZmianÄ&#x2122; wartoĹ&#x203A;ci sygnaĹ&#x201A;u obiektowego lub zmiennej systemowej moĹźna wykonaÄ&#x2021; dwoma sposobami: â&#x2C6;&#x2019; klikajÄ&#x2026;c wskaĹşnikiem myszki okno z informacjÄ&#x2026; o aktualnej wartoĹ&#x203A;ci wybranego sygnaĹ&#x201A;u lub zmiennej systemowej. Ta metoda ma jednak ograniczenie, wynikajÄ&#x2026;ce z tego, Ĺźe jest to zmiana zero-jedynkowa. JeĹ&#x203A;li aktualna wartoĹ&#x203A;Ä&#x2021; obiektu jest róşna od 0 (True), to zostanie ona wyzerowana (False), jeĹ&#x203A;li wartoĹ&#x203A;Ä&#x2021; jest rĂłwna 0 (False), to zostaje wysterowana (True). WysĹ&#x201A;anie przesyĹ&#x201A;ki do sterownika nastÄ&#x2122;puje bezpoĹ&#x203A;rednio po klikniÄ&#x2122;ciu w okienko i nie wymaga dodatkowego potwierdzenia. Metoda jest szczegĂłlnie przydatna do testowania poĹ&#x201A;Ä&#x2026;czeĹ&#x201E; sterownikâ&#x20AC;&#x201C;urzÄ&#x2026;dzenie wykonawcze, np. do sterowania zaworami. â&#x2C6;&#x2019; klikajÄ&#x2026;c wskaĹşnikiem myszki jeden z przyciskĂłw â&#x20AC;&#x17E;<< zmianaâ&#x20AC;?. Powoduje to otwarcie dodatkowego okna dialogowego (rys. 6), umoĹźliwiajÄ&#x2026;cego wprowadzenie nowej wartoĹ&#x203A;ci. W zaleĹźnoĹ&#x203A;ci od ustawienia w pliku konfiguracyjnym dotyczÄ&#x2026;cym wskazanego obiektu nowÄ&#x2026; wartoĹ&#x203A;Ä&#x2021; moĹźna wprowadzaÄ&#x2021; albo w postaci liczby szesnastkowej bez przedrostka â&#x20AC;&#x17E;0xâ&#x20AC;?, albo w postaci liczby dziesiÄ&#x2122;tnej. WysĹ&#x201A;anie przesyĹ&#x201A;ki do sterownika nastÄ&#x2122;puje po potwierdzeniu zmiany (przycisk â&#x20AC;&#x17E;Potwierdzenie zmianyâ&#x20AC;?).

?MDMDM

.

0

i zmiennych systemowych Program monitora umoĹźliwia zmianÄ&#x2122; wartoĹ&#x203A;ci wskazanego sygnaĹ&#x201A;u obiektowego lub zmiennej systemowej z listy wyjĹ&#x203A;ciowej. Jednak wysyĹ&#x201A;anie nowej wartoĹ&#x203A;ci do sterownika nie odbywa siÄ&#x2122; cyklicznie, jak w przypadku odczytu, ale jest wykonywane tylko raz â&#x20AC;&#x201C; po potwierdzeniu zmiany. NaleĹźy pamiÄ&#x2122;taÄ&#x2021;, Ĺźe: â&#x2C6;&#x2019; w przypadku sygnaĹ&#x201A;Ăłw wejĹ&#x203A;ciowych zmiana nie polega na fizycznym wysterowaniu wejĹ&#x203A;cia, tylko na zmianie zawartoĹ&#x203A;ci rejestru przechowujÄ&#x2026;cego stan wejĹ&#x203A;cia; zawartoĹ&#x203A;Ä&#x2021; takiego rejestru jest cyklicznie uaktualniana przez oprogramowanie systemowe sterownika, zmiana wykonana programem monitora od razu zostaje skorygowana przez to oprogramowanie,

46

P

O

M

I

A

R

Y

â&#x20AC;˘

A

U

T

O

M

V=V= @1

Do celĂłw uruchomieniowo-diagnostycznych oraz jako wsparcie normalnej eksploatacji stanowiska ze sterownikiem Mitsubishi aplikacjÄ&#x2122; monitora stanu sygnaĹ&#x201A;Ăłw i zmiennych systemowych wyposaĹźono w niektĂłre funkcje do jego obsĹ&#x201A;ugi serwisowej.

UmoĹźliwiajÄ&#x2026; one wykonanie nastÄ&#x2122;pujÄ&#x2026;cych czynnoĹ&#x203A;ci: â&#x2C6;&#x2019; otwarcie i zamkniÄ&#x2122;cie kanaĹ&#x201A;u transmisyjnego do sterownika,

A

T

Y

K

A

â&#x20AC;˘

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

) +# * + #

Rys. 7. Komunikat potwierdzajÄ&#x2026;cy prawidĹ&#x201A;owe otwarcie kanaĹ&#x201A;u transmisyjnego Fig. 7. The message confirming the correct opening of the transmission channel

Rys. 8. Komunikat o bĹ&#x201A;Ä&#x2122;dzie otwarcia kanaĹ&#x201A;u transmisyjnego Fig. 8. Error message opening the transmission channel

â&#x2C6;&#x2019; uruchomienie i zatrzymanie wykonywania aplikacji sterownika, a wiÄ&#x2122;c zmianÄ&#x2122; jego trybu pracy RUN â&#x2020;&#x2019; STOP i STOP â&#x2020;&#x2019; RUN, â&#x2C6;&#x2019; odczyt i ustawianie nastaw zegara i kalendarza sterownika.

Ustawienie zegara i kalendarza sterownika polega na wysĹ&#x201A;aniu wskazaĹ&#x201E; zegara i kalendarza wspĂłĹ&#x201A;pracujÄ&#x2026;cego komputera PC, â&#x2C6;&#x2019; odczyt typu jednostki centralnej, â&#x2C6;&#x2019; zmiana numeru kanaĹ&#x201A;u transmisyjnego do sterownika, â&#x2C6;&#x2019; wybĂłr innego pliku konfiguracyjnego.

Funkcje wymienione w punktach od 2 do 4 moĹźna realizowaÄ&#x2021; tylko wtedy, gdy pozostaje otwarty kanaĹ&#x201A; transmisyjny do sterownika. W przypadku zmiany numeru kanaĹ&#x201A;u i wyboru innego pliku konfiguracyjnego zawsze nastÄ&#x2122;puje automatyczne zamkniÄ&#x2122;cie otwartego kanaĹ&#x201A;u (trzeba go rÄ&#x2122;cznie otworzyÄ&#x2021;). Na rys. 7 i 8 pokazano przykĹ&#x201A;adowe komunikaty generowane przez funkcjÄ&#x2122; otwierajÄ&#x2026;cÄ&#x2026; kanaĹ&#x201A; transmisyjny do sterownika.

sterownika. WadÄ&#x2026; monitora pozostaje to, Ĺźe wymaga zainstalowania komercyjnego oprogramowania MX Components firmy Mitsubishi. Jednak MX Components, w porĂłwnaniu z np.

GX Works2 zajmuje mniej zasobĂłw komputera PC, a obsĹ&#x201A;uga zawartych w nim aplikacji jest bardzo prosta.

NaleĹźy podkreĹ&#x203A;liÄ&#x2021; duĹźe moĹźliwoĹ&#x203A;ci tworzenia wĹ&#x201A;asnych aplikacji na bazie elementĂłw MX Components. Oprogramowanie to, szczegĂłlnie w najnowszej wersji 4.x, umoĹźliwia obsĹ&#x201A;ugÄ&#x2122; nie tylko sterownikĂłw PLC, ale takĹźe innych urzÄ&#x2026;dzeĹ&#x201E; automatyki, ze sterownikami robotĂłw wĹ&#x201A;Ä&#x2026;cznie.

4. Podsumowanie Jednym z obszarĂłw dziaĹ&#x201A;alnoĹ&#x203A;ci PrzemysĹ&#x201A;owego Instytutu Automatyki i PomiarĂłw PIAP jest realizacja zleceĹ&#x201E; z przemysĹ&#x201A;u na budowÄ&#x2122; stanowisk, ktĂłrych elementami sÄ&#x2026; sterowniki PLC, komputery przemysĹ&#x201A;owe i roboty. Ze wzglÄ&#x2122;du na krĂłtkie terminy realizacji róşne prace, m.in. kompletowanie mechaniki, poĹ&#x201A;Ä&#x2026;czenia elektryczne i sygnaĹ&#x201A;owe, testowanie i regulacja stanowiska, tworzenie oprogramowania aplikacyjnego sÄ&#x2026; zwykle prowadzone rĂłwnolegle. DuĹźym uĹ&#x201A;atwieniem sÄ&#x2026; programowe narzÄ&#x2122;dzia diagnostyczne uĹ&#x201A;atwiajÄ&#x2026;ce podglÄ&#x2026;d sygnaĹ&#x201A;Ăłw obiektowych i zmiennych zwiÄ&#x2026;zanych z programami uĹźytkowymi.

W przypadku uĹźycia elementĂłw sterujÄ&#x2026;cych firmy Mitsubushi, moĹźna zastosowaÄ&#x2021; opisany monitor stanu sygnaĹ&#x201A;Ăłw i zmiennych systemowych. Program ten powstaĹ&#x201A; w 2016 r. jako wsparcie prac rozwojowych podczas realizacji linii produkcyjnej matryc ciekĹ&#x201A;okrystalicznych urzÄ&#x2026;dzenia do testĂłw medycznych. Jego zaletÄ&#x2026; jest Ĺ&#x201A;atwa konfiguracja podglÄ&#x2026;du i czytelne monitorowanie sygnaĹ&#x201A;Ăłw. Stosowanie programu nie wymaga dodatkowej wiedzy z zakresu programowania sterownikĂłw PLC ani narzÄ&#x2122;dzi do tworzenia takich aplikacji. Nie grozi teĹź wprowadzeniem przypadkowych modyfikacji do dziaĹ&#x201A;ajÄ&#x2026;cego programu

( 1 !

1. Mitsubishi Electric Corporation 2002 â&#x20AC;&#x201C; MX Component Version 3 Programming Manual.

2. Mitsubishi Electric Corporation 2002 â&#x20AC;&#x201C; MX Component Operating Manual.

3. Mitsubishi Electric Corporation 2012 â&#x20AC;&#x201C; MX Component Version 4 Programming Manual.

4. Microsoft Visual C++ 6.0 MFC Library Reference, Microsoft Press 1998.

5. Bates J., Tompkins T., Poznaj Visual C++, Wydawnictwo MIKOM, 1999.

6. Petzold Ch., Programowanie Windows, Wydawnictwo RM Warszawa 1999.

7. Leinecker R.C., Archer T., Visual C++ 6 Vademecum profesjonalisty, Wydawnictwo HELION 2000.

8. Dunaj J., Stempniak P., SyryczyĹ&#x201E;ski A., UrzÄ&#x2026;dzenie testujÄ&#x2026;ce mechanizmy sprÄ&#x2122;Ĺźynowe do napÄ&#x2122;du rozĹ&#x201A;Ä&#x2026;cznikĂłw Ĺ&#x203A;rednich napiÄ&#x2122;Ä&#x2021;, â&#x20AC;&#x17E;Pomiary Automatyka Robotykaâ&#x20AC;?, Vol. 14, Nr 9/2010, 68â&#x20AC;&#x201C;72.

9. Dunaj J., Opis dziaĹ&#x201A;ania, konfiguracji i obsĹ&#x201A;ugi aplikacji â&#x20AC;&#x17E;Renusâ&#x20AC;? do sterowania robotami rehabilitacyjnymi Renus-1 i Renus-2, materiaĹ&#x201A;y PrzemysĹ&#x201A;owego Instytutu Automatyki i PomiarĂłw PIAP, czerwiec 2014.

10. Dunaj J., Klimasara W., RozwiÄ&#x2026;zania sprzÄ&#x2122;towe i programowe w sterowaniu robotami rehabilitacyjnymi Renus, â&#x20AC;&#x17E;Pomiary Automatyka Robotykaâ&#x20AC;?, Vol. 18, Nr 12/2014, 100â&#x20AC;&#x201C;115, DOI: 10.14313/PAR_214/100.

47

!

Q ! Q

Q bH

/ !! ( F < / C( d ! D ( < U Abstract: During development of post industrial containing PLC controllers, robots and industrial PC a great convenience is the ability to view the status signals, object and variable of application programs. Manufacturers of controls in its software for creating applications often provide additional tools to perform these functions. An interesting solution is the MX Components software of Mitsubishi Electric, which offer not only the ability to see what is happening in the controllers, but also providing tools to create their own diagnostic program. This article contains information as the basis of the elements of the MX Components to create such a program. The possibilities of functional programmable monitor signal states object and system variables Mitsubishi controllers are presented. This monitor was built in PIAP in order to facilitate the testing and diagnosis of industrial applications performed at the Institute.

KeywordsT U e < ( / ! (

+ R ) '# 2

+ ' # Q )

) $

/ ( ) $

@ -MK% $ @ & ! @ -MK, $ ! ; ! E ' ! ! 0 E' $ / ! ! 0 0 ; 0 ( 0 ! ; !0 J ! 0 / ! !; ( b gg 0J ; !0 $ @ 0 / ! A ; E' J ! /0

! / A 0 0J A ! ; / ! ( / P( Q$

@ +%%- $ @ F @ $ = A A J( ! ! $ \ ;

f A 0 8 U / $ ! ! E ' ! ; ! 0 E' A +%%+ $ S $ @ +%%.N+%%: < ! ; / & A / /

S / $ C +%-% $ ( E ! E' $ ! ; ! A / ! ' $ @ 0 = J !

E / U ( ! $

48

P

O

M

I

A

R

Y

â&#x20AC;˘

A

U

T

O

M

A

T

Y

K

A

â&#x20AC;˘

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

Pomiary Automatyka Robotyka, R. 20, Nr 2/2016, 49â&#x20AC;&#x201C;54, DOI: 10.14313/PAR_220/49

8 &` < L / ;? I / B 8 L ! U Igor Korobiichuk @ " < 8 / E < ' ! ? ( @

! < ) ; 0 ,

O ) 9, ) < E ? E < ' ! F ! E' @

! !#); ' ! !#); % ! 8 / " ! "

L The action of high-rise building state under the horizontal seismic loads is considered.

The action of elastic features of the high-rise buildings supporting structures on their stressed state change with the horizontal seismic loads is defined and the appropriate correction factor is presented.

A

T / ; ( / ! & ! !

1. Introduction Construction of skyscrapers and other high-rise buildings is the characteristic feature of the modern cities because in the deficit of construction areas it makes it possible to concentrate apartments, banks, markets, exhibitions etc. on small areas and in the single buildings. The features of a high-rise building (height, mass, high ground pressures and pressures on bottom, oscillations, difficulty of evacuation in case of emergency) define risks for people staying in the high-rise building and next to it [1â&#x20AC;&#x201C;5]. These factors impose a lot of requirements to use of the buildings, like the uninterrupted work of its installations, buildingâ&#x20AC;&#x2122;s stability under the wind or seismic load, terroristic attack, etc.

Vulnerability to earthquakes is one of the features of the high-rise buildingâ&#x20AC;&#x2122;s functioning features, especially to their horizontal component [6, 7]. Vulnerability of the high-rise buildings increases along with their height [8â&#x20AC;&#x201C;10], and also when the building mass is reduced because of employment of new materials, and rational use of their load bearing capacity. The buildingâ&#x20AC;&#x2122;s mass decrease results in their flexibility increase, and stiffness and frequency oscillations decrease. The increase of the building stiffness makes its wind resistance higher but also increases the vulnerability of structures to a seismic impact. Building stiffness changes can be achieved by modifications of the buildingâ&#x20AC;&#x2122;s cross-section moment of

-

40 T E/ = ( cE/ ) $ -

+M$%O$+%-. $ #-$%,$+%-. $

!! " #$%

inertia. However, obviously, the main parameter which will define both the resistance to wind and seismic loads is the height of the building, but it defines its internal volume (area), future architectural face, validity of its location among other smaller buildings, prestigiousness, and justification of its parts.

The height rise leads to increasing sensitivity to buckling under wind loads. Regarding seismic loads, height increase, from our point of view, make ambiguous effect on high-rise buildings stability, because height increase when lateral dimension is constant leads to building mass increase and height of its centre of gravity. This leads to increase of the shear force under seismic loads. On other hand, tall buildings are more flexible and resist the accelerated motion of bottom better.

Therefore, it is important to evaluate the effect of building height to its resistance to seismic loads. The goal is to formulate the character of building height influence on the stressed state, changing with the horizontal seismic loads.

2. Ivestigation of High-Rise Building State under the Horizontal Seismic Loads As of today, a lot of publications which are devoted to the external action on the high-rise buildings concern wind loads [11, 12]. It is explained by the continuity of wind flow along a side of the high-rise building. However, there is not enough research concerning the high-rise buildings affected by the seismic shocks. There are a lot of regions with no seismic activity for years or decades. At the same time, is it necessary to build the high-rise buildings in regions with the seismic activity. And besides, damages of the supporting structures caused by earthquake may be like damages caused by fire or terroristic act. Another difficulty with the simulation of the high-rise buildingâ&#x20AC;&#x2122;s behaviour during an earthquake is its unpredictability and also unpredictability of duration, force, direction, etc. At the same time, wind direction and force value are known for this area from meteorological observations.

49

G i B j ! &1 '#

! f # G $ # j $

b

In [13, 14] the systems of high-rise buildings protection from seismic impact are considered.

Seismic isolation system and system of seismic dumping are discussed. It is shown that seismic isolation which can be bottom mounted and other height for mount are a safer protection than the seismostable buildings, because it provides less damages of the main structure of building (columns, walls, frames). The complex seismic isolation system and system of seismic dumping will make it possible to use buildings even after the earthquake, providing the simultaneous checking and repair of the structuresâ&#x20AC;&#x2122; components. Only a few research works related to the high-rise building stiffness [15â&#x20AC;&#x201C;19] are known and should be mentioned. The analysis of systems of the passive and active earthquake protections are presented in the first one and also requirements for the systems of high-rise buildings earthquakes passive compensation, the oneâ&#x20AC;&#x2122;s own original system of the kinematic earthquake dumper is proposed either. The latter contains rolling friction and dumpers with determined stiffness and damping factors. In [19] the analysis of basement compliance to reinforced concrete structures under seismic impact is given and also model of a sliding zone with a nonlinear damping either of which isolates the high-rise building in case of earthquake.

In this research, a trial there was done to evaluate the difference between deformation or stiffness state, which theoretically arises in the absolutely rigid building and deformations which really occur in high-rise building. The difference is conditioned by elastic features of the supporting structures. Let us consider the high-rise building behaviour during the horizontal earth shocks impact. Letâ&#x20AC;&#x2122;s assume that center of mass of the high-rise building is in the middle of the distance between earthâ&#x20AC;&#x2122;s surface and the top of the high-rise building. The non-emerging elastic features of the supporting structures when center of mass of the high-rise building moves synchronously to earthâ&#x20AC;&#x2122;s surface the top of high-rise building deviation defines [20] are:

δ1 = (1)

a,m

0,21 1 0,14 2 0,07

75

150

225

h,m

300

Fig. 1. Deviation of the top of high-rise building (a, m)versus its height (h, m) Rys. 1. ZaleĹźnoĹ&#x203A;Ä&#x2021; wychyĹ&#x201A;u szczytu wysokoĹ&#x203A;ciowca (a, m) od jego wysokoĹ&#x203A;ci (h, m)

50

P

O

M

I

A

R

Y

â&#x20AC;˘

A

U

T

O

M

A

T

â&#x17D;&#x203A; a â&#x17D;&#x17E; â&#x2039;&#x2026; â&#x17D;&#x153;â&#x17D;&#x153; 2 + 3 Ăąâ&#x17D;&#x;â&#x17D;&#x; â&#x2030;¤ [δ ] , bĂąâ&#x17D; â&#x17D;?

where: E â&#x20AC;&#x201C; elasticity modulus of the supporting structures material, I â&#x20AC;&#x201C; moment of inertia of cross-section of the high-rise building supporting structures, Fc â&#x20AC;&#x201C; shear to axis of high-rise building load determined seismic impact, bc, ac â&#x20AC;&#x201C; the distances of shear load place, determined earthquake, the earthâ&#x20AC;&#x2122;s surface and the top of high-rise building respectively, [d] â&#x20AC;&#x201C; maximum high-rise building vertical deviation, should be less then 0.001 of the building height.

Supporting structures compliance increase will lead to vertical deviation of the top of high-rise building rising and on other hand â&#x20AC;&#x201C; to decrease shear of vertical axis of high-rise building load called by earthâ&#x20AC;&#x2122;s surface accelerate motion.

That is, because the high-rise building structure is a non-rigid body, and its supporting structures have a predetermined elasticity modulus (steel or concrete for example), the inertial relative to earthâ&#x20AC;&#x2122;s surface center of mass motion of the high-rise building in opposite to bottom motion direction would occur with seismic shocks, besides acceleration of the building center of mass motion caused by the Earth seismic motion are smaller than calculated according to equation (1). The tension in supporting structures with essential value of compliance will determine not only earthâ&#x20AC;&#x2122;s surface acceleration, but also the value of deviation of high-rise building top from its axis. The deviation will call forth bending moment which leads to high-rise building damped oscillations.

Figure 1 shows the results of calculations made using equation (1) for the next data: acceleration of Earthâ&#x20AC;&#x2122;s surface shake is 0.9 m/s2, corresponded to moderately dangerous oscillation (0.8â&#x20AC;&#x201C;1.8) m/s2, 7 balls, duration of the shake is 4 sec, elasticity modulus of the supporting structures material for height of 75 m is E = 0.2¡1011 Pa. The rising height leads to increase of the vertical deviation (Figure 1, curve 1). The essential value of this deviation can be dangerous, therefore the deviation value can be controlled by the changing value of moment of inertia. The last change of both the rising cross-section area of the vertical bearing and changing scheme of the high-rise building includes additional links between vertical bearings (the second way is more attractive from the standpoint of the decreasing building mass and material saving). The second curve (Figure 1) shows the decrease of the deviation of the top of high-rise building owing to moment of inertia changing. At the height of 75 m the moment of inertia increase grows to 6%, at the 300 m â&#x20AC;&#x201C; 43%.

It is obvious that improvement of compliance will lead to decreasing of the cross-section of the building axis force also to less damages of supporting structures. The dangerous consequences of the cross-section impact increase due to height rising, in this regard it is desirable to increase the compliance of high-rise building supporting structures.

0,28

0

1 â&#x2039;&#x2026; F â&#x2039;&#x2026; b Ăą3 6E â&#x2039;&#x2026; I

Y

K

A

â&#x20AC;˘

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

! "

# 0

" 1 , / &1

$ # + $ # $

Figure 2 shows plot of the cross-section force caused by accelerated motion of the earthâ&#x20AC;&#x2122;s surface depending on increase of the supporting structures compliance. Here k = F/F0, where F and F0 are the cross-section forces with different compliance of supporting structures of high-rise building. It seems the building height rising decreases the value of cross-section force.

It is obvious, that except the possible earthquake it is necessary to take into consideration the wind load and search the reasonable compromise between stiffness and compliance of the supporting structures.

Thus, such factors can be related to the operating characteristics of high-rise buildings, as: the complexity of high-rise buildings, mechanical design; large mass, and correspondingly high pressure on the soil and foundation; a constant pressure of wind, of variable speed and direction; a significant number of factors that can interfere with the normal operation of tall buildings (earthquakes, subsidence in the loess soils, floods, violation of the strength and stability of the structure, abnormally high or low temperatures, fire); a significant number of people who are at the same time in areas of tall buildings and the complexity of their evacuation; a significant amount of engineering required to sustain life in areas of tall buildings (water supply, heating, air conditioning, vertical transportation, vibration, etc.).

Considering the above, it can be stated that the indicators of the functioning of high-rise buildings are a fairly large group of parameters, control of which is only possible by appropriate automated systems, which are combined into one comprehensive global monitoring system. Among these automated systems, there can be: video monitoring; emergency lighting; automated fire alarm and fire extinguishing; monitoring the condition of the structure and foundations of buildings; monitoring the status of civil engineering objects; evacuation management.

The effective functioning of such a global system can be carried out only with the use of feedback, in which the parameters are coming to the comparison blocks, and further to a central control point.

The number of such systems for every high building has an individual character. Such a system should include the primary central module, which will be the main center for the general hierarchy, and a set of grouped systems (according to the function similarity), which also have a collection of lower level subsystems.

A large number of life support systems and the need for their proper interaction in order to create the conditions crucial to make the right decisions in the management of the object, forces the use of a system to approach the management of complex objects such as tall buildings.

The control system consists of the following components: â&#x2C6;&#x2019; Automatic control system, â&#x2C6;&#x2019; Computer control system.

The automatic control system executes automatic correction algorithms of parameters that are controlled.

Fig. 2. Correction factor k for reduction of cross-section force decrease in supporting structures of the high-rise building depends on height h, m Rys. 2. WspĂłĹ&#x201A;czynnik korekcyjny k zmniejszajÄ&#x2026;cy siĹ&#x201A;y w przekroju poprzecznym elementĂłw noĹ&#x203A;nych wysokoĹ&#x203A;ciowca zaleĹźy od wysokoĹ&#x203A;ci h, m

Therefore, we can underline the tasks of the control system for management of complex system, such as the high-rise building: â&#x2C6;&#x2019; Formal description, â&#x2C6;&#x2019; Structural and functional analysis of a complex system, â&#x2C6;&#x2019; System management of the complex object, â&#x2C6;&#x2019; Information analysis of systemâ&#x20AC;&#x2122;s tasks, â&#x2C6;&#x2019; Decision-making process based on the data.

3. Conclusions The high-rise building behavior with horizontal seismic loads is considered and also determined that dangerous state of high-rise building needs to be ascertained by the maximum deviation of the top or by the value of shear loads in cross-section of supporting bearings, dependent on seismic loads value.

The mechanism of compliance features impact of supporting bearings of the high-rise building on decreasing the negative influence seismic loads is determined, and the appropriate comparative graphics are also obtained.

The correction factor which adjusts the decrease of the value of cross-section force in the supporting structures with the impact of horizontal seismic deformations during increasing of the compliance of high-rise buildings supporting structures is proposed.

References 1. Shostachuk A.M., Emergence of environmental hazards upon construction of high-rise buildings in urban conditions. Proceedings of the 6th International Scientific Conference â&#x20AC;&#x153;Practical aerospace and high technologyâ&#x20AC;?, dedicated to the 100th anniversary of the birth of Academician S.P. Koroliov, Zhytomyr, January 9-11, 2007, 92â&#x20AC;&#x201C;93.

2. Safak E., Kaya Y., Skolnik D., Ciudad-Real M., Al Mulla H., Megahed A., Recorded response of a tall buildings in Abu Dhabi from a distant large earthquake. NCEE 2014 â&#x20AC;&#x201C; 10th U.S. National Conference on Earthquake Engineering: Frontiers of Earthquake Engineering. 2014.

3. Chen Q.-J., Yuan W.-Z., Li Y.-C., Cao L.-Y., Dynamic response characteristics of super highrise buildings subjected to long-period ground motions. â&#x20AC;&#x153;Journal of Central South Universityâ&#x20AC;?,

51

G i B j ! &1 '#

! f # G $ # j $

b

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

13. Systems for improvement of structure seismic stability (materials of Nikken Sekkei) [

! @ E

Nikken Sekkei)]. Tall Buildings, No. 1, 2010, 100â&#x20AC;&#x201C;103.

14. Wang G., Zhang S., Zhou C., Iu W., Correlation between strong motion durations and damage measures of concrete gravity dams, â&#x20AC;&#x153;Soil Dynamics and Earthquake Engineeringâ&#x20AC;?, Vol. 69, 2015, 148â&#x20AC;&#x201C;162, DOI: 10.1016/j. soildyn.2014.11.001.

15. Chipko S.A., Burtseva O.A., Compensation system for the high-rise structure fluctuations in an active seismic area [

A "

D @ !

]. http://www.ivdon.ru/ uploads/article/pdf/IVD_45_Chipko.pdf_2249. pdf.

16. Volkov D., Zheltukhin S., Preferred frequencies for coupling of seismic waves and vibrating tall buildings. â&#x20AC;&#x153;Soil Dynamics and Earthquake Engineeringâ&#x20AC;?, Vol. 74, 2015, 25â&#x20AC;&#x201C;39, DOI: 10.1016/j.soildyn.2015.03.004 17. Valla M., Gueguen P., Augère B., Goular D., Perrault M., Remote modal study of reinforced concrete buildings using a multipath lidar vibrometer. â&#x20AC;&#x153;Journal of Structural Engineeringâ&#x20AC;? (United States). Vol. 141, Issue 1, 2015, DOI: 10.1061/ (ASCE)ST.1943-541X.0001087.

18. Kostinakis K., Athanatopoulou A., Morfidis K., Correlation between ground motion intensity measures and seismic damage of 3D R/C buildings, â&#x20AC;&#x153;Engineering Structuresâ&#x20AC;?, Vol. 82, 2015, 151â&#x20AC;&#x201C;167, DOI: 10.1016/j.engstruct.2014.10.035.

19. Nguyen Quoc Dong, Dynamic calculation of highrise buildings upon earthquake [F G G D

! ].

Abstract IA to for PhD in Engineering. Specialty 05.23.17, GOU VPO Saint Petersburg State Architectural and Construction University Science, St. Petersburg 2010.

20. Pisarenko G.S., Yakovlev A.P., Matveev V.V., Material resistance manual [ G

H ]. Naukova Dumka, Kiev 1988.

Vol. 20, Issue 5, 2013, 1341â&#x20AC;&#x201C;1353, DOI: 10.1007/ s11771-013-1621-9.

Korobiichuk I., Shostachuk A., Shostachuk D., Shadura V., Nowicki M., Szewczyk R., Development of the Operation Algorithm for a Automated System Assessing the High-rise Building. â&#x20AC;&#x153;Solid State Phenomenaâ&#x20AC;?, Vol. 251, 230â&#x20AC;&#x201C;236. DOI:10.4028/www.scientific.net/ SSP.251.230.

Tang Y., Zhao X., Field testing and analysis during top-down construction of super-tall buildings in Shanghai. â&#x20AC;&#x153;KSCE Journal of Civil Engineeringâ&#x20AC;?, Vol. 20, Issue 2, 2016, 647â&#x20AC;&#x201C;661, DOI: 10.1007/s12205-015-1529-z.

Nikolaev S.V., Safety and reliability of highrise buildings is a set of high-profile solutions. â&#x20AC;&#x153;Construction securityâ&#x20AC;?

! "

#$ %&&'$ ())*+,,--- ./234*4/.. 43,5..3/,.6,%&&',75.8): .;</)= ()>.

Li J., Xie X., Zhang Q., Fang P., Wang W., Distress evaluation and remediation for a highrise building with pile-raft foundation, â&#x20AC;&#x153;Journal of Performance of Constructed Facilitiesâ&#x20AC;?, Vol. 28, Issue 4, 2014, DOI: 10.1061/(ASCE) CF.1943-5509.0000503.

Kozak J., High-rise building structures [? @ A

], M.: Stroiizdat, 1986, 308 p.

Dorvash S., Pakzad S., Naito C., Hodgson I., Yen B., Application of state-of-the-art in measurement and data analysis techniques for vibration evaluation of a tall building. â&#x20AC;&#x153;Structure and Infrastructure Engineeringâ&#x20AC;?, Vol. 10, Issue 5, 2014, 654â&#x20AC;&#x201C;669, DOI: 10.1080/15732479.2012.757795.

Poulos H.G., Challenges in the design of tall building foundations. Geotechnical Engineering.

Vol. 45, Issue 4, 2014, 108â&#x20AC;&#x201C;113.

Popov N., Wind impact on high-rise buildings [B !

!]. â&#x20AC;&#x153;Tall Buildingsâ&#x20AC;?, No. 3, 2007, 66â&#x20AC;&#x201C;69.

Stoyanoff S., Xie J., Wind loads: problems and solutions [B D @ + "

!]. â&#x20AC;&#x153;Tall Buildingsâ&#x20AC;?, Vol. 2, 2007, 82â&#x20AC;&#x201C;85.

@ / ! ! ( AJ !

L W artykule opisano zachowanie wysokoĹ&#x203A;ciowca pod wpĹ&#x201A;ywem poziomych obciÄ&#x2026;ĹźeĹ&#x201E; sejsmicznych. Opisano stan odksztaĹ&#x201A;ceĹ&#x201E; sprÄ&#x2122;Ĺźystych struktur noĹ&#x203A;nych w wysokich budynkach pod wpĹ&#x201A;ywem drgaĹ&#x201E; sejsmicznych, oraz przedstawiono odpowiedni wspĂłĹ&#x201A;czynnik korekcyjny. ' T ! ( AJ ! ( AJ ! !

52

P

O

M

I

A

R

Y

â&#x20AC;˘

A

U

T

O

M

A

T

Y

K

A

â&#x20AC;˘

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

! "

# 0

" 1 , / &1

$ # + $ # $

Igor Korobiichuk

! < ) ;

cE/ ) $

! )! $ $ $

L / E !

F < F / F X ; < ! S 8 " R= E H = " +%%K$ S E < ' ! ? ( $ L ; ! / ! ! < ! ! ! ! / ; ! !$

S / E ? E < ' !

F ! E' $ L ! / ! ; ! / ! / ! ; ! ! ! $

0 ,

O ) 9, ) < ;

! !#); !'

) $

M:)! $

F < / < < & ! & / / < ! @ " < 8 / $ < ; < / ( F / ! @ < & ! P >LQ$ E ? E < ' !

F ! E' $ ! / ( / ! ! $

L / F <

< ! ( < ! E 8 8 " < " 8 ; " +%%#$ S ! 8 / " $ L ( / < < / ; ( / / / / / $

' ! !#); !'

%; !'

$ )/! $ !

! )! $ !

L / > S / ! < ! S 8 " < " G= E H = " +%%#$ S ! 8 / " ; $ L ; ! ! ! < ! W ( ! ! ; ! /$

L / ' ! < < ! S 8 " < " G= E H = " +%-O$ S ! 8 / " $ L ! ! < ( ' b 'Fb '& 8 ; / / < B W ( / ! $

$

53

G i B j ! &1 '#

! f # G $ # j $

b

54

P

O

M

I

A

R

Y

â&#x20AC;¢

A

U

T

O

M

A

T

Y

K

A

â&#x20AC;¢

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

Pomiary Automatyka Robotyka, R. 20, Nr 2/2016, 55â&#x20AC;&#x201C;58, DOI: 10.14313/PAR_220/55

@ ! ! ! ( ! ! ! ! < Q

^ A @ E J ^ & / $ = / -K OO;-%% >

L W artykule omĂłwiono badanie wpĹ&#x201A;ywu ustawieĹ&#x201E; emisyjnoĹ&#x203A;ci cieplnej dla wybranego termometru bezkontaktowego (pirometru) na odczyt temperatury i bĹ&#x201A;Ä&#x2026;d pomiaru.

Podano w nim, jak na podstawie wĹ&#x201A;asnych badaĹ&#x201E; sprawdzono wĹ&#x201A;aĹ&#x203A;ciwoĹ&#x203A;ci wybranego pirometru pod tym wzglÄ&#x2122;dem. Zbadano róşne materiaĹ&#x201A;y, okreĹ&#x203A;lono ich emisyjnoĹ&#x203A;Ä&#x2021; i zmierzono temperaturÄ&#x2122; bezkontaktow, a takĹźe za pomocÄ&#x2026; termopary. Wyniki pomiarĂłw przedstawiono w postaci tabeli. ' T ! ( ! ! ! f

1. Wprowadzenie Temperatura jest wielkoĹ&#x203A;ciÄ&#x2026; fizycznÄ&#x2026; wpĹ&#x201A;ywajÄ&#x2026;cÄ&#x2026; na zjawiska fizyczne, procesy fizjologiczne, technologiczne i cieplne [1]. Stanowi jeden z najwaĹźniejszych parametrĂłw badaĹ&#x201E; naukowych. Kontrola temperatury gwarantuje bezpieczne uĹźytkowanie wszelkich urzÄ&#x2026;dzeĹ&#x201E; i aparatury. DokĹ&#x201A;adny pomiar temperatury, a niekiedy jej staĹ&#x201A;oĹ&#x203A;Ä&#x2021; ma zasadniczy wpĹ&#x201A;yw na wyniki prowadzonych badaĹ&#x201E;. MiarÄ&#x2026; temperatury moĹźe byÄ&#x2021; kaĹźdy parametr ciaĹ&#x201A;a zmieniajÄ&#x2026;cy swojÄ&#x2026; wartoĹ&#x203A;Ä&#x2021; w funkcji temperatury. OgĂłlnie znane i powszechnie stosowane sÄ&#x2026; pomiary temperatury za pomocÄ&#x2026; termometrĂłw rtÄ&#x2122;ciowych, termoelementĂłw, termometrĂłw oporowych i manometrycznych.

Wymienione przyrzÄ&#x2026;dy majÄ&#x2026; szereg wad ̢ mogÄ&#x2026; byÄ&#x2021; stosowane tylko w wÄ&#x2026;skim zakresie pomiarowym, nieprzekraczajÄ&#x2026;cym zwykle 1200 ºC. PrzyrzÄ&#x2026;dami pozbawionymi wymienionych wad sÄ&#x2026; pirometry i kamery termowizyjne. SÄ&#x2026; one przystosowane do bezstykowego pomiaru temperatury. W pirometrach i kamerach termowizyjnych temperaturÄ&#x2122; wyznacza siÄ&#x2122; na podstawie promieniowania temperaturowego wysyĹ&#x201A;anego przez badany obiekt, zarĂłwno w zakresie promieniowania jak i czÄ&#x2122;Ĺ&#x203A;ci promieniowania podczerwonego. Pirometry i kamery termowizyjne majÄ&#x2026; szereg zalet, ktĂłre kwalifikujÄ&#x2026; je do grupy przyrzÄ&#x2026;dĂłw uniwersalnych ̢ nie wprowadzajÄ&#x2026; zakĹ&#x201A;ĂłceĹ&#x201E; w mierzone pole temperaturowe, mogÄ&#x2026; byÄ&#x2021; stosowane do nieograniczenie wysokiej temperatury, do pomiarĂłw pĹ&#x201A;omieni i gazĂłw. MajÄ&#x2026; maĹ&#x201A;Ä&#x2026; bez-

-

40 T F > ! ! ! )/! $ !

-

-K$%O$+%-. $ #%$%,$+%-. $

!! " #$%

wĹ&#x201A;adnoĹ&#x203A;Ä&#x2021; cieplnÄ&#x2026;, duĹźÄ&#x2026; dokĹ&#x201A;adnoĹ&#x203A;Ä&#x2021;, a sygnaĹ&#x201A; otrzymywany z tych urzÄ&#x2026;dzeĹ&#x201E; jest zazwyczaj przystosowany do wspĂłĹ&#x201A;pracy z ukĹ&#x201A;adami rejestracji, sterowania i automatyzacji procesĂłw technologicznych [2].

U= % 1 ; W pomiarach bezstykowych temperatury stosuje siÄ&#x2122; pomiar promieniowania cieplnego generowanego przez badany obiekt.

KaĹźde ciaĹ&#x201A;o ma charakterystycznÄ&#x2026; zdolnoĹ&#x203A;Ä&#x2021; do emisji takiego promieniowania. MoĹźna okreĹ&#x203A;liÄ&#x2021; parametr opisujÄ&#x2026;cy to zjawisko jako wzglÄ&#x2122;dnÄ&#x2026; zdolnoĹ&#x203A;Ä&#x2021; emisyjnÄ&#x2026; [3â&#x20AC;&#x201C;5]. Jest to zaleĹźnoĹ&#x203A;Ä&#x2021; miÄ&#x2122;dzy promieniowaniem ciaĹ&#x201A;a doskonale czarnego i badanego ciaĹ&#x201A;a. CiaĹ&#x201A;o doskonale czarne ma najwiÄ&#x2122;kszÄ&#x2026; zdolnoĹ&#x203A;Ä&#x2021; emisyjnÄ&#x2026;.

Parametr wzglÄ&#x2122;dnej zdolnoĹ&#x203A;ci emisyjnej przyjmuje wartoĹ&#x203A;ci od 0 (dla ciaĹ&#x201A;a, ktĂłre praktycznie nie generuje promieniowania) do 1 (dla ciaĹ&#x201A;a doskonale czarnego, ktĂłre promieniuje maksymalnÄ&#x2026; wartoĹ&#x203A;Ä&#x2021;). Opisuje on emisjÄ&#x2122; cieplnÄ&#x2026; danego obiektu. Jest ustawiany w kamerach termowizyjnych oraz w niektĂłrych termometrach bezkontaktowych i wpĹ&#x201A;ywa znaczÄ&#x2026;co na wynik pomiaru temperatury. JeĹźeli zostanie niewĹ&#x201A;aĹ&#x203A;ciwie dobrany, spowoduje powstanie bĹ&#x201A;Ä&#x2122;du pomiaru temperatury. NaleĹźy go wĂłwczas uwzglÄ&#x2122;dniaÄ&#x2021;.

EmisyjnoĹ&#x203A;Ä&#x2021; to cecha danego materiaĹ&#x201A;u, a w szczegĂłlnoĹ&#x203A;ci struktury jego powierzchni. IstniejÄ&#x2026; powszechnie dostÄ&#x2122;pne tabele, w ktĂłrych zawarto orientacyjne wartoĹ&#x203A;ci wzglÄ&#x2122;dnej zdolnoĹ&#x203A;ci emisyjnej [6â&#x20AC;&#x201C;9]. W wielu termometrach bezkontaktowych jest on ustalony sztywno jako 0,95. Wynika to z faktu, Ĺźe najwiÄ&#x2122;cej materiaĹ&#x201A;Ăłw ma wĹ&#x201A;aĹ&#x203A;nie takÄ&#x2026; emisyjnoĹ&#x203A;Ä&#x2021;.

Celem badaĹ&#x201E; byĹ&#x201A;o przeprowadzenie pomiarĂłw, ktĂłre umoĹźliwiĹ&#x201A;y by sprawdzenie, jak ustawienie emisyjnoĹ&#x203A;ci w termometrze bezkontaktowym wpĹ&#x201A;ynie na wartoĹ&#x203A;Ä&#x2021; odczytu temperatury.

W artykule przedstawiono wyniki pomiarĂłw temperatury powierzchni obiektĂłw wykonanych z róşnych materiaĹ&#x201A;Ăłw zrealizowane za pomocÄ&#x2026; termometru bezkontaktowym oraz ich porĂłwnanie z wynikami uzyskanymi na drodze pomiaru za pomocÄ&#x2026; termopary. Zastosowany termometr umoĹźliwiaĹ&#x201A; ustawianie emisyjnoĹ&#x203A;ci w zakresie od 0,1 do 1 z rozdzielczoĹ&#x203A;ciÄ&#x2026; 0,1.

55

., # /

* c

,

# , #

Tabela 1. WpĹ&#x201A;yw ustawieĹ&#x201E; emisyjnoĹ&#x203A;ci na odczyt temperatury w termometrze bezkontaktowym (pirometrze) Table 1. Influence of emissivity settings in pyrometer and its influence for temperature measurement error

Nr

56

Rodzaj materiaĹ&#x201A;u

Temperatura [°C] dla emisyjnoĹ&#x203A;ci e

Temp. powierzchni [°C]

1

0,95

0,9

0,6

0,3

0,1

EmisyjnoĹ&#x203A;Ä&#x2021; e teoretyczna [2â&#x20AC;&#x201C;5]

1

SzkĹ&#x201A;o

26

25,8

26

26

26,7

28,2

30,1

0,92

2

Blacha ocynkowana

26,1

27

27

26,9

27

27,7

29,4

0,2

3

Papier biaĹ&#x201A;y

25,8

26,6

26,7

26,8

25,5

23

12,4

0,9

4

Drewno

25,2

26,5

26

25,6

23,9

18

â&#x20AC;&#x201C;11,6

0,8â&#x20AC;&#x201C;0,9

5

Stal wypolerowana

25,3

28,3

28,8

28,8

28

24,4

13,1

0,11

6

Aluminium matowe

24,7

26,3

26,2

26,1

24,8

21,2

0,5

0,07

7

CegĹ&#x201A;a betonowa

24,7

24,8

24,6

24,3

22

14,9

â&#x20AC;&#x201C;26

07â&#x20AC;&#x201C;0,94

8

CegĹ&#x201A;a zwykĹ&#x201A;a

24,8

24,8

24,6

24,5

21,4

13,2

â&#x20AC;&#x201C;32,5

0,85

9

Marmur polerowany

25,9

25,9

25,6

25,5

23

16

â&#x20AC;&#x201C;19,9

0,9

10

Granit polerowany

25,6

25,9

25,5

25,3

22,5

14,8

â&#x20AC;&#x201C;26,8

087â&#x20AC;&#x201C;0,77

11

Drewno

26,4

26,2

26

25,9

23,8

17,1

â&#x20AC;&#x201C;15

0,9

12

Karton

26,5

27,4

26,8

26,7

25,7

21,2

8,7

07-0,94

13

Porcelana

26,3

25,9

25,8

25,6

24,3

19,4

â&#x20AC;&#x201C;2,2

0,92

14

Kafelka

26,5

26,7

26,6

26,6

25

20,7

2,4

â&#x20AC;&#x201C;

15

Lustro

26,3

26,2

25,9

25,9

23,9

18,2

â&#x20AC;&#x201C;10,7

> 0,1

16

Farba emulsyjna biaĹ&#x201A;a

27,4

27,7

27,5

27,5

26,2

22,1

0,7

0,92â&#x20AC;&#x201C;0,94

17

Folia srebrna

26,4

27,4

27,2

26,9

26,3

24,8

16,7

0,25

18

Woda

26,4

24,7

24,2

24,1

21,7

15

â&#x20AC;&#x201C;21,8

0,98

19

LĂłd

2,9

â&#x20AC;&#x201C;16,7

â&#x20AC;&#x201C;19

â&#x20AC;&#x201C;20,9

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

0,97

20

TaĹ&#x203A;ma izolacyjna czarna

27,8

28

27,9

27,8

27

24

11,5

0,95

21

Stal wypolerowana

24

22,8

22,7

22,7

24,5

27

33,9

0,14

22

MiedĹş polerowana

23,9

24

24

24

23,2

22,3

16

0,07

23

Tkanina

22,8

23

22,8

22,8

21,1

16,4

-6

0,9

24

Plastik

22,1

21,4

21,2

21,1

18,8

12,1

-26,2

0,8â&#x20AC;&#x201C;0,95

25

Folia

23,9

23,1

22,8

22,9

22,1

20,1

13,4

0,2â&#x20AC;&#x201C;0,3

26

Winyl

23

22,8

22,8

22,7

21,6

18,2

3,2

0,96

P

O

M

I

A

R

Y

â&#x20AC;˘

A

U

T

O

M

A

T

Y

K

A

â&#x20AC;˘

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

DokĹ&#x201A;adnoĹ&#x203A;Ä&#x2021; pomiaru zdefiniowano jako 2% lub 2 °C, a rozdzielczoĹ&#x203A;Ä&#x2021; wynosi 0,1 °C. Zakres widma przyjmuje wartoĹ&#x203A;ci z zakresu od 8 Îźm do 14 Îźm.

V= : 1 ; Podczas eksperymentu przeprowadzono pomiary temperatury róşnych powierzchni badanych obiektĂłw â&#x20AC;&#x201C; elementĂłw wykonanych z wybranych materiaĹ&#x201A;Ăłw. Przeprowadzono badania dla szeregu nastaw emisyjnoĹ&#x203A;ci w termometrze bezdotykowym â&#x20AC;&#x201C; 0,1; 0,3; 0,6; 0,9; 0,95; 1,0. Ponadto przeprowadzono pomiary temperatury powierzchni za pomocÄ&#x2026; termometru z termoparÄ&#x2026; typu K (dokĹ&#x201A;adnoĹ&#x203A;Ä&#x2021; 2%, rozdzielczoĹ&#x203A;Ä&#x2021; 0,1 °C) w temperaturze pokojowej (20 °C), przyjmujÄ&#x2026;c wynik uzyskany w tej temperaturze jako wartoĹ&#x203A;Ä&#x2021; odniesienia. Na podstawie dostÄ&#x2122;pnych danych [6â&#x20AC;&#x201C;9] przyjÄ&#x2122;to typowe wartoĹ&#x203A;ci emisyjnoĹ&#x203A;ci dla badanych obiektĂłw.

Po wykonaniu pomiarĂłw przeprowadzono analizÄ&#x2122; otrzymanych rezultatĂłw. W tabeli 1 zestawiono wyniki badaĹ&#x201E;. ZauwaĹźono, Ĺźe generalnie najbardziej zbliĹźone wyniki w odniesieniu do pomiaru temperatury powierzchni za pomocÄ&#x2026; termopary otrzymano dla ustawienia emisyjnoĹ&#x203A;ci o wartoĹ&#x203A;ci zbliĹźonej do 1, zarĂłwno dla materiaĹ&#x201A;Ăłw o bardzo maĹ&#x201A;ej, jak i o duĹźej emisyjnoĹ&#x203A;ci. Wraz ze zmniejszaniem nastaw emisyjnoĹ&#x203A;ci w pirometrze, otrzymane rezultaty znaczÄ&#x2026;co odbiegaĹ&#x201A;y od wynikĂłw pomiaru otrzymanych za pomocÄ&#x2026; termopary. Przy ustawieniach emisyjnoĹ&#x203A;ci na poziomie 0,1 zauwaĹźono bardzo duĹźe odstÄ&#x2122;pstwa. Odczyty temperatury dla ciaĹ&#x201A; o bardzo niskiej emisyjnoĹ&#x203A;ci (okreĹ&#x203A;lonej na podstawie tabel [6â&#x20AC;&#x201C;9]) byĹ&#x201A;y na tyle odbiegajÄ&#x2026;ce od pomiarĂłw temperatury powierzchni termoparÄ&#x2026;, Ĺźe naleĹźaĹ&#x201A;o je uznaÄ&#x2021; za caĹ&#x201A;kowicie bĹ&#x201A;Ä&#x2122;dne.

4. Podsumowanie i wnioski Przeprowadzone badania eksperymentalne pozwalajÄ&#x2026; wnioskowaÄ&#x2021;, Ĺźe badany termometr bezkontaktowy (pirometr), mimo wbudowanej funkcjonalnoĹ&#x203A;ci umoĹźliwiajÄ&#x2026;cej ustawianie emisyjnoĹ&#x203A;ci badanych materiaĹ&#x201A;Ăłw, podczas pomiarĂłw temperatury obiektĂłw o bardzo niskiej emisyjnoĹ&#x203A;ci (i jej

zaprogramowaniu w termometrze) nie wskazuje poprawnych wartoĹ&#x203A;ci. Nie moĹźna na tej podstawie stwierdziÄ&#x2021;, Ĺźe wszystkie urzÄ&#x2026;dzenia tego typu mierzÄ&#x2026; niepoprawnie. Dopuszcza siÄ&#x2122; bowiem rozrzut wynikĂłw pomiaru w przedziale o promieniu rĂłwnym niepewnoĹ&#x203A;ci pomiaru wokĂłĹ&#x201A; wartoĹ&#x203A;ci Ĺ&#x203A;redniej (z zaĹ&#x201A;oĹźonym prawdopodobieĹ&#x201E;stwem). Dlatego naleĹźy przyjÄ&#x2026;Ä&#x2021;, Ĺźe ten konkretny model cechuje siÄ&#x2122; niepoprawnoĹ&#x203A;ciÄ&#x2026; odczytĂłw w rozpatrywanym zakresie. Ma to miejsce dla obiektĂłw o maĹ&#x201A;ej emisyjnoĹ&#x203A;ci. Testowany przyrzÄ&#x2026;d naleĹźy do grupy urzÄ&#x2026;dzeĹ&#x201E; tanich i jest powszechnie dostÄ&#x2122;pny w sprzedaĹźy.

NaleĹźy przyjÄ&#x2026;Ä&#x2021;, Ĺźe przed wykonaniem pomiarĂłw urzÄ&#x2026;dzeniem tego typu, wyposaĹźonym w moĹźliwoĹ&#x203A;Ä&#x2021; nastawiania emisyjnoĹ&#x203A;ci, konieczne jest wykonanie kalibracji. NastÄ&#x2122;pnie trzeba oceniÄ&#x2021; krytycznie, czy otrzymane wyniki mieszczÄ&#x2026; siÄ&#x2122; w granicach niepewnoĹ&#x203A;ci przyrzÄ&#x2026;du, podanych przez producenta.

Bibliografia 1. MiĹ&#x201A;ek M., Metrologia elektryczna wielkoĹ&#x203A;ci nieelektrycznych, Uniwersytet ZielonogĂłrski, Zielona GĂłra 2006.

2. Minkina W., Pomiary termowizyjne: przyrzÄ&#x2026;dy i metody, Wydawnictwa Politechniki CzÄ&#x2122;stochowskiej, 2004.

3. Mazikowski A., Bezkontaktowe, wielopasmowe pomiary emisyjnoĹ&#x203A;ci, â&#x20AC;&#x17E;Elektronizacja: podzespoĹ&#x201A;y i zastosowania elektronikiâ&#x20AC;?, Nr 7-8, 2002, 29â&#x20AC;&#x201C;31.

4. PiÄ&#x2026;tkowski T., Madura H., Chmielewski K., Precyzyjne pomiary temperatury powierzchni metali pirometrem trzypasmowym, â&#x20AC;&#x17E;Prace Instytutu Elektrotechnikiâ&#x20AC;?, zeszyt 234, 2008.

5. https://pl.wikipedia.org/wiki/ZdolnoĹ&#x203A;Ä&#x2021;_emisyjna 6. http://www.remes.gda.pl/wp-content/uploads/2013/11/ Tabela-emisyjnoĹ&#x203A;ci.pdf 7. http://www.mera-sp.com.pl/rozwiazania/wiecej/pirometry-poradnik-uzytkowania 8. http://termo-sfera.pl/termowizja/przykladowe-wartosci-wspoczynnikow-emisyjnosci.html 9. http://www.kameratermowizyjna.com/pliki_do_pobrania_files/tabele%20wspoczynnika%20emisyjnosci.pdf

E _ < &! / ! 8 !

F ! ?

L Article describe influence of emissivity settings on pyrometer temperature measurement results. All information was received by measurement with pyrometer. Data was obtained by different types of materials. Surface temperature was also measured by thermocouple K. KeywordsT ! ; ! ! ! !

57

., # /

* c

,

# , #

+ ! < Q

! ! )/! $ ! '( @ E J ^ & / ^ A $

58

P

O

M

I

A

R

Y

â&#x20AC;¢

A

U

T

O

M

A

T

Y

K

A

â&#x20AC;¢

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

# 1 1A TM 0 TDTMYL

Informacje dla Autorów J # # C !

" #

0 #

$ . @ !

Tl * TMYq A ,

Q # ,

# C @ #

Â&#x2DC; # , #*`

!

/ ,

#

*` # ,# *

# Q

K *` , *`

F / , ! , # ! * !

,

*

# ]

! KF^A + # Q #

F @ ,#

,

# ,

! K

,

# , ! ` * Q @ ! # , A

Wskazówki dla Autorów

40

1 4 # # ! ,# *

# # &

Pomiary Automatyka Robotyka , , Â&#x2DC; F,#*`

B Â&#x2122; C # # # ] , *` VM Q ^ *F # ,

!

C

F

# D # Q &

K * ] # * ,#

# , ^ C # # ] *F c

YÂ&#x161;MCTMM Q ^ *F # ,

!

C # ]Â&#x161;CV ^ *F # ,

*F # !

!

C FcÂ&#x2DC; # # C *F # ,

] # *A !

^ C , , , #

*F # ,

*F # !

C # *F # ,

*F # !

C # * D! K D *F * ,

B

A , A A*,! # A i

c

A qMM ,

A YMMM ,

c ,

! # *` ! K c A

# ,

Â&#x2DC; *F cÂ&#x2DC; Q ` *

* M L # !

,

, Â&#x2DC; *F c

Y # ! ]UM MMM Q , *

# qMMM T # *

Q ^ * A V @ ! #A . , , # # Q , *` F *F cÂ&#x2DC; #! * , Fc A Nie drukujemy komunikatów! + # # # ` Â&#x2DC; `

! K # Q ] *F # # #^ *F c

Â&#x161;MMCXÂ&#x161;M Q # B ! K A 1 * ! ,

Q Q *F *

*

!

A ,# *` # , #*` / ` , Â&#x2DC; # #A

'

-2 2 4 4 4 0

v / 4

1

v

+ 4

4 4A # , ` ` ,

cÂ&#x2DC; cÂ&#x2DC; # #A #

Q ,# * ` ,

, ! , # ! A J Q cÂ&#x2DC; , *

*

# * *F

# ` Â&#x2DC; # ,

# ` Â&#x2DC; , !

,

F Â&#x203A; Q A @ / 4 -

2

' 2

Q ! #* *F A , Q* c , * * A *` # * @ # # `Â&#x2DC;

#*` ,

# # C # Q K *F

! K A + , , *

, , #! , 1 Q # * B !

, *F

A . , , # # @ , Q ,

1 *`A

Kwartalnik naukowotechniczny Pomiary Automatyka Robotyka jest indeksowany w bazach BAZTECH, Google Scholar oraz INDEX COPERNICUS (ICV 6,38), J ( ( J !

ARIANTA. Punktacja MNiSW ( K P $ -++OQ$ A A C S ! ( ( w kwartalniku naukowotechnicznym Pomiary Automatyka Robotyka.

Â&#x161;l

0f 1 H) +b [G 1Â?.

@/

0

4 / !

4

40 1 4 1 * # &

! Pomiary Automatyka Robotyka @ *` , F

0 #

$ . @ ! ` `

F #

!

# Q ! # D # Q # Q , ,

, , *F

# # # # # #

# c

*` ! Â&#x2122; 1. !

4

.

wymieniowego Autora

1 4 C

* # , , Q A g!# # ,h *A ,

# Q ,# *

Q Q # , # ,# *

!Q

* A 2. !

4

1 4 1v

jej powstanie C * Â&#x2122; C ,

@

*` #

, # , # ! F * ,Q # * Q # D # F #*` , , , # ,# *

C ,

@ F,#* , , g!

!h A

F,#* # * Q * ` , # #

* ,Q #

* *

, F

, , #

Q

! # , ,# * Â&#x153;

LM

P

O

M

I

A

1 * # * *

, # # , `

# F,

` ` @

` , ,

!

# *

A

3. !

4

+ 1 ;v

0

1 4 C , , # K ,# * ,

# * # &

# ,

! * ,

B *

Â&#x203A; Q c Q ,

F@ A gK

# h C *

B * ! *

#* *

/ # ,# *

B * # , F

K /A

#

#

,# #* Q @

B #*` #

* B *

* # , B # @

, * # C

@

Â&#x2DC;

! Â&#x2DC; c

# A J ,

D ,

c

`@ # A

,

przeniesienie praw 40

1 0

4 %%$(Â&#x2C6; J ` , *F # # ,# * F,#* ,

*` , #

FA [ * , ,

, ,

# # * A . , , # ! *

# # # #

# ! ` #A

Redakcja kwartalnika Pomiary Automatyka Robotyka ) $

# Q ,#

# # &

# 1 ,

,

# Q , ` F ,

# + ,AÂ&#x2122;

& '( ! ! C / ! / ! / !0 ! ! / ! ! 06 ! G ! ' ! ? ( H ?$ +% S +b+%-. ,N-% CET -%$-O#-#b '?c++%b,$ R

Y

â&#x20AC;˘

A

U

T

O

M

A

T

Y

K

A

â&#x20AC;˘

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

czasopisma

pomiary

www sprawdzian

miara

POLSPAR

eksperyment

automatyka PIAP

#

seminarium

kalendarium

szkolenie

kwartalnik

federacja

nauka

publikacje

automatyka

stowarzyszenie

HORIZON 2020 `@ innowacje organizacja projekt konkurs

konferencje

relacja

POLSPAR

POLSA

publikacje

AutoCAD streszczenie

agencja kosmiczna

dr h.c.

Top500 innowacje

IFAC

ZPSA

, Â&#x203A;

profesura

recenzje

relacja

szkolenie

doktorat

robotyka seminarium

sterowanie

A

esa

szkolenie

62

P

O

M

I

A

R

Y

•

A

U

T

O

M

A

T

Y

K

A

•

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

POLECANE CZASOPISMA

! / ' FS @ 81

* Y 3 < ) 2 2

9 19 ! 3 ) 2* Z 2 ! * Z[ * O !

< ! ! #) 2 !; ! !; ! !; ; )+ ) 2

E S %M+M;,,M# E! B T + %.. P+%-OQ U ' FS @ N #,

E S -K.-;+::.

E! B T % .,K P+%-OQ U ' FS @ N -, E S %M+-;%+M. E! B T - -:K P+%-OQ U ' FS @ N +,

E S -K:,;O:ME! B T - +%: P+%-OQ U ' FS @ N +,

E S -%.O;+#%: E! B T % OK# P+%-OQ U ' FS @ N -, E S -,MK;.OO. E! B T % M,O P+%-OQ U ' FS @ N +%

63

SYLWETKI | WYWIAD

Is Cybernetics a Motorway to the Future Heaven?

Fot. PIAP

Interview with Dmitry Alexandrovich Novikov Professor Novikov, as the Deputy Director for Scientific Activities of the V.A. Trapeznikov Institute of Control Sciences, Russian Academy of Sciences, could you tell our readers some facts about this institute and its history?

The Trapeznikov Institute of Control Sciences was founded in 1939. In this period it was called the Institute of Automation and Remote Control. It was the time just before the II World War. First problems which were solved in the institute were the problems of automation in the industry, aviation, and during World War II also , B , # A G *# ¢ .

War II, we started intensive researches on space control.

Director of the Institute at that time, Academician Boris Petrov, who was a colleague of Sergei Korolev, was responsible for the control systems in the space rockets.

In 1970s Boris Petrov coordinated the Soyuz-Apollo Programme. And this class of control problems is developing till nowadays. Another branch which was born in the 1960s was the problem of complex automation of submarines and other marine objects that has been intensively developed until now in our Institute. Since 1980 we started researches on the problems of automation in the nuclear energy plants. These research activities are continued nowadays, we have close contact with Iran and India, atomic plant in Bushehr and Kudankulam.

Are people in Russia not afraid of nuclear plants?

Each new technology brings some new dangers. The nuclear energy is an obvious danger, but I think that people must not be afraid. To be afraid is a psychological

64

P

O

M

I

A

R

Y

â&#x20AC;˘

A

U

T

O

M

A

T

Y

K

category; it is a nature of common people to be afraid of something. We must do our best in science and technology in insuring the safety of the nuclear energy production, but we mustnâ&#x20AC;&#x2122;t be afraid of nuclear plants because we have no alternatives. Do you think that information and communication technologies, such as mobile phones, Internet, social networks and so on, are not dangerous for mankind?

Definitely they are very dangerous.

Maybe much more dangerous than nuclear energy.

I have published a book and a lot of papers about models of social networks but I do not use them in my daily life.

Letâ&#x20AC;&#x2122;s return to the history of our Institute. The institute was famous also for the theoretical researches in automation and remote control. Trapeznikov Institute was one of the organizers of the First International Congress of the International Federation of Automatic Control (IFAC) which was held in 1960 in Moscow. Head of one of our laboratories, Academician Alexander Lyotov was a &, B K ! A 0

than 50 laboratories and around 1000 researchers and engineers. List of the laboratories illustrates the variety of possible branches of control theory, from mathematical backgrounds to control in economical or ecological, biological, social systems, and so on, and so forth. I am sure that we have to predict the development of the control theory and have to forecast the emergence of new branches of control because now we are only starting to state and solve control problems for life and social systems. In 20 years it will be the mainstream in control A

â&#x20AC;˘

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

# 1 A TM 0 TDTMYL

theory and we shall prepare to act in this mainstream by starting nowadays.

0 #

#

B world leaders in control. Our mission is to , !

B i ,,

control and we mustnâ&#x20AC;&#x2122;t loose and have to develop our achievements. We have to develop new spheres of control, for example social or medical systems. It is our mission in general but some details are changed very rapidly. Today at the conference we have discussed that nowadays approximately one half of applications are devoted to energy production and bio-medical systems. These spheres will dominate in control researches in the next 5â&#x20AC;&#x201C;10 years.

What is the institutional structure of science in Russia? Do national research institutes, independent from the Russian Academy of Sciences â&#x20AC;&#x201C; like PIAP in Poland, exist? $

K 1#

q

, Â&#x2122; K mic, the second one is industrial science, and the third one is the science at the universities.

So the structure is just like in Poland â&#x20AC;Ś The structure is the same but the devil lives in details. What about with the academic

science? Three years ago there was issued a federal law according to which all academic institutions in Russia were transferred to the # B f ! B $

K Organizations, which was declared to be governing all the campuses, houses, water, electricity, etc., but not the science. The situation is dramatic because Russian Academy of Sciences itself, which had about 500 institutes, lost these institutes, and now Russian Academy of Sciences, according to this federal law, only has coordination functions. It coordinates the plans, accepts the results of the research and has some expert functions.

It is my personal position, but I am sure that it was a strategic mistake in the development of science because managers could not govern the science. Scientist may be governed only by another scientist, and this idea was broken. Some industrial institutes which exist in Russia work on the quest of the proper branch of industry, for example aviation, space and so on, but this sector of science

# ! ¢ the Perestroika. During the 90s years many institutes were destroyed or â&#x20AC;&#x153;soldâ&#x20AC;?, and we have lost an essential part of industrial

A 0 , # you know, there is an innovational cycle, from fundamental science, through R&D, to

applications and production. The state must fund fundamental sciences, which generally must not give certain results just now. Letâ&#x20AC;&#x2122;s consider the experiments of Faraday and Maxwell in electricity â&#x20AC;&#x201C; I think their results covered all the expenses for the science for all the future, because without electricity we

â&#x20AC;&#x17E;The main chance for cybernetics is the creation of the theory of organization.â&#x20AC;?

cannot function today. In the stable situation, in proper construction of the innovation cycle, the state funds fundamental research, industry funds applied research, which has the request for fundamental research. If this chain is continuous, it works. But fundamental science is not able and must not be responsible for the production. I think that such a problems are typical not only for modern Russia but for many other countries, especially in Eastern Europe. Letâ&#x20AC;&#x2122;s develop

Cybernetics. From Past to Future This book is a concise navigator across the history of cybernetics, its state-of-the-art and prospects.

The evolution of cybernetics (from N. Wiener to the present day) and the reasons of its ups and downs are presented. The correlation of cybernetics with the philosophy and methodology of control, as well as with system theory and systems analysis is clearly demonstrated.

Dmitry A. Novikov, Cybernetics. From Past to Future, Studies in Systems, Decision and Control, Vol. 47, Springer, 2016. ISBN 978-3-31927396-9. DOI 10.1007/978-3-319-27397-6.

The book presents a detailed analysis focusing on the modern trends of research in cybernetics. A new development stage of cybernetics (the so-called cybernetics 2.0) is discussed as a science on general regularities of systems organization and control.

The author substantiates the topicality of elaborating a new branch of cybernetics, i.e. organization theory which studies an organization as a property, process and system.

Table of contents: â&#x20AC;˘ Cybernetics in the 20th Century, â&#x20AC;˘ Cybernetics, Control Philosophy and Control Methodology,

â&#x20AC;˘

Laws, Regularities and Principles of Control, â&#x20AC;˘ Systems Theory and Systems Analysis.

Systems Engineering, â&#x20AC;˘ Some Trends and Forecasts.

The book is intended for theoreticians and practitioners, as well as for students, postgraduates and doctoral candidates. In the K , ! #

# tutors and lecturers preparing courses on cybernetics, control theory and systems science.

65

SYLWETKI | WYWIAD the production, and then letâ&#x20AC;&#x2122;s develop applied research. Letâ&#x20AC;&#x2122;s fund fundamental science and when we will make a continuous chain, it will start working well and everybody will be happy, as well as the customer who is interested in results of this chain.

but about the measures to make these contacts more intensive. We are not able to invent anything radical because all forms are traditional. These forms are: conferences, special issues of journals, thematic books, maybe some applied projects. There is nothing new, but we should do it. Last year we have published several books by Sprin! # !

0 f

in Information and Production Systems Modeling and Analysis â&#x20AC;&#x201C; Incentive Mechanisms, Competence Management, Knowledge-based Production in the Series which is edited by professor Janusz Kacprzyk.

Authors of this book are from our institute, Warsaw School of Informatics, and PIAP. Today we are speaking during the international conference, and I hope new contacts will start here and they will lead to new joint books.

You published a book titled â&#x20AC;&#x153;Cybernetics. From Past to Futureâ&#x20AC;? recently.

Cybernetics is currently experiencing a renaissance. Can you identify the cause of this situation?

Indeed, cybernetics was very popular in 60s.

H

YlUV 0 bert Wiener. It caused an explosion of the researches, theoretical and applied, in control theory, in theory of information trans-

Do you see opportunities for contacts between Polish and Russian scientists currently? How you imagine these contacts?

Letâ&#x20AC;&#x2122;s start from the very beginning. In the middle of XX century there were very close contacts between USSR and Poland. Many Polish professors did their PhDs in automation in our institute. 3rd IFAC world congress was held in Poland (1st in Russia, 2nd in USA).

We had always very close ties with our colleagues from Poland. These ties became difK # # ! , #

# countries but our connections were not interrupted. I remember when I was young PhD in early 90s, I was in Wroclaw at the conference on system science and systems engineering which was organized by Professor Zdzislaw Bubnicki. Three years later he came to our institute to a conference. So, these contacts certainly exist but maybe they are not so intensive. We must speak not about the opportunities for these contacts

mission, as well as in many other branches of science and technology. A great amount of new results in technical systems control appeared rapidly. It became popular roundabout. There were several reasons for such

# A G K

dle of 40s of XX century was the period of â&#x20AC;&#x153;explosionâ&#x20AC;? in many, many branches of science. Game theory was born in 1943, as well as operations research. Atomic bomb , K

YlUÂ&#x161; K # plant appeared in 1954. First transistor and K ,# ,,

B UM A

K #tion. Another very important aspect was that Wiener and his colleagues were the , B i B

].A , ! )A 0 #mann was a mathematician, S. Beer was a specialist in management, A. Rosenblueth was a physiologist, etc). These brilliant genius people understood that general laws !#

B i sciences. It was a splash! This generalizations led to many new results. It was the golden age of cybernetics. Rapid development of theory and new applications lead to some overestimated expectations because people, not only scientists but common , , B

K , ,#-

Control Mechanisms for Ecological-Economic Systems This monograph presents and analyzes the optimization, game-theoretic and simulation models of control mechanisms for ecological-economic systems.

â&#x20AC;˘

It is devoted to integrated assessment mechanisms for total risks and losses, penalty mechanisms, risk payment mecha

K ! ,

mechanisms for risk level reduction, sales mechanisms for risk level quotas, audit mechanisms, mechanisms for expected losses reduction, economic motivation mechanisms, optimization mechanisms for regional environmental (risk level reduction) programs, and mechanisms for authoritiesâ&#x20AC;&#x2122; interests coordination.

Table of contents: â&#x20AC;˘ Risk Level Control in Ecological-Economic Systems,

66

P

O

M

I

A

R

Control Mechanisms at the Level of Industrial Enterprises, â&#x20AC;˘ Control Mechanisms at the Level of Regional Authorities, â&#x20AC;˘ Simulation Models for Control Mechanisms in Ecological-Economic Systems.

The book is aiming at undergraduate and postgraduate students, as well as at experts in mathematical modeling and control of ecological economic, socioeconomic and organizational systems.

Vladimir N. Burkov, Dmitry A. Novikov, Alexander V. Shchepkin, Control Mechanisms for Ecological-Economic Systems, Studies in Systems, Decision and Control, Vol. 10, Springer, 2015. ISBN 978-3-319-10914-5. DOI 10.1007/9783-319-10915-2.

Y

â&#x20AC;˘

A

U

T

O

M

A

T

Y

K

A

â&#x20AC;˘

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

# 1 A TM 0 TDTMYL lar journals, from TV, that cybernetic is powerful, it will solve all the problems just now â&#x20AC;&#x201C; in technique, in the society, and so on.

Expectations were very high, and the regret of these non-realistic expectations was proportional to them. Since the end of 70s, there was some regret about cybernetic. Most people lost their beliefs in the power of cybernetics. Maybe since that time cybernetics became having some negative sense because if you promised somebody some ! # K # ,

rybody tell you that you promised but have not done. For 40 years (since 70s) cybernetics existed â&#x20AC;&#x153;in the shadowâ&#x20AC;? and was not intensively developed. Maybe the reason is that cybernetics is a science about general regularities and laws of control and communication, while there were a lot of certain results in close sciences which have not done for cybernetics something really general. I am sure that modern and expected renaissance of cybernetics (we may call it â&#x20AC;&#x153;cybernetics 2.0â&#x20AC;?) is based on the necessity of these generalizations, because intensive develop B # i

that the scientists sometimes cannot under , K B A G B

K * # B # there is a lack of general grounds of that

branches of sciences. One of the missions of the cybernetics 2.0 is to bring a new general ground to the development of control sys B i Â&#x2122;

and social. We need these generalizations.

That is why I hope that cybernetics has future. It explains how the world works in general, how the world is and must be controlled. This is the main strength of the cybernetics and the main challenge of cybernetics 2.0.

What are the other strengths of cybernetics?

When speaking about cybernetics Wiener mentioned control and communications in man, machine and society. I guess that the idea of â&#x20AC;&#x153;communicationâ&#x20AC;? may be interpreted more widely, not only as the transmission of or operating with information but as interdependence (including causal) among the processes, objects, and so on. It also may be called interconnection. There exists a term which embraces the laws and regularities of this interconnection. According to the Webster dictionary, there are three meanings B v !

hÂ&#x2122; K

organization as the property â&#x20AC;&#x201C; how a system organized, coordinated, and its elements are interconnected. The second meaning is the

V.A. Trapeznikov Institute of Control Sciences, Russian Academy of Sciences, was founded in 1939 in Moscow. The Council of Peopleâ&#x20AC;&#x2122;s Commissars decided in 1939 that the Commission on Remote Control and Automation that had existed since 1934 had to be expanded into an Institute of Automation and Remote Control in the framework of the USSR Academy of Sciencesâ&#x20AC;&#x2122; Division of Technical 8 E ! e ' !

Warsaw, 2nd March 2016

Interview with +

0

# E

Vadim Alexandrovich Trapeznikov (1905â&#x20AC;&#x201C;1994) and Institute Director in 1951â&#x20AC;&#x201C;1987, in 1998. Here (B.Ya. Kogan, V.A. Trapeznikov and others. Constructed a ] < ! < / ! $ C< E d - %%% ` -+% over 250, candidates of sciences. The Institute inc ,# ( O ] / / tion divisions. Basic lines of research are: â&#x20AC;˘ System theory and general control theory; â&#x20AC;˘ Techniques of control in complicated engineering and man-machine systems; â&#x20AC;˘ Theory of control in inter-disciplinary models of organizational, social, economic, medical and biological and environment protection systems; â&#x20AC;˘ Theory and techniques in development of e ; ; / / of control and complicated data processing and control systems; â&#x20AC;˘ ] < ! e and navigation; â&#x20AC;˘ ] < ! < / systems and automation of technological industrial processes.

Fot. PIAP

Dmitry Novikov, Doctor of Sc. (Tech., 1998), Professor (2002), Head of Control Sciences Department at the Moscow Institute of Physics and Technology, Corresponding member of Russian Academy of Sciences (2008).

Dmitry Novikov was born in 1970, Moscow, Russia.

He is the leader of the theory of control in organizations. He is the author of dozens of books and < ` < and management. He is a deputy director of the V.A. Trapeznikov Institute of Control Sciences of Russian Academy of Sciences and head of Control Sciences department of Moscow Institute of Physics and Technology.

Personal WebPage (incl. the list of publications) â&#x20AC;&#x201C; http://www.mtas.ru/person/novikov.php.

process of organization which results in the property of organization (you organize something). The third one is the organizational system which consists of people, groups, collectives with common goals and mechanisms of their joint activity coordination.

0 , structured theory of organization. If you open Internet or you go to the any bookshop, #w K B

â&#x20AC;&#x153;organization theoryâ&#x20AC;? but all these books are devoted to the theory of organizational systems, not mathematical theory but like a management one. Some best practices from managing organizations, but we need a general theory of organization which will give us general laws of the property of organization and the processes of organization. When we construct this theory, it will be the basis for the cybernetics 2.0, which includes Wienerâ&#x20AC;&#x2122;s cybernetics as a particular case and will help us to explain some part of the world around us and make it a little bit better.

Source: http://www.ipu.ru

67

b H 0 "$ ´µ"

Robot Intelligence Technology and Applications 3 W serii Advances in Intelligent Systems and Computing, wydawanej przez Springer # ! ; #) < Z #2* ;

* Robot Intelligence Technology and Applications 3 8 ) *+) 2 ) .

1 , - !

q, - {; ) 3 < Z w Beijing (China), w dniach 6â&#x20AC;&#x201C;8 listopada 2014 r.

,# *

C ) !&j "

.

± ! )# ) $ j # # !A

# * , B ) !&j "

b #

! * 1 Q " # B $ ² G ! A . # , @ Â&#x2DC; * ! FA ) !&j "

,

Q , *F A

* ! * ]# ³# # ^ *#@ YllX #

F g * ,

@ * Q h ]gG G

h YV c YllX A^A G

c

$ ] &1 . H#, $ G # ^

# Q A

F , Â&#x203A;

# YllÂ&#x161; A ,QÂ&#x203A; * ! ,

F A ) ,

@

A A / f 1 ]f B 1 &

^ 1 H ] 1

, H

^ * Q @ " 1 $

A @ B# *F j ! ` ! H

1 $

A 0 , ` `@ F @ F XU

, ! #, Fc Â&#x2122;

H , Â&#x2122;

' H !

H $ 1 !

H , Â&#x2122; H ,#

!

! + ! B 1

H , Â&#x2122; ,,

B 1 !

G ! ` VqT

A " `@ * #* ,

! * C , , * ,

#*

#

,

, , , / ,

@ ! ! #

! ,

# # ` A @ # !

#

, ! Q , * * # Â&#x203A;

! # / c ,Q ,

c

c

# ! ! # Q !` Â&#x2DC; ,

A G !

*` #

Â&#x2DC;

! *F , `

! *F , `

! *F ` `

! *F

! *F

! *F ! ` , Â&#x2DC; ` cÂ&#x2DC; c !

F *#@ *

c ` ! #

A H

`@

* , # Q , Q ,

@` ,

# , F, *# !

! * Q * * /A g. h * g ` * ! * h `

F # `

! *F ,Q , F

] !^A + , ,

Â&#x2122; , * ! * , C , ! * Fc * c ` *F c ! *` #!` , @

F # #*

, *` Â&#x2DC; ,

Q , , Q #

A . * Â&#x2DC; * `@

Â&#x2DC; *

, , * Â&#x2DC; ` A

\ /;L = ! @ ! « / \ \ L F / P& $Q Robot Intelligence Technology and Applications 3 ' E / ! ! / D $ #O, / E ( / +%-,$ E IS M:K;#;#-M;-.KO%;- CET -%$-%%:bM:K;#;#-M; -.KO-;K$

LV

P

O

M

I

A

R

' ª ! E ' ! ! 0 E' Y

â&#x20AC;¢

A

U

T

O

M

A

T

Y

K

A

â&#x20AC;¢

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

# 1 1A TM 0 TDTMYL

Kalendarium wybranych imprez Nazwa konferencji

Data

Miejsce

VII Kongres Metrologii

28 / 06 â&#x20AC;&#x201C; 01 / 07 2016

b# D0 F Q Polska

13th International Conference on Informatics in Control, Automation and Robotics

29â&#x20AC;&#x201C;31 / 07 2016

Lizbona Portugalia

IEEE 21st International Conference on Methods and Models in Automation and Robotics MMAR 2016

29 / 08 â&#x20AC;&#x201C; 1 /09 2016

F * Polska

5 â&#x20AC;&#x201C; 7 / 09 2016

" Q Polska

www: http://www.mkm2016.agh.edu.pl/

XXII Fluid Mechanics Conference KKMP 2016

11 â&#x20AC;&#x201C; 14 / 09 2016

$ A ' Polska

www: http://www.kkmp2016.pwr.edu.pl/

9th EUROSIM IFAC Congress on Modelling and Simulation EUROSIM 2016

12 â&#x20AC;&#x201C; 15 / 09 2016

Oulu Finlandia

14. Krajowa Konferencja 1

14 â&#x20AC;&#x201C; 18 / 09 2016

" " Polska

Conference on Non-integer Order Calculus and its Applications RRNR 2016

20 â&#x20AC;&#x201C; 21 / 09 2016

Zakopane Polska

14th IFAC/IEEE Conference on Programmable Devices and

$

PDES 2016

5 â&#x20AC;&#x201C; 7 / 10 2016

Brno H

www: http://pdes-conference.eu mail: , TMYLZB A # A

14th European Conference on Computer Vision ECCV 2016

11 â&#x20AC;&#x201C; 14 / 10 2016

Amsterdam Holandia

www: http://www.eccv2016.org/

1st IFAC/IFIP Workshop on Control and Computers WOCO 2016

18 â&#x20AC;&#x201C; 20 / 10 2016

Walencja Hiszpania

7 â&#x20AC;&#x201C; 9 / 11 2016

b . '

9 â&#x20AC;&#x201C; 14 / 07 2017

Tuluza Francja

pb F #

" B * !Q MKM 2016

13th $ , #

Distributed Autonomous 1 $

DARS 2016 20th IFAC World Congress 2017

Informacje dodatkowe www: http://km2016.politechnika.lublin.pl/

www: http://www.icinco.org/

www: http://mmar.edu.pl/

www: ,Â&#x2122;DD #

TMYLA #

# AK mail: ¶ Z #

# AK

www: http://kkr13.pwr.wroc.pl/

www: http://rrnr.aci.polsl.pl/

www: http://woco2016.upv.es/

www: http://dars2016.org/

www: http://www.ifac2017.org/ mail: Z B TMYXA !

69

KONFERENCJE | RELACJA

ยฌยฌ = < ' ! 0 ? +%-.

XX Konferencja Automatykรณw w Rytrze w sposรณb perfekcyjny integruje automaty Q Q@ c A G *

*# B * ! c ,

Q@ c

` # ` C * #

* , / * , # K

, ` cย & * ` ! Q , @ *A O wysoki poziom naukowy konferencji * , BA A @A 1 G #

, ` F , ! A #

*F ย

Q &j#

W dniach 17 i 18 maja 2016 r. ( < 0 J A < ! < ! A ! !$ > 0 ! / ! < ( < ! ='F&? N ' !

F !

8 $

70

P

O

M

I

A

R

Y

โ ข

A

U

T

O

M

A

T

Y

K

A

โ ข

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

" 0f 1 0H) } 1 b H)

"

#

1

*

0 #

.

1

_ ` A

*` . * Q f# # _

, . * " A H B * ,

# Q *# Q ,

Q # * , * * Q , # Q # ` / ,

Q #

@ *

,

! * c # Q A .

! ,

pp B * Automatyka

które F c `, /A f # *# # * B *

!

, A 1 , ` *` * , BA 1 G #

A . *` ,

#!# *

g ! cÂ&#x2DC;h

A . `,

B * ,

! #, A . , * ! #, Â&#x203A;

F ,

# .f _ . , # *` , #*` F , ` c B * Â&#x2122; C , BA A @A 1 G #

C

C , BA A @A b G # C

! "#! $ ! %

BA A @A 1 G #

C

Q &j#

71

KONFERENCJE | RELACJA

C , BA A @A ) * " c C & '

( )

( *

ryzyka C , BA A @A G # $ # C + (,)

( (

(

, (

C , BA A @A # $ / C .

/ 0

C @A . # C

/ ) (

( )

C ! @A )Q B " C !

1

, + ,

" 2 4 5

/

72

P

O

M

I

A

R

Y

â&#x20AC;¢

A

U

T

O

M

A

T

Y

K

A

â&#x20AC;¢

R

. #! * ! #,

# , , #*` c

, # #*` , * @

Q

,

` B

# #

Â&#x2122; C '' C 6 7

(

,

C ' H"j ff [G G 0 C 8 9/: ;( ) ( ) < (

(

(

(

C + 0f $$ b$" C =

(

> $26/ 5 (

) ! 7 C 1$ 0 1 H $$ 0 0G C 6

, (

7

C )[ C 2( , ( (

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

" 0f 1 0H) } 1 b H)

,

?@02 BC D:: C b Gj 1 $ C ! ) (

( *

C b0 C & )

2 6 ./ /

E C $" 1& H C "

=&F0C.G 9/: C G Hj0 " ' b C 6

*

(

C G[1H" C 0 ) 80H JDK$$0

7

,

7 *

/ # (

*

-

1 C . + ·bb 1 C .

F

) =>

!F.C L!

F

K. 6

. F M C . " b$" C =

(

( *

( (

(

A . , * ` , ! B * A 1Q @ , , # * ! Q

wykorzystanie systemów automa ` # ! ` c

C

,

BA A @A G # $ # C

_ `

C T <$ ($ J$ E N ' ! >0 ;L = F ; = & / !/ J$ \0 < = N @ 0 B C ^ <$ ($ J$ \ F = N @ <$ ($ J$ U 8 ( N ?

73

KONFERENCJE | RELACJA

, / , Q ,

B

A 0

,

,

@ Â&#x203A;Â&#x2DC; *

, ! B

C ,

, # , !

, * A .c Q , # Q F Q

# !

B , ` A ' @

,

B B * * B

F # `

A" B * # Q F , @

# *

.

* 1 # # @` ! H #

1 *

$, # C * ! * F

* * ! ,# Q '

$`

A . , # F # TVM Q A

C T <$ ($ J$ E/ $ = @ J C ! UEF'8L&?F J$ @ F ='F&?;' F

74

P

O

M

I

A

R

Y

â&#x20AC;¢

A

U

T

O

M

A

T

Y

K

A

â&#x20AC;¢

R

" * pp " B * # Q F

F A f

$" 1& H ! Q ! ! , ,# ! c Q # Q *#@

* , F, , A

J$ F / =

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

" 0f 1 0H) } 1 b H)

II Ogólnopolska Konferencja F0 /;= ! +%-. C Tegoroczna Ogólnopolska Konferencja Mózg-Komputer ( J / $ \ < A ! / !0 /; ! ( A $ / E ' !

E < !

C $

Pierwsza Konferencja Mózg-Komputer

F TMYU A ! Q ` Yl B Q *

Â&#x161;MM # Q A . ` # #@

` *

, *` * # #

! , *F *F # *

/ ! * * * B * TMYL A * TMYL B * ! YX B Q

Q @ * Â&#x161;MM # Q A "

# B * !

qM

, Q # # #

#

Q

Q # , Q

# Q *

0 # A A + c * "

*

A

!

# !

G ,

+ c *

A b#

j B A . `,

,

*

Â&#x2122; 0 # !

C

# # ! " !

C , Q ' K C '

C 0 # B G !

'H ] !A ' H ,# B ^ C

& , ` 'H @

0 #

* C ' B A ! , Q@ c

# K C #

*

0 # [ ) ! / " / ` ` . @ ` $ F J ` , #

F H F ` [ ,

0 # # !

. * Q ! H # ! , # $ , $, *

$, . F # H A, 0 #

F , `A 0 B * B !

F

Â&#x2122; , # , !

, BA A A A

# 0 # # !

.H , A A + # E` ) ! !

K * 1 .$J , # G j # A K * ,

*A , ! , BA A A ) $ !

A B *` *`

F

Â&#x2122; ) ! !

K * 1

, * , BA A @A G# B + . #

#

B

, * , BA A @A E# A

B *` , Q

# & !

# 1 *F @ "

G q , A

1 B ! , !Q , * " B * Q !&" ,# TMYL #*F * ! K

# * 9 0

-

0 4

, *` A $ ,

, B * ! ) $ !

A # . #

#

B

, *A 1

! K , BA A @A ) _ ` ]

. ^A . ,

Â&#x2DC; @ , * * B *

, F

! 5 ! 4 $ M 2

!

Q * # $ , A " * , * * F # *` c @

` * ,# *

!

B *

Q #* Q

!

Q !& ,# A

J$ A = ! C / /

\ P $Q 9 0

-

0 4

H C +%-. F $ O#O E IS M:K;K#;.,+#,;##;.­ E S -O+M;.%.#

XÂ&#x161;

KONFERENCJE | RELACJA

! E < !

8 / E8+%-. / ! E ' ! ! 0 E' < E8+%-.

( ! / ! N ! / ( / N ! ( E E' $

76

P

O

M

I

A

R

Y

â&#x20AC;¢

A

U

T

O

M

A

T

Y

K

A

â&#x20AC;¢

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

# 1 1A TM 0 TDTMYL

f# *F , ` ! "

# 0 # ! , , BA A @A ) # " ,

, `

"

# ! * ! , BA A

@A 1 $ A !

B * c

K

C B *

F #@

C ! ` TYT , A "

0 # K , * , B * lY B Q A . B *

F # YMM # Q , #*` qq *

'

H , # f

* 1 * $ * $ Q J* [

.

* '

A * , * ,

Q !

F,#*` Â&#x2122; â&#x20AC;&#x201C; A new magnetic method for stress monitoring and annihilation or con-

trol in steels C ! A B # $ ] * ^ â&#x20AC;&#x201C; Selected trends in new rapidly quen Â&#x2022;

C $ A ]$ * ^ â&#x20AC;&#x201C; The sample and instance selection for data dimensionality reduction â&#x20AC;&#x201C; $ ! A $#

A

][ ^A . ! B ` ,# , $, !

Advances in Intelligent Systems and ComputingA H FcÂ&#x2DC; # Q

# ) # B #

1

! $ A

<$ ? !

F / = = ! C /

B $ E'

W dniach 20 i 21 maja 2016 r. podwoje Prze ! # # #

Q ! c

C # Q B * Systems, Control and Information Technology SCIT2016A H B *

c / B

@

Q #

, *

!

, , * # ` / ,

Q@ Q , # C Q * #

! c

A G B * *

@

F Q #

# *F F

#*

,

!

B

@ # ! # , ! ,# #

A

77

" 0f 1 0H) } 1 b H)

automation 2016 ' ! N S

= < S ;8 ! +%-. ' ! N S / ! E ' ! ! 0 E' J $ C / 0 < T = ! ' ! ? ( ' ! S ! 0 ' ! ? ( CU '?$

.

TCU TMYL A F ! , # #

Q pp " B * 0 # &G automation 2016 , 4 I 2 .

tywyA ' * , # Q , * Q c Q

* , F A f# *F , ` ! "

# ! ! , , BA A @A ) # " ,

, `

"

# ! * ! , BA @A $ " A " B * automation * #

B # , * * Q

, *

#

Q #

A * B *

F , F # * Â&#x2122; C # * *

wanie C , !

, @ Q C G

!# *

, ! mowanie C [ ` # *

*

C [ `

# ,

* , ,

Q , ,

F,#*` Â&#x2122; â&#x20AC;&#x201C; 6

C , BA +

A 0

â&#x20AC;&#x201C; 1 0

4 â&#x20AC;&#x201C; nowe C , BA * " /

â&#x20AC;&#x201C; '

4/ ^

/

C , BA .

A "

!

K , * , B * Vq B A . B *

F #

YLM # Q , #*` TV *

? ! F / = P& $Q Challenges in Automation, Robotics and Measurement Techniques.

Proceedings of AUTOMATION-2016 F +;O +%-. @ $ ' E / ! ! / D $ OO% / E ( / +%-.$ E IST M:K;#;#-M; +M#,.;-­ CET -%$-%%:bM:K;#;#-M;+M#,:;K$

XV

P

O

M

I

A

R

Y

â&#x20AC;¢

A

U

T

O

M

A

T

Y

K

A

â&#x20AC;¢

R

H * b 1 * $ * $ Q J* [ A .

B * * *

# F, ,

#

# # " 5 4

2016A )#@ , Q ,

,

!

@

# ,

Q #

A . ! B

% , H 1 0 "

_ ,#

, $, !

, 5 ' % A G *F c lTq , Fc Â&#x2122; 5 % , C qÂ&#x161; # Q

55 1 0 C TV # Q 555 "

_ ' C YX # Q A H FcÂ&#x2DC; # Q

# # &

, 1 0 . " * pp " B * #

F

F YÂ&#x161;CYX TMYX A + ¸

<$ = \ / = = ! C /

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

# 1 1A Yl 0 TDTMYL

F E mĹ&#x201A;odzi mĹ&#x201A;odzi

innowacyjni innowacyjni yj yj

Prace doktorskie

I Nagroda

dr inĹź. MichaĹ&#x201A; Marks â&#x20AC;&#x201C; System lokalizacji urzÄ&#x2026;dzeĹ&#x201E; tworzÄ&#x2026;cych bezprzewodowe sieci sensorĂłw Politechnika Warszawska, WydziaĹ&#x201A; Elektroniki i Technik Informacyjnych Promotor â&#x20AC;&#x201C; prof. nzw. dr hab. inĹź. Ewa NiewiadomskaSzynkiewicz

II Nagroda

dr inĹź. Piotr Kijanka â&#x20AC;&#x201C; Modelowanie wpĹ&#x201A;ywu temperatury na wykrywanie uszkodzeĹ&#x201E; przy wykorzystaniu fal Lamba AGH Akademia GĂłrniczo-Hutnicza, WydziaĹ&#x201A; InĹźynierii Mechanicznej i Robotyki Promotor â&#x20AC;&#x201C; prof. dr hab. inĹź. WiesĹ&#x201A;aw J. Staszewski

Wyróşnienie

C/0 =

! GF E H / ! E ' ! ! 0 E' 0 !

J A ! A$ ( 0 !

0 ( / $

# * * # , * cÂ&#x2DC; , torskich oraz dyplomowych w trzech dziedzinach: automatyki, pomia Q

!Q # ! F

Q , # ,

, @ /A . # # # K ql , C q , YL , !

TM , @

A J

, ]YU^

. * ,

, # / ]

/ ^

]

_ ` ^ " ] j

Q &j#

" ^ E ]

EQ ^ ]

/ ^ $ ]J ,

[

G ! ^ G # ][

* " , ^ .

]

. ^A , # * , ,

[ # . !

b# *A H

* # *

od pierwszej edycji konkursu: C , BA A @A ) # " , C # ' / $

0 C , ` C , BA @A $ " C & A & * C @A ! " / C *

# 1 C , BA A @A * C . @

# *

. * C , BA A @A J !

0 C # ' / $ 0 C , BA A A @A # C .

. * C , BA A A @A * G * C # #

Q C , BA A @A . .

C , ` "

#

Q b$ 1 C , BA A A @A H J

/ C "

#

1 0 * # , # * , , ! ,

F@ Q@

] , #

# & -

dr inĹź. Adam GaĹ&#x201A;Ä&#x2122;zia â&#x20AC;&#x201C; Wykorzystanie sygnaĹ&#x201A;Ăłw niestacjonarnych w detekcji wczesnych faz uszkodzeĹ&#x201E; ukĹ&#x201A;adĂłw napÄ&#x2122;dowych pojazdĂłw Politechnika Warszawska, WydziaĹ&#x201A; SamochodĂłw i Maszyn Roboczych Promotor â&#x20AC;&#x201C; prof. dr hab. inĹź. StanisĹ&#x201A;aw Radkowski Prace dyplomowe magisterskie

I Nagroda

II Nagroda

Wyróşnienie

Wyróşnienie

Wyróşnienie

mgr inĹź. MichaĹ&#x201A; Laszkowski â&#x20AC;&#x201C; PorĂłwnanie metod rozpoznawania obiektĂłw trĂłjwymiarowych w obrazach RGB-D Politechnika Warszawska, WydziaĹ&#x201A; Elektroniki i Technik Informacyjnych Promotor â&#x20AC;&#x201C; dr inĹź. Tomasz Kornuta mgr inĹź. BartĹ&#x201A;omiej KozdraĹ&#x203A; â&#x20AC;&#x201C; Opracowanie róşnicowego mikrokalorymetru skaningowego do analiz termicznych materii w fazie skondensowanej wraz z automatyzacjÄ&#x2026; procesu pomiarowego Politechnika WrocĹ&#x201A;awska, WydziaĹ&#x201A; Elektroniki Promotor â&#x20AC;&#x201C; dr inĹź. Andrzej JabĹ&#x201A;oĹ&#x201E;ski mgr inĹź. Piotr DÄ&#x2026;browski â&#x20AC;&#x201C; Opracowanie prototypu mikromanipulatora pozycjonujÄ&#x2026;cego elektrody w mĂłzgu szczura Politechnika Warszawska, WydziaĹ&#x201A; Mechatroniki Promotor â&#x20AC;&#x201C; dr inĹź. Jakub MoĹźaryn mgr inĹź. Piotr Komsta â&#x20AC;&#x201C; Sterowanie ruchem egzoszkieletĂłw z wykorzystaniem sygnaĹ&#x201A;Ăłw EMG: opracowanie czujnikĂłw i badania wstÄ&#x2122;pne Politechnika Warszawska, WydziaĹ&#x201A; Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa Promotor â&#x20AC;&#x201C; prof. dr hab. inĹź. Teresa ZieliĹ&#x201E;ska mgr inĹź. Hubert Przywara â&#x20AC;&#x201C; Studying the properties of membranes for mirror coatings for interferometric gravitational wave detectors Politechnika Lubelska, WydziaĹ&#x201A; Elektrotechniki i Informatyki Promotor â&#x20AC;&#x201C; dr Tomasz Pikula Prace dyplomowe inĹźynierskie

I Nagroda

II Nagroda

Wyróşnienie

Wyróşnienie

inĹź. Agnieszka MikoĹ&#x201A;ajczyk â&#x20AC;&#x201C; Analiza znamion skĂłrnych przy pomocy metod przetwarzania obrazu i algorytmĂłw inteligencji obliczeniowej Politechnika GdaĹ&#x201E;ska, WydziaĹ&#x201A; Elektrotechniki i Automatyki Promotor â&#x20AC;&#x201C; dr inĹź. MichaĹ&#x201A; Grochowski inĹź. Grzegorz MiÄ&#x2122;sowicz, inĹź. MichaĹ&#x201A; Ĺ abÄ&#x2122;cki â&#x20AC;&#x201C; Robot do inspekcji linii wysokiego napiÄ&#x2122;cia AGH Akademia GĂłrniczo-Hutnicza, WydziaĹ&#x201A; InĹźynierii Mechanicznej i Robotyki Promotor â&#x20AC;&#x201C; dr hab. inĹź. Mariusz Giergiel inĹź. Karolina Pytko â&#x20AC;&#x201C; Opracowanie konstrukcji mechanicznej gĹ&#x201A;owy robota spoĹ&#x201A;ecznego dla dzieci Politechnika Warszawska, WydziaĹ&#x201A; Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa Promotor â&#x20AC;&#x201C; dr inĹź. Krzysztof Mianowski inĹź. Jakub MaciÄ&#x2026;g â&#x20AC;&#x201C; Projekt urzÄ&#x2026;dzenia do pozycjonowania mikrofonĂłw, sprzÄ&#x2122;Ĺźonego z komputerem, z przeznaczeniem do nagrywania instrumentĂłw klasycznych w studiu nagraniowym Politechnika Warszawska, WydziaĹ&#x201A; Mechatroniki Promotor â&#x20AC;&#x201C; prof. nzw. dr hab. inĹź. Mariusz Olszewski

Xl

.Âą+ 1J 0 } " 0"[1$Âą

Uczelnia

! g

# 1 h

F @ ! g [G GÂą" h

g) # B #

1 ² ! $ h^A . , c Q ! # # , , T TMYL A , pp " B * 0 # &G * g # * C 0 c

, h [G G 0 TMYLA $ *

Q

F !

# # * A ' * # B #

c

c / @ , Q

` * c

, * Â&#x203A; A G , , ukierunkowana na zrobotyzowane systemy #

A J

F ,

Q ,

, ! *` ! F

` ! F

! @ # A + @A , g$

* # ` / ` ,

Q h ,

F

K * , Q #

*

* Q@ c

F

! c

F F ` Q * A , K * # *

# ` / ` ,

Q #@` B cÂ&#x2DC; cÂ&#x2DC; * , * A . ,

@ ,

Â&#x2DC; *

@

Q A ! @A '

* " c C

. *^ , !

* g , Q@ !

kalorymetru skaningowego do analiz

B * # *` , # ,

! h , * # # ` # @

*` K *F ,

B Q , ] A A temperatura charakterystyczna, entalpia) F,#*`

,

ich temperatury w zakresie od pokojowej do UÂ&#x161;M šHA [ ` , !

,

!

# `dzeniom klasy naukowo-badawczej i obecnie stanowi element stanowiska analiz termicz

B * " f

, *A @A !

*

, F g

Q , pomocy metod przetwarzania obrazu i algo Q

! *

*h Q * B !` F , Â&#x2DC; *# metod szybkiego rozpoznawania nowotworu c ! Q *

* A ,

@ , ! Â&#x2DC; , ! # # #@ Â&#x2DC;

Q A , *F , YTL

Q A [

/ # c Q * lVÂş

c Q * XqAMVÂşA

2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016

AGH Akademia GĂłrniczo-Hutnicza

2

5

5

3

19

4

4

3

Akademia Morska w Gdyni

â&#x20AC;&#x201C;

1

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

Akademia Techniczno-Humanistyczna w Bielsku-BiaĹ&#x201A;ej

1

1

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

4

â&#x20AC;&#x201C;

Instytut BadaĹ&#x201E; Systemowych PAN

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

2

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

PaĹ&#x201E;stwowa WyĹźsza SzkoĹ&#x201A;a Zawodowa w Sanoku

1

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

PaĹ&#x201E;stwowa WyĹźsza SzkoĹ&#x201A;a Zawodowa w Tarnowie

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

1

2

â&#x20AC;&#x201C;

2

â&#x20AC;&#x201C;

PaĹ&#x201E;stwowa WyĹźsza SzkoĹ&#x201A;a Zawodowa w ZamoĹ&#x203A;ciu

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

1

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

Politechnika BiaĹ&#x201A;ostocka

â&#x20AC;&#x201C;

1

â&#x20AC;&#x201C;

3

â&#x20AC;&#x201C;

1

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

Politechnika CzÄ&#x2122;stochowska

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

1

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

Politechnika GdaĹ&#x201E;ska

5

3

8

7

12

5

4

6

Politechnika KoszaliĹ&#x201E;ska

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

1

1

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

Politechnika Krakowska

â&#x20AC;&#x201C;

5

6

1

3

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

1

Politechnika Lubelska

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

1

Politechnika Ĺ Ăłdzka

1

7

â&#x20AC;&#x201C;

4

8

1

5

1

Politechnika Opolska

4

2

â&#x20AC;&#x201C;

1

2

1

6

â&#x20AC;&#x201C;

Politechnika PoznaĹ&#x201E;ska

2

2

3

â&#x20AC;&#x201C;

10

1

6

2

Politechnika Rzeszowska

1

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

2

â&#x20AC;&#x201C;

2

â&#x20AC;&#x201C;

Politechnika Ĺ&#x161;lÄ&#x2026;ska

7

5

6

4

10

8

2

6

Politechnika Ĺ&#x161;wiÄ&#x2122;tokrzyska

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

1

2

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

Politechnika Warszawska

18

17

18

13

22

11

17

14

Politechnika WrocĹ&#x201A;awska

4

5

5

2

8

6

8

1

Polsko-JapoĹ&#x201E;ska WyĹźsza SzkoĹ&#x201A;a Technik Komputerowych

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

1

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

Uniwersytet MikoĹ&#x201A;aja Kopernika w Toruniu

â&#x20AC;&#x201C;

1

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

1

1

â&#x20AC;&#x201C;

1

Uniwersytet Rzeszowski

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

3

1

1

â&#x20AC;&#x201C;

Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy w Bydgoszczy

â&#x20AC;&#x201C;

2

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

1

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

Uniwersytet WarmiĹ&#x201E;sko-Mazurski w Olsztynie

â&#x20AC;&#x201C;

1

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

Uniwersytet Warszawski

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

1

Uniwersytet ZielonogĂłrski

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

1

â&#x20AC;&#x201C;

2

1

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

Wojskowa Akademia Techniczna

â&#x20AC;&#x201C;

1

â&#x20AC;&#x201C;

1

2

1

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

WyĹźsza SzkoĹ&#x201A;a Informatyki Stosowanej i ZarzÄ&#x2026;dzania w Warszawie

4

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie

1

2

â&#x20AC;&#x201C;

â&#x20AC;&#x201C;

3

1

2

2

J$ F / =

VM

P

O

M

I

A

R

Y

â&#x20AC;˘

A

U

T

O

M

A

T

Y

K

A

â&#x20AC;˘

R

O

B

O

T

Y

K

A

NR 2/ 20 1 6

Analizy numeryczne Oprogramowanie Szkolenia Stacje robocze

SYMULACJA W NAUCE I PRZEMYŚLE Jesteśmy biurem inżynierskim zajmującym się symulacją komputerową. Wykonujemy analizy numeryczne w oparciu o metodę elementów skończonych z zakresu statyki, przepływów, dynamiki, elektromagnetyzmu oraz przetwórstwa tworzyw sztucznych. Bierzemy udział w pracach badawczo-rozwojowych, organizujemy szkolenia i kursy jak również wdrażamy pełne systemy informatyczne w oparciu o stacje robocze, serwery i klastry obliczeniowe z preinstalowanym oprogramowaniem obliczeniowym. Jako przedstawiciel na Polskę firmy ANSYS Inc., prowadzimy dystrybucję wszystkich programów z rodziny ANSYS i zapewniamy pełny support techniczny oraz specjalizowane szkolenia z zakresu w/w oprogramowania.

29

* . "

/ "

"

, "

,

%3% 1 40

% 0 )

%-

35

+

.

"

" #

41

) +# * + #

49 55

4

/

(

'

1

! "

# 0

" 1 , / &1

$ # + $ # $

5 6

! 7 $2 ( 8

'

7 ' 9

: ; 4 /

1