PAR 6/2013 by Redakcja PAR

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

PAR miesięcznik naukowo-techniczny

6/2013 ISSN 1427-9126 Indeks 339512 Cena 10,00 zł w tym 8 % VAT

www.par.pl

POTRZEBUJESZ SZYBKO ATRAKCYJNEJ OFERTY CENOWEJ? RZUĆ WYZWANIE

NASZEMU SPECJALIŚCIE!  szybkie oferty na każdy z 500 000 produktów  9900 obniżonych cen  7000 linii produktowych kwotowanych dziennie

Skontaktuj się z nami w sprawie oferty: Wyślij wiadomość e-mail: info-pl@farnell.com Zadzwoń: 00800 121 29 67 lub prześlij zapytanie ofertowe przez internet na stronie pl.farnell.com/oferty

farnell.com

Temat Numeru

rozmowa par

rynek i technologie

Komunikacja bezprzewodowa

Steffen Leidel, dyrektor Działu Systemów Automatyki Przemysłowej Siemens

Przegląd sterowników programowalnych PAC i PLC

Pobierz bezpłatną aplikację PAR+ i odkryj trzeci wymiar papieru PAR+ to bezpłatna aplikacja mobilna na systemy iOS oraz Android, dzięki której Czytelnicy miesięcznika „Pomiary Automatyka Robotyka” uzyskują bezpośredni dostęp do dodatkowych treści powiązanych z wybranymi publikacjami. PAR jest pierwszym miesięcznikiem naukowo-technicznym w Polsce, który oferuje swoim odbiorcom to unikatowe rozwiązanie. Dzięki PAR+można jednym dotknięciem palca obejrzeć film lub animację powiązaną z artykułem, przejść na stronę internetową lub do galerii zdjęć z wydarzenia opisanego w relacji prasowej, przeczytać rozszerzoną wersję artykułu, przejrzeć i pobrać specyfikację produktu opisywanego w artykule, skomentować artykuł na Facebooku, i wiele, wiele więcej. Więcej informacji na par.pl/plus

Pobierz i uruchom bezpłatną aplikację PAR+

Skieruj kamerę telefonu lub tabletu na stronę artykułu oznaczonego ikoną PAR+

Na wyświetlaczu urządzenia pojawi się sześcian z logo PAR+ oraz przyciski prowadzące do dodatkowych treści

Zobacz więcej Pobierz bezpłatną aplikację PAR+ App Store | Google Play

FACEBOOK

VIDEO

Spis treści

12 Wydarzenia

HANNOVER MESSE 2013. Czy nadal najważniejsze? Tytuł może wydawać się zaczepny, ale świadomie został tak sformułowany, aby pobudzić do chwili zastanowienia i refleksji nad rolą ogromnych, wielobranżowych imprez targowych. Do tej grupy z pewnością zaliczają się targi Hannover Messe.

Nowości

Aplikacje

Nowe produkty

IO-Link Smart Light

Energooszczędne switche przemysłowe

Nowe oprogramowanie wspierające projektowanie systemów bezpieczeństwa

Instalacja systemu detekcji wodoru w Elektrociepłowni Białystok

Automatyka 44

Programowanie sterowników PLC zgodnie z normą IEC 61131-3. Część 4

Wydarzenia 11

Dni Otwarte Robotyki ABB

II Noc Robotów PIAP „Odkryj Nieznane”

ASTOR prezentuje sterownik przyszłości

Temat numeru

Komunikacja bezprzewodowa 28

System RFID BIS-V Kontroler RFID + Master IO-Link

Czujniki magnetyczne i indukcyjne firmy .steute

Bezprzewodowe moduły wejść-wyjść z interfejsem ZigBee

Zdalna i bezprzewodowa konfiguracja urządzeń oraz monitorowanie procesów

Sieci bezprzewodowe bez tajemnic

Temat numeru

Komunikacja bezprzewodowa w zastosowaniach przemysłowych

Komunikacja bezprzewodowa znajduje liczne zastosowania w przemyśle, np. w zdalnych układach automatyki, sieciach czujników, komunikacji M2M, systemach oddalonych, WLAN, sieciach przemysłowych Fieldbus, mobilnym monitoringu. Stosowane są tu różnorodne modemy, elementy bezprzewodowe, anteny.

Nauka

Rozmowa PAR

Stawiamy na innowacje i szkolenia

Metody badania nielaserowego promieniowania optycznego

mgr inż. Andrzej Pawlak – Centralny Instytut Ochrony Pracy – Państwowy Instytut Badawczy

Wieloobszarowy układ regulacji PI do sterowania prędkością obrotową samochodu z silnikiem spalinowym

mgr inż. Rafał Strojny, dr inż. Robert Piotrowski – Wydział Elektrotechniki i Automatyki, Politechnika Gdańska

Applicability of Internet-based Distributed Control System

mgr Tomasz Dziwiński – AGH University of Science and Technology, Department of Automatics and Biomedical Engineering

100

Implementacja algorytmu regulacji predykcyjnej MPC w sterownikach programowalnych

dr inż. Jarosław Tarnawski – Katedra Inżynierii Systemów Sterowania, Wydział Elektrotechniki i Automatyki, Politechnika Gdańska

Wywiad ze Steffenem Leidelem, dyrektorem Działu Systemów Automatyki Przemysłowej Siemens.

Robotyka 54

Nowe platformy mikrokomputerowe do zastosowań w robotyce

Forum Młodych

Mały robot pirotechniczny PIAP Gryf

108

II Mistrzostwa Programistów LabVIEW

SCHUNK – synergia technologiczna koniecznością ekonomiczną

110

Ogólnopolskie Zawody Robotów Robo~motion 2013

Pomiary

112

Indeks firm

Metrologia przemysłowa. Wyposażenie pomiarowe w organizacji

114

Prenumerata

Pomiar z lotniczą precyzją. Termopary płaszczowe firmy Guenther

Przełomowa technologia MEMS

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

Rynek i technologie 66 75 76

Sterowniki PAC i PLC w systemach produkcyjnych Wszechstronne sterowniki

Miesięcznik naukowo-techniczny Pomiary Automatyka Robotyka Rok 17 (2013) nr 6 (196) ISSN 1427-9126, Indeks 339512

miesięcznik naukowo-techniczny

ISSN 1427-9126 Indeks 339512 Cena 10,00 zł w tym 8 % VAT

www.par.pl

POTRZEBUJESZ SZYBKO ATRAKCYJNEJ OFERTY CENOWEJ? RZUĆ WYZWANIE

NASZEMU SPECJALIŚCIE!  szybkie oferty na każdy z 500 000 produktów  9900 obniżonych cen  7000 linii produktowych kwotowanych dziennie

Urządzenia firmy ELPRO w systemie elektrycznego ogrzewania rozjazdów kolejowych PCD3 Power – jeszcze większa wydajność sterowników PCD3!

PAR

6/2013

Skontaktuj się z nami w sprawie oferty:

Na okładce: oferta produktowa firmy Farnell

Wyślij wiadomość e-mail: info-pl@farnell.com Zadzwoń: 00800 121 29 67 lub prześlij zapytanie ofertowe przez internet na stronie pl.farnell.com/oferty

farnell.com

TemaT Numeru

rozmowa Par

ryNeK i TechNologie

Komunikacja bezprzewodowa

Steffen leidel, dyrektor Działu Systemów automatyki Przemysłowej Siemens

Przegląd sterowników programowalnych Pac i Plc

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2013

Nowości Nowe produkty

Pokrętło radełkowane MBT+I Color Elesa + Ganter poszerzyła ofertę pokręteł radełkowanych o serię MBT+I. W nowym modelu wydzielono miejsce na kolorową zaślepkę ułatwiającą identyfikację funkcji pokrętła oraz zmieniono konstrukcję produktu. Pokrętła radełkowane serii MBT+I mogą być stosowane zarówno do regulacji wymagających wielu obrotów elementu napędowego, jak i do precyzyjnych regulacji w niewielkim zakresie. Pokrętło MBT+I z kolorowymi zaślepkami jest efektem rozwoju produktu o tym samym oznaczeniu. Dzięki wprowadzonym zmianom konstrukcyjnym i technologicznym znacznie

rozszerzyła się funkcjonalność tego elementu, a cena pozostała na tym samym poziomie. W nowej wersji pokrętła środkowa część korpusu została wydzielona i stanowi obecnie zaślepkę. Można ją zamówić w jednym z sześciu dostępnych

standardowo kolorów: czarny (C9), pomarańczowy (C2), szary (C3), żółty (C4), niebieski (C5) oraz czerwony (C6). Kolejną zmianą było zwiększenie wysokości całego pokrętła, dzięki czemu radełkowany wieniec brzegowy jest bardziej odsunięty od powierzchni mocowania. Sprzyja to pewniejszemu chwytowi i łatwiejszemu użytkowaniu przez operatora. Nowe pokrętła MBT+I występują w wielu standardowych wielkościach, w zakresie średnic od 39,5 mm do 100 mm. Jako element montażowy zastosowano mosiężną wkładkę z gładkim otworem nieprzelotowym.

Pokrętło dostarczane jest w zestawie z wkrętem dociskowym do osiowego zabezpieczenia na wałku, zgodnie z UNI 5929-85. Więcej szczegółowych informacji znajduje się na stronie katalogowej produktu: http://www.elesa-ganter. com/pl/28/sp/9471/4/83/ pokretla-z-radelkowaniem-w-sciety-diament-i-rekojescia-obrotowa/mbt+i-color/eg/. ELESA+GANTER Polska Sp. z o.o. tel. 22 737-70-47 fax 22 737-70-48 e-mail: egp@elesa-ganter.com.pl www.elesa-ganter.pl www.elesa-ganter.info.pl

Zawiasy z wyłącznikiem bezpieczeństwa

Promocja

Wspomniana powyżej izolacyjność zawiasu dała konstruktorom możliwość pełnego wykorzystania standardowego, ośmiopinowego przyłącza. Zawias wyposażony jest więc w cztery przełączniki, które mogą być wykorzystywane w różnych konfiguracjach (standardowo 2NO + 2NC lub 1NO + 3NC ). Materiał zastosowany do budowy zawiasu – SUPER-technopolimer – ma właściwości mechaniczne porównywalne do stali! Zapewnia to zarówno bardzo dużą trwałość (1 mln cykli), jak i obciążalność (do 2800 N). Konstrukcja zawiasu umożliwia montaż na kilka różnych sposobów, uniemożliwiając jednocześnie jego nieautoryzowany

demontaż. Gwarantują to specjalne zaślepki dostarczane w komplecie z zawiasem. Dzięki klasie szczelności IP67 zawias może być stosowany nawet w urządzeniach mytych ciśnieniowo. Miesięcznik „Napędy i Sterowanie” przyznał tytuł Produkt Roku 2013 zawiasom z wyłącznikiem bezpieczeństwa CFSW oferowanym przez Elesa + Ganter. Element ten uhonorowano w kategorii „Poprawa bezpieczeństwa”. To już drugie – po tytule Produkt Roku 2012 przyznanym przez magazyn „Inżynieria

& Utrzymanie Ruchu Zakładów Przemysłowych” – poważne wyróżnienie przyznane zawiasom CFSW w ostatnich dwóch miesiącach. – Cieszymy się z kolejnej nagrody zdobytej przez nasz produkt. Jest to dla nas potwierdzenie, że warto inwestować w rozwiązania projektowane z myślą o bezpieczeństwie ludzi, ponieważ przemyślane konstrukcje znajdują ich uznanie. W tym wypadku prestiżu nagrodzie dodaje fakt, że wyboru zwycięzców dokonało jury składające się z uznanych profesorów i doktorów krakowskiej Akademii Górniczo-Hutniczej – mówi Filip Granowski, dyrektor ds. sprzedaży Elesa + Ganter Polska.

ELESA+GANTER Polska Sp. z o.o. e-mail: egp@elesa-ganter.com.pl www.elesa-ganter.pl www.elesa-ganter.info.pl

Fot. Elesa+Ganter

Zawiasy CFSW Elesa + Ganter powstały z myślą o zapewnieniu bezpieczeństwa operatorom maszyn i urządzeń. Wbudowany w nich zestaw przełączników skutecznie odcina zasilanie maszyny w momencie otwarcia osłony lub drzwi dających dostęp do jej wnętrzna. Stosowanie tego typu zawiasów pozwala na uniknięcie wypadków przy pracy, np. przy przypadkowym otwarciu ważnej części urządzenia. Konstrukcja zawiasu CFSW bazuje na obudowie ze specjalnego tworzywa, SUPER-technopolimeru zapewniającego podwójną izolację zawiasu. Rozwiązanie takie eliminuje konieczność uziemiania, rozszerzając jednocześnie możliwości adaptacji przełączników.

Producenci, którym ufasz. Produkty, których potrzebujesz. Pełna gama rozwiązań przemysłowych dostępna na www.rspoland.com

www.rspoland.com

PL_Supplier_205x295.indd 44

01/08/12 10.28

Nowości Nowe produkty

Sterowniki programowalne APB Firma Array Electronic, której produkty dystrybuuje w Polsce firma Telmatik, wdrożyła produkcję i sprzedaż kolejnej serii prostych, małych sterowników programowalnych APB. Rozwiązania zastosowane w APB, będące kontynuacją pozytywnych doświadczeń z wcześniejszymi seriami AF i SR, zostały znacznie rozszerzone dzięki wykorzystaniu nowoczesnego, 32-bitowego procesora. Cechą wyróżniającą serię APB jest zawarcie potrzebnych, typowych elementów w jednostce głównej, bez konieczności stosowania dodatkowych modułów, np. analogowych wejść/ wyjść. Niska cena sterowników, nieskomplikowane i darmowe oprogramowanie oraz wystarczająco dobre

parametry, uzasadniają ekonomicznie i technicznie ich wybór w niewielkich instalacjach automatyki.

Przykład: Nawet mały sterownik APB-12MTD (jednostka główna: osiem wejść i cztery wyjścia) zapewni prawie wszystkie dostępne w całej serii funkcje. Wejścia można wykorzystać jako analogowe (10-bitowe) albo dwustanowe, w tym cztery do współpracy

z szybkimi licznikami 10 kHz. Z istniejących czterech wyjść, dwa mogą być obsługiwane przez generator impulsów do 10 kHz albo generator przebiegu PWM. Wszystkie sterowniki wyposażone są w zegar czasu rzeczywistego RTC oraz standardowy protokół Modbus RTU (współpraca z HMI, PC). Nieulotna pamięć programu to 320 bloków funkcyjnych. Istnieje możliwość działania na 256 rejestrach 32-bitowych, z których część może być zapisywana do pamięci nieulotnej, niezależnie

od pamięci chwilowych stanów (wyników działania) 16 wybranych bloków. Podobnie pamiętane mogą być stany 64 niezależnych przekaźników wewnętrznych (z dostępnych 2000). Sterowniki mają wykonania 8/4 albo 14/8, ewentualnie 16/8 (dwa wejścia i dwa wyjścia 4-20 mA). Do każdej jednostki głównej można dołączyć do siedmiu tzw. rozszerzeń, czyli dodatkowych modułów wejść i wyjść 14/8. Obniżenie ceny sterownika uzyskano m.in. przez wyniesienie na zewnątrz sprzętowego interfejsu USB, RS-232 ewentualnie RS-485, wspólnego dla całej serii APB.

e-mail: telmatik@telmatik.pl tel. 58 624 95 05

W ofercie firmy Moxa, jednego z głównych producentów szerokiej gamy urządzeń przeznaczonych do komunikacji w automatyce przemysłowej, można znaleźć liczne konwertery interfejsów szeregowych RS na światłowód jako medium transmisyjne. Jednym z takich urządzeń jest ICF-1150. Jego zastosowanie pozwala zwiększyć odległość transmisji RS-232/422/485 nawet do 40 km przy zastosowaniu światłowodu jednomodowego. Dla światłowodów wielomodowych dystans ten wynosi 5 km. W odróżnieniu od poprzedników model ICF-1150 ma trzy niezależne porty: RS-232, RS-422/485 oraz jeden port światłowodowy.

Promocja

Dzięki temu, kiedy konwerter otrzymuje dane na jeden z trzech portów, rozsyła je automatycznie na dwa pozostałe. Przykładowo, jeśli urządzenie otrzyma dane z urządzenia na port światłowodowy, w tym samym czasie przekonwertuje je i prześle do urządzeń podłączonych do portów szeregowych. ICF-1150 może być również wykorzystywany do pracy w popularnej topologii pierścienia. Jak wiadomo, przy połączeniu wielu urządzeń zmienia się impedancja linii. W tym celu model ten został wyposażony w dwa zewnętrzne przełączniki umożliwiające dostrojenie górnego i dolnego poziomu rezystora (pull high/low), tak by bez zdejmowania go

sieci automatyki przemysłowej. Więcej informacji można znaleźć na stronie www. elmark.com.pl/ products/produkty/index. php?id=191. z szyny DIN i przełączania zworek można było dobrać jej optymalną wartość. Dodatkowo konwerter, oprócz zwiększenia dystansu transmisji, zwiększa również jej bezpieczeństwo. Transmisja optyczna jest znacznie bardziej odporna na zakłócenia i dużo trudniejsza do podsłuchania. Parametry konwertera ICF-1150 czynią z niego produkt bardzo wysokiej jakości, który na pewno znajdzie szerokie zastosowanie w budowie

Właściwości: • trójstronna komunikacja RS-232, RS-422/485, światłowód, • zwiększenie zasięgu do: – 40 km – światłowód jednomodowy, – 5 km – światłowód wielomodowy, • zewnętrzne przełączniki do zmiany wartości rezystorów pull high/low, • zasilanie 12– 48 V DC.

ELMARK Automatyka Sp. z o.o. www.elmark.com.pl

Fot. Telmatik, Elmark Automatyka, .steute, Eldar, Transfer Multisort Elektronik

ICF-1150. Konwertery portów szeregowych, RS-232/422/485 na światłowód

.steute – nowe wyłączniki linkowe zatrzymania awaryjnego Firma .steute wprowadziła do sprzedaży trzy nowe typoszeregi wyłączników linkowych zatrzymania awaryjnego. Wyłączniki serii ZS 71 oraz ZS 80 w wersji Extreme zostały opracowane z myślą o pracy w środowisku sprzyjającym korozji. Obudowy wyłączników, w odróżnieniu od standardowych wersji, są wykonane z tworzywa termoplastycznego, a elementy metalowe ze stali nierdzewnej. Wyłączniki ZS 71 są dostępne w wersjach o stopniu

ochrony IP67 lub IP69K, co umożliwia mycie gorącą wodą pod ciśnieniem. Wyłączniki linkowe serii ZS 91 S (oraz bliźniacze czujniki zbiegania taśmy przenośników ZS 91 SR)

to całkowicie nowa konstrukcja, opracowana z myślą o najcięższych warunkach pracy. Obudowa wykonana z duroplastu cechuje się wysoką odpornością na uszkodzenia mechaniczne. Do odblokowania wyłącznika służy dźwignia, co czyni obsługę bardzo intuicyjną. Zoptymalizowana konstrukcja, w połączeniu z nowoczesną technologią produkcji, umożliwia uzyskanie stopnia ochrony IP69K. Długość linki może

dochodzić do 2 ´ 100 m, dzięki czemu nawet bardzo rozległe instalacje przemysłowe (np. przenośniki taśmowe stosowane w górnictwie) mogą zostać bez trudu wyposażone w łatwo dostępny system zatrzymania awaryjnego. Urządzenia serii ZS 91 będą oferowane również w wersji przeciwwybuchowej (ATEX).

.steute Polska tel. 22 843 08 20 fax 22 843 30 52 e-mail: info@steute.pl www.wylaczniki-linkowe.pl www.steute.pl

Interfejsy RS-232 Wireless LAN Device Server Wiznet WIZ6000 Ciekawym rozwiązaniem, zaproponowanym przez firmę Wiznet z Korei, jest moduł WIZ6000, będący interfejsem pomiędzy szeregową transmisją RS-232 lub Ethernet a siecią Wireless LAN. Rozwiązanie to

Fot. Telmatik, Elmark Automatyka, .steute, Eldar, Transfer Multisort Elektronik

REKLAMA

pozwala na utworzenie bezprzewodowej sieci umożliwiającej zdalne pomiary, sterowanie i kontrolę. Część Wi-Fi jest oparta na doskonałym module WIZ610wi tej samej firmy.

Moduł WIZ6000 jest wyposażony w gniazdo męskie DB9 (port RS-232), gniazdo RJ-45 (port Ethernet), gniazdo zasilające, przycisk RESET oraz zestaw sygnalizacyjnych diod LED informujących o stanie urządzenia. W zestawie dostarczane są ponadto kable (szeregowy oraz sieciowy RJ-45), antena SMA, zasilacz sieciowy 5 V/2 A oraz płyta z oprogramowaniem. Niewielkie wymiary (90,5 mm ´ 94,5 mm ´ 22,7 mm) oraz specjalne uchwyty pozwalają na prosty i szybki montaż w wygodnym dla użytkownika miejscu. Podstawowe funkcje: • standard sieci bezprzewodowej: IEEE802.11b/g, • szybkość transmisji: 54-1Mb/s,

• tryby pracy: Acces Point, Client, Gateway, Serial to Wireless LAN, • protokoły transmisji: ARP, UDP, TCP, Telnet, ICMP, IGMP, DHCP, PPPoE, BOOTP, http, TFTP, • bezpieczeństwo: SSL, WPA/WPA2, PSK/AES/ TKIP, WEP 64/128 b, • transmisja RS-232: 230,400 b/s, • temperatura pracy od –5 °C do +55 °C. TRANSFER MULTISORT ELEKTRONIK Sp. z o.o. ul. Ustronna 41, 93-350 Łódź http://www.tme.pl

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2013

Nowości Nowe produkty

Sterownik bezpieczeństwa Protect Select firmy SCHMERSAL bezpiecznych. Dzięki temu sposób wybierania programu można porównać do budowania schematu połączeń. Dodatkowo możliwe jest bezpieczne kontrolowanie dwóch wejść analogowych. Oprócz standardowych wersji sterownika, które potrzebują 52,5 mm szerokości montażowej w szafie sterowniczej, Grupa Schmersal oferuje także wariant bezprzewodowy oznaczony jako Protect Select WL. W tej wersji dodatkowy bezprzewodowy element komunikuje się ze sterownikiem przez zintegrowane, bezpieczne połączenie radiowe. Dla klientów OEM dostępne są indywidualnie opracowane wersje, które mogą być dostarczane po wstępnej, zgodnej

Uniwersalny i efektywny kosztowo czytnik RFID HARTING Ha-VIS RF-R200

BALLUFF otrzymał trzecie wyróżnienie od firmy BOSCH

Czytnik RFID Ha-VIS RF-R200 to kolejne rozwiązanie AutoID – systemów automatycznej identyfikacji – w ofercie HARTING. Czytnik dedykowany do pracy w aplikacjach średniego zasięgus został przystosowany do odczytu transponderów w odległości do 2 m. Istotną cechą czytnika jest jego wysoka jakość połączona z atrakcyjną ceną. Typowe zastosowania czytnika to śledzenie wyrobów w cyklu produkcyjnym, systemy logistyczne. Czytnik dostępny jest w różnych wersjach: z interfejsem RJ-45 i PoE, interfejsem USB, a także w wersji

Robert Bosch przyznał firmie Balluff z Neuhausen a. d. Fildern – specjalizującej się w produkcji czujników i elementów sieci przemysłowych – status preferowanego dostawcy (Preferred Supplier). Jest to już trzecie z rzędu wyróżnienie uzyskane przez Balluff. Przyznawane jest dostawcom, którzy wnieśli znaczący wkład w sukces firmy Bosch dzięki oferowanym usługom i posiadanym kompetencjom. Najważniejszym kryterium wyboru była elastyczność usług. Balluff wyróżnił się na tle konkurencyjnych firm wdrożeniem wielu projektów realizowanych na zamówienie klienta. Odznaczenie to jest częścią strategii handlowej

Promocja

modułowej (na płycie PCB bez obudowy) przeznaczonej do integracji w maszynach i urządzeniach. Czytnik ma wbudowaną antenę wewnętrzną o zasięgu odczytu do 20 cm i jest wsparciem dla anten zewnętrznych. HARTING Polska Sp. z o.o. ul. Duńska 9, 54-427 Wrocław tel. 71 352 81 71 fax 71 350 42 13 e-mail: pl@HARTING.com www.harting.pl

z potrzebami użytkownika, konfiguracji przez producenta. Dzięki temu użytkownik wersji OEM może w wygodny sposób uzyskać potrzebne mu dodatkowe funkcjonalności, bez konieczności czasochłonnej konfiguracji parametrów. System Protect Select może zastąpić do sześciu typowych, przekaźnikowych modułów bezpieczeństwa. Dzięki temu typoszeregowi Grupa Schmersal może zaoferować swoim klientom nowe możliwości w zakresie realizacji wszystkich funkcji bezpieczeństwa, w małych i średnich aplikacjach, z poziomu pojedynczego sterownika. SCHMERSAL-POLSKA sp.j. ul. Baletowa 29 02-867 Warszawa www.schmersal.pl

Grupy Bosch, dążącej do zapewnienia wymaganego poziomu dostaw i strategicznego zorganizowania listy dostawców. Upraszcza to proces zamówień i zaopatrzenia, zapewniając maksymalny poziom dostaw do wszystkich zakładów Bosch na całym świecie od sieci preferowanych dostawców. Bosch przyznaje status Preferred Supplier corocznie. www.balluff.pl

Fot. Schmersal-Polska, Balluff, Harting Polska, ABB

Nowy kompaktowy sterownik bezpieczeństwa Protect Select firmy Schmersal może być konfigurowany bez znajomości języka programowania oraz bez ustawiania parametrów przez producenta. Sterownik dostarczany jest z zestawem wstępnie konfigurowanych praktycznych programów, spośród

których użytkownik może w łatwy sposób wybrać program odpowiedni do swojej aplikacji. Wybór programu dokonywany jest bezpośrednio z poziomu urządzenia, przy użyciu wychylnego przełącznika i wyświetlacza. Wyświetlacz dostarcza ilość informacji porównywalną do dostarczanej przez większe sterowniki, w tym informacji potrzebnych do szybkiego zdiagnozowania błędów, w przypadku awarii lub nieregularnej pracy monitorowanych urządzeń. Użytkownik ma do dyspozycji 18 cyfrowych i dwa analogowe wejścia bezpieczne. Po wybraniu jednego z 12 programów wejścia mogą być w różny sposób połączone i przyporządkowane do jednego (lub więcej) z sześciu wyjść

relacje Wydarzenia

Dni Otwarte Robotyki ABB Nie ma w Polsce wielu imprez, podczas których można w sposób rzeczowy porozmawiać ze specjalistami na temat wybranej gałęzi przemysłu. Dlatego w odpowiedzi na zapotrzebowanie ze strony rynku ABB od kilku lat organizuje w swoim zakładzie w Aleksandrowie Łódzkim

Fot. Schmersal, Harting, Balluff, ABB

Dni Otwarte Robotyki.

W tym roku dwa jednodniowe spotkania w zakładzie firmy ABB poświęcone były tematowi zrobotyzowanych aplikacji wspierających proces pakowania, sortowania i paletyzacji. Goście mieli okazję zapoznać się z robotami IRB 460, które mogą wykonać 2190 cykli na godzinę oraz pozwalają skrócić czas trwania paletyzacji aż o 25 proc. Goście mieli również okazję podejrzeć m.in. roboty IRB 360 FlexPicker, które najczęściej są używane w przemyśle spożywczym przy procesach sortowania i pakowania, a także inne roboty i dedykowane oprogramowanie. Firma demonstrowała gotowe stanowiska zrobotyzowane typu RacerPack i PalletPack. Są to nowe produkty firmy ABB promowane na polskim rynku. Stanowisko RacerPack to gotowa cela zrobotyzowana, która przeznaczona jest do małych produktów typu batonik, czy czekolada, po wyjściu z maszyny FlowPack. Druga z kolei (PalletPack) stanowi kompletne stanowisko do paletyzowania kartonów, które wyposażone jest w robota, wygrodzenie oraz przenośniki. Sam temat przewodni nie został wybrany przypadkowo. ABB, jako jedyna firma na polskim rynku, ma własne centrum kompetencyjne, które specjalizuje się właśnie w procesach pakowania i paletyzacji. Zatrudnieni są w nim specjaliści z zakresu robotyki, którzy na podstawie zebranych od klienta informacji mogą przygotować dla niego optymalny projekt, pozwalający w pełni wykorzystać możliwości oferowane przez roboty ABB. – Wielu klientów, z którymi miałem okazję rozmawiać podczas spotkania w Aleksandrowie Łódzkim, jako najważniejsze zalety robotyzacji procesów pakowania i paletyzacji podkreślało właśnie

obniżenie kosztów, zwiększenie wydajności produkcji oraz poprawienie warunków pracy pracowników, którzy są w dużej mierze zastępowani w wykonywaniu trudnych zadań przez roboty – mówi Łukasz Drewnowski, kierownik sprzedaży robotyki w ABB. Robotyzacja to nie tylko zakup urządzenia. To przede wszystkim znalezienie i jak najlepsze wykorzystanie możliwości, jakie daje robot w konkretnej branży. Na podstawie informacji od klienta o jego procesach technologicznych, logistyce, o specyfice produkcji, sposobie pakowania, rodzajach opakowań, wymiarach produktów, wydajności i oczekiwań wobec automatyzacji, firma ABB opracowuje i prezentuje optymalne rozwiązania. Dopiero później, gdy klient zaakceptuje koncepcję, przechodzi do działania. Niezwykle ważne jest również oprogramowanie wspierające. Przykładowo roboty typu FlexPicker można wyposażyć w nowoczesne systemy wizyjne, dzięki którym robot „widzi”, gdzie jest produkt, który ma podnieść z przenośnika. Firma ABB oferuje również pakiety funkcyjne, które przygotowane są do pakowania wysokowydajnego (RacerPack), składające się z robota typu IRB 360 i przenośnika. Przenośnik bezpośrednio odbiera produkty z maszyny FlowPack, która przeznaczona jest do pakowania produktów spożywczych. To niezwykle wydajne urządzenie pozwala spakować do 400 produktów na minutę. ABB może pochwalić się również programem RobotStudio, który służy do programowania robota bez potrzeby wchodzenia w środowisko kodu Rapid. Jeszcze ważniejsza z punktu widzenia klienta wydaje się kwestia serwisowania urządzenia. Łukasz Drewnowski podkreśla, że ten

RacerPack – jeden z najnowszych produktów ABB pokazany na Dniach Otwartych Robotyki tej firmy – przystosowany jest do wysokowydajnego pakowania niewielkich produktów, takich jak batoniki czy wafelki

temat pojawia się w rozmowach z klientami w większości rozmów, a w tym zakresie oferta ABB jest wyjątkowa. Jako jedyny dostawca ABB oferuje klientom możliwość zdalnego serwisu robota. Dzięki tej opcji inżynierowie serwisu ABB mają możliwość połączenia się z robotem zainstalowanym u klienta poprzez urządzenie z kartą SIM oraz sprawdzenia jego stanu technicznego bez konieczności wysyłania serwisanta w celu zbadania sytuacji. Umożliwia to dobre przygotowanie się do ewentualnej wizyty i naprawy usterki. Dzięki monitorowaniu możliwe jest zbieranie informacji o robocie i zapobieganie awariom podczas jego codziennej pracy. ABB Robotyka www.abb.pl/robotics

Zobacz więcej Pobierz bezpłatną aplikację PAR+ App Store | Google Play

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2013

Wydarzenia Relacje

HANNOVER MESSE 2013 Czy nadal najważniejsze? Tytuł może wydawać się

zaczepny, ale świadomie został tak sformułowany, aby pobudzić do chwili zastanowienia i refleksji nad rolą ogromnych, wielobranżowych imprez targowych. Do tej grupy z pewnością zaliczają się targi Hannover Messe.

1. Rodzina robotów przemysłowych na stoisku głównym firmy KUKA 2. Główne stoisko firmy Siemens 3. Stoisko firmy igus 4. Na tegorocznych targach często można było zobaczyć duże, wyodrębnione przestrzenie wewnątrz stoisk – tak jak na stoisku firmy SEW-Eurodrive

Wchodząc na teren targów, niewątpliwie jest się pod silnym wrażeniem ogromu przedsięwzięcia. Liczba 6,5 tys. wystawców z 66 krajów świadczy o niezwykłej sprawności organizacyjnej i logistycznej. Ponad 225 tys. zwiedzających w ciągu pięciu dni to średnio 45 tys. osób, które każdego dnia rano trzeba dowieźć na targi, a wieczorem przywieźć z powrotem do miasta. Liczba ta uwzględnia tylko zwiedzających. Do tego należy dodać kilkanaście tysięcy osób obsługi. Piszę o tym, aby uświadomić czytelnikowi, z jaką skalą problemu 4

Fot. J. Frontczak, M. Smater/PIAP

mamy do czynienia. Sprawny przebieg targów jest bez wątpienia ogromnym osiągnięciem organizatorów, którzy mają się czym chwalić. Informacje prasowe przedstawiają tegoroczną imprezę jako kolejne pasmo sukcesów. Ale czy rzeczywiście wszystko tak pięknie wygląda, jak czytamy w newsletterze targowym? W sferze propagandowej chyba tak. Rosja krajem partnerskim Hannover Messe 2013, wizyta prezydenta Władimira Putina i kanclerz Angeli Merkel, targi hanowerskie w wielu telewizjach świata – to bardzo silne akcenty. Ale jest jeszcze drugi, moim zdaniem ważniejszy, obszar: kto, co i w jaki sposób prezentuje na swoich stoiskach. Z działalnością wystawienniczą związany jestem od prawie 20 lat. W tym czasie jedne targi pojawiały się, inne znikały, a targi Hannover Messe zawsze istniały. Ale czy to oznacza, że będą istnieć nadal? Różni prorocy już kilkakrotnie ogłaszali koniec imprez targowych. Ja byłem zdania, że zagrożenia, o których się mówi (głównie związane z internetem, ale również z nowymi sposobami docierania do klientów), trzeba brać pod uwagę, jednak ich wpływ na życie tego typu przedsięwzięć będzie wolniejszy niż to przepowiadano. Na razie wychodzi na to, że ja miałem rację. Jak długo jeszcze? Tego niestety nie wiemy. Obserwując różne imprezy, oceniam, że od kilku lat dostrzegalne są problemy targów ogólnoprzemysłowych, takich właśnie jak Hannover Messe. To, co kiedyś było zaletą – wielobranżowość, od pewnego czasu jest ciężarem. W przypadku targów hanowerskich organizatorzy od lat konsekwentnie starają się utrzymywać podział tematyczny, grupując wystawców z jednej branży w jednym rejonie (czasem jest to kilka hal, ale obok siebie). Biorąc pod uwagę wielkość imprezy (około 420 tys. m²), daje to szansę zapoznania się z wybraną tematyką osobom, które przyjeżdżają na jeden dzień. Jednocześnie łatwo można ocenić, który sektor tematyczny cieszy się największym zainteresowaniem. Moim zdaniem, zdecydowanie najwięcej zwiedzających było w części Industrial Automation. Pomimo znacznych wysiłków organizatorów, zmienia się struktura wystawców. Można zaobserwować dwie tendencje. Jedna związana jest z reorientacją polityki marketingowej dużych koncernów. Część potężnych korporacji albo w ogóle rezygnuje z udziału w targach, koncentrując się na innych

formach kontaktu z klientami, albo przenosi się z targów ogólnoprzemysłowych na targi branżowe. W przypadku rynku niemieckiego wśród imprez tematycznych stanowiących poważną konkurencję dla targów Hannover

5. Stoisko firmy Parker 6. Stoisko firmy .steute 7. Stoisko grupy ZPAS-Mikronika

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2013

Wydarzenia Relacje

Messe należy wymienić takie jak: Automatica w Monachium, Targi Automatyki w Norymberdze i hanowerski CeBit. Najbardziej interesuje mnie branża automatyki, dlatego zwróciłem uwagę na fakt, iż na tegorocznych targach hanowerskich w ogóle nie było takich potentatów jak Fanuc, Item czy Omron. Nawiasem mówiąc, firmy te brały udział

w tegorocznych targach Automaticon w Warszawie. Firmy: Honeywell, Reis, Sick, Samson nie miały swoich własnych stoisk, a część ich oferty była prezentowana na stoiskach zbiorowych. Druga tendencja to znaczne „rozwarstwienie” wielkości stoisk. Poprzednio w Hanowerze byłem kilka lat temu i stwierdzam, że w tym czasie znacznie

8. Platforma mobilna pozwalała przemieszczać największego robota firmy KUKA, przy czym przez cały czas robot mógł wykonywać zaprogramowane operacje 9 i 10. Roboty firm Adept Technology i MetraLabs sprawnie przemieszczały się również między zwiedzającymi robiąc duże wrażenie 11 i 12. Multikoptery – bezzałogowe statki latające

zmniejszyła się liczba stoisk średnich. Duzi są coraz więksi, mali coraz mniejsi. Znacznie wyraźniej niż poprzednio dało się zaobserwować zjawisko, które ja nazywam „demonstracją siły” – gigantyczne stoiska na ogromnych przestrzeniach. Pod tym względem palmę pierwszeństwa przyznałbym firmie Siemens. Jej główne stoisko w hali dziewiątej oceniam na sporo ponad 3 tys. m², liczbę osób obsługi na ponad setkę, a koszt na kilkaset tysięcy EUR, szacując w kategoriach cen polskich. Niewykluczone, że przy „zachodnim” poziomie cen należałoby mówić o kwocie przekraczającej milion EUR. Jednocześnie trzeba przyznać, że Siemens zadbał o to, aby nawet na tak wielkim stoisku było duże zagęszczenie zwiedzających (fot. 2). Dla osób, które chciały zapoznać się przekrojowo z ofertą Siemensa, firma organizowała wycieczki z przewodnikiem po swoim stoisku. Dla dopełnienia obrazu potęgi należy dodać, że Siemens miał jeszcze kilka innych stoisk w pozostałych halach. Podobny pokaz siły prezentowało jeszcze sporo innych firm, m.in. igus, ifm, Beckhoff, Murr Elektronik, Volkswagen, Phoenix Contact, ABB, SKF. Wśród potentatów na uwagę zasługuje również firma KUKA z Augsburga, która miała trzy stoiska. Łączną powierzchnię tych stoisk szacuję na około 4 tys. m². Na stoisku głównym prezentowane były całe rodziny robotów przemysłowych. Próbowałem je policzyć, ale to mi się nie udało. Było ich na pewno ponad 30 i większość z nich była w ruchu (fot. 1). Aplikacje wykorzystujące roboty KUKA były też prezentowane u bardzo wielu innych wystawców. Interesującą tendencją, widoczną na tegorocznych targach bardziej niż do tej pory, były duże przestrzenie wewnątrz stoisk, o powierzchni w granicach 1–2 tys. m² (fot. 4), z małą liczbą dość luźno rozstawionych eksponatów. Nowa moda czy sposób na zapełnienie hal przez organizatorów?

Fot. J. Frontczak, M. Smater/PIAP

Niewątpliwie spore zasługi w zapewnieniu pełnego wykorzystania powierzchni targowej ma polityka prowadzona przez państwo. Poszczególne landy miały swoje stoiska zbiorowe, na których prezentowani byli przedsiębiorcy z danego regionu kraju. Każde z tych stoisk miało zdecydowanie ponad 1 tys. m². Do tej pory pisałem o stoiskach gigantach. Trochę uwagi chciałbym też poświęcić małym wystawcom. W tym roku pojawiło się sporo rozwiązań związanych z systemami mobilnymi. Można tu wyróżnić rozwiązania bazujące na śledzeniu ścieżki przez układ jezdny poprzez sprzężenie indukcyjne lub optyczne oraz układy mobilne swobodnie nawigujące. Muszę przyznać, że spore wrażenie robiły roboty sprawnie poruszające się przejściami pełnymi ludzi (fot. 10). Nie zabrakło również, robiących ostatnio karierę „szpiegowską”, bezzałogowych statków latających albo prościej mówiąc – multikopterów (fot. 11 i 12). Pisząc o targach Hannover Messe 2013, nie sposób pominąć udziału

polskich firm w tej imprezie. Jak łatwo się domyślić, nasze stoiska należały do tych mniejszych. A jak z zainteresowaniem zwiedzających? Nie mam tu pełne-

13. Heksagonalny system kinematyki równoległej do bardzo precyzyjnego pozycjonowania ciężkich obiektów firmy Piezo Nano Positioning

go oglądu sytuacji, ponieważ, zwiedzając całe targi, przy naszych stoiskach byłem tylko przez chwilę. Niemniej, moim zdaniem, wyraźnie było widać, kto zadbał o to, by mieć w Hanowerze

ręce pełne roboty, a kto chciał mieć tzw. święty spokój. Wystawcy niestety bardzo często zapominają, że organizator może zapewnić na targach ruch globalnie, ale to, czy gość zatrzyma się przy stoisku, czy nie, zależy od nas. Bardzo dobre wrażenie robiło stoisko grupy ZPAS-Mikronika (fot. 7). Niestety, były również inne przypadki. Wracając do pytania tytułowego: czy jest na nie dzisiaj odpowiedź? Mam nadzieję, że garść przekazanych informacji może nas do niej zbliżyć. Dziś skłonny byłbym stwierdzić, że w grupie targów ogólnoprzemysłowych Hannover Messe trzymają się mocno i ciągle są najważniejsze. Jak długo jeszcze? Przypuszczam, że na to pytanie nikt nie zna odpowiedzi. Jednocześnie uważam, że znacznie większym zagrożeniem niż internet są dla targów hanowerskich imprezy branżowe, o których pisałem.

dr inż. Jacek Frontczak Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP

REKLAMA

2-3 października 2013 r. Kraków

easyFairs®

MAINTENANCE IV TARGI UTRZYMANIA RUCHU, PLANOWANIA I OPTYMALIZACJI PRODUKCJI

BIURO ORGANIZATORA: easyFairs Poland Sp. z o. o. Tel: +48 12 651 95 20 Fax: +48 12 651 95 22 poland@easyfairs.com

www.easyfairs.com/pl

PROFIL WYSTAWCÓW: • Konserwacja maszyn i urządzeń. • Automatyka, robotyka, diagnostyka. • Mechanika i narzędzia. • Pneumatyka i hydraulika. • Infrastruktura energetyczna. • Logistyka produkcji. • Kontrola jakości i monitorowanie. • BHP i ochrona przeciwpożarowa. • Serwisowanie infrastruktury okołoprodukcyjnej. • Strefa Outsourcingu. Do odwiedzenia targów zapraszamy wszystkich specjalistów związanych z problemami utrzymania ruchu w zakładach przemysłowych.

Równolegle z targami MAINTENANCE odbędą się Targi Obróbki, Magazynowania, Transportu i Logistyki Materiałów Sypkich i Masowych – SyMas

P TOW ROGRAM ARZY SZĄC • JESI Y: E UTRZ NNA S YMAN ZKOŁA IA RU • BEZ CHU PŁAT N learnSE SEMINA hops™ RIA • SZK O L I KON E FERE NIA NCJE

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2013

Wydarzenia Relacje

II Noc Robotów PIAP „Odkryj Nieznane” zorganizowana przez Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP. Gościom zaprezentowano strzeżone zwykle rozwiązania z obszaru robotyki. Mimo niesprzyjającej aury liczba odwiedzających przekroczyła najśmielsze oczekiwania.

Ponad 5,5 tys. gości oraz ponad 100 robotów z Polski i zagranicy. Tymi imponującymi wskaźnikami można krótko opisać II Noc Robotów. Organizatorzy – Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP oraz PIAP-ScienTech dołożyli starań, by zaprezentować w sposób ciekawy i przyjazny rozwiązania z zakresu robotyki, ze szczególnym uwzględnieniem projektów zrealizowanych w macierzystym instytucie. Na rozległych terenach PIAP – w halach produkcyjnych, salach konferencyjnych, na parkingu oraz pod namiotami – przekazano władzę robotom i ich konstruktorom. Taka sytuacja trwała do północy. Chwile oczekiwania na wejście do PIAP, nieprzyjemne ze względu na padający nieustannie deszcz, umilała muzyka, efekty świetlne i tancerz prezentujący taniec robota. Dla niezorientowanych krótkie wyjaśnienie. Taniec robota wywodzi się z „poppingu”, polegającego na szybkim napinaniu i rozluźnianiu

mięśni, co daje efekt szarpnięcia. Popping to koncentracja na wybranych partiach ciała i tworzenie wariantów w rodzaju: szarpnięcie ręką, nogami, klatką piersiową lub szyją. Ich połączenie daje bardziej wyrazisty efekt. W tańcu robota szarpnięcia są mocne i zwykle kończą ruch nagłym zatrzymaniem. Fanów robotyki witali pracownicy PIAP. Podczas zwiedzania ekspozycji kierowali oni ruchem, by odwiedzający mogli w sposób optymalny poruszać się po terenie i nie przegapić żadnego stanowiska. A było co oglądać! Duże zainteresowanie wzbudzały roboty pirotechniczne i antyterrorystyczne – flagowe konstrukcje PIAP, współpracujące z jednostkami policyjnymi podczas pełnych dramaturgii pokazów. Te groźne konstrukcje brały udział w wyścigach robotów, a o ich wynikach decydowali goście – sterując nimi podczas biegu. Zawodom nie było końca – walki robotów sumo w różnej konfiguracji i wyścigi

line-followerów to stały element imprez organizowanych przez studentów robotyki niemal we wszystkich ośrodkach akademickich. Dominującą grupą były roboty humanoidalne, antropomorficzne, zbliżone swoimi kształtami do ludzi – roboty te tańczyły, śpiewały, rozmawiały, a o ich działaniu decydowali nasi milusińscy.

Drukarki 3D cb-printer.com

„Trąba słonia” opracowana przez firmę Festo

Fot. PIAP

W piątek, 24 maja 2013 r., odbyła się wielogodzinna impreza,

Fot. PIAP

Dobry kontakt z robotami od najmłodszych lat gwarantuje, że w przyszłości nowe pokolenia będą wiedziały, jak efektywnie współpracować z robotami – w myśl zasady „Czym skorupka za młodu nasiąknie…” Pokazano również roboty przemysłowe w całkiem nieprzemysłowych zastosowaniach – była okazja do poznania konstrukcji polskich naukowców opracowywanych z myślą o podboju Kosmosu. Bohaterem imprezy był Jurek – autonomiczny samochód oraz ciesząca się niesłabnącym powodzeniem CyberRyba, a także światowej sławy aktorzy ze Star Wars – roboty R2-D2 i R5-D4. Na fanów wirtualnego świata czekały symulatory, a w nich misja podjęcia bomby i przeniesienia jej w bezpieczne miejsce. W powietrzu i na ziemi znajdowały się wojskowe drony – bezzałogowe statki latające oraz quadro-, hepto-, hekto- i optokoptery. To była wyjątkowa noc, pełna niespodzianek i konkursów, interesująca zarówno dla najmłodszych, jak i dorosłych, osób fascynujących się najnowszymi technologiami oraz zupełnych laików. Przewodnikami po świecie robotów byli naukowcy, konstruktorzy i inżynierowie z PIAP oraz firmy partnerskie, a także studenci z najlepszych uczelni technicznych w Polsce. Roboty przemysłowe, które na co dzień realizują zadania uciążliwe, monotonne, często w trudnych i niebezpiecznych dla człowieka warunkach, tym razem wystąpiły w zupełnie nowej roli. Roboty wiodących firm, m.in. Comau, nie

O zastosowaniu drukarek 3D i technologii przyrostowego wytwarzania opowiadał Maciej Cader z PIAP

tylko spawały, ale też układały worki oraz rozdawały zwiedzającym drobne prezenty. Te potężne roboty przemysłowe zademonstrowały nowe oblicze – kunszt rzemieślniczy oraz artystyczną lub sportową duszę. O tym, czy łatwo nimi manewrować przekonali się zwiedzający. Za pomocą joysticka sterowali robotem, dążąc do zebrania jak największej liczby piłek. Pracownicy Centrum Badań Kosmicznych, interdyscyplinarnego instytutu naukowego Polskiej Akademii Nauk, powołanego do prowadzenia badań naukowych i działań na rzecz rozwoju branży kosmicznej w Polsce, zaprezentowali swoje konstrukcje: model satelity BRITE – pierwszego polskiego satelity naukowego; ultralekki manipulator planetarny – przeznaczony do działania w warunkach kosmicznych, na powierzchni planet i innych obiektów Układu Słonecznego; manipulator Grant 94 – montowany na bezzałogowym śmigłowcu oraz penetrator geologiczny CHOMIK – skonstruowany z myślą o misji kosmicznej Fobos-Grunt.

W Wirtualny Świat Robotów Mobilnych wprowadziły warsztaty symulacji, połączone z nauką obsługi antyterrorystycznych robotów mobilnych Expert i Inspector. Specjalne symulatory pozwoliły przetestować różne warunki i tryby sterowania. Wśród robotów humanoidalnych największe powodzenie miały roboty NOA, nieliczni szczęśliwcy przeszli kurs programowania takich robotów. W przerwach między warsztatami roboty tańczyły i śpiewały otoczone wianuszkiem zachwyconych najmłodszych gości imprezy. Niesłabnącym zainteresowaniem cieszyły się przeglądy filmów popularnonaukowych i amatorskich o robotach mobilnych PIAP oraz światowych konstrukcjach – robotach antyterrorystycznych, przemysłowych, usługowych oraz akcjach antyterrorystycznych, inspekcjach obiektów trudno dostępnych dla człowieka, w tym odległych planet. Stoisko Star Wars Artistic Team zgromadziło fanów Gwiezdnych Wojen. Podczas Nocy Robotów PIAP odbyła się światowa premiera (!) zawodów robotów dmuchawców R2-D2 i R5-D4. Chętni mogli nimi zdalnie sterować i ścigać się na czas lub na dokładność. Tuż obok można było się przekonać, jak wiele potrafi nasz umysł i co można zdziałać koncentrując się na wyznaczonym celu, np. czy za pomocą fal mózgowych można kierować obiektami. Roboty R2-D2 i R5-D4 jeżdżące, mówiące, śpiewające tym razem brały udział w sesjach

W panelu prowadzonym przez Radosława Brzózkę wzięli udział: dr inż. Jan Jabłkowski, dyrektor Przemysłowego Instytutu Automatyki i Pomiarów PIAP, prof. dr hab. inż. Krzysztof Jan Kurzydłowski, dyrektor Narodowego Centrum Badań i Rozwoju, prof. nzw. dr inż. Piotr Szynkarczyk, zastępca dyrektora ds. Inteligentnych Systemów Bezpieczeństwa PIAP, Sebastian Christow, dyrektor Departamentu Gospodarki Elektronicznej Ministerstwa Gospodarki, Maciej Cader z Ośrodka Systemów Mobilnych PIAP oraz Karolina Zawieska z Ośrodka Systemów Bezpieczeństwa PIAP

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2013

Wydarzenia Relacje

zdjęciowych z udziałem zwiedzających. Każdy mógł mieć takie pamiątkowe zdjęcie.

Nauka przez zabawę Organizatorzy przygotowali też działania edukacyjne. Głównym partnerem Nocy Robotów PIAP było Narodowe Centrum Badań i Rozwoju – agencja wykonawcza Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego. Podczas warsztatów prowadzonych w różnych grupach wiekowych na podstawie materiału edukacyjnego „Przygody Plika i Foldera w Sieci” omawiano zasady bezpieczeństwa w sieci. Najmłodsi poznawali, co to jest Internet, jakie zagrożenia płyną z nieświadomego surfowania w sieci oraz w jaki sposób najlepiej wykorzystywać komputer. W programie były: oglądanie filmu, zabawy i quizy edukacyjne. Prowadzący warsztaty – Naukowa i Akademicka Sieć Komputerowa oraz Fundacja Dzieci Niczyje – należą do międzynarodowej grupy realizującej projekt klicksafe w ramach programu Komisji Europejskiej Safer Internet. Na stoisku NCBR przeprowadzane były quizy z zakresu robotyki. Młodzi naukowcy z Centrum Nauki Kopernik zaprezentowali elementy pracowni robotycznej i uczyli, jak rozwijać zdolności techniczne. Studenci zrzeszeni w Studenckim Kole Naukowym Robotyki SKaNeR (Politechnika Łódzka) zorganizowali cieszące się ogromnym zainteresowaniem walki robotów typu minisumo (na ringach doyho) oraz pokazy robotów typu linefollower (ścigające się na specjalnych torach). Zwiedzający mogli też samodzielnie programować roboty Maor. Dużo uwagi poświęcono najmłodszym – zajęcia manualne (dla dzieci w wieku 3–6 lat), połączone z treningiem wyobraźni, polegały na konstruowaniu robotów przyszłości z dostępnych materiałów jak kartony, butelki, taśmy. Poprowadzili je wychowawcy przedszkola „Mali Wynalazcy” działającego w PIAP.

PIAP prezentował też roboty rehabilitacyjne – chętni mogli przetestować systemem RENUS-1 – mechatroniczne urządzenie wspomagające rehabilitację ruchową osób po udarach mózgu lub schorzeniach ortopedycznych. Umożliwia ono złożone, przestrzenne ruchy kończyny górnej pacjenta dotkniętego niedowładem. Z kolei na stoisku TwójRobot.pl i cb-printer.com połączono robotykę z najnowszą technologią 3D. Zaprezentowano robot Terminus – zdalnie sterowany pojazd pomiarowy skonstruowany przez studentów Politechniki Warszawskiej. Wśród atrakcji znalazł się łazik stołowy – robot, który nigdy nie spadnie ze stołu oraz robot tańczący, którym mogło sterować każde dziecko. W kreatywnym kąciku konstruktora można było stworzyć własnego robota marsjańskiego.

Roboty dla wojska

Robot humanoidalny stanął na głowie

Przemysłowe konstrukcje robotyki Współczesne konstrukcje robotów są często wzorowane na naturze. Takie cechy ma zautomatyzowana trąba słonia, realizująca koncepcję bezpiecznej współpracy człowieka z maszyną. W przypadku kolizji trąba poddaje się i odkształca, nie zmieniając dynamicznego zachowania. Gdy niebezpieczeństwo zniknie, urządzenie kontynuuje swój łagodny i precyzyjny ruch. Te cechy pozwalają na automatyczne chwytanie delikatnych przedmiotów, jak owoce, warzywa, jaja i rośliny oraz bezpieczną manipulację przedmiotami o bardzo nietypowych kształtach. Interesujące propozycje przedstawiły też firmy partnerskie. Na stoisku Parameter AB przybliżano tematykę systemów 3D robotów przemysłowych i prezentowano czujnik 3D – Gocator. Z kolei Farnell element14 udostępnił platformy komputerowe Raspberry Pi, Gertboard, Piface, Freedom Freescale Board oraz interaktywną prezentację BeagleBone i najnowszych produktów Microchip.

W Parku Robotów Latających można było zobaczyć m.in. Quadrokopter – bezzałogowy latający robot, stworzony przez konstruktorów PIAP. Odbył się też pokaz umiejętności operatorów bezzałogowych obiektów latających – na dwóch torach maszyny sterowane z ziemi wykonywały akrobacje, latając po wyznaczonym torze i lądując w wyznaczonych miejscach. Instytut Techniczny Wojsk Lotniczych zaprezentował statyczną ekspozycję składającą się z Bezzałogowego Statku Powietrznego SARYS przeznaczonego do obserwacji obiektów z powietrza i przekazywania w czasie rzeczywistym obrazu do stanowiska naziemnego, Odrzutowego Celu Powietrznego JET (imitującego cele powietrzne do treningu i strzelań rakietowych przez wojska obrony przeciwlotniczej) oraz Lekkiego Bezzałogowego Samolotu Obserwacyjnego NIETOPERZ-3. W Parku Robotów Antyterrorystycznych zwiedzający poznawali sposoby sterowania flagowymi konstrukcjami PIAP. Zainteresowaniem cieszyło się sterowanie robotami Expert; jazda robotami PIAP SCOUT na czas; ekspozycja robotów Inspector, Ibis i PIAP Gryf; a także pokazy Policji – pirotechnicy przeprowadzili na żywo akcję wydobycia niebezpiecznego ładunku spod samochodu przy użyciu robotów PIAP. Robot gąsienicowy TAGS – autonomiczny pojazd do przechwytywania intruzów przekraczających granicę, który powstał w ramach innowacyjnego systemu ochrony granic Talos – jest efektem czteroletniej pracy inżynierów z Polski (w tym z PIAP) oraz ośmiu krajów UE,

Fot. PIAP

Jurek – samochód autonomiczny – konstrukcja studentów z Koła Naukowego Pojazdów i Robotów Mobilnych (Politechnika Wrocławska)

Roboty humanoidalne, roboty zasilane energią słoneczną – samochody, wiatraki i owady oraz roboty zbudowane z klocków królowały na stoisku Małego Inżyniera. Pracownicy firmy iCount poprowadzili warsztaty budowy robotów zakończone wręczeniem dyplomów potwierdzających zdobycie nowych umiejętności. Dużym zainteresowaniem cieszyły się pokazy eksperymentów z zakresu chemii, fizyki i fotoniki z aktywnym udziałem zwiedzających. Zorganizowane zostało także stoisko nawiązujące do edukacyjnego serwisu internetowego www.sieciaki.pl. Młodzi internauci zdobywali wiedzę o bezpiecznym Internecie.

wytwarzania. Zwiedzający zapoznali się z zagadnieniem inżynierii odwrotnej – skanowania obiektów za pomocą zaawansowanych skanerów 3D, modyfikowania uzyskanych modeli 3D i wytwarzania nowych części robotów. Goście mogli też zeskanować przyniesione przez siebie przedmioty, a nawet własną twarz.

Studenckie konstrukcje

Fot. PIAP

Stoisko Star Wars Artistic Team (S.W.A.T.) cieszyło się dużym zainteresowaniem

Turcji i Izraela. Dromader – zdalnie sterowany gąsienicowy robot wsparcia taktycznego – to konstrukcja inżynierów z Wojskowej Akademii Technicznej. Ma wbudowany system wizyjny „follow me” – widzi charakterystyczną figurę na plecach żołnierza i podąża za nim, niosąc nawet 400 kg sprzętu. W ramach Parku Projektowanie Robotów przedstawiono „cykl życia elementu” – od projektu, przez zaawansowane badania symulacyjne, aż po wykonanie w technologii przyrostowego

Dużym zainteresowaniem cieszył się Park Robotyki Studenckiej i Edukacyjnej. Swoje konstrukcje przedstawili studenci z uczelni z Warszawy, Gdańska, Krakowa, Białegostoku i Wrocławia, a także maturzyści z Olsztyna. Zaprezentowano konstrukcje nagrodzone w konkursach, np. drony, które otrzymały trzy główne nagrody oraz sześć nagród dodatkowych w konkursie Aero Design 2013 w Kalifornii. O konkursach University Rover Challenge, w których polscy studenci od kilku lat zdobywają laury, opowiadał przedstawiciel Mars Society Polska. Zwiedzający dopytywali o szczegóły konstrukcyjne i bardzo często padało pytanie o to, jaki jest cel budowania takich robotów. Tym większym zainteresowaniem

cieszyła się pływająca w basenie CyberRyba. Prace nad podobną konstrukcją są prowadzone w ramach grantu wspólnie z Akademią Marynarki Wojennej w Gdyni oraz PIAP, a końcowe rozwiązanie będzie służyło do penetracji dna morskiego. Więcej o konstrukcjach studentów napiszemy w następnym numerze naszego miesięcznika (sekcja Forum Młodych). Już dziś pojawiają się pytania o termin kolejnego spotkania z robotami. Dziękujemy wszystkim i z pewnością wkrótce zaprosimy ponownie. Ogromne zainteresowanie imprezą potwierdza, że Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP jest krajowym liderem w zakresie robotyki mobilnej, a adres Warszawa, Al. Jerozolimskie 202 – centrum polskiej robotyki.

dr inż. Małgorzata Kaliczyńska PAR

Zobacz więcej Pobierz bezpłatną aplikację PAR+ App Store | Google Play

REKLAMA

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2013

Wydarzenia RELACJE

ASTOR prezentuje sterownik przyszłości Premiera sterownika General Electric – PACSystems RXi Controller – na Stadionie Narodowym zainaugurowała cykl seminariów dla branży automatyki, produkcji i przemysłu „ASTOR Tour 2013 – tradycyjnie nowocześni”,

Krakowska firma ASTOR – generalny dystrybutor GE Intelligent Platforms – odpowiada za wprowadzenie przełomowego sterownika PACSystems RXi Controller na nasz rynek. 25 kwietnia 2013 r. ASTOR, w ramach projektu „Automatyka jutra” promującego nowoczesne technologie i innowacje w przemyśle oraz infrastrukturze miejskiej, rozpoczął prezentację innowacyjnej technologii General Electric. Promocję „sterownika przyszłości”, bo tak często jest nazywany PACSystems RXi Controller, rozpoczęto konferencją prasową zorganizowaną w Warszawie na Stadionie Narodowym. Podczas spotkania prezes firmy ASTOR Stefan Życzkowski, dyrektor ds. marketingu

i PR Jarosław Gracel oraz specjalista ds. marketingu Joanna Kowalkowska zaprezentowali PACSystems RXi Controller, zapewniając, że ten nowoczesny kontroler daje możliwości, które o kilka lat wyprzedzają obecne systemy sterowania i kontrolowania obiektów przemysłowych. – To kompaktowe urządzenie w najbliższych latach zmieni oblicze przemysłu – mówił Jarosław Gracel. PACSystems RXi Controller jako jeden z pierwszych na rynku będzie pozwalał na zdalny dostęp z poziomu urządzeń wyposażonych w system Android. Dzięki temu daje on możliwość lepszej integracji z otoczeniem przemysłowym, a z pomocą dowolnego smartfonu

będzie można nadzorować prace oraz stany awaryjne instalacji, a także prowadzić zdalny serwis z dowolnego miejsca na ziemi. – Ta funkcjonalność pozwala na przykład na zdalny monitoring z jednej ręki serii 10 systemów sterowania oczyszczalniami ścieków w mniejszych miejscowościach, gdzie nie ma budżetu na lokalny stały nadzór nad instalacją. Możliwy jest również monitoring lub prowadzenie diagnostyki i serwisu wyprodukowanych i wyeksportowanych maszyn na cały świat przez ekipy serwisowe producenta – mówił prezes Stefan Życzkowski. PACSystems RXi Controller to jeden z elementów nowej grupy RXi, nowości 2013 r. – To rozwiązanie zmienia

Fot. PAR

które na przełomie kwietnia i maja 2013 roku odbyły się w wyjątkowych miejscach w Polsce.

Fot. PAR

sposób patrzenia na systemy sterowania adresowane do średnich i dużych aplikacji. Rodzina RXi została zaprojektowana z myślą o młodej kadrze inżynierskiej, ale z uwzględnieniem potrzeb doświadczonych użytkowników i integratorów. Ma bowiem wszystkie najlepsze cechy rozwiązań PACSystems, które doceniają tysiące klientów na całym świecie. Są one uzupełnione o nowe możliwości, z których będziemy korzystać w najbliższej przyszłości – powiedział Piotr Adamczyk, menedżer produktów GE Intelligent Platforms w firmie ASTOR. W nowym rozwiązaniu zastosowano technologię gwarantującą dużą wydajność i niezawodność. Zwrócono też szczególną uwagę na uproszczenie architektury całego systemu sterowania, podniesienie bezpieczeństwa oraz ułatwienie i przyspieszenie konfiguracji, wdrożenia oraz serwisu. Sterownik wyposażony jest w rozbudowane systemy zabezpieczeń przed niepowołanym dostępem. Urządzenie wykorzystuje Engine PAC oraz system operacyjny czasu rzeczywistego VxWorks, które wraz z narzędziem Proficy Machine Edition pozwalają intuicyjnie dopasować sterownik do konkretnych systemów funkcjonujących w obiekcie. Zastosowana technologia COM Express zwiększa wydajność do zaskakująco wysokiego poziomu w urządzeniu o tak niewielkich rozmiarach. 10 MB pamięci programu i dwurdzeniowy procesor 1.0 GHz pozwolą tworzyć w ramach PACSystems RXi Controller złożone aplikacje sterujące. Kompaktowa budowa integrująca kontroler, zasilacz, moduły komunikacyjne oraz inteligentny wyświetlacz stwarzają projektantowi nieograniczone możliwości tworzenia algorytmów sterowania dla różnych obiektów. Pod względem bezpieczeństwa inwestycji PACSystems RXi Controller umożliwia utrzymywanie kosztów na stałym, niskim poziomie przez cały okres działania instalacji. Zdalne sterowanie urządzeniem, dostęp do wiedzy i części zamiennych oraz łatwa aktualizacja pozwalają znacząco obniżyć TCO (ang. Total Cost Ownership) obiektu. PACSystems RXi Controller może znaleźć zastosowanie w wielu różnych branżach. Opatentowany system chłodzenia i komponenty Intel zapewniają niezawodność oraz długą i bezawaryjną pracę urządzeń w każdych warunkach. Po zakończeniu konferencji dla dziennikarzy, również na Stadionie

Narodowym, odbyło się pierwsze seminarium z cyklu „ASTOR Tour 2013 — tradycyjnie nowocześni“, na które ASTOR zaprosił swoich klientów. Wybór 25 kwietnia na dzień inauguracji cyklu nie był przypadkowy, ponieważ spotkanie odbyło się w 52. rocznicę uzyskania przez Roberta Noyce’a patentu na układ scalony i 139. rocznicę urodzin Gugiliemo Marconiego. – Przełomowe rozwiązania techniczne wymagają, aby opowiadać o nich w nietuzinkowych miejscach – powiedział Jarosław Gracel. Dlatego „automatykę jutra” eksperci firmy ASTOR prezentowali we Wrocławiu (14 maja – zamek Topacz), w Gdańsku (16 maja – Gdański Park Naukowo-Technologiczny), Poznaniu (21 maja Concordia Design), Zabrzu (22 maja – Zabytkowa Kopalnia Węgla Kamiennego – GUIDO) i w Rzeszowie (23 maja – hotel Hilton Garden Inn). Seminaria skierowane były do: • automatyków, inżynierów służb utrzymania ruchu, • projektantów systemów automatyki, oprogramowania przemysłowego i robotyki, • kadry kierowniczej średniego szczebla działów technicznych firm produkcyjnych oraz inżynieryjnych (integratorów systemów). Podczas warszawskiego seminarium technicznego zaprezentowano nowoczesne rozwiązania dla przemysłu w czterech obszarach tematycznych: maszyny, linie, fabryka i ludzie. Jednocześnie dostępna była bogato wyposażona ekspozycja nowych rozwiązań z oferty firmy ASTOR oraz stanowiska demonstracyjne i testowe. Premierę PACSystems RXi Controller wsparto prezentacją na monitorze dotykowym. W czasie przerw pomiędzy poszczególnymi blokami tematycznymi uczestnicy seminarium mieli okazję do dyskusji z ekspertami branżowymi firmy ASTOR oraz przetestowania demonstrowanych systemów sterowania i oprogramowania przemysłowego. Spotkanie w Warszawie zakończyło wspólne zwiedzanie Stadionu Narodowego.

Prezes Astor Stefan Życzkowski demonstruje nowy sterownik PACSystems RXi Controller

Dyskusje w kuluarach i prezentacja sprzętu oferowanego przez ASTOR

System sterowania GE Intelligent Platforms oraz system wizualizacji Wonderware InTouch

Jolanta Górska-Szkaradek Oprac. na podst. mat. prasowego ASTOR

Rodzina produktów Horner APG

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2013

Temat numeru KOMUNIKACJA BEZPRZEWODOWA

Komunikacja bezprzewodowa w zastosowaniach przemysłowych Komunikacja bezprzewodowa znajduje liczne zastosowania w przemyśle, np. w zdalnych układach automatyki, sieciach czujników, komunikacji M2M, systemach oddalonych, WLAN, sieciach przemysłowych Fieldbus, mobilnym monitoringu. Stosowane są tu różnorodne modemy, elementy bezprzewodowe, anteny.

Zalety instalacji bezprzewodowych W rozległych instalacjach oraz w trudno dostępnych terenach korzystanie z układów automatyki było bardzo utrudnione. Natomiast w ostatnich 10 latach pojawiły się konkurujące ze sobą systemy sieci bezprzewodowych wykorzystujące inteligentne czujniki i przetworniki bezprzewodowe. Dzięki uzyskanej niezawodności nowych systemów sieciowych można je teraz stosować nawet tam, gdzie oprócz monitorowania procesu odbywa się również sterowanie urządzeniami automatyki. Urządzenia te muszą jednak spełniać

wymagania dotyczące odpowiednio krótkiego czasu zwłoki oraz czasu na aktualizację programu użytkowego dla urządzeń oddalonych. Jednym z rodzajów sieci bezprzewodowych są sieci samoorganizujące się. Przy rozbudowywaniu sieci samoorganizującej się nowe urządzenia automatycznie dołączają się do istniejącej sieci, przesyłając dane bezpośrednio do bramy lub do innych zainstalowanych w pobliżu urządzeń, które mają dostęp do bramy. W takich systemach nie trzeba wstępnie sprawdzać możliwości instalacyjnych na obiekcie, gdyż urządzenie samo zainstaluje się w sieci, co znacznie obniża koszt instalacji. Taka sieć jest ponadto bardziej odporna na zakłócenia, gdyż przy wystąpieniu lokalnego zakłócenia uniemożliwiającego transmisję samoczynnie zmienia ona drogi komunikacji, zapewniając komunikację wszystkim urządzeniom. W instalacjach bezprzewodowych nie trzeba prowadzić kabla do każdego urządzenia i nie trzeba projektować złożonej struktury okablowania.

Bezpieczeństwo pracy sieci Sieci bezprzewodowe narażone są jednak na szereg zagrożeń typu: podsłuchiwanie transmisji, podszywanie się pod użytkownika czy nieautoryzowane punkty dostępowe. Sieci radiowe są, jak wiadomo,

Komunikacja bezprzewodowa SureCross firmy Banner Engineering, której wyłącznym dystrybutorem na polskim rynku jest firma Turck

Bezprzewodowy serwer portów szeregowych EKI-1352 firmy Advantech

wrażliwe na zakłócenia elektromagnetyczne. Wygenerowanie silnego sygnału elektromagnetycznego w pobliżu sieci może skutecznie zablokować transmisję w całej infrastrukturze. Podszywanie się polega na zdobyciu danych autoryzujących użytkownika. Z tego względu przy projektowaniu i wdrażaniu systemu należy dokonać oceny ryzyka. Analiza zagrożeń umożliwi zabezpieczenie instalacji przed przestojami. Należy również przewidzieć, jakie środki będą konieczne do zabezpieczenia systemu. Jednym z głównych parametrów umożliwiających ocenę pracy sieci bezprzewodowej jest dostępność. Testy muszą być wykonywane w określonych odstępach czasu, gdyż na wyniki mogą wpływać pojawiające się w terenie nowe źródła zakłóceń elektromagnetycznych. Czasem może okazać się konieczna zmiana kanału transmisji, by uniknąć zakłóceń.

Ważne parametry sieci Zależnie od zakresu przewidywanej komunikacji mogą być stosowane różne technologie. Może to być zastąpienie

Fot. Turck, Advantech, MicroStrain, ABB

Technologie bezprzewodowe, obecnie już bezpieczne i niezawodne, umożliwiają realizację wielu zadań, które przy użyciu tradycyjnych technologii transmisji przewodowej były nieefektywne lub nie zapewniały bezpieczeństwa. Korzyści dla zakładu produkcyjnego mogą być znaczące, a właściwie wykonane instalacje niemal nie wymagają konserwacji.

przewodu między dwoma punktami, transmisja od czujników do sieci kablowej, komunikacja z wielu punktów do jednego punktu lub instalacja całej sieci przemysłowej. Po wybraniu zakresu należy rozważyć, która technologia będzie najlepsza. Na krótkich i średnich odległościach (od 10 m do 100 m) można wykorzystać technologię Bluetooth. Przy większych odległościach wykorzystywany może być system GSM. W niektórych zastosowaniach może być potrzebnych kilka odczytów parametrów lub aktualizacji kilku wartości na sekundę. Tam, gdzie np. monitorowana jest temperatura lub poziom w zbiorniku, zwykle wystarcza aktualizacja danych co kilka minut. Jeżeli monitoruje się tylko sytuacje awaryjne, należy zastosować rozwiązanie właściwe dla transmisji informacji o zdarzeniach. W niektórych aplikacjach doprowadzenie zasilania przewodami jest niemożliwe – dotyczy to szczególnie urządzeń mobilnych. Konieczne jest wtedy zastosowanie technologii, która może być zasilana bateryjnie. W bardziej skomplikowanych instalacjach badania polegają na pomiarze siły sygnałów transmisji oraz uzyskanie zezwoleń na zmiany drogi sygnału radiowego. Zmiany drogi muszą uwzględniać np. obecność pojazdów oraz możliwe przyszłe zmiany infrastruktury, a także wzrost drzew i krzewów, znajdujących się na drodze transmisji.

Stosowane technologie Wireless LAN (WLAN) Są to bezprzewodowe lokalne sieci zgodne ze standardem IEEE 802.11, który określa wymagania dla dwóch najniższych warstw modelu odniesienia ISO/OSI: warstwy fizycznej i warstwy łącza danych. Transmisja bezprzewodowa może odbywać się w paśmie 2,4 GHz oraz w podczerwieni przy długości fali od 850 nm do 950 nm. Ponadto norma określa warstwę MAC dostępu do medium transmisyjnego oraz warstwę

fizyczną dla bezprzewodowej transmisji pomiędzy węzłami mobilnymi i stałymi w sieci lokalnej. Norma ma kilka wersji. IEEE 802.11a z dodatkowymi uzupełnieniami w 802.11h określa wymagania dla przesyłania mowy i danych o bardzo dużych szybkościach (do 54 Mb/s) na odległość około 50 m. IEEE 802.11b dotyczy przesyłania danych w paśmie od 2400 MHz do 2483,5 MHz z szybkością do 11 Mb/s. Stosuje technologię DSSS z ograniczeniem – tylko trzy niezależne systemy LAN mogą pracować na tym samym terenie. Zakres transmisji wynosi około 50 m wewnątrz budynku. IEEE 802.11g definiuje transmisje o szybkości 54 Mb/s w paśmie 2,4 GHz. Przyjęty został dla modulacji schemat OFDM z techniką modulacji CCK. System jest kompatybilny z poprzednio omawianą normą, ale ma też i jej słabości. Sieci WLAN kiedyś stosowane były głównie w urządzeniach konsumenckich. Najczęściej występuje tu spontaniczne organizowanie się węzłów w sieci – tzw. ad hoc, gdy węzły te znajdą się w swoim zasięgu transmisji. Jednak obecnie używane są także na lotniskach, w szpitalach, w logistyce i transporcie, a także na liniach produkcyjnych. W zastosowaniach przemysłowych preferowana jest zwykle topologia gwiazdy z punktami dostępu do sieci przewodowej Ethernet.

Fot. Turck, Advantech, MicroStrain, ABB

Wi-Fi (Wireless Fidelity) Jest to popularny system dostępu do internetu lansowany przez organizację Wi-Fi Alliance. Sieć Wi-Fi działa w darmowym paśmie częstotliwości od 2400 MHz do 2485 MHz i 5000 MHz. Do komunikacji za pomocą mikrofal wykorzystuje się pasmo 2,4 GHz (w standardzie 802.11b oraz 802.11g) lub

Bezprzewodowy węzeł V-Link firmy MicroStrain

Przemysłowe zastosowanie modułów komunikacyjnych WSIX 100 firmy ABB

też 5 GHz (w standardzie 802.11a). Pasmo 2,4 GHz podzielone jest na 14 kanałów w paśmie od 2,4 GHz do 2,5 GHz, które układają się co 5 MHz, od 2412 MHz do 2477 MHz. Każdy kanał ma swoją częstotliwość nośną, która jest modulowana przy przesyłaniu informacji. Szybkość przesyłania danych zależna jest od użytego standardu oraz odległości między użytymi urządzeniami i wynosi najczęściej 11 Mb/s, 22 Mb/s, 44 Mb/s, 54 Mb/s lub 108 Mb/s (przy transmisji w dwóch kanałach jednocześnie).

WPAN (Wireless Personal Area Networks) Standard IEEE 802.15.1 określa sposób przesyłania danych w paśmie od 2400 MHz do 2483,5 MHz. Warstwa fizyczna i łącza danych jest zaadoptowana z technologii Bluetooth w wersji v1.1. Stosuje się technikę FHSS z 80 kanałami na różnych częstotliwościach nośnych z pasmem 1 MHz w każdym z nich. Węzły sieci dołączające się do działającej sieci potrzebują pewnego czasu na zsynchronizowanie się z nią. IEEE 802.15.3 definiuje przesyłanie danych z dużą szybkością – ponad 20 Mb/s w paśmie 2,4 GHz. IEEE 802.15.4 określa przesyłanie danych w paśmie od 868 MHz do 868,6 MHz w Europie i od 2400 MHz do 2483,5 MHz na całym świecie. Szybkość transmisji jest mała i może wynosić: 20 kb/s, 40 kb/s lub 250 kb/s. Standard IEEE 802.15.1 stosowany jest w technologii Bluetooth i w sieci firmy ABB nazwanej WISA, która korzysta z warstwy fizycznej. Do zastosowań w automatyce wytwarzania stosuje jednak dodatkowe wymagania dla warstwy

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2013

Temat numeru KOMUNIKACJA BEZPRZEWODOWA

ISA (Systems and Automation Society) i grupa WG12 Wireless Sensor Actor Networks ustanowiona przez User Organisation Profibus & Profinet International (PI). Wszystkie one pracują nad urządzeniami zgodnymi z IEEE 802.15.4.

dostępu do medium, aby spełnić wymagania czasowe tej branży. IEEE 802.15.4 zapewnia duże możliwości zastosowań przemysłowych. Korzystają z tego producenci aparatury przemysłowej, oferując systemy sieci typu mesh (sieć kratowa), stosujące liczne węzły małej mocy pokrywające razem dużą przestrzeń. Wykorzystywany jest protokół TSMP (Wireless HART). Użytkownicy sieci WPAN organizują się w licznych stowarzyszeniach: Bluetooth Special Interest Group (SIG), ZigBee Allianz, Hart Communication Foundation (HCF), ISA-SP100 Wireless Systems for Automation działające pod patronatem

Producent

Technologia ta bazuje na normie IEEE 802.15.1 z wyższymi warstwami protokołu oraz profilami aplikacyjnymi określonymi przez organizację SIG. Urządzenie do komunikacji bezprzewodowej firmy Moxa

Satel

Phoenix Contact

RiPEX

SATELLAR-2DS(d)

PSI-GSM/GPRS-MODEM/ RS-232

GSM/GPRS 9719

Cinte

160 MHz, 300 MHz, 400 MHz, 900 MHz

400...445 MHz, 440...485 MHz

850 MHz, 900 MHz, 1800 MHz, 1900 MHz

850 1900

38 400 b/s

900 MHz (2 W – EGSM) 1800 MHz (1 W)

asynchroniczny transparentny CSD do 14,4 kb/s, asynchroniczny nietransparentny CSD do 9,6 kb/s

Tran 14,4

brak danych

10/100 Mb/s, 1200…38 400 b/s

automatyczne wykrywanie prędkości lub nastawy na: 300 b/s, 1200, b/s, 2400 b/s, 4800, b/s, 9600 b/s, 19 200 b/s, 38 400 b/s, 57 600 b/s, 115 200 b/s

300...57 600 b/s

8-wi 300…

regulowany zakres mocy 0,1…10 W

100 mW...1 W

GPRS klasa 8/kodowanie CS1–CS4

do 2 W GSM i GPRS

klasa

–98 dBm/83 kb/s/25 kHz/ BER 10e–6, –114 dBm/10 kb/s/25 kHz/ BER 10e

–119 (–116) dBm

–114 dBm

brak danych

brak

brak danych

Ethernet, USB; RS-232/485

RS-232/422/485

RS-232

brak

protokoły: Modbus TCP/RTU, Profibus, DNP3, DF1, IEC 101, IEC 104, Comli i inne

–

EN 55022; EN 61000-6-2:2005, zgodne z dyrektywą R&TTE 1999/5/EC

FTZU 10 ATEX 009 X

brak

Wymiary

brak danych

130 mm × 46 mm × 76,5 mm

35 mm × 99 mm × 118,6 mm

brak danych

130

Zakres temperatury pracy i wilgotności

brak danych

–25...+55 °C

–25...+60 °C

–20...+40 °C, 5… 95 %

–30…

Inne parametry charakterystyczne

brak danych

zasięg komunikacji 15 km

4 sloty czasu do odbioru danych, 1 slot do nadawania

Antena V110 GPRS klasa 10

mob spos

Typ

Pasma częstotliwości

Szybkość transmisji w kanale radiowym

Maksymalna szybkość transmisji na łączu RS

Moc wyjściowa

Czułość odbiornika

Liczba portów komunikacyjnych

Zgodność z normami

Racom

Fot. Elmark, Satel

Bluetooth

83 kb/s / 25 kHz, 42 kb/s / 12,5 kHz, 11 kb/s / 6,25 kHz

Stahl

Fot. Elmark, Satel

Zależnie od mocy nadawania zakres transmisji wynosi od 10 m do 100 m. Stosowana jest topologia gwiazdy (Piconet) z jednym węzłem master i kilkoma (od 1 do 7) węzłami typu slave, synchronizowanymi przez węzeł master na bieżąco. W sieci może być jednocześnie do 256 węzłów w trybie oczekiwania „park”. W zastosowaniach przemysłowych szczególnie ważne są funkcje współpracy z sieciami WLAN (Adaptive Frequency Hopping) oraz zwiększanie szybkości przesyłania danych dzięki funkcji EDR (Enhanced Data Rate). Obecnie technologia Bluetooth jest wykorzystywana w dużej liczbie urządzeń

Maritex

firmy duża liczba modułów Bluetooth. Są to najczęściej modemy, bramy i oddalone We/Wy przeznaczone do różnych systemów sieci przemysłowych. Stale jest jednak brak specjalnych wymagań przedstawianych w tzw. profilach aplikacyjnych, koniecznych dla uzyskania szerokiego zastosowania tej technologii w automatyce przemysłowej.

przeznaczonych do zastosowań domowych i biurowych, np. w kartach do komputerów PC, modemach RS-232 i pendrivach USB. Coraz częściej można spotykać zastosowania w palmtopach i telefonach komórkowych. Mogą one wtedy być wykorzystywane jako interfejsy do wprowadzania i odczytu danych (HMI). Dla systemów automatyki została opracowana przez różne

Elpro

Cyfrowy radiomodem firmy Satel

Prosoft Technology

Advantech

Cinterion GSM

605M-D1 EGSM

Intelligent-Cellular

EKI-1352

850 MHz, 900 MHz, 1800 MHz, 1900 MHz

2,4 GHz

Transmisja CSD: 2,4; 4,8; 9,6; 14,4 b/s

11…54 Mb/s

70...135 kb/s

11…54 Mb/s

8-wire modem interfejs, nastawy na: 300…460 800 b/s

300…115 200 b/s, automatyczne wykrywanie od 2400...38 400 b/s, DB9 (1200…230 400 b/s)

automatyczne wykrywanie lub nastawy w programie na: 300 b/s, 1200 b/s, 2400 b/s, 4800 b/s, 9600 b/s, 19 200 b/s, 38 400 b/s, 57 600 b/s, 115 200 b/s

921,6 kb/s

klasa 4 (+33 dBm ±2 dB)

2 W @ 850/900 MHz, 1 W @ 1800/1900 MHz

brak danych

entny

brak danych

–107 dBm @ 850/900 MHz, –106 dBm @ 1800/1900 MHz

–114 (–111) dBm

IEEE 802.11b: 89 dBm & 1 Mb/s, 86 dBm & 2 Mb/s, 85 dBm & 5,5 Mb/s; 82 dBm & 11 Mb/s, IEEE 802.11g: 82 dBm & 6 Mb/s, 81 dBm & 9 Mb/s, 79 dBm & 12 Mb/s, 77 dBm & 18 Mb/s, IEEE 802.11g: 74 dBm & 24 Mb/s, 70 dBm & 36 Mb/s, 66 dBm & 48 Mb/s, 65 dBm & 54 Mb/s

brak danych

RS-232, DB9

RS-232/422/485

2 × RS-232/422/485, 1 × IEEE 802.11b, 1 × IEEE 802.11g

brak danych

IEC 60068 2-6 (10…150 Hz), IEC 60068 2-6 (20 g, 3 osie)

EN 55022; EN 61000-6-2:2005, zgodność z dyrektywą R&TTE 1999/5/EC

CE, FCC Część 15 – B (klasa B), UL/cUL 60950-1, klasa I: 2

130 mm × 90 mm × 38 mm

100 mm × 76 mm× 27 mm

35 mm × 99 mm × 118,6 mm

37 mm × 140 mm × 95 mm

–30…+65 °C

–30…+75 °C, do 100 % bez kondensacji

–25...+60 °C

0…+50 °C; 5 %…95 %

mobilna stacja klasy B, PBCCH, sposób kodowania CS 1-4

2.0 (Mini-B5) + wbudowane: TCP/IP, UDP/IP, DHCP, HTTP, SNMP, SMTP, SMS, MSCI, Modbus, DF1

GPRS klasa 8, kodowanie: CS1...CS4, 4 sloty do odbioru danych, 1 do nadawania

metalowa obudowa z IP30, szyfrowanie WEP 64b/128b, zasilanie redundantne 12– 48 V DC, montaż na szynie DIN, wielodostęp, punkt– punkt

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2013

Temat numeru komunikacja bezprzewodowa

DECT/DPRS

Technologia ta bazuje na normie IEEE 02.15.4 z wyższymi warstwami protokołu oraz profilami aplikacyjnymi określonymi przez organizację ZigBee Allianz. Przeznaczona jest ona szczególnie do realizacji taniej komunikacji radiowej o małej mocy. Szybkość transmisji wynosi 250 kb/s w paśmie 2,4 GHz. Podobnie jak Bluetooth ma ona elementy łatwe do integrowania w urządzeniach automatyki, szczególnie jako modemy bezprzewodowe. Takie właściwości uzyskano dzięki dłuższym czasom uśpienia węzłów i skróceniu czasu aktywności węzłów. ZigBee umożliwia pracę w sieci typu mesh, a tym samym redundancję transmisji, zastępując jedne ścieżki transmisji innymi i dając pełne pokrycie transmisji w przestrzeni systemu. Na rynku konsumenckim są przewidywane jej podstawowe zastosowania w urządzeniach domowych i do obsługi budynków, ale na razie ich liczba nie jest znacząca.

System DECT stanowi system telefonii bezprzewodowej, który realizuje metodą radiową dostęp do sieci stałych na obszarach dużego natężenia ruchu telekomunikacyjnego, takich jak porty lotnicze, centra miast czy stacje kolejowe. Wykorzystuje zakres częstotliwości od 1,88 GHz do 1,90 GHz. System transmisji zawiera węzły typu stałego FP (Fixe Part) i do 12 przenośnych PP (Portable Parts). Maksymalna szybkość transmisji w jednym kanale wynosi 64 kb/s. Przy mocy nadawania 250 mW zakres transmisji to 50 m w budynkach i 300 m na zewnątrz. Przy zastosowaniu transmisji pakietowej DPRS osiągalna jest szybkość 553 kb/s, zastosowanie modulacji DQPSK zwiększa ją do 1,3 Mb/s, a wybranie wersji modulacji D8PSK do 2 Mb/s. DECT ma pewne zalety ważne w przypadku zastosowań przemysłowych.

Przetwornik temperatury serii Wtrans B

GSM/GPRS/HSCSD, UMTS GSM (Global System for Mobile Communication) jest uznawany za system drugiej generacji telefonii komórkowej. Pracuje na częstotliwościach 900 MHz i 1800 MHz. Jedno połączenie wykorzystuje jeden spośród zestawu kanałów FDMA i jeden slot czasowy z zestawu slotów TDMA. Maksymalna szybkość transmisji wynosi 9,6 kb/s. Można stosować technikę HSCSD pozwalającą na korzystanie z kilku kanałów i wielu slotów czasowych, co zapewnia szybkości 38,4 kb/s i 57,6 kb/s. W nowszej wersji tej technologii GPRS pakiety danych są transmitowane wtedy, gdy jest wolny slot czasowy z szybkością 53,6 kb/s. Technologia UMTS jest uznawana za trzecią generację telefonii komórkowej i oferuje szybkość transmisji 144 kb/s dla poruszających się węzłów (z szybkością do 500 km/h) i 2 Mb/s dla węzłów stacjonarnych.

WMAN (Wireless Metropolitan Networks) WMAN to Bezprzewodowe Sieci Miejskie. Podstawowe zadanie tej technologii polega na podłączeniu użytkownika do szerokopasmowej sieci miejskiej z niezbędnej w mieście odległości „ostatniej mili” i umożliwieniu przesyłania głosu i sygnału wideo. Według normy IEEE 802.16 przewidziane są częstotliwości od 2 GHz do 11 GHz oraz od 10 GHz do 66 GHz. Oceniając realistycznie, można będzie uzyskać szybkość 20 Mb/s i zasięg 600 m.

Techniki transmisji bezprzewodowej z zastosowaniem niestandardowych protokołów transmisji Stosowane są następujące pasma częstotliwości: • od 443,05 MHz do 434,79 MHz – często stosowane w domowych aplikacjach, np. do wykrywania ruchu, w systemach immobilizerów,

zestawach głowic Hi-Fi, systemach otwierania drzwi i stacjach badania pogody. Ten zakres jest rzadko stosowany w automatyce przemysłowej ze względu na dużą liczbę użytkowników i wynikającą stąd możliwość zakłóceń w transmisji. Maksymalna szybkość transmisji danych wynosi tylko kilka kb/s przy zakresie do 1,5 km. • od 868 MHz do 870 MHz – zakres podzielono na kilka podzakresów o różnych wypełnieniach i różnej mocy nadawania. Dzięki temu uzyskano mniejsze wzajemne zakłócenia. Pasmo to jest stosowane w urządzenia systemów alarmowych. Podobnie jak poprzednio opisane pasmo ma ono niewielkie zastosowanie w przemyśle, podobną szybkość i zakres transmisji. • od 2400 MHz do 2483,5 MHz – pasmo o znacznie większej szerokości i szybkości transmisji do 54 Mb/s. Natomiast zasięg transmisji jest znacznie mniejszy: 50 m w budynku i 300 m na zewnątrz przy mocy nadawania 100 mW. W tym paśmie popularne jest stosowanie technologii rozproszonego pasma FHSS i DSSS. Pozwalają one na stosowanie kilku systemów bezprzewodowej transmisji w tej samej przestrzeni, bez wzajemnego zakłócania się. Urządzenia muszą stosować wymagania normy IEEE 802.11, która określa warstwę fizyczną i warstwę łącza danych w protokole transmisji. • od 5725 MHz do 5875 MHz – zastosowanie tego pasma jest niewielkie ze względu na jeszcze mniejszy zasięg niż w poprzednio opisanym paśmie i bardzo duże tłumienie tak dużej częstotliwości w przeszkodach z ciała stałego. Najczęściej stosowane jest pasmo 868 MHz. Ze względu na brak wymagania uzyskania licencji powstało już wiele takich systemów, m.in. EnOcean, nanoNET, Z-Wave i Konnex, znane z zastosowań w budynkach i Cypress WirelessUSB 2,4 GHz. Powstały też dwie technologie: MDMA – w której kładzie się nacisk na dużą odporność na zakłócenia transmisji i wykorzystuje się wielościeżkowość transmisji oraz PSSS – uzyskująca dużą szybkość transmisji (1 Mb/s) przy małym poborze mocy.

Tadeusz Goszczyński Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP

Fot. Jumo

ZigBee

Temat numeru KOMUNIKACJA BEZPRZEWODOWA

System RFID BIS-V Kontroler RFID + Master IO-Link Technologia RFID odnosząca się do identyfikacji za pośrednictwem pól elektromagnetycznych, od dawna jest popularną metodą niezawodnego identyfikowania

Systemy RFID nie funkcjonują jednak samodzielnie.

W obrębie danego układu lub maszyny systemy RFID często są stosowane wraz z szeregiem innych rozwiązań. Przykładowo, w automatycznych systemach produkcyjnych przemieszczenie uchwytu z narzędziem jest z reguły kontrolowane za pomocą systemów LF (niskiej częstotliwości), podczas gdy systemy HF (wysokiej częstotliwości) stosuje się częściej do identyfikacji obiektów ze względu na większy zasięg i wyższe prędkości transmisji danych. Do realizacji tych zadań zwykle wykorzystywano kilka różnych jednostek, co wiązało się ze znacznymi kosztami osprzętu i montażu. Dzięki nowej generacji kontrolerów sytuacja ulegnie teraz zmianie. Dodatkowo do tego rodzaju inteligentnych rozwiązań po raz pierwszy można podłączyć czujniki lub elementy wykonawcze zgodne ze standardem IO-Link, co w jeszcze większym stopniu obniża wydatki i koszty montażu. Opracowany przez firmę Balluff procesor BIS-V to uniwersalny kontroler RFID typu „wszystko w jednym”, do którego można podłączyć do czterech głowic odczytujących/zapisujących, pracujących w różnych technologiach. Wraz z urządzeniem stosować można głowice odczytujące HF (13,56 MHz, zgodne z normami ISO 15693 i ISO 14443) oraz głowice odczytujące LF (125 kHz). Użytkownik nie musi konfigurować żadnych ustawień ani zaprzątać sobie głowy dopasowaniem przyłączy. Wtyki głowic odczytujących wystarczy po prostu podłączyć do odpowiednich gniazd znajdujących się z przodu kontrolera, który automatycznie rozpozna, czy podłączona została wersja HF czy LF. Urządzenia mogą być stosowane na

Głowica odczytująco-zapisująca Q80

Promocja

całym świecie. Jest to możliwe dzięki wykorzystaniu standardowych częstotliwości oraz możliwości odczytywania i zapisywania danych na wszystkich nośnikach zgodnych z wymaganiami norm ISO 15693 lub ISO 14443 — zarówno w procesach statycznych, jak i dynamicznych.

Inteligentne rozwiązanie „wszystko w jednym” łączące urządzenie do identyfikacji i interfejs IO-Link Wielofunkcyjny, „inteligentny” kontroler oferuje jednak jeszcze więcej: do procesora RFID można podłączyć dodatkowe czujniki lub elementy wykonawcze. Ta opcja jest realizowana za pomocą zintegrowanej funkcji I/O-Link Master. Oprócz identyfikacji obiektów, za pośrednictwem kontrolera możliwe jest więc także zbieranie dodatkowych informacji procesowych, np. sygnałów fotokomórek wyzwalających, indukcyjnych lub pojemnościowych czujników zbliżeniowych, a także czujników odległości lub wizyjnych. Dzięki możliwości użycia odpowiednich koncentratorów podłączenie wielu różnego rodzaju czujników przełączających nie stanowi problemu. W praktyce przynosi to znaczne korzyści. Wprowadzony w 2006 r. interfejs IO-Link zyskuje coraz większe uznanie, stając się powszechnie i często stosowanym rozwiązaniem. Interfejs IO-Link, niezależny od standardu sieciowego, umożliwia jednoczesne wykorzystanie sieci przemysłowych oraz poziomu procesowego, co daje nowe możliwości w zakresie parametryzacji i diagnostyki. Do połączenia typu „punkt-punkt” wystarczy standardowy kabel 3-żyłowy. Niezależnie od tego, czy przesyłane są sygnały binarne wielokanałowych czujników, mieszane sygnały wejściowe lub wyjściowe, czy wartości analogowe przetworzone do postaci cyfrowej, instalacja jest tak prosta, jak w przypadku podłączenia czujnika binarnego. Dzięki nowemu kontrolerowi RFID z tych wszystkich udogodnień można korzystać bez ponoszenia dodatkowych kosztów.

Głowica odczytująco-zapisująca M30

Kontroler RFID BIS-V

Fot. Balluff

obiektów, np. w procesach przepływu materiałów.

Kompaktowe, szybkie i bezpieczne rozwiązanie dla przemysłu Technologia nowej generacji kontrolerów bazuje na opracowanych w przeszłości przez firmę Balluff systemach BIS-L (125 kHz) oraz BIS-M (13,56 MHz), które wielokrotnie dowiodły swojej przydatności w przemyśle. Aby jednak zoptymalizować czasy cyklów i czasy odczytu/zapisu, opracowano całkiem nowy osprzęt kontrolera oraz jego oprogramowanie. Dodatkowo usprawniono oferowane do tej pory głowice odczytujące/zapisujące, szczególnie w zakresie możliwości podłączania do wielofunkcyjnego kontrolera. Oferowane są głowice odczytujące o różnych konstrukcjach. Do wyboru są modele cylindryczne oraz wersje prostopadłościenne. Niezależnie od rodzaju konstrukcji, wszystkie głowice odczytujące/zapisujące spełniają wymagania zabezpieczenia stopnia IP67 i są wyposażone w dwie dobrze widoczne diody służące do sygnalizowania stanu i informowania o błędach. Nowy kontroler także charakteryzuje się kompaktową budową, a jego konstrukcja spełnia wymagania stawiane w przemyśle. Długość 150 mm, szerokość 60 mm i głębokość 45 mm sprawiają, że do instalacji nie jest wymagane dużo wolnej przestrzeni. Procesor ma certyfikaty CE, UL oraz FCC. Można go instalować w szafce przyłączeniowej lub bezpośrednio na obiekcie. Jego odlewana, cynkowa obudowa zapewnia wymagany stopień ochrony EMC. Zasilanie 24 V DC jest podłączane – także z przodu urządzenia – za pomocą 5-stykowego wtyku 7/8 cala. Wszystkie przyłącza są więc łatwo dostępne, dzięki czemu udało się wyeliminować skomplikowane manipulowanie zaciskami i wiązkami kablowymi. Aktualnie możliwość podłączania systemów sterowania wyższych poziomów realizowana jest przez interfejs Profibus. Obecnie trwają prace nad dodaniem interfejsów kolejnych magistrali, które będą dostępne w późniejszym okresie. Adres magistrali można wprowadzić za pomocą przycisków sterujących na wyświetlaczu. Możliwe jest także wyświetlenie identyfikatorów UID dla nośników danych znajdujących się w polu działania głowic czytająco/zapisujących. Status magistrali jest sygnalizowany za pomocą trzech diod. Do wygodnego aktualizowania oprogramowania służy interfejs USB.

IDENTYFIKACJA PRZEMYSŁOWA RFID

Komunikacja bezkontaktowa! RFID firmy Balluff to technologie LF, HF oraz UHF. Nasze systemy RFID wyróżniają się największą różnorodnością komponentów, które mogą być zestawiane w całkowicie dowolny sposób. RFID firmy Balluff gwarantuje śledzenie wszystkich informacji oraz zapewnia największą możliwą przejrzystość procesów. Osiągaj najwyższą efektywność – skorzystaj z 30 lat naszych doświadczeń w systemach RFID.

Profinet Profibus DeviceNet EtherNet/IP EtherNet TCP/IP CC-Link EtherCAT IO-Link USB RS485, RS232

Szeroki zakres zastosowań Nowy system BIS-V umożliwia całą gamę inteligentnych rozwiązań, dzięki którym urządzenie znajduje wiele zastosowań. Zmniejszenie wydatków na osprzęt i montaż powoduje, że koszty całego systemu zostają zredukowane. Korzyścią dla użytkowników jest mniejsza ilość osprzętu i redukcja kosztów montażowych, związanych z identyfikacją podczas procesów kontrolowania przepływu materiałów w zakładach produkcyjnych, a także w systemach przenośników wykorzystywanych podczas konstrukcji maszyn, na liniach montażowych, elektrycznych szynach podwieszanych oraz wszelkiego rodzaju zastosowaniach intralogistycznych. Kontrolery wielofunkcyjne oferują także szerokie możliwości dalszej rozbudowy. W przypadku dodania kolejnego systemu identyfikacji cały czas można wykorzystywać aktualną technologię.

Kompaktowy Zintegrowany master IO-Link Cztery niezależne kanały do podłączenia głowic QQ Niewielka obudowa, prosta instalacja QQ QQ

Procesor BIS V do systemów LF oraz HF BALLUFF Sp. z o.o. tel. 71 338 49 29, fax 71 338 49 30 e-mail: balluff@balluff.pl www.balluff.pl

reklama

Fot. Balluff

ul. Muchoborska 16, 54-424 Wrocław

Telefon +48 71 338 49 29

www.balluff.pl Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2013

Temat numeru KOMUNIKACJA BEZPRZEWODOWA

Czujniki magnetyczne i indukcyjne firmy .steute Brud, wilgoć, agresywne środowisko, zagrożenie wybuchem pyłów lub gazów, wibracje czy udary mechaniczne – to czynniki, które mogą mieć niekorzystny wpływ na pracę czujników magnetycznych i indukcyjnych stosowanych w przemyśle, a także skutkować określonymi wymaganiami certyfikacyjnymi. Firma .steute produkuje swoje czujniki właśnie z myślą o złożonych i trudnych aplikacjach, a oferta jest stale rozszerzana, także o wersje bezprzewodowe. Od czujników magnetycznych i indukcyjnych stosowanych w automatyce przemysłowej i systemach bezpieczeństwa oczekuje się wysokiej trwałości, uniwersalności i pewności działania. Nawet jeśli warunki środowiskowe są bardzo niekorzystne. Dlatego też .steute udostępnia swoim klientom specjalnie zaprojektowane urządzenia, obejmujące wersje bezprzewodowe, przeciwwybuchowe (ATEX), odporne na wibracje oraz o wysokim stopniu ochrony (IP69K). Przeznaczone są one zarówno do pozycjonowania elementów maszyn i urządzeń, jak też do zastosowań związanych z bezpieczeństwem pracy.

Magnetyczne czujniki bezpieczeństwa Firma .steute oferuje dwa podstawowe typoszeregi czujników bezpieczeństwa: RC Si M30 (obudowa cylindryczna o średnicy 30 mm, gwintowana, wykonana z niklowanego aluminium lub ze stali nierdzewnej, stopień ochrony IP67 lub IP69K, kodowany magnes) oraz RC Si 56 (obudowa prostokątna do montażu na typowych profilach aluminiowych, wykonana z tworzywa sztucznego, stopień ochrony IP67 lub IP69K, kodowany magnes). Ponadto w ofercie znajdują się czujniki wykorzystujące efekt Halla i przez to całkowicie odporne na wibracje i wstrząsy: miniaturowy HS Si 4 oraz większy BZ 16, dedykowany do kontroli zamknięcia osłon. Ten drugi ma zabudowane dwa przekaźniki bezpieczeństwa i może funkcjonować samodzielnie, bez dodatkowego modułu bezpieczeństwa. Wszystkie wyżej wymienione czujniki, z wyjątkiem BZ 16, dostępne są także w wersji przeciwwybuchowej (ATEX).

Fot. 2. Nowość w ofercie – czujniki indukcyjne standardowe i Extreme

Magnetyczne czujniki pozycyjne Kolejna grupa urządzeń to czujniki służące do pozycjonowania elementów maszyn i urządzeń. Oferta obejmuje 18 typoszeregów takich urządzeń, w obudowach cylindrycznych (średnica od 8 mm do 18 mm) oraz prostokątnych (w tym przystosowanych do współpracy z siłownikami). Czujniki dostępne są w wersji z tworzywa sztucznego, niklowanego aluminium/mosiądzu, a także ze stali nierdzewnej. Stopień ochrony to minimalnie IP67 (także w przypadku wersji z wtyczką) lub IP69K. Trzy wersje czujników cylindrycznych (RC 13,5, RC 15 oraz RC M20) dostępne są w wersji przeciwwybuchowej (ATEX). Te ostatnie bardzo często są stosowane w przemyśle naftowym, gazowym oraz okrętowym i morskim.

Fot. 1. Bezprzewodowe czujniki magnetyczne z odbiornikiem

Promocja

Jedną z rewolucyjnych nowości firmy .steute są bezprzewodowe, magnetyczne czujniki pozycyjne RF RC 10 EN868 (kompaktowa obudowa prostokątna z tworzywa sztucznego), RF GS M25 EN868 oraz RF GS M30 (obudowa cylindryczna o średnicy 25/30 mm, z tworzywa sztucznego/metalu, gwintowana), wykorzystujące technologię EnOcean (fot. 1). Czujniki wyposażone są w baterie litowe o dużej żywotności, przy czym w przypadku wersji RF RC 10 są one wymienne. Po zbliżeniu magnesu czujnik wysyła kodowany telegram (na częstotliwości 868,3 MHz), który może być odbierany przez jeden z czterech typów odbiorników, wyposażonych w wyjścia przekaźnikowe lub pnp/npn, a opcjonalnie także w interfejs RS-232,

Fot. .steute

Magnetyczne czujniki bezprzewodowe

steute Extreme APARATURA ŁĄCZENIOWA DO PRACY W EKSTREMALNYCH WARUNKACH //

Zdolne wytrzymać piekło na ziemi Fot. 3. Bezprzewodowe czujniki indukcyjne z modułem radiowym i odbiornikiem

służący do komunikacji z systemem sterowania. Zasięg transmisji to odpowiednio 300 m w terenie otwartym oraz 30 m w typowej hali fabrycznej. Zasięg może być podwajany dzięki zastosowaniu przekaźników sygnału. Czujniki tego typu predystynowane są do stosowania w maszynach z elementami ruchomymi, a szczególnie wirującymi, w przypadku których zwykłe czujniki wymagałyby zastosowania kłopotliwych w eksploatacji szczotkozbieraczy.

Czujniki indukcyjne w wykonaniu Extreme Absolutną nowością firmy .steute są czujniki indukcyjne w wykonaniu Extreme (fot. 2), przeznaczone do pracy w najtrudniejszych warunkach środowiskowych. Mają one bardzo szeroki zakres dopuszczalnej temperatury otoczenia (od –40 °C do +120 °C) oraz wysoki stopień ochrony IP68. Dostępne są o średnicach 8 mm, 12 mm, 18 mm i 30 mm, a zasięg działania mieści się w zakresie od 2 mm do 10 mm. Obudowy wykonane są we wszystkich przypadkach ze stali nierdzewnej. Czujniki są dostępne także w wykonaniu standardowym, przeznaczonym do pracy w temperaturze od –25 °C do +85 °C, przy stopniu ochrony IP67. Wszystkie czujniki są dostępne zarówno w wersjach z kablem, jak i z przyłączem konektorowym.

Bezprzewodowe czujniki indukcyjne Dzięki opracowaniu uniwersalnego nadajnika RF 96 ST stało się możliwe wprowadzenie do portfolio urządzeń bezprzewodowych także czujników indukcyjnych (fot. 3). Czujniki o średnicy 12 mm, 18 mm lub 30 mm i zasięgu od 4 mm do 15 mm podłączane są za pomocą przewodu z wtyczką do nadajnika, stanowiącego jednocześnie źródło energii (oparte na baterii o długiej żywotności). Po aktywacji czujnika nadajnik przesyła sygnał w standardzie EnOcean do odbiornika radiowego, podobnie jak dzieje się to w przypadku bezprzewodowych sensorów magnetycznych. Co warte uwagi, nadajnik RF 96 ST może współpracować także z dowolnymi zestykowymi wyłącznikami elektromechanicznymi, przekształcając je tym samym w urządzenia radiowe.

Nowe czujniki indukcyjne IS Extreme - Zakres temperatury otoczenia zależnie od serii od -40 °C do +120 °C - Odporne na korozję – wykonanie ze stali nierdzewnej - Stopień ochrony IP 69K - Wersje przeciwwybuchowe Ex dla stref 0 i 20

Więcej informacji: www.steute.com oraz www.steute.pl

Adam Więch .steute Polska tel. 22 843 08 20, fax 22 843 30 52 e-mail: info@steute.pl www.steute.com, www.steute.pl

reklama

Fot. .steute

Al. Wilanowska 321, 02-665 Warszawa

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2013

Temat numeru KOMUNIKACJA BEZPRZEWODOWA

Bezprzewodowe moduły wejść-wyjść z interfejsem ZigBee Guru Control Systems, jako

Seria ZB-2000-T

dystrybutor produktów firmy ICP DAS, oferuje moduły wejść-wyjść analogowych

Moduły serii ZB-2000-T umożliwiają transmisję w terenie otwartym (LOS – ang. Line Of Sight) na odległość 100 m, jednak nie mogą one pracować samodzielnie. W sieci musi znajdować się jeden moduł konwertera pełniący

rolę host koordynatora, np. ZB-2570-T – konwerter Ethernet/RS-232/RS-485 na ZigBee. Do konfiguracji urządzeń wejść-wyjść wykorzystuje się 16-pozycyjny przełącznik obrotowy oraz 12-pozycyjny dip-switch. Aby utworzyć sieć, nale-

i cyfrowych tego producenta, wykorzystujące bezprzewodowy interfejs ZigBee w paśmie 2,4 GHz. W ofercie jest kilka serii modułów, pozwalających na proste i elastyczne zestawianie niezawodnych, bezprzewodowych sieci pomiarowo-sterujących dla zastosowań przemysłowych. Moduł ZB-2017-T – 8 napięciowych wejść analogowych

Moduł ZB-2570-PA – konwerter Ethernet/RS-232/ RS-485 na ZigBee (Host)]

Moduł ZT-2017 – 8 wejść analogowych

ZB-2000T

ZB-2000PA

ZT-2000

Moc nadajnika

4 dBm

22 dBm

11 dBm (CE/FCC) max. 19 dBm

Wzmocnienie anteny

3 dBi

5 dBi

Zasięg (LOS)

100 m

700 m (max. 1 km)

CE/FCC, FCC ID

–

CE/FCC, FCC ID

255

256

Prywatny

ZigBee 2007 Pro

Certyfikaty Max. liczba węzłów w jednej sieci Protokół Sposób routingu Wskaźnik RSSI Konfiguracja

Promocja

Automatyczny/ specyficzny Automatyczny/ specyficzny

Automatyczny

–

Tak

Skomplikowana

Prosta

ży za pomocą dip-switcha ustawić dla wszystkich modułów, łącznie z konwerterami i repeaterami, ten sam numer kanału radiowego i ten sam numer sieci PAN ID. Do dyspozycji jest 16 kanałów radiowych rozmieszczonych co 5 MHz w zakresie od 2405 MHz do 2480 MHz. Moduły wejść-wyjść wymagają dodatkowo ustawienia za pomocą przełącznika obrotowego i dip-switcha indywidualnego numeru urządzenia. Można tak skonfigurować sieć, żeby przekazywała w sposób przezroczysty sygnały protokołu DCON, Modbus RTU czy Modbus TCP. Wystarczy umieścić wtedy w tej sieci konwerter slave ZB-2571-T i do jego wyjść podłączyć moduły z interfejsem RS-485 oraz Ethernet, wymagające tych protokołów. W przypadku rozległych sieci przydatny będzie także repeater ZB-2510-T.

Fot. Guru Control Systems, KamLAB

Porównanie serii modułów ZigBee firmy ICP DAS

Karty i systemy pomiarowe, sterujące i wizyjne w standardach PCI, PCIe, cPCI, PXI, sterowanie napędami, Interfejs GPIB Komputery przemysłowe – panelowe, jednopłytkowe, miniaturowe, PC/104, obudowy i klawiatury oraz wiele innych

W ofercie znajdują się następujące moduły wejść-wyjść: • ZB-2013-T – 6 wejść RTD z eliminacją rezystancji doprowadzeń przy 3-przewodowym podłączeniu czujników, • ZB-2017-T – 8 napięciowych wejść analogowych, • ZB-2017C-T – 8 prądowych wejść analogowych, • ZB-2042-T – 4 wyjścia cyfrowe OC i 4 wyjścia przekaźników PhotoMOS, • ZB-2043-T – 14 izolowanych wyjść cyfrowych, • ZB-2052-T – 8 izolowanych wejść cyfrowych z 16-bitowymi licznikami, • ZB-2053-T – 14 izolowanych wejść cyfrowych, • ZB-2060-T – 6 izolowanych wejść cyfrowych i 4 wyjścia przekaźnikowe.

Modułowe systemy pomiarowo-sterujące, systemy zbierania danych, przemysłowe sieci bezprzewodowe i przewodowe, sterowniki przemysłowe. Moduły serii I-7000 oraz I-8000

GPIB w komputerach przenośnych – USB-3488A

Seria ZB-2000-PA

I-8000 oraz I-7000

Seria modułów ZB-2000-PA dysponuje silniejszym nadajnikiem i lepszą anteną, dzięki czemu mają one zasięg do 700 m. Pozostałe parametry, jak również sposób konfiguracji sieci, jest identyczny jak w serii ZB-2000-T.

Sterowniki PLC o architekturze PC – programowalne w C/C++ oraz językach drabinkowych (jak PLC)

Seria ZT-2000

Moduły pomiarowo-sterujące do łączenia w sieci (RS-485) – wejść/wyjść cyfrowych i analogowych, radiomodemy, moduły komunikacyjne

Komputery przemys łowe Przemysłowe komputery – panelowe, jednopłytkowe, miniaturowe, PC/104, PXI, cPCI, do zabudowy, energooszczędne, do pracy w trudnych warunkach oraz mobilne komputery przemysłowe

Opracowywane są kolejne moduły wejść-wyjść analogowych i cyfrowych, konwertery z USB na ZigBee (Host i Slave) oraz ZigBee Sniffer. Moduły wszystkich serii mają wymiary 33 mm ´ 107 mm ´ 78 mm (bez anteny) i umożliwiają mocowanie na szynie DIN. Są one zasilane napięciem stałym od +10 V DC do +30 V DC i mogą pracować w zakresie temperatur od –25 °C do +75 °C . Należy przy tym zaznaczyć, że produkty nowej serii ZT-2000 nie są kompatybilne z serią ZB-2000 i w związku z tym muszą znajdować się w osobnej sieci. Wszystkie przedstawione produkty dostępne są u polskiego dystrybutora firmy ICP DAS – w firmie Guru Control Systems. Zainteresowanych szczegółami technicznymi i opisami zapraszamy do internetowej platformy informacyjno-handlowej www.kamlab.pl i do bezpośredniego kontaktu mailowego.

Macierze dyskow e RAID Profesjonalne macierze dyskowe RAID 0, 1 do wszystkich interfejsów (ATA, SATA, e-SATA, USB) wewnętrzne i zewnętrzne, dla dysków 3,5” oraz 2,5” Doskonałe do zabezpieczania cennych danych w zastosowaniach przemysłowych

Guru Control Systems, KamLAB ul. Warszawska 91, 05-092 Łomianki k. Warszawy tel. 22 831 10 42, fax 22 831 10 42 www.gurucs.pl

REKLAMA

Fot. Guru Control Systems, KamLAB

Po opracowaniu przez ZigBee Aliance specyfikacji ZigBee 2007 Pro firma ICP DAS wprowadziła do oferty nową serię modułów ZT-2000, zgodnych z tą specyfikacją. W ramach tej serii oferowane są już moduły: • konwertery RS-232/485 na ZigBee: ZT-2550 (Host) i ZT-2551 (Slave), • konwertery Ethernet/RS-232/485 na ZigBee: ZT-2570 (Host) i ZT-2571 (Slave), • repeater ZT-2510, • moduły analogowe: ZT-2017 – 8 napięciowych wejść analogowych, • moduły cyfrowe: ZT-2060 – 6 izolowanych wejść cyfrowych i 4 wyjścia przekaźnikowe.

TECHNOLOGIE DLA PRZEMYSŁU

www.kamlab.pl ul. Warszawska 91, 05-092 Łomianki, tel/fax: 22 831 10 42 Pomiary Automatyka Robotyka nr 3/2013 33 e-mail: info@guru.com.pl, www.kamlab.pl

Temat numeru KOMUNIKACJA BEZPRZEWODOWA

Zdalna i bezprzewodowa konfiguracja urządzeń oraz monitorowanie procesów Współczesne urządzenia pomiarowe mają szereg możliwości komunikacyjnych. Problemem dla projektantów układów automatyki oraz służb utrzymania ruchu mogą być m.in. różnorodność rozwiązań i standardów komunikacyjnych oraz duża liczba programów niezbędnych do obsługi urządzeń. Rozwiązaniem powyższych problemów jest oferowany przez Lumel koncentrator danych z serwerem WWW SM61.

SM61 to nowoczesne i praktyczne rozwiązanie, które umożliwia monitoring parametrów procesów poprzez przeglądarkę WWW z najdalszych miejsc na świecie.

Zbieranie i prezentacja danych Komunikacja z SM61 może odbywać się przy wykorzystaniu np. PC, tabletu lub smartfona. Praca SM61 polega na: • pobraniu informacji z obiektu poprzez RS-485 z protokołem MODBUS (możliwość odczytu do 2500 wartości z urządzeń (do 100 urządzeń po 25 rejestrów), • udostępnieniu danych poprzez dowolną przeglądarkę WWW, • archiwizacji danych, • prezentacji danych bieżących i archiwalnych wg konfiguracji wybranej przez klienta (do wyboru: mapy synoptyczne, wykresy, tabele), Inne cechy funkcjonalne SM61: • możliwość informowania o zdarzeniach za pomocą poczty elektronicznej, • wbudowany serwer FTP (do pobierania archiwów), • alarmy lub wejścia binarne do sterowania archiwizacją, • zegar czasu rzeczywistego, • możliwość równoczesnej pracy kilku użytkowników, • kontrola dostępu poprzez hasło, • przyjazna dla użytkownika aplikacja do konfiguracji SM61 CONFIG.

Moduł zbierania danych z serwerem WWW SM61

Konwerter RS-485/WiFi PD8W

Z SM61 można komunikować się bezprzewodowo poprzez dowolny ruter Wi-Fi. Lumel oferuje również produkt, który jest pomostem łączącym standardowy interfejs RS-485 z bezprzewodową siecią Wi-Fi. Jest to konwerter PD8W. Dzięki niemu możemy bezprzewodowo programować, monitorować oraz dokonywać modyfikacji oprogramowania dla

Promocja

Przykład mapy synoptycznej prezentowanej na stronie WWW przy wykorzystaniu modułu SM61

Fot. Lumel

Komunikacja bezprzewodowa

Podsumowanie Przedstawiona konfiguracja pozwala na obsługę obiektu pomiarowego oddalonego znacznie od osób zajmujących się jego obsługą. Również służbom serwisowym daje możliwość zdalnej obsługi, pozwalając jednocześnie na szybką diagnostykę. Dla odbiorcy najważniejsza jest możliwość szybkiej rekonfiguracji rozmieszczenia urządzeń bez konieczności wytyczania nowych połączeń komunikacyjnych, a także korzystanie z już istniejących sieci. Rozwiązanie przeznaczone jest dla przemysłu, ale nic nie stoi na przeszkodzie, aby znalazło zastosowanie również w sprzęcie powszechnego użytku. Więcej informacji na temat naszych produktów znajdą Państwo na www.lumel.com.pl. Zapraszamy do współpracy.

Przykład sposobu prezentacji danych na stronie WWW przy wykorzystaniu modułu SM61

Dariusz Tront LUMEL SA

szeregu urządzeń. Konwerter jest dostępny w dwóch wykonaniach dotyczących jego sposobu pracy. Wykonanie pierwsze PD8W wykorzystuje wirtualny port szeregowy, dzięki czemu zapewnia systemowi nadzorczemu, np. SCADA Lumel-Proces, możliwość komunikacji z urządzeniami wyposażonymi w interfejs RS-485 za pośrednictwem sieci Ethernet Wi-Fi. Użyty w ten sposób konwerter umożliwia współpracę z jednym komputerem nadzorczym w danym czasie. W drugim wykonaniu PD8W można rozbudować magistralę RS-485 o kolejne segmenty za pomocą konwerterów PD8W i lokalnej sieci Ethernet Wi-Fi. Możliwa jest też konfiguracja ich pracy w trybie jeden do wielu (w formie zespołu liczącego maksymalnie 65 konwerterów). Drugie wykonanie konwertera działa w lokalnej sieci Ethernet Wi-Fi obsługującej protokół datagramowy UDP. Wykorzystany przez PD8W standardowy protokół komunikacji TCP/IP umożliwia włączenie konwertera do struktury powszechnych sieci komputerowych pracujących w tym protokole, eliminując konieczność dodatkowych instalacji dla łącza szeregowego RS-485. Systemy nadzorcze dla komputerów PC, np. SCADA Lumel-Proces, mają możliwość wymiany danych z obiektami przemysłowymi poprzez konwerter PD8W dzięki sterownikom portu szeregowego przeznaczonym dla systemów operacyjnych. Konwerter nie ingeruje w przesyłane dane i jest kompatybilny z protokołami komunikacji przemysłowej takimi jak MODBUS RTU.

Przeglądarka internetowa jest obecnie standardowym zasobem w każdym elektronicznym urządzeniu z dostępem do sieci. Pozwala na dowolne wprowadzanie danych (klawiatura, panel dotykowy itp.), uniezależnia od zmian systemów operacyjnych i pozwala na uzyskanie wielojęzyczności interfejsu użytkownika. Mając to na uwadze, Lumel opracował nowe oprogramowanie e-con do konfiguracji i aktualizacji oprogramowania w urządzeniach przy użyciu przeglądarki internetowej. Użytkownik sam wybiera, które urządzenia będzie obsługiwał e-con. Oprogramowanie zapewnia także automatyczną aktualizację sterowników urządzeń. Istotną cechą oprogramowania jest system podpowiedzi dla bardziej złożonych parametrów jak: obsługa komunikacji, wyjść, współczynników algorytmu regulacji itp. W tej aplikacji użytkownik na bieżąco śledzi aktualizacje i nowe urządzenia dostępne w ofercie Lumel.

tel. 68 45 75 100, e-mail: sprzedaz@lumel.com.pl www.lumel.com.pl

Bibliografia 1. Jędrzej Ułasiewicz, Systemy czasu rzeczywistego QNX6 Neutrino, Wydawnictwo BTC, Warszawa 2007. 2. Krzysztof Sacha, Systemy czasu rzeczywistego, Wyd. 2 popr., Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 1999. 3. Robert V. Binder, Testowanie systemów obiektowych,WNT, Warszawa 2003. REKLAMA

Regionalne Seminaria / Szkolenia dla Służb Utrzymania Ruchu QR CODE Wygenerowano na www.qr-online.pl

20.06.2013 - Trójmiasto 10.10.2013 - Bydgoszcz 04.12.2013 - Warszawa

c js ie a m zon ść nic Ilo gra o

Fot. Lumel

Oprogramowanie konfiguracyjne e-con

ul. Słubicka 1, 65-127 Zielona Góra

Jeżeli jesteś zainteresowany uczestnictwem w Seminarium, zaprezentowaniem produktu lub nowego rozwiązania napisz do nas: marketing@energoelektronika.pl Energoelektronika.pl tel. (+48) 22 70 35 291

Partnerzy:

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2013 reklama_par_05_2013.indd 1

2013-05-24 09:29:07

Temat numeru KOMUNIKACJA BEZPRZEWODOWA

Sieci bezprzewodowe bez tajemnic Systemy bezprzewodowej transmisji danych wykorzystywane są wszędzie tam, gdzie połączenie kablowe jest trudne do wdrożenia lub jest zbyt drogie w realizacji. Z perspektywy użytkownika, transmisja bezprzewodowa przyczynia się do wyraźnego zmniejszenia kosztów bieżącej eksploatacji (redukcji kosztów personelu, ograniczenia zużycia mediów) oraz do podniesienia dostępności obiektów (zmniejszenia awaryjności urządzeń, skrócenia przestojów). Max moc [mW]

Główne obszary zastosowań tej technologii stanowią: zdalny monitoring i sterowanie, przesyłanie alarmów, pomiary GPS, logistyka i zarządzanie magazynem, systemy drogowe oraz dystrybucja energii. Niniejszy artykuł opisuje kluczowe elementy sieci bezprzewodowych oraz zagadnienia towarzyszące projektowaniu i użytkowaniu systemów bezprzewodowej transmisji danych.

Promocja

25 10

SRD 1%

5 868

SRD 0,1%

868,6 868,7

SRD 100%

869,2 869,3 869,4

Alarm 0,1%

SRD 10% Alarm 0,1%

869,65

SRD 100% 870

Częstotliwość [mW]

Zagospodarowanie pasma wolnego 868–870 MHz

wolnego, pasmo licencjonowane nie posiada ograniczenia związanego z maksymalną mocą nadawczą, dzięki czemu po uzyskaniu odpowiedniego pozwolenia mogą być stosowane radiomodemy o mocy 10 W, pozwalające na transmisję nawet do 80 km. Użytkownik takiej sieci bezprzewodowej całkowicie uniezależnia się od zewnętrznych operatorów oraz innych użytkowników sieci bezprzewodowych. Roczna opłata za użytkowanie kanału radiowego jest stała i nie zależy od liczby urządzeń pracujących w sieci ani od ilości przesłanych informacji. Dla kanału o szerokości 12,5 kHz opłata wynosi 500 PLN, a dla kanału 25 kHz – 1000 PLN.

Jakie parametry urządzeń radiowych mają bezpośredni wpływ na zasięg komunikacji? Zasięg komunikacji bezprzewodowej w pierwszej kolejności jest związany z technologią, na jakiej oparte jest działanie urządzenia. Wśród najbardziej popularnych technologii, takich

Moc nadajnika

jak radiomodemy, Wi-Fi, ZigBee, Bluetooth, najlepsze parametry w tym zakresie oferują radiomodemy. Przykładowo dla rozwiązań fińskiej firmy Satel zasięg komunikacji może dochodzić do kilkudziesięciu kilometrów, a przy zastosowaniu retransmiterów sygnału, może być dowolnie zwiększany. Parametrami, które charakteryzują urządzenia radiowe i mają bezpośrednie przełożenie na zasięg komunikacji są: moc nadajnika oraz czułość odbiornika. Podczas doboru urządzeń bezprzewodowych należy pamiętać, że zapas energetyczny jest różnicą pomiędzy poziomem sygnału nadawczego (moc nadajnika), a poziomem sygnału odbieranego (czułość odbiornika). Im wyższa czułość, tym słabszy sygnał jest w stanie odebrać urządzenie bezprzewodowe. Aby w pełni zrozumieć to zagadnienie, można porównać zapas energetyczny dla dwóch urządzeń: W powyższych obliczeniach można łatwo dostrzec, że pomimo iż „Urządzenie A” ma aż czterokrotnie większą moc

Urządzenie A

Urządzenia B

4 W (36 dBm)

1 W (30 dBm)

Czułość odbiornika

–100 dBm

–115 dBm

Zapas energetyczny = moc nadajnika – czułość odbiornika

136 dBm

145 dBm

Fot. Astor

Technologia bezprzewodowa daje użytkownikowi możliwość wyboru pasma, w jakim będą pracowały urządzenia. Pasmo wolne pozwala na pracę systemów bezprzewodowych bez formalności i dodatkowych kosztów i jest podzielone na podpasma zależne od mocy wyjściowej i cyklu pracy nadajnika. Dla aplikacji przemysłowych najbardziej interesujący jest wycinek pasma od 869,400 MHZ do 869,650 MHz, pozwalający na przesył danych z maksymalną mocą do 500 mW. Dla systemów odczytu liczników, które realizują zdalną kontrolę stanu, pomiary i serwisowanie przy użyciu urządzeń łączności radiowej udostępniony jest bez pozwoleń zakres częstotliwości 169,400–169,425 MHz, zezwalający na pracę z mocą maksymalną 500 mW. Jego główną zaletą jest lepsza propagacja fal radiowych niż w przypadku pasma 869 MHz, co przekłada się na nawet trzykrotne zwiększenie odległości, na jaką przesyłane są dane użytkownika. Zakres częstotliwości 140–170 MHz, czyli pasmo VHF oraz zakres częstotliwości 400–470 MHz, czyli pasmo UHF pozwalają tworzyć systemy komunikacji radiomodemowej pracujące z użyciem niezależnej – „własnej” – częstotliwości, co jest szczególnie istotne w bardziej odpowiedzialnych systemach. W przeciwieństwie do pasma

100

Alarm 0,1%

Jakie pasma częstotliwości są udostępnione dla pracy urządzeń radiowych?

500

nadajnika od „Urządzenia B”, to dzięki wysokiej czułości drugiego urządzenia jego zapas energetyczny jest istotnie większy, co gwarantuje możliwość przesłania sygnału na większe odległości oraz zapewnia stabilność wymiany danych w niekorzystnych warunkach.

O czym należy pamiętać podczas doboru i montażu anten? Przy dużych odległościach lub trudnych warunkach pracy, jakość połączenia zależy od anteny i sposobu jej zamontowania. Antena, przewód antenowy i zaciski powinny być dobrej jakości, aby nie ulegały łatwo utlenieniu, które zwiększa tłumienie sygna-

Anteny kierunkowe wytwarzają fale rozchodzące się niemal całą mocą w jednym wyróżnionym kierunku. Zysk anteny kierunkowej jest większy od anteny dookólnej i może dochodzić do kilkunastu dBi. Kształt charakterystyki promieniowania anteny jest przeważnie szpilkowy. Jeżeli system nie narzuca warunku stosowania anten dookólnych, zalecane jest zamontowanie anten kierunkowych, np. anten typu Yagi. Im większy jest stopień wzmocnienia anteny, tym większą uwagę należy zwrócić na dokładność jej ustawienia. W przypadku anten o dużym wzmocnieniu należy zapewnić odpowiednio dużą przestrzeń wokół anteny (w granicach 5 m). W rozległych sie-

Fot. Astor

Schemat przykładowej instalacji radiomodemowej

łu. Aby mieć pewność, że instalacja będzie działała w sposób poprawny przez długie lata, powinny być zastosowane akcesoria odporne na działanie warunków atmosferycznych i zanieczyszczeń występujących w środowisku. Gdy komunikacja ma przebiegać na większej odległości, problemy powodowane przez naturalne przeszkody można bardzo często rozwiązać zwiększając wysokość anten. Również zastosowanie anten z dużym wzmocnieniem pozwala na kilkukrotne zwiększenie odległości. Jeżeli teren jest bardzo zróżnicowany topograficznie, co najmniej jedna z anten powinna być zainstalowana na wysokości od 10 m do 20 m. Anteny dookólne charakteryzują się tym, że wytwarzane przez nie fale rozchodzą się z jednakowym natężeniem w każdym kierunku. W przypadku małych systemów oraz aplikacji mobilnych dobrym rozwiązaniem jest stosowanie anten ćwierćfalowych i półfalowych, charakteryzujących się małymi gabarytami i możliwością montażu bezpośrednio na radiomodemie. Jest zalecane, aby anteny ćwierćfalowe i półfalowe były instalowane w pozycji pionowej, na wysokości co najmniej 0,5 m ponad otaczającymi obiektami. Jeżeli antena nie może być podłączona bezpośrednio do radiomodemu, należy ją podłączyć za pomocą przewodu koncentrycznego 50 W. W przypadku bardziej rozległych systemów zalecane jest stosowanie anten dookólnych o większym wzmocnieniu.

ciach radiowych oznacza to, że najlepszym miejscem do zainstalowania anteny jest najwyższy punkt budynku lub maszt radiowy.

Jakie inne elementy toru radiowego są jeszcze istotne? Aby chronić urządzenia znajdujące się w torze nadawczym (radiomodem, zasilacz, sterownik) przed wyładowaniami atmosferycznymi (piorunami) rekomenduje się stosowanie zabezpieczenia odgromowego. Jego zadaniem jest bezpieczne odprowadzenie energii wyładowania. Zabezpieczenie nie powinno być montowane bezpośrednio na radiomodemie. Zalecane jest użycie dodatkowego kabla antenowego o długości co najmniej 1,5 m. Należy również pamiętać o konieczności połączenia zabezpieczenia odgromowego z listwą uziemiającą. Warto pamiętać, że okablowanie pomiędzy radiomodemem a anteną również wprowadza dodatkowe tłumienie, dlatego jeśli długość kabla

przekracza 10 m, zalecane jest stosowanie kabli o niskich stratach (< 0,7 dB/10 m), dzięki czemu wzmocnienie anteny nie zostanie znacząco zredukowane.

W jaki sposób przeprowadza się diagnostykę sieci bezprzewodowych? Warunkiem pomyślnej transmisji danych jest dostatecznie duże natężenie sygnału radiowego. Jeżeli przekracza ono pewien poziom progowy, dane będą przesyłane poprawnie. W przypadku, gdy natężenie jest mniejsze od tego poziomu, dane mogą być odbierane z błędami. Dostępne na rynku urządzenia, np. radiomodemy SATEL wyposażone są w mechanizmy pozwalające w łatwy sposób sprawdzić, czy poziom sygnału osiąga wartość minimalną. Ta funkcjonalność przydaje się bardzo także podczas testów radiowych, mających na celu dobór optymalnego dla danej aplikacji zestawu urządzeń. Z punktu widzenia użytkownika bieżąca informacja o parametrach pracy poszczególnych elementów sieci bezprzewodowej jest bardzo cenna, dlatego coraz większą popularnością cieszą się systemy pracujące w oparciu o mechanizm NMS (ang. Network Management System, System Zarządzania Siecią). Pozwalają one na kontrolę takich parametrów jak: napięcie zasilania i temperatura pracy radiomodemów oraz poziom mocy sygnału odbieranego pomiędzy poszczególnymi obiektami. Dane zebrane w systemie NMS z poszczególnych obiektów mogą być następnie gromadzone i prezentowane w postaci wykresów (trendów). Użytkownik może również określić wartości krytyczne dla monitorowanych parametrów. Po ich przekroczeniu będą generowane alarmy. Przydatną właściwością jest także możliwość zdalnego programowania urządzeń bezprzewodowych w całej sieci. Dzięki temu zmiana parametrów pracy (takich jak: adresowanie, moc nadajnika, czułość odbiornika itp.) może być zrealizowana bez konieczności wyjazdu serwisowego do poszczególnych, często znacznie oddalonych obiektów, co znacznie zmniejsza koszty obsługi i upraszcza rozbudowę tak zrealizowanej sieci bezprzewodowej.

Paweł Podsiadło SATELLINE-EASy – w pełni cyfrowy radiomodem dostępny w ofercie ASTOR

specjalista ds. systemów bezprzewodowych ASTOR Sp. z o.o. e-mail: pawel.podsiadlo@astor.com.pl

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2013

Aplikacje ENERGETYKA

Instalacja systemu detekcji wodoru w Elektrociepłowni Białystok

Firma Automatyka-Pomiary-Sterowanie (APS) wykonała na terenie Elektrociepłowni Białystok instalację systemu detekcji wodoru. Inwestor, stawiając wysokie wymagania w zakresie poprawy bezpieczeństwa pracy, ochrony mienia oraz oddziaływań na środowisko naturalne, wybrał kompleksowy system detekcji gazów Alpha ΣGas. W Elektrociepłowni Białystok zainstalowane są trzy bloki ciepłownicze oraz turbozespół kondensacyjny, o znamionowej mocy elektrycznej czynnej 203 MW. Bloki BC50 nr 1, 2, 3 pracują z generatorami GTH 63 i GTH 70 produkcji firmy Dolmel z chłodzeniem wodorowym. Wodór różni się od powietrza większą pojemnością cieplną (14 razy) oraz niższą lepkością (mniejsze straty w wentylacji). Z drugiej strony Alpha ΣSmart z wyświetlaczem LCD

Promocja

wodór jest gazem skrajnie łatwopalnym, w szerokim zakresie tworzy z powietrzem mieszaniny wybuchowe, pali się niewidocznym płomieniem, na skutek wypierania tlenu z powietrza może spowodować uduszenie. Wydostanie się wodoru z zamkniętej instalacji chłodzenia generatora może być spowodowane m.in. rozszczelnieniem łożysk, skutkując wyciekiem wodoru w kierunku instalacji olejowej lub w kierunku szynoprzewodu. Stanowi to ogromne zagrożenie zarówno dla ludzi, jak i pracujących urządzeń. Wodór na blokach energetycznych występuje

także w pomieszczeniach akumulatorni. Duża liczba akumulatorów podczas ładowania i rozładowywania wydziela mniejsze lub większe ilości wodoru, co także stwarza niebezpieczeństwo. Systemy detekcji wodoru pozwalają na wykrycie nieszczelności przed powstaniem zagrożenia. Wykonany system detekcji wodoru Alpha ΣGas jest systemem autonomicznym, powstałym w oparciu o urządzenia polskiej firmy Atest-Gaz. Poniżej omówione zostały podstawowe cechy zainstalowanego systemu Alpha ΣGas.

Czujniki gazu Monitorują stężenie gazu w otaczającej atmosferze i dostarczają informacje do centrali wodoru. Czujniki, w odróżnieniu od wielu konkurencyjnych systemów, udostępniają w sposób ciągły informacje o aktualnym stężeniu gazu. Pozwala to obsłudze na bieżące działania i obserwowanie sytuacji w danym obszarze oraz ewentualne podjęcie działań. Innymi zaletami czujników Alpha ΣSmart są: • autodiagnostyka czujnika, • ochrona sensora przed wysokim stężeniem gazu,

Fot. APS

Centralna nastawnia blokowa – sygnalizatory optyczno-akustyczne

• nieinwazyjna kalibracja, • dwukierunkowa komunikacja cyfrowa RS-485, • lokalna wizualizacja stanu czujnika. W Elektrociepłowni Białystok zainstalowano 29 czujników Alpha ΣSmart przeznaczonych do pracy w strefach zagrożonych wybuchem. Umieszczone zostały w hali maszynowni, z uwzględnieniem trzech stanowisk ładowania i oczyszczania wodoru, turbozespołów TZ1, TZ2, TZ3 oraz czterech akumulatorni rozdzielni prądu stałego.

Centralka systemowa

Fot. APS

Odpowiada za koordynowanie i integrację wszystkich urządzeń systemowych, analizę wskazań poszczególnych czujników, wizualizację wskazań oraz wypracowywanie odpowiednich sygnałów wyjściowych dla urządzeń sygnalizacyjnych oraz urządzeń wykonawczych. Najważniejsze funkcje centralki to: • prezentowanie obsłudze zbiorczej syntetycznej informacji o stanie całego systemu, • prezentowanie obsłudze informacji o stanie monitorowanej atmosfery, • prezentowanie obsłudze informacji o stanie technicznym czujników, • odczyt i wypracowywanie sygnałów sterujących do urządzeń współpracujących z centralką, • zmiana progów alarmowych, • zerowanie czujników, • procentowe odcięcie zera.

Wykonanie obiektowe systemu Wykonany system został wyposażony w cztery centralki sterujące, bliźniacze

Schemat blokowy systemu detekcji wodoru

na każdy z turbozespołów TZ1, TZ2, TZ3 oraz jedną centralkę na akumulatornię rozdzielni 110 kV. Centralki zostały zamontowane w centralnej nastawni blokowej, tak aby obsługa mogła bezpośrednio monitorować zabezpieczone strefy. Układ czujników i sygnalizatorów przeznaczonych do poszczególnych turbozespołów został podzielony na strefy. Strefa 1 obejmuje turbozespoły wraz z gospodarką olejową. W strefie tej zamontowano po pięć czujek wodoru, rozmieszczonych odpowiednio: z przodu i z tyłu generatora, pod generatorem, nad wyprowadzeniem mocy z generatora oraz nad zbiornikiem olejowym ZQ. Strefa 2 obejmuje stanowiska wodorowe. Na stanowiskach zamontowano dwa czujniki wodoru, sygnalizator optyczno-akustyczny w wykonaniu Ex oraz miejscowy włącznik wentylacji, także w wykonaniu Ex.

Stanowisko wodorowe – załączenie miejscowe wentylacji oraz sygnalizator optyczno-akustyczny

REKLAMA

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2013

Aplikacje ENERGETYKA

Stanowisko oczyszczania i uzupełniania wodoru zostało zmodernizowane i wyposażone w system okapturzeń, co w połączeniu z wentylatorem przeciwwybuchowym zapobiega gromadzeniu się niebezpiecznych gazów w obrębie stanowiska. Zamontowane w okapie detektory kontrolują na stanowisku poziom stężenia wodoru. W razie przekroczenia progu bezpieczeństwa, uruchamiana jest wentylacja i sygnalizacja optyczno-akustyczna na stanowisku oraz w centralnej nastawni blokowej. Daje to obsłudze wiedzę o wysokości stężenia w danym miejscu. W akumulatorniach RPS zainstalowano wentylację nawiewno-wywiewną, detektory

wodoru oraz sygnalizatory optycznoakustyczne. Wentylacja akumulatorni uruchamiana jest miejscowo lub może pracować w trybie automatycznym. Po przekroczeniu dopuszczalnego stężenia zostanie załączona z centrali detekcji wodoru. Strefa 3 obejmuje akumulatornie RPS. W akumulatorniach zainstalowano wentylację nawiewno-wywiewną, po dwa detektory wodoru oraz – przed wejściem do akumulatorni – sygnalizatory optyczno-akustyczne. Wentylacja akumulatorni sprzężona jest z systemem detekcji wodoru i uruchamiana z centrali detekcji wodoru po przekroczeniu dopuszczalnego

Stanowisko wodorowe – zabudowane czujniki wodoru

stanu stężenia w pomieszczeniu. Wentylacja może być uruchamiana także miejscowo – poprzez włącznik umieszczony przed wejściem do pomieszczeń akumulatorni. Czujniki wodoru w akumulatorniach zostały zainstalowane na trasie przepływu powietrza, w najwyższym możliwym punkcie pomieszczenia.

Sprawdzenia systemu Zainstalowany w Elektrociepłowni Białystok system detekcji wodoru obejmuje 29 czujników detekcji wodoru Alpha ΣSmart. Zakończenie prac wiązało się ze sprawdzeniem działania całego systemu. Sprawdzenia wykonano indywidualnie dla każdego czujnika poprzez podanie przez głowicę gazu wzorcowego. Przeprowadzone próby funkcjonalne na poszczególnych czujnikach jednoznacznie pokazały, że system prawidłowo wystawiał sygnały wyjściowe do sygnalizatorów optyczno-akustycznych oraz wentylatorów dachowych. Firma Automatyka-Pomiary-Sterowanie po raz kolejny zaprezentowała wysoki stopień zaangażowania w realizację powierzonych zadań oraz profesjonalizm podczas ich wdrażania. Dzięki dobrej współpracy wszystkich uczestników biorących udział w modernizacji oraz sprawnej koordynacji przedsięwzięcia przez specjalistów Elektrociepłowni Białystok powstał zaawansowany technologicznie produkt spełniający wysokie wymagania inwestora. APS oferuje kompleksowe usługi z dziedziny automatyki przemysłowej i branży elektrycznej, począwszy od projektu, poprzez produkt, po wdrożenie i serwis. Świadczy również usługi pomiarowe i prowadzi bezpośrednią sprzedaż urządzeń automatyki przemysłowej. Automatyka-Pomiary-Sterowanie zaliczana jest do grupy najbardziej prężnych przedsiębiorstw tej branży na terenie Polski. Powstała w 1994 r. w wyniku restrukturyzacji Elektrociepłowni Białystok, która do dziś jest jednym z głównych klientów firmy. APS od szeregu lat wdraża tam nowoczesne systemy automatyki przemysłowej i prowadzi kompleksową eksploatację układów automatyki. mgr inż. Wojciech Szypulski AUTOMATYKA-POMIARY-STEROWANIE SA ul. Mickiewicza 95F, 15-257 Białystok tel. 85 748 34 00, 85 748 34 03 fax 85 748 34 19

Zbiornik olejowy ZQ – sprawdzenie działania systemu

www.aps.pl

Rozmowa PAR

Stawiamy na innowacje i szkolenia Wywiad ze Steffenem Leidelem, dyrektorem Działu Systemów

Fot. APS, Siemens

Automatyki Przemysłowej Siemens.

Siemens oferuje zakładom produkcyjnym szeroki wybór urządzeń i systemów z dziedziny automatyki przemysłowej, jak również dodatkowe usługi, w tym obsługę serwisową oraz warsztaty i szkolenia dla użytkowników Państwa systemów i urządzeń. Jakie firmy i jakie sektory przemysłu są w Polsce głównym odbiorcą oferty Siemens? Nasze produkty, systemy i rozwiązania oferujemy wszystkim branżom przemysłu. Można je stosować w aplikacjach maszynowych i w automatyce procesowej. Marka SIMATIC jest powszechnie znana w polskim przemyśle. Najważniejsze są dla nas: przemysł samochodowy (zarówno producenci, jak i dostawcy podzespołów), przemysł spożywczy i maszynowy. Jednak instalacje

realizowane na bazie sterowań SIMATIC znajdują zastosowanie również w: farmacji, hutach szkła, cementowniach, chemii, kopalniach, projektach infrastrukturalnych, energetyce, rafineriach oraz w gazownictwie. Ostatnio zakończyliśmy prace w Oczyszczalni Ścieków „Czajka” w Warszawie, gdzie SIMATIC PCS 7 steruje wszystkimi węzłami technologicznymi. Dużą zaletą naszych produktów jest ich uniwersalność oraz spełnianie powszechnych wymagań przemysłowych, takich jak bezpieczeństwo (w aplikacjach fail-safe), możliwość stosowania w strefach Ex oraz w innych trudnych warunkach przemysłowych, np. związanych z występowaniem ekstremalnej temperatury, kurzu, chemikaliów, drgań. Jak Pan widzi przyszłość rynku automatyki przemysłowej w Polsce i na świecie za 5–10 lat? W jakim kierunku będzie zmierzał jego rozwój? Rynek automatyki będzie nastawiony na spełnienie coraz nowszych wymagań przemysłu.

Po pierwsze – wymagań dotyczących elastyczności systemów. Systemy automatyki przemysłowej muszą być zaprojektowane tak, żeby możliwa była sprawna rekonfiguracja, nadążająca za coraz szybszymi zmianami w profilu produkcji przedsiębiorstwa. Przykładem może być tutaj branża samochodowa, w której cykl produkcji jednego typu samochodu uległ zdecydowanemu skróceniu. Po drugie – wymagań w zakresie unikania postojów. Chodzi tu zarówno o postoje planowane (w celu dokonania niezbędnych modyfikacji lub serwisu linii produkcyjnych), jak i przerwy w produkcji wynikające z awarii urządzeń. Coraz ważniejszą rolę będą odgrywać wygodne systemy diagnostyczne, które nie tylko poinformują służby utrzymania ruchu o zaistniałej awarii, ale także będą w stanie przewidywać możliwe awarie instalacji. Po trzecie – wymagań dotyczących szybkiej i wydajnej komunikacji w sieciach przemysłowych. Przemysł wymaga stworzenia sieci połączonych

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2013

Rozmowa PAR

Tak jak Pan powiedział, świat automatyki przemysłowej w coraz większym stopniu opiera się na komunikacji bezprzewodowej. Ten trend widać nie tylko w branżach typowo przemysłowych, ale także przykładowo w logistyce czy transporcie. W jakich dziedzinach i branżach znaczenie komunikacji bezprzewodowej będzie, Pana zdaniem, rosło najszybciej w najbliższych latach? Siemens ma w swojej ofercie szeroki asortyment komponentów do komunikacji bezprzewodowej. Pozwala to na stworzenie aplikacji wszędzie tam, gdzie w przeszłości było to trudne lub wręcz niemożliwe do realizacji tradycyjnymi metodami. Najszybszy rozwój sieci Wi-Fi przewidujemy w branżach kruszyw i górnictwa odkrywkowego, które ze względu na specyfikę produkcji wymagają stosowania rozległych układów rozproszonych oraz w transporcie taśmociągowym i przy aplikacjach dźwigowych. Spory potencjał dla sieci bezprzewodowych widzimy również na rynkach infrastrukturalnych i kolejowych. W jakich gałęziach przemysłu, w których dziś komunikacja bezprzewodowa nie jest obecna albo jest stosowana jedynie w bardzo oszczędnej formie, pojawi się ona i rozwinie? Wszędzie tam, gdzie zostanie przełamane stereotypowe myślenie o sieci bezprzewodowej jako sieci niepewnej i zawodnej. Świadomość bezpieczeństwa

i niezawodności sieci bezprzewodowej umożliwi rozwój rynku aplikacji radiowych również w procesach o charakterze ciągłym oraz w obszarach związanych z bezpieczeństwem ludzi i maszyn, np. w transporcie publicznym, takim jak metro i szybkie koleje podmiejskie, gdzie już teraz obserwujemy rosnące zainteresowanie sieciami bezprzewodowymi. W tym miejscu chciałbym zwrócić uwagę na urządzenia produkcji Siemens z obsługą standardu „N”,

Jedną z wprowadzonych w ostatnich miesiącach nowości jest nowa generacja sterowników swobodnie programowalnych SIMATIC S7-1500, do średnich i dużych aplikacji. Jakie kolejne nowości z tej dziedziny planuje wprowadzać Państwa firma? Nasze nowe sterowniki SIMATIC S7-1500 zostały po raz pierwszy publicznie zaprezentowane na targach SPS/IPC/Drives w Norymberdze w listopadzie ubiegłego roku. W sprzedaży

Świadomość bezpieczeństwa i niezawodności sieci bezprzewodowej umożliwi rozwój rynku aplikacji radiowych również w procesach o charakterze ciągłym oraz w obszarach związanych z bezpieczeństwem ludzi i maszyn. które są dopuszczone do pracy nie tylko w kolejnictwie czy w strefach zagrożenia wybuchem – przykładem może być górnictwo węgla kamiennego – ale posiadają również certyfikację do obsługi protokołu Profisafe. Jedną z technologii, która jest dziś chętnie stosowana w automatyce przemysłowej, są urządzenia WirelessHART, pozwalające na tworzenie samoorganizujących się sieci transmitujących dane w paśmie 2,4 GHz. Standard ten został wypracowany przez organizację HART Communication Foundation, w skład której wchodzi między innymi firma Siemens. Jakie rozwiązania tego typu wdrażacie Państwo obecnie? Od kilku lat Siemens rozwija grupę produktową dedykowanych urządzeń dla sieci WirelessHART. Na chwilę obecną, poza doposażeniem elementów pomiarowych w moduły obsługujące bezprzewodowy standard, posiadamy również stacje oznaczone jako IE/WSN_PA Link, które są odpowiednikiem lokalnych punktów dostępowych dla tego typu transmisji. W naszej ofercie mamy wszelkie elementy potrzebne do realizacji połączenia w sieci WirelessHART wyłącznie na bazie własnych komponentów, począwszy od systemów pomiarowych, a kończąc na elementach sterowania i nadzoru.

nowa rodzina sterowań jest od marca 2013 roku. Nowy sterownik na tle naszych klasycznych rozwiązań wyróżnia się przede wszystkim wydajnością. Niespotykane dotychczas parametry, takie jak przetwarzanie instrukcji bitowych w czasie 10 nanosekund oraz szybkie przetwarzanie sygnału od wejścia do wyjścia, wpływają na zdecydowanie krótsze czasy reakcji oraz lepszą jakość układów regulacji. Szybka magistrala systemowa oraz wydajna komunikacja po sieci Profinet stanowią dodatkowy atut nowego urządzenia. Obecnie są przygotowywane pierwsze aplikacje stworzone w oparciu o nowe sterowniki, a klienci chwalą ich szybkość, możliwości diagnostyczne, łatwy i wygodny montaż, a przede wszystkim wydajny inżyniering. TIA Portal jest tym zintegrowanym narzędziem, przy pomocy którego można skonfigurować i zaprogramować cały system automatyki, tzn. sterowniki, powiązania sieciowe, systemy wizualizacji na bazie naszej nowej oferty paneli operatorskich Basic Panels oraz Comfort Panels, a także napędy Sinamics. W dziedzinie sterowań obecna oferta firmy Siemens opiera się na SIMATIC S7-1200 jako następcy systemu S7-200, do aplikacji małych i średnich (tzw. mikroautomatyki), oraz SIMATIC S7-1500, który w przyszłości ma zastąpić popularne serie

Fot. Siemens

w sposób deterministyczny komponentów automatyki, takich jak: sterowanie, wizualizacja, archiwa, napędy, aparatura pomiarowa, technika RFID, elementy wykonawcze oraz diagnostyka. Dobrym przykładem sieci przemysłowej spełniającej wszystkie wymagania jest sieć Profinet. Umożliwia ona także komunikację bezprzewodową, na której automatyka przemysłowa będzie się opierać w coraz większym stopniu. Po czwarte – istotny będzie zintegrowany inżyniering oraz powiązanie automatyki z informatyką. Jednolite środowisko programistyczne to standard wymuszony przez przemysł już dziś. Stosowanie różnych systemów inżynierskich do sterowania, wizualizacji oraz konfiguracji napędów jest uciążliwe, czasochłonne i bardzo niewygodne przy modyfikacji oprogramowania. Automatyk przygotowujący aplikację będzie wolał skonfigurować nowy system w jednolitym i przyjaznym dla inżyniera środowisku programistycznym.

kon

Fot. Siemens

Steffen Leidel ukończył studia na Uniwersytecie Warszawskim na Wydziale Matematyki, Informatyki i Mechaniki Teoretycznej. W firmie Siemens pracuje od 2000 r., obecnie na stanowisku dyrektora Działu Systemów Automatyki Przemysłowej.

SIMATIC S7-300 i S7-400, do średnich i dużych, wymagających aplikacji maszynowych oraz do automatyki procesowej. Na ile otwarci na nowości i na ile na bieżąco z najnowszymi oferowanymi na

rynku możliwościami z dziedziny automatyki przemysłowej są polscy odbiorcy tego typu urządzeń i zastosowań? Polscy odbiorcy są zdecydowanie bardziej otwarci na wszelkiego rodzaju nowości w automatyce niż zachodnioeuropejscy producenci maszyn. Przykładem tego jest bardzo ciepłe przyjęcie przez polski rynek sterownika SIMATIC S7-1200, który sprzedajemy od 2009 roku. Polska jest dziś w pierwszej światowej dziesiątce, jeśli chodzi o ilości sprzedawanych jednostek. Liczymy również na to, że sterownik SIMATIC S7-1500, wraz z narzędziem inżynierskim TIA Portal, zdobędzie równie szybko polskich odbiorców i stanie się nowym standardem przemysłowym w Polsce. Jak Państwo macie zamiar tego dokonać? Ważnym elementem wprowadzenia na rynek nowych rozwiązań, oprócz dobrego marketingu, jest program szkoleń przeznaczony dla wszystkich klientów i partnerów. Współpracujemy z uczelniami, a realizowane obecnie projekty pilotażowe są pod specjalnym nadzorem naszych fachowców z Działu Wsparcia Technicznego. Chciałbym

zwrócić uwagę na wyjątkowe zalety naszego środowiska inżynierskiego TIA Portal, które obecnie jest dostępne w wersji V12. Przy pomocy TIA Portalu można nie tylko programować nowe sterowniki SIMATIC S7-1200 i S7-1500, ale także nasze klasyczne produkty S7-300 i S7-400. Możliwości migracyjne w zakresie paneli operatorskich pozwalają na komfortowe przejście z dotychczasowych paneli do nowych – typu Comfort. Wraz z nową rodziną sterowników wprowadziliśmy na rynek również wyspy ET200MP oraz ET200SP, które zastąpią nasze klasyczne rozwiązania rozproszonych I/O ET200M oraz ET200S. Jesteśmy przekonani, że nowa rodzina sterowań – wraz z innowacjami w wizualizacji, komunikacji przemysłowej, technice napędowej – spełni wysokie wymagania stawiane systemom automatyki przez polski przemysł. Nasze systemy i rozwiązania pomogą polskim zakładom przemysłowym w uzyskaniu przewagi i konkurencyjności na coraz trudniejszym rynku. Rozmawiała Urszula Chojnacka PAR

REKLAMA

9 - 11 lipca 2013 r., Lipsk, Drezno, Wrocław

LETNIA SZKOŁA

LEAN MANUFACTURING konferencja + zwiedzanie fabryk w

PORSCHE w Lipsku i VW w Dreźnie

7% rabatu dla prenumeratorów PAR

www.langas.pl langas@langas.pl tel: (22) 696 80 20

Jak w skuteczny sposób rozwijać i wdrażać japońskie metody i międzynarodowe standardy, opakowane w filozofię KAIZEN?

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2013

Automatyka STEROWNIKI PLC

Programowanie sterowników PLC zgodnie z normą IEC 61131-3. Część 4 Układy sterowania bazujące na sterownikach PLC powinny być projektowane w sposób umożliwiający ich łatwą diagnostykę i modyfikacje. W przypadku procesów i urządzeń o charakterze sekwencyjnym, czytelną i intuicyjną implementację gwarantuje język SFC, który łączy w sobie opis technologiczny z programem PLC.

na rysunku L1, L2 i L3. Każdy z nich daje sygnał, jeśli poziom, na którym jest zamontowany został przekroczony. Regulacja poziomu realizowana jest przez załączanie lub wyłączanie pomp, w zależności od ilości wody w zbiorniku. I tak, jeśli poziom wody jest niższy niż L1, powinny pracować obydwie pompy. Jeśli natomiast zawiera się w przedziale między L1 a L2, pracuje tylko pompa o większej wydajności (P2). Dla poziomu z przedziału od L2 do L3 powinna pracować tylko pompa o mniejszej wydajności (P1), a powyżej poziomu L3 obydwie pompy powinny być wyłączone. Błędne (fizycznie niemożliwe) konfiguracje sygnałów L1, L2 i L3 powinny być interpretowane jako awaria jednego z czujników i powodować wyłączenie pomp. Analizę układu należy rozpocząć od wyodrębnienia jego wejść i wyjść. Wejściami będą tutaj sygnały pochodzące z czujników poziomu (L1, L2 i L3), wyjściami natomiast – sygnały sterujące załączaniem obydwu pomp (P1 i P2) oraz sygnał awarii (oznaczony np. E). Funkcję układu można przedstawić np. w formie tabeli. Zgodnie z definicją wartości tej funkcji (czyli wyjścia układu kombinacyjnego) zależne są tylko od wejść (tab. 1). Nieprawidłowe kombinacje sygnałów wejściowych, interpretowane jako awaria, oznaczono kolorem czerwonym.

Omówione do tej pory języki graficzne i tekstowe umożliwiają przejrzystą realizację większości zagadnień z zakresu sterowania z użyciem PLC. Ostatnim z języków programowania, przedstawionym w tym cyklu, jest SFC (ang. Sequential Function Chart). Został on stworzony z myślą o układach sekwencyjnych. Nie pozwala wprawdzie tworzyć kompletnych programów, ale doskonale sprawdza się jako narzędzie do opisu nadrzędnej struktury sterowania (jej niższe poziomy są realizowane za pomocą elementów utworzonych w pozostałych językach normy IEC 61131-3). Zapis w języku SFC jest przystępny dla technologów oraz personelu obsługującego proces technologiczny. Przypomina on w pewnym stopniu sposób przedstawiania algorytmów, co sprawia, że zapisany w nim program wymaga mniejszej ilości dokumentacji (jest to cecha określana jako samodokumentowanie się programu).

PLC będą to po prostu wejścia), sygnały wyjściowe (wyjścia) oraz funkcja, która przypisuje każdej z kombinacji sygnałów wejściowych odpowiednie sygnały wyjściowe (w przypadku PLC funkcję tę realizuje program). Układy kombinacyjne realizują najczęściej funkcje logiczne, opisane za pomocą algebry Boole’a. Dla tych samych wartości wejściowych stan wyjść, będący rezultatem działania funkcji układu, zawsze będzie taki sam. Działanie układu kombinacyjnego można więc opisać prostą zależnością:

Układy kombinacyjne i sekwencyjne

Przykład 1.

Drugim rodzajem układów sterowania są układy sekwencyjne, które różnią się od kombinacyjnych występowaniem wewnętrznej pamięci. Jest ona, poza wartościami sygnałów wejściowych,

Przed rozpoczęciem omawiania języka SFC warto odpowiedzieć na pytanie, jak rozpoznać układ sekwencyjny. Otóż jedna z podstawowych klasyfikacji dzieli układy sterowania na kombinacyjne i sekwencyjne. Charakterystyczną cechą układu kombinacyjnego jest brak pamięci i sprzężeń zwrotnych. W praktyce oznacza to, że stan jego wyjść jest zależny tylko od stanu jego wejść (rys. 1). Na opis takiego układu składają się więc sygnały wejściowe (w przypadku

Przykładem układu sterowania o charakterze kombinacyjnym będzie zbiornik rozchodowy z wodą (rys. 2). Woda jest do niego dostarczana za pomocą dwóch pomp P1 i P2, przy czym wydajność pompy P2 jest dwukrotnie większa od wydajności pompy P1. Odbiór wody ze zbiornika ma natomiast charakter zmienny i nieregularny. Aby umożliwić regulację poziomu, zbiornik został wyposażony w trzy czujniki zamontowane kolejno jeden nad drugim i oznaczone

Rys. 2. Zbiornik rozchodowy

Rys. 1. Układ kombinacyjny

Y = F(X), gdzie: X – wejścia układu, Y – wyjścia układu, F – funkcja układu.

Tab. 1. Funkcja układu dla zbiornika rozchodowego X

Y = F(X)

wykorzystywana do kształtowania wartości sygnałów wyjściowych. Elementy tej pamięci, jako całość, określane są mianem stanu układu. W przypadku układów sekwencyjnych nie można już zatem mówić o prostej zależności, gdyż dla tych samych wartości wejściowych wyjścia układu mogą przyjmować różne wartości, w zależności od jego stanu. Na opis układu sekwencyjnego składają się sygnały wejściowe (wejścia), sygnały wyjściowe (wyjścia) oraz zmienne stanu opisujące wewnętrzne parametry układu (jego pamięć). Układy sekwencyjne nazywane są również automatami i można podzielić je na dwa rodzaje. Jeżeli wyjścia układu zależne są tylko od wartości jego stanów, mówimy o automacie Moore’a (rys. 3). Jeżeli natomiast są one dodatkowo zależne od jego wejść, nazywany jest on automatem Mealy’ego (rys. 4). Działanie automatu Moore’a można opisać zależnością:

Działanie automatu Mealy’ego można natomiast opisać w następujący sposób: Y = Fy(S, X), gdzie: X – wejścia układu, Y – wyjścia układu, S – zbiór stanów układu, Fy – funkcja realizowana przez wyjściowy układ kombinacyjny. Oprócz opisanego podziału, układy sekwencyjne można podzielić również na synchroniczne i asynchroniczne. Układy synchroniczne to takie, w których wszystkie stany układu zmieniają się w tych samych chwilach czasowych. Wymaga to taktowania za pomocą dodatkowego zewnętrznego sygnału. W układach asynchronicznych zmiany stanów mogą następować w dowolnych chwilach określonych zmianami sygnałów wejściowych. Sterowniki PLC, ze względu na specyficzny sposób pracy, należą do pierwszej grupy.

Podobnie jak poprzednio, przy poziomie powyżej L3 pompy nie pracują. Jeśli natomiast poziom osiągnie wartość z przedziału między L1 i L3, to pracuje jedna z pomp. Jeśli spadnie bardziej, tj. poniżej L1, pracują obydwie. Aby zrównoważyć średnią eksploatację pomp (i skomplikować przy okazji trochę zagadnienie) zakładamy, że pompy powinny być w miarę możliwości załączane naprzemiennie. Należy to rozumieć następująco: jeżeli nie pracuje żadna pompa, ale ostatnio pracowała pompa P1, to jako pierwsza powinna być załączona pompa P2 i odwrotnie; jeśli natomiast pracują obydwie pompy, to pierwsza powinna być wyłączona ta, która pracuje dłużej (czyli była załączona jako pierwsza). Podobnie jak poprzednio, wejściami będą sygnały z czujników, wyjściami natomiast – sygnały sterujące pompami. Jednych i drugich nie da się już jednak bezpośrednio powiązać. Zamiast tego można wyodrębnić zbiór pewnych stanów układu i ich wzajemnych powiązań, który można przedstawić w postaci graficznej (rys. 5). Jak widać, stan pomp zależy wyłącznie od stanu układu, a nie zależy (bezpośrednio) od wejść, jest to więc automat Moore’a. Na podstawie rysunku można bez problemu opisać funkcję układu (tab. 2).

Przykład 2. Y = Fy(S), gdzie: Y – wyjścia układu, S – zbiór stanów układu, Fy – funkcja realizowana przez wyjściowy układ kombinacyjny.

Ponownie wykorzystamy układ ze zbiornikiem rozchodowym i pompami. Tym razem zakładamy, że obydwie pompy mają taką samą wydajność i używamy tylko dwóch czujników (L1 i L3). Rys. 5. Sekwencja sterująca dla zbiornika rozchodowego z naprzemienną pracą pomp

Tab. 2. Funkcja układu dla zbiornika rozchodowego z naprzemienną pracą pomp Rys. 3. Automat Moore’a

Rys. 4. Automat Mealy’ego

Y = Fy(S) P1

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2013

Automatyka STEROWNIKI PLC

Do identyfikacji etapu pracy stosowana jest zmienna S, która przechowuje stan układu i przyjmuje wartości dziesiętne, odpowiadające wagom kolejnych bitów w zapisie binarnym. Przydatność takiego rozwiązania zostanie zaprezentowana w następnym przykładzie, przy okazji konstrukcji programu sterującego.

Metody opisu układów sekwencyjnych Realizację układu sterowania o charakterze sekwencyjnym zawsze warto poprzedzić jego dokładnym opisem (przykład 2). Opis taki ma najczęściej postać graficzną, prezentuje etapy działania układu i ich wzajemne powiązania wraz z warunkami, które decydują o przejściach między nimi. Powstało wiele dokumentów systematyzujących taką formę opisu, jak niemiecka norma DIN 40719. Z punktu widzenia automatyki przełomowa okazała się jednak francuska norma NF-C-3-190 z 1978 r., w której opisano język dedykowany do tworzenia sterowania procesami sekwencyjnymi GRAFCET (fr. Graphe de Commande Etape Transition). Bazuje on na teorii sieci Petriego, opracowanej w latach 60. przez niemieckiego matematyka Carla Adama Petriego. GRAFCET został zaadoptowany w 1988 r. przez organizację IEC jako standard międzynarodowy (IEC-60848 „Preparation of function charts for control systems”), by na koniec trafić do normy IEC 61131-3 jako język SFC. Oczywiście, aby zaimplementować sekwencyjny układ sterowania, można wykorzystać dowolny język normy IEC 61131-3 (IL, LD, FBD albo ST). Wymaga to jednak przetłumaczenia przygotowanego wcześniej graficznego opisu sekwencji na kod w tym języku. Język SFC pozwala tego uniknąć, gdyż opis układu jest jednocześnie programem sterującym.

Przykład 3. Aby zobrazować trudy implementacji układu sekwencyjnego, utworzymy w języku drabinkowym LD program sterujący pompami z przykładu 2. Czujnikom L1 i L3 oraz pompom P1 i P2 odpowiadać będą zmienne typu BOOL o takich samych nazwach. Ponieważ jest to układ sekwencyjny, będzie potrzebna również zmienna opisująca jego stan. Nazwijmy ją STATE i nadajmy jej typ BYTE, który będzie odpowiedni zarówno do odczytu stanu jako liczby, jak i do odczytu poszczególnych bitów.

Rys. 6. Realizacja programu dla zbiornika rozchodowego z naprzemienną pracą pomp w języku LD

Zakładamy, że program będzie działał wg schematu pokazanego na rys. 5. Sześć stanów będzie reprezentowanych liczbami: 1, 2, 4, 8, 16 i 32, co odpowiada wagom bitów znajdujących się w bajcie na pozycjach od 0 do 5. Na podstawie rys. 5 utworzona została tab. 3, w której zestawione zostały wszystkie możliwe przejścia między stanami. W kolumnie STATE znajdują się numery stanów początkowych, w L1 i L3 wartości sygnałów z czujników poziomu będące warunkiem zmiany stanu (kreska oznacza, że wartość nie ma znaczenia), a w kolumnie STATE’ stan końcowy będący efektem spełnienia tych warunków. Kolumna Przesunięcie zawiera liczbę bitów, o którą należy przesunąć wartość zmiennej STATE, aby uzyskać wartość STATE’

(liczby dodatnie oznaczają przesunięcie w lewo, a ujemne w prawo). Dla uproszczenia problemu, tym razem nie uwzględniono w analizie błędnego wskazania czujników (tzn. L1 = 0 przy L3 = 1). Na podstawie tab. 3 utworzony został program pokazany na rys. 6. Linie 0001–0003 są implementacją tej tabeli, przy czym wiersze pogrupowano według wartości przesunięcia. W liniach 0004–0005 realizowany jest natomiast kombinacyjny układ wyjściowy w zoptymalizowanej formie, wykorzystującej postać binarną zmiennej STATE. Na wartości zmiennej STATE i wzorcu wykonywana jest funkcja boolowska AND, a jej wynik w funkcji GT porównywany jest z zerem. Załączenie pomp warunkowane jest wynikiem

Tab. 3. Możliwe zmiany stanów w sekwencji z rys. 5 STATE

STATE’

Przesunięcie

–

–4

–

–4

Tab. 4. Wysterowanie pomp P1 i P2 w zależności od ustawionych bitów w zmiennej STATE STATE

funkcji GT. Wzorce zostały utworzone na podstawie tab. 4, która z kolei jest przekształconą wersją tab. 2. Program z rys. 6 (pomimo jego zapisu w języku graficznym) w niczym nie przypomina sekwencji z rys. 5, której jest implementacją. Można sobie wyobrazić, jak trudna będzie próba jego analizy przez osobę postronną, która w dodatku nie ma dostępu do dokumentacji (a w szczególności opisu sekwencji).

Podstawy języka SFC Program w języku SFC składa się z kroków, powiązanych ze sobą za pomocą tranzycji oraz akcji przypisanych do tych kroków. Kroki (ang. steps) są graficzną reprezentacją poszczególnych etapów pracy układu sekwencyjnego. Każdy krok może być w jednym z dwóch stanów – aktywnym lub nieaktywnym. W języku SFC może być aktywnych kilka kroków naraz, toteż nie można ich powiązać jeden do jednego ze stanem układu. Zamiast tego stan ten jest określony zbiorem aktywnych kroków (i wartościami zmiennych). Kroki, tak jak i pozostałe elementy języka SFC, mogą być reprezentowane w sposób graficzny lub tekstowy. Ponieważ jednak język SFC jest odpowiedzią na potrzebę opisu graficznego układów sekwencyjnych, a jedną z głównych idei jego powstania było uproszczenie konstruowania i analizy programu, w większości środowisk (w tym w CoDeSys) dostępne są wyłącznie edytory graficzne tego języka. Kroki są w nich przedstawiane jako prostokąty

z umieszczoną w środku nazwą. Nazwa ta powinna mieć formę identyfikatora (tak jak zmienne czy nazwy POU). Do górnej i od dolnej krawędzi prostokąta, reprezentującego krok SFC, mogą biec połączenia – odpowiednio z poprzednim i następnym w kolejności krokiem. Mają one postać linii. Specyficznym krokiem jest krok początkowy. Od niego rozpoczyna się wykonywanie każdego programu w języku SFC. Każdy program może zawierać tylko jeden krok początkowy. Jest on reprezentowany (w formie graficznej) jako prostokąt z podwójnym obramowaniem. Z każdym krokiem powiązana jest struktura o takiej samej nazwie, zawierająca flagę stanu X typu BOOL oraz pole z czasem wykonywania kroku T typu TIME. Flaga stanu ma wartość TRUE (1), jeśli powiązany z nią krok jest aktywny i FALSE (0) w przeciwnym wypadku. Czas wykonywania kroku jest inicjowany wartością T#0s

w chwili jego aktywacji, aby następnie odmierzać czas, który od niej upłynął. Podczas pierwszego wykonania programu flaga stanu kroku początkowego ma wartość TRUE, natomiast wszystkich pozostałych FALSE (tab. 5). Kolejnym elementem języka SFC są tranzycje (ang. transitions), zwane też przejściami. Jak sugeruje nazwa, określają one, kiedy możliwe jest przejście z kroku (lub kroków) poprzedzających tranzycję do kroku (lub kroków) występujących po niej. Tranzycje są reprezentowane graficznie jako poziome belki przecinające pionowe linie łączące kolejne kroki. Z każdą tranzycją powiązany jest warunek przejścia przyjmujący wartości typu BOOL. Warunek ten (zgodnie z normą IEC 61131-3) może być zapisany w dowolnym z jej języków, tj. LD, FDB, IL lub ST. W praktyce, ze względu na zwięzłość zapisu, najczęściej stosuje się do jego opisu wyrażenia w języku ST. W takim wypadku przejście z kroku poprzedzającego tranzycję do kroku występującego po niej następuje, jeśli wyrażenie zwróci wartość logiczną równą jeden (TRUE). Reprezentacja graficzna tranzycji oraz sposoby opisu jej warunku zostały przedstawione w tab. 6. W środowisku CoDeSys warunek tranzycji można zapisać w edytorze SFC jako wyrażenie w języku ST lub zastąpić go nazwą tranzycji opisaną w dowolnym innym języku. Ostatnim elementem składowym języka SFC są akcje. Z każdym krokiem może być powiązana dowolna liczba akcji (w praktyce ograniczona jedynie możliwościami środowiska programistycznego). Krok, z którym nie jest powiązana żadna akcja może pełnić funkcję oczekiwania na spełnienie warunku przejścia. Akcja może być zmienną logiczną typu BOOL (tzw. flagą) lub blokiem instrukcji w jednym z języków standardu IEC 61131-3 (w tym również w SFC).

Tab. 5. Rodzaje kroków w języku SFC i wartości początkowe powiązanych z nimi struktur Reprezentacja graficzna

Wartości początkowe

Opis

NAZWA.X

NAZWA.T

krok początkowy wraz z połączeniami

BOOL#1

T#0s

krok zwykły wraz z połączeniami

BOOL#0

T#0s

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2013

Automatyka STEROWNIKI PLC

Tab. 6. Sposoby opisu warunków tranzycji Nazwa tranzycji

jeśli aktywny jest krok go poprzedzający i spełniony jest warunek tranzycji, która je łączy. Aktywacja kroku powoduje przy tym dezaktywację poprzedniego. Trzeba również pamiętać, że pola X i T, należące do struktury powiązanej z krokiem, służą wyłącznie do odczytu i błędem jest próba nadania im jakiejkolwiek wartości. Błędem jest również, jeśli obliczenie warunku przejścia (tranzycji) powoduje jakiekolwiek efekty uboczne (np. przypisanie wartości do zmiennej innej niż nazwa tranzycji).

Wyrażenie w języku ST

Akcje mają postać prostokątów umieszczonych z prawej strony kroków i są połączone z nimi linią. W najbardziej rozbudowanej wersji, reprezentacja taka może składać się z czterech elementów (rys. 7). Obowiązkowo musi ona zawierać nazwę (A2 na rys. 7). Opcjonalnie może zawierać tzw. kwalifikator (A1 na rys. 7), który określa sposób wykonywania akcji. Jeśli akcja jest zmienną typu BOOL, przez jej wykonanie rozumie się przypisanie wartości 1 (TRUE) do tej zmiennej. Kwalifikator ma postać jedno- lub dwuliterowego symbolu, który pochodzi od angielskiego słowa opisującego jego działanie. Dostępne kwalifikatory zestawiono w tab. 7. Jeśli akcja nie ma kwalifikatora, jest wykonywana podobnie, jak akcja z kwalifikatorem N. Opcjonalnie akcja może zawierać również wskaźnik stanu (A3 na rys. 7) będący zmienną typu BOOL oraz zbiór instrukcji w jednym z dostępnych języków (A4 na rys. 7).

Przykład 4.

Rys. 7. Graficzna reprezentacja akcji

W środowisku CoDeSys opis akcji składa się z kwalifikatora i jej nazwy lub zmiennej typu BOOL. W przypadku użycia nazwy akcji, jej „ciało” tworzone jest w osobnym okienku. Środowisko to udostępnia wszystkie opisane kwalifikatory poza P0 i P1. Podczas konstruowania programu w języku SFC należy pamiętać o kilku zasadach. Podstawową jest tzw. zasada przemienności. Mówi ona, że każde dwa kroki muszą być oddzielone tranzycją, a każde dwie tranzycje – krokiem. Każdy program w języku SFC musi mieć dokładnie jeden krok początkowy. Jest on aktywny jako pierwszy po uruchomieniu programu. Aktywacja każdego kolejnego kroku możliwa jest wyłącznie,

W artykule otwierającym niniejszy cykl posłużyliśmy się układem zbiornika z mieszadłem do zobrazowania podstawowych struktur danych i programu. Zostanie on ponownie użyty, tym razem jako przykład procesu sekwencyjnego. Układ (rys. 8) składa się z trzech zbiorników. W dwóch znajdują się składniki oznaczone symbolicznie nazwami A i B, trzeci wykorzystywany jest do odmierzenia zadanych ilości tych składników i ich wymieszania. Wyposażony jest w mieszadło napędzane silnikiem (oznaczonym M) oraz czujnik mierzący poziom w pewnym zakresie. Dozowanie składników odbywa się za pośrednictwem dwóch zaworów (oznaczonych odpowiednio A i B). Trzeci pełni funkcję zaworu spustowego gotowej mieszanki. Taka budowa układu determinuje w dużej mierze wymagany przebieg całego procesu. Powinien on rozpoczynać

Tab. 7. Kwalifikatory akcji Kwalifikator

Skrót od

–

Non-stored

Reset

Set

Limited

Akcja jest wykonywana maksymalnie przez zadany czas, o ile wcześniej powiązany z nią krok nie stanie się nieaktywny (tzw. akcja ograniczona w czasie)

Delayed

Akcja zaczyna być wykonywana po zadanym czasie aktywności powiązanego z nią kroku i pozostaje wykonywana do jej końca; należy pamiętać, że akcja nie wykona się w ogóle, jeśli krok nie będzie aktywny minimum przez zadany czas (tzw. akcja opóźniona w czasie)

Pulse

Stored and Delayed

Akcja jest rozpoczynana po określonym czasie i jest wykonywana (podobnie jak w przypadku kwalifikatora S) aż do zatrzymania kwalifikatorem R

Delayed and Stored

Akcja jest rozpoczynana po określonym czasie (o ile powiązany z nią krok jest jeszcze aktywny) i jest wykonywana aż do zatrzymania kwalifikatorem R

Stored and Limited

Akcja jest rozpoczynana i trwa określony czas

Pulse (1 – rising edge)

Działa tak samo jak P

Pulse (0 – falling edge)

Akcja jest wykonywana tylko raz po dezaktywacji skojarzonego z nią kroku

Opis

Brak kwalifikatora jest traktowany tak samo jak kwalifikator N Akcja jest wykonywana tak długo, jak długo skojarzony z nią krok jest aktywny (tzw. akcja niezapamiętywana) Zatrzymuje wykonywanie akcji (rozpoczętej, np. za pomocą kwalifikatora S) Rozpoczyna wykonywanie akcji, która trwa (nawet gdy powiązany z nią krok stanie się nieaktywny) aż do zatrzymania kwalifikatorem R (tzw. akcja zapamiętywana)

Akcja jest wykonywana tylko raz po aktywacji skojarzonego z nią kroku

Rys. 8. Zbiornik z mieszadłem

się od napełnienia zbiornika z mieszadłem pierwszym ze składników (np. składnikiem A) aż do osiągnięcia zadanego poziomu (wyznaczonego z zadanej ilości tego składnika lub ilości produktu gotowego i proporcji składników). Następnie powinien być dolewany do niego składnik B, aż do osiągnięcia sumy zadanych poziomów składników. Kolejnym etapem powinno być mieszanie, po zakończeniu którego zbiornik powinien być opróżniany. Projektowanie sterowania zaczyna się od wyodrębnienia wejść i wyjść układu i utworzenia zmiennych globalnych z nimi powiązanych. Ponieważ sterujemy zaworami A, B oraz C, a także załączaniem silnika M, definiujemy zmienne globalne VA, VB, VC oraz M typu BOOL, które odpowiadają tym wyjściom. Wielkością wejściową będzie poziom w zbiorniku, wykorzystywany do określenia ilości składników. Wartość określająca poziom przechowywana jest w zmiennej globalnej L typu REAL (rys. 9). Trzeba przy tym zastrzec, że w praktyce taki sposób pomiaru ilości mógłby być obarczony błędem, spowodowanym zjawiskiem kontrakcji (polegającym na zmniejszeniu się objętości mieszanki na skutek wzajemnego przenikania cząsteczek), ale na potrzeby przykładu efekt ten pominiemy. Ponieważ nie dysponujemy fizycznym obiektem, konieczne jest utworzenie fragmentu programu symulującego napełnianie i opróżnianie zbiornika. Zostało to zrealizowane w programie TANK (rys. 9), napisanym w tekście strukturalnym i wykonywanym w zadaniu cyklicznym o interwale 100 ms. Na potrzeby symulacji zakładamy, że poziom L zawiera się w przedziale 0,0–10,0 m, a otwarcie zaworu A (czyli VA = TRUE) powoduje zwiększenie poziomu o 0,02 m w każdym wywołaniu programu (linie 0001–0003). Analogicznie otwarcie zaworu B (VB

= TRUE) powoduje zwiększenie poziomu o 0,01 m, a zaworu C (VC = TRUE) – zmniejszenie go o 0,05 m w każdym cyklu (odpowiednio linie 0005–0007 i 0009–0011). Ostatnim elementem programu TANK jest ograniczenie poziomu w zbiorniku do zadanego przedziału (0013–0017). Właściwa część sterowania została natomiast zawarta w programie MAIN (rys. 9), stworzonym w języku SFC i wykonywanym w tym samym zadaniu, co symulacja. Dla uproszczenia przyjęto, że ilości składników będą zadawane za pomocą ich poziomów (wyrażonych w metrach) w zbiorniku, do którego są dozowane (odpowiadają im zmienne LA dla składnika A i LB dla składnika B, obydwie typu REAL). Zadany czas mieszania przechowywany jest w zmiennej MIX_T typu TIME, a proces inicjowany jest za pomocą sygnału START (typu BOOL). W programie wyodrębniono pięć etapów pracy układu i opisano je krokami: WAIT (oczekiwanie), FILL_A (dozowanie składnika A), FILL_B (dozowanie składnika B), MIX (mieszanie) oraz EMPTY (opróżnianie zbiornika). początkowym WAIT W kroku wszystkie zawory są zamknięte, silnik

wyłączony, a układ oczekuje na sygnał START. Po sygnale START następuje przejście do kroku FILL_A, w którym dozowanie składnika A realizowane jest przez wysterowanie zaworu A (akcja z kwalifikatorem N realizowana na zmiennej VA skutkuje jej ustawieniem w stan TRUE na cały czas trwania kroku). Po przekroczeniu poziomu LA (co sprawdzane jest za pomocą warunku tranzycji opisanego wyrażeniem L >= LA) następuje przejście do kroku FILL_B, w którym analogicznie jak poprzednio dozowany jest składnik B. Tym razem jednak warunkiem przejścia jest osiągnięcie poziomu LA + LB, gdyż trzeba wziąć pod uwagę poziom składnika A wlanego do zbiornika wcześniej. Po spełnieniu tego warunku następuje przejście do kroku MIX, w którym wykonywane są dwie akcje. Po pierwsze włączane jest mieszadło (akcja z kwalifikatorem S realizowana na zmiennej M) oraz po czasie MIX_T ustawiana jest flaga MIX_DN (akcja z kwalifikatorem DS na zmiennej MIX_DN). Ustawienie tej flagi jest jednocześnie warunkiem przejścia do kroku EMPTY, w którym jest ona kasowana (akcja z kwalifikatorem R na zmiennej MIX_DN), wyłączany jest silnik

Rys. 9. Program sterujący zbiornikiem z mieszadłem

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2013

Automatyka STEROWNIKI PLC

mieszadła (akcja z kwalifikatorem R na zmiennej M) oraz wysterowywany zawór VC (akcja z kwalifikatorem N na zmiennej VC). Opróżnienie zbiornika (spełnienie warunku L = 0,0) powoduje przejście do stanu WAIT, w którym układ gotowy jest na następny cykl. Na rys. 10 przedstawiono wyniki symulacji dla wartości LA = 3,5, LB = 2,5 oraz czasu mieszania wynoszącego 10 s.

Złożone sekwencje w języku SFC Układ sekwencyjny z przykładu 4 charakteryzuje się względną prostotą. W dowolnej chwili aktywny jest tylko jeden krok, a sekwencja ma tylko jeden możliwy przebieg. W praktyce sterowanie procesami wymaga często wykonywania wielu etapów równolegle, a czasami również wykonywania pewnych jego części warunkowo. W tym celu w języku SFC przewidziano konstrukcje umożliwiające opis bardziej złożonych sekwencji. Najistotniejsze z tych konstrukcji zestawione zostały w tab. 8. Pierwsza z nich to pojedyncza sekwencja, która została już użyta w przykładzie 4. Odpowiada ona sytuacji, w której kroki mają być wykonane jeden po drugim. Bardziej skomplikowana jest konstrukcja w drugim wierszu tabeli. Z jej pomocą można w języku SFC obsłużyć sytuację, w której część sekwencji wykonuje się w sposób zależny od pewnych warunków. Należy przy tym pamiętać, że wykonana zostanie tylko jedna z utworzonych w ten sposób gałęzi. Jeśli spełnione są warunki przejścia dla kilku, o ścieżce wykonania decyduje priorytet. Może być on określony w sposób jawny (np. za pomocą liczby przy warunku) lub przyjęty domyślnie

(kolejność wykonania od lewej do prawej strony). Jeśli priorytety nie są określone, należy tak skonstruować warunki, aby wzajemnie się wykluczały – jest to jednak sytuacja spotykana stosunkowo rzadko. W każdym znanym autorowi środowisku programowania PLC istnieje możliwość określenia priorytetu, w CoDeSys używany jest wariant z priorytetami malejącymi od lewej strony do prawej. Rozgałęzienie utworzone w opisany sposób może zostać zakończone tak, jak to pokazano w trzecim wierszu tabeli. Specyficznym przypadkiem rozgałęzienia sekwencji jest tzw. bypass umożliwiający warunkowe ominięcie pewnego kroku. Można go utworzyć za pomocą gałęzi z samą tranzycją (bez kroku). Równoczesne wykonanie więcej niż jednego etapu można osiągnąć za pomocą konstrukcji pokazanej w czwartym i piątym wierszu. Należy przy tym pamiętać, że rozpoczęcie wykonania równoczesnego w dwóch lub większej liczbie gałęzi następuje w tej samej chwili (co podkreśla jeden wspólny warunek), ale dalsze ich przetwarzanie przebiega już w sposób niezależny i może różnić się czasem wykonania. Jest to istotne szczególnie w chwili zakończenia wykonywania równoczesnego, kiedy wszystkie z równoległych sekwencji muszą się zakończyć, aby możliwe było przejście dalej. Ostatnią z omawianych konstrukcji jest pętla (szósty wiersz tabeli). Umożliwia ona zamknięcie sekwencji, która będzie wykonywana cyklicznie.

Przykład 5. Tym razem wykorzystamy rozbudowaną wersję układu opisanego w przykładzie 4. Przedstawiony tam zbiornik

Rys. 10. Wyniki symulacji zbiornika z mieszadłem

z mieszadłem stanowi w niej tylko jeden z elementów większej instalacji i oznaczony został literą C (rys. 11). Sekwencja jego działania pozostaje niezmieniona, jednak mieszanka powstała ze składników A i B, a po zakończeniu procesu jest wlewana przez zawór C do zbiornika G. Do tego samego zbiornika zostaje wlany produkt ze zbiornika F, w którym mieszane są składniki D i E. Zbiornik F w odróżnieniu od zbiornika C nie ma analogowego czujnika poziomu, a jedynie dwustanowy czujnik sygnalizujący, że jest on pusty. Dozowanie składników D i E odbywa się natomiast przez pomiar przepływu (przepływomierz wyposażony w funkcję całkowania przepływu w czasie). Umożliwia to równoczesne dozowanie obydwu składników. Po ich dostarczeniu są one mieszane, po czym zbiornik jest opróżniany przez zawór F. Po dostarczeniu do zbiornika G półproduktów ze zbiorników C i F są one w nim mieszane przez zadany czas i gotowy produkt opuszcza ten zbiornik poprzez zawór G. Zbiornik G, tak jak F, posiada jedynie dwustanowy czujnik sygnalizujący, że jest on pusty. Objętości półproduktów nie są mierzone, gdyż zakładamy, że zużywane są w całości. Rozbudowa układu powoduje również pewną komplikację sekwencji opisującej jego działanie. Wynika to m.in. z faktu, że procesy mieszania w zbiornikach C i F przebiegają równolegle. Proces powinien rozpoczynać się więc od tego, że do zbiornika C nalewamy składnik A, a po osiągnięciu zadanego poziomu dolewamy składnik B (aż do osiągnięcia sumy zadanych poziomów A i B). Następnie przez zadany

Tab. 8. Najistotniejsze konstrukcje w języku SFC Lp.

Reprezentacja graficzna

Opis

Sekwencja pojedyncza 1

Jeśli krok K1 jest aktywny i warunek przejścia T1 jest spełniony (tzn. ma wartość TRUE), następuje przejście do kroku K2.

Rozgałęzienie (wybór) sekwencji 2

Jeśli krok K1 jest aktywny i warunek przejścia T1 jest spełniony (a warunek T2 i ewentualne pozostałe nie są spełnione), następuje przejście do kroku K2; jeśli natomiast spełniony jest warunek T2 (a warunek T1 i ewentualne pozostałe nie są spełnione), następuje przejście do kroku K3 itd. Jeśli spełniony jest więcej niż jeden z warunków, o następnym kroku decyduje ich priorytet – domyślnie przyjmowane jest, że priorytety maleją od lewej do prawej strony.

Zakończenie rozgałęzienia (wyboru) sekwencji 3

Przejście do kroku K3 następuje, jeśli aktywny jest krok K1 i spełniony jest warunek przejścia T1 albo jeśli aktywny jest krok K2 i spełniony jest warunek przejścia T2 (i analogicznie dla pozostałych gałęzi, jeśli takie istnieją).

Wykonanie równoległe sekwencji 4

Jeśli krok K1 jest aktywny i spełniony jest warunek przejścia T1, następuje równoczesne przejście do wszystkich kroków umieszczonych poniżej podwójnej linii poziomej (tj. K2, K3 itd.). Przetwarzanie obydwu gałęzi postępuje dalej niezależnie.

Zakończenie wykonania równoległego sekwencji 5

Jeśli wszystkie kroki, które łączą się z podwójną linią poziomą (tj. K1, K2 itd.) są aktywne i spełniony jest warunek przejścia T1, następuje przejście do kroku K3.

Pętla 6

czas składniki są mieszane, a na koniec zbiornik jest opróżniany. W tym samym czasie do zbiornika F nalewane są składniki D i E. Nalewanie odbywa się równocześnie, a zawory zamykane są po osiągnięciu zadanej objętości składnika. Po zakończeniu dozowania obydwu składników odbywa się mieszanie, a na koniec zbiornik jest opróżniany. W zbiorniku G po zakończeniu opróżniania zbiorników C i F (co jest równoznaczne z napełnieniem zbiornika G zadanymi ilościami półproduktów)

Jeśli aktywny jest krok K2 i spełniony jest warunek T2, następuje przejście do kroku K1, który poprzedza krok K2.

rozpoczyna się mieszanie, które trwa przez zadany czas. Po jego zakończeniu otwierany jest zawór G, na czas niezbędny do opróżnienia zbiornika G. Kiedy czynność ta zostanie ukończona, układ jest gotowy do następnego cyklu. Tworzenie programu – podobnie jak w poprzednim przykładzie – rozpoczynamy od zdefiniowania zmiennych globalnych (rys. 12). Sterowanym zaworom odpowiadają zmienne od VA do VG, a silnikom zmienne M1, M2 i M3 (wszystkie typu BOOL). Aktualny

poziom w zbiorniku C, wyrażony w metrach, przechowywany jest w zmiennej LC typu REAL. Tworzymy również, do celów symulacji, zmienne LF i LG, ale zakładamy, że z braku czujników poziomy te nie są dostępne dla celów sterowania. Zamiast tego minimalny poziom w zbiornikach F i G jest sygnalizowany za pomocą zmiennych MIN_F i MIN_G typu BOOL. Objętość składników, które przepłynęły przez zawory D i E jest przechowywana w zmiennych odpowiednio FD i FE (typu REAL).

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2013

Automatyka sterowniki plc

Rys. 11. System zbiorników z mieszadłami

Kolejnym elementem projektu sterowania są programy symulujące trzy zbiorniki TANK_C, TANK_F i TANK_G (rys. 13). Program ten dla zbiornika C jest analogiczny, jak ten opisany w przykładzie 4. Dla zbiornika F program symulujący oblicza dodatkowo objętości składników D i E, które przepłynęły przez zawory od początku sekwencji (linie 0002 i 0006). Na końcu programu dodano również linię (0017), w której symulowany jest czujnik minimalnego poziomu. Ostatni program, symulujący zbiornik G, jest analogiczny do programu dla zbiornika C poza dodatkową linią, w której symulowany jest czujnik minimum (linia 0015). Wszystkie trzy programy wykonywane są w zadaniu o interwale 100 ms. Dla potrzeb przykładu określono liczbowo wielkości – dla zbiorników C i F przyjęto pole powierzchni podstawy 10 m2 i wysokość 10 m. Zbiornik G ma takie samo pole powierzchni podstawy, ale wysokość równą 20 m. Założono również, że otwarcie zaworu A powoduje zwiększanie poziomu w zbiorniku C o 0,02 m, a zaworu B o 0,01 m, natomiast otwarcie zaworu spustowego C – zmniejszenie poziomu o 0,05 m co 100 ms. Dla zaworów D i E określono przepływy równe odpowiednio 0,5 m3/s i 1,0 m3/s, co daje zwiększenie poziomu w zbiorniku F o 0,005 m dla zaworu D i o 0,01 m dla zaworu E co każde 100 ms. Zawór spustowy F realizuje przepływ na poziomie 5 m3/s, co przy założonych wymiarach zbiornika daje zmianę poziomu o 0,05 m co 100 ms. Identyczny przepływ ma zawór G, co dla zbiornika G oznacza zmianę poziomu o 0,025 m co każde 100 ms otwarcia tego zaworu. Właściwa sekwencja została umieszczona w programie MAIN (rys. 12).

Rozpoczyna się ona krokiem WAIT, w którym następuje inicjacja zmiennych FE i FD. Inicjację tę umieszczono w akcji INIT zapisanej w języku ST i wykonywanej jednorazowo po uaktywnieniu kroku (zapewnia to kwalifikator P). Po uruchomieniu procesu za pomocą sygnału START aktywowane są

równolegle kroki: FILL_A, rozpoczynający sekwencję dla zbiornika C oraz FILL_D i FILL_E, rozpoczynające sekwencję dla zbiornika F. Obie te sekwencje kontynuowane są dalej niezależnie. W kroku FILL_A otwierany jest zawór A, co rozpoczyna napełnianie zbiornika C pierwszym składnikiem (akcja na zmiennej VA z kwalifikatorem N). Po osiągnięciu poziomu LA następuje przejście do kroku FILL_B, w którym z kolei otwierany jest zawór B dozujący drugi składnik (akcja na zmiennej VB z kwalifikatorem N). Po osiągnięciu w zbiorniku C poziomu LA+LB następuje przejście do kroku MIX1, w którym załączany jest silnik M1 i ustawiana (z opóźnieniem) jest flaga MIX1_DN (akcje z kwalifikatorami odpowiednio S i DS). Ustawienie tej flagi jest jednocześnie warunkiem przejścia do kroku EMPTY_C. W nim flaga MIX1_DN jest zerowana, a silnik M1 wyłączany (akcje z kwalifikatorami R). Realizacja tego kroku warunkuje również załączenie zaworu spustowego C (akcja z kwalifikatorem N na zmiennej VC).

Rys. 12. Program sterujący systemem zbiorników – część główna

w nim mieszadło napędzane silnikiem M3 (akcja z kwalifikatorem S) oraz ustawiana z opóźnieniem flaga MIX3_DN (kwalifikator DS). Analogicznie jak w poprzednich przypadkach, flaga ta jest jednocześnie warunkiem przejścia do kroku EMPTY_G, w którym jest ona kasowana, silnik M3 jest wyłączany (kwalifikatory R), a zawór spustowy G otwarty (akcja z kwalifikatorem N na zmiennej VG). Po opróżnieniu zbiornika, sygnalizowanym czujnikiem dwustanowym (zmienna MIN_G), następuje powrót do kroku WAIT rozpoczynającego sekwencję. Przebieg symulacji dla wartości LA = 3,5, LB = 2,5, FD_SP = 30,0 oraz FE_SP = 35,0 przedstawiono na rys. 14. Czasy mieszania wynoszą odpowiednio 5 s dla M1, 10 s dla M2 oraz 15 s dla M3.

Rys. 13. Program sterujący systemem zbiorników – symulacja zbiorników

Równocześnie wykonywana jest sekwencja zbiornika F. Rozpoczyna się ona (wykonywanymi równolegle) krokami FILL_D i FILL_E, w których wysterowane są zawory, odpowiednio D i E (akcje z kwalifikatorem N na zmiennych VD i VE). Przejście z każdego z tych kroków do kolejnego (odpowiednio FILLED_D i FILLED_E) następuje dopiero po osiągnięciu zadanych objętości (FD_SP i FE_SP). Aktywowanie kroków FILLED_D i FILLED_E stanowi potwierdzenie spełnienia tych warunków oraz jedyny warunek zakończenia wykonania równoległego (gdyż warunek przejścia jest zastąpiony wartością TRUE) i przejścia do kroku MIX2. Analogicznie jak dla zbiornika C, w kroku tym uruchamiane jest mieszanie (akcja z kwalifikatorem S na zmiennej M2) oraz ustawiana z opóźnieniem flaga MIX2_DN (kwalifikator DS).

Flaga ta jest jednocześnie warunkiem przejścia do kroku EMPTY_F, w którym jest ona kasowana (z pomocą kwalifikatora R) i wyłączane jest mieszanie (akcja z kwalifikatorem R na zmiennej M2). Na czas aktywności kroku załączany jest również zawór spustowy F (akcja z kwalifikatorem N na zmiennej VF). Równoległe wykonywanie obydwu opisanych gałęzi kończy się przejściem do kroku MIX3, jeśli aktywne są kroki EMPTY_C i EMPTY_F oraz zostanie spełniony warunek przejścia nazwany BOTH_EMPTY. Został on opisany w języku FBD i ma wartość TRUE, jeśli poziom w zbiorniku C jest równy 0, przy jednoczesnym sygnale z czujnika poziomu minimum w zbiorniku F (czyli obydwa te zbiorniki są puste). Krok MIX3 zbudowany jest analogicznie jak MIX1 i MIX2, tzn. załączane jest

Podsumowanie Zaprezentowane przykłady układów sterowania procesami pozwoliły przybliżyć najważniejsze cechy języka SFC. Warto jednak pamiętać, że jego zastosowanie nie ogranicza się wyłącznie do tego typu aplikacji. Może on być wykorzystany również w przypadku maszyn i urządzeń, których działanie ma charakter sekwencyjny, lub w których można wyodrębnić części o takim charakterze. Nawet w przypadku układu sterowania, którego działanie trudno podzielić na etapy, język SFC może zostać zastosowany do opisu stanu, upraszczając w ten sposób znacznie jego diagnostykę. mgr inż. Marcin Zawisza PAR

Rys. 14. Wyniki symulacji systemu zbiorników

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2013

Robotyka Mikrokomputery w układach sterowania

Nowe platformy mikrokomputerowe do zastosowań w robotyce W wielu ciekawych gałęziach dzisiejszej inżynierii, jak montaż pojazdów, produkcja płytek drukowanych oraz elektronika użytkowa, stosowane są roboty. Dzięki poradom dotyczącym zastosowań oraz przykładowym programom i materiałom do samodzielnej nauki dostępnym on-line, poznawanie robotyki jeszcze nigdy nie było tak proste, niezależnie od tego, czy jest się doświadczonym inżynierem, czy też całkowicie początkującym

Portal element14 stanowi encyklopedyczną bibliotekę wiedzy dla projektantów układów elektroniki, w tym systemów sterowania dla robotyki. Niezależnie od tego, czy preferowaną platformą wbudowaną jest AVR, PIC czy też 32-bitowe układy ARM, portal element14 gwarantuje pełne wsparcie konstruktorom. Niniejszy artykuł stanowi przegląd wybranych najpopularniejszych mikrokomputerów stosowanych w robotyce, w tym do sterowania silnikami. Procesor Sitara AM3359 ARM Cortex-A8 w dostępnych od niedawna miniaturowych komputerach BeagleBone Black stanowi platformę 1 GHz idealną do realizacji projektów związanych z robotyką. Mimo że BeagleBone to jedynie „szkieletowa” wersja płytki BeagleBoard, jest ona wyposażona

Promocja

Płytka Raspberry Pi model B (512 MB) Numer katalogowy Farnell element14: 2191863

w podwójne złączki 46-stykowe, obsługuje standardy komunikacji przemysłowej, a także niedawno dodany interfejs HDMI. Płytka BeagleBone Black jest znacznie tańsza niż wersja oryginalna i standardowo ma wbudowany system Ångström Linux, dzięki czemu doskonale sprawdza się w najbardziej zaawansowanych aplikacjach robotycznych. W celu zapewnienia obsługi najbardziej wymagających zastosowań, płytka została wyposażona w 512 MB pamięci RAM DDR3. Płytka BeagleBone Black może pełnić rolę interfejsu dla wszystkich stosowanych w robotyce sterowników silników, czujników położenia lub ciśnienia oraz kamer 2D lub 3D. Umożliwia też uruchamianie oprogramowania OpenCV, OpenNI i innych programów

do rejestracji i analizowania obrazu. Rozpoznaje obiekty w otoczeniu robotów oraz gesty, za pomocą których odbywa się sterowanie urządzeniami. Płytka BeagleBone Black stanowi rozwiązanie typu Open Source, co oznacza, że można wykorzystać jej projekt i rozmieszczenie elementów BGA, a młodzi konstruktorzy są wspierani przez zaangażowaną społeczność deweloperów. Płytka Raspberry Pi, nieco wolniejsza niż BeagleBone Black i wyposażona w inny procesor aplikacji ARM1176JZ-F, może być wykorzystywana do sterowania robotami. Można w niej także zastosować moduł GPS i kamerę USB, aby stworzyć inteligentny system sterowania. Dzięki szerokiej gamie płytek rozszerzeń dostępnych dla płytki Raspberry Pi wiele zadań niskiego poziomu

Fot. Farnell element 14

w tej dziedzinie amatorem.

Płytka BeagleBone Black. Producent: CIRCUITCO Numer katalogowy Farnell element14: 2291620 Numer katalogowy producenta: BB-BBLK-000

Fot. Farnell element 14

można przesunąć do mniejszych kontrolerów, pozostawiając głównemu modułowi funkcje przetwarzania danych i rozdzielania zadań. W roku wprowadzenia na rynek Raspberry Pi pojawiło się wiele zastosowań w dziedzinie robotyki na całym świecie, wśród których należy wspomnieć wykorzystanie układu Raspberry Pi do sterowania dronami. Raspberry Pi stanowi także doskonałe narzędzie edukacyjne. Specjalnie dla celów nauki sterowania silnikami i podstawowych zagadnień robotyki opracowano płytki takie, jak Assembled Gertboard czy PiFace Digital. System operacyjny Raspbian ułatwia nauczanie robotyki w szkołach, natomiast rozwiązania sprzętowe Raspberry Pi zapewniają dostęp GPIO, dzięki czemu platforma doskonale sprawdza się we wszystkich projektach w dziedzinie robotyki, może z wyjątkiem najbardziej wymagających. Jeśli projekty robotów nie wymagają najbardziej zaawansowanych procesorów

Płytka Arduino Uno. Producent: Arduino Numer katalogowy Farnell element14: 2075382 Numer katalogowy producenta: A000066

Płytka Freescale Freedom. Producent: FREESCALE SEMICONDUCTOR Numer katalogowy Farnell element14: 2254491 Numer katalogowy producenta: FRDM-KL05Z

aplikacji serii Cortex-A, a można przyjąć, że tak jest w wielu przypadkach, możliwe są inne opcje. Platforma Freescale Kinetis Freedom, obejmująca płytki FRDM-KL05Z, FRDM-KL25Z oraz FRDM-K20D50S, stanowi rozwiązanie z układami Cortex-M0+/Cortex-M4 przeznaczone dla robotyki. Do uruchomienia dwóch silników z różnymi prędkościami wymagane są dwa kanały PWM, dwa do trzech kanałów do wysyłania impulsów wyzwalających 10 µs do czujników ultradźwiękowych oraz trzy do pięciu kanałów do rejestrowania impulsów zwrotnych z czujników ultradźwiękowych. Zestaw RoboKit Freescale, w którym wykorzystano płytkę mechatroniczną Tower System to łatwa w obsłudze platforma projektowania i demonstracji rozwiązań mechatronicznych. Zestaw ten pozwala połączyć mechanikę, elektronikę i oprogramowanie w jeden zintegrowany system. Układ Microchip PIC16F684 można wykorzystać do stworzenia robota w formie odwróconego wahadła. Układ regulacji PID, zbudowany na PIC16F684, pozwala zastosować sprzężenie zwrotne kontroli pozycji w systemie samoistnie niestabilnym. Do zademonstrowania tego typu kontroli może służyć mechanizm odwróconego wahadła. Odwrócone wahadło składa się z trzech głównych części: platformy podstawy, wahadła oraz płytki sterownika. Mimo że układ ten służy do demonstracji możliwości mikrokontrolerów PIC w prostych systemach sterowania, mikrokontrolery PIC32 mogą sterować także złożonymi systemami robotyki. Microchip zapewnia wszechstronne wsparcie programowe, bardzo przydatne w budowaniu robotów.

Na koniec należy wspomnieć o szerokiej gamie płytek Arduino stanowiących doskonałe wprowadzenie do świata robotyki. Arduino oferuje wiele przykładowych programów oraz przystępne środowisko IDE w modelu Open Source – od 8-bitowych układów Atmega328 w płytkach Arduino Uno aż po 32-bitowe układy SAM3X8E Cortex-M3 w płytkach Due. Popularność rozwiązań Arduino w dziedzinie robotyki wynika z ich przemyślanej konstrukcji i prostoty. Wyzwanie polegające na stosowaniu 8-bitowych mikrokontrolerów AVR do zadań, w których zwykle można myśleć o procesorach 32-bitowych, daje satysfakcję i poszerza horyzonty. W przypadku części płytek konstruktorskich projekty robotów można tworzyć przy użyciu oprogramowania CadSoft EAGLE. Firma CadSoft niedawno wprowadziła nową wersję oprogramowania EAGLE 6.4 do projektowania, rozbudowując je o nowe funkcje współpracy i udoskonalone możliwości symulacji. Wszystkie opisane produkty dostępne są w naszym sklepie internetowym. Współpracujemy z 3500 wiodącymi producentami. Alfabetyczna lista producentów dostępna jest na stronie pl.farnell.com w zakładce „Produkty”. Zainteresowanych zapraszamy do odwiedzenia portalu www.element14.com, w którym można znaleźć darmowe porady i webinaria oraz uzyskać szczegółowe informacje o produktach.

Joe Alderson inżynier ds. marketingu technicznego Farnell element14 www.element14.com

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2013

Robotyka ROBOTY MOBILNE

Mały robot pirotechniczny PIAP Gryf Robot mobilny PIAP Gryf powstał w wyniku współpracy Przemysłowego Instytutu Automatyki i Pomiarów PIAP w Warszawie oraz Państwowej Straży Granicznej. Celem projektu było opracowanie lekkiej (o masie nieprzekraczającej 50 kg) i wytrzymałej platformy mobilnej przy jednoczesnym zwiększeniu funkcjonalności i udźwigu manipulatora.

Baza mobilna Platforma mobilna została opracowana w oparciu o doświadczenia nabyte podczas produkcji i eksploatacji robotów PIAP Scout. W celu zachowania wysokiej stabilności robota zaprojektowano nową, powiększoną bazę mobilną, z bardzo mocnym mechanizmem napędu przednich gąsienic. Podobnie jak w robotach PIAP Scout, robot PIAP Gryf ma nisko umieszczony środek ciężkości i tę samą wysokość bazy, ale z prześwitem zwiększonym do 7 cm. Zostały także opracowane nowe opony o zwiększonej odporności na działanie czynników chemicznych.

Promocja

Robot PIAP Gryf

Baza mobilna robota PIAP Gryf porusza się za pomocą układu hybrydowego, złożonego z czterech kół, dwóch gąsienic wykonanych z poliuretanu oraz gąsienic przednich o zmiennym kącie nachylenia. Te ostatnie zapewniają podparcie i stabilizację robota podczas podnoszenia manipulatorem ciężkich obiektów, a także w znacznym stopniu ułatwiają pokonywanie przeszkód (np. schodów). Każda z czterech gąsienic posiada tzw. zabieraki, które zwiększają przyczepność oraz umożliwiają wjazd na różne napotkane przeszkody. Zastosowane rozwiązanie zapewnia dobre możliwości terenowe robota przy zachowaniu jego małej masy. Istnieje możliwość zdemontowania kół

jezdnych, co w razie potrzeby pozwala zmniejszyć gabaryty robota.

Napędy We wnętrzu platformy umieszczono dwa silniki elektryczne połączone z przekładniami łańcuchowymi napędzającymi koła robota, napęd pochylenia ramion gąsienic przednich, kamery, akumulatory oraz układy komunikacji i sterowania robotem. Zastosowane silniki z przekładniami łańcuchowymi umożliwiają osiąganie prędkości 3,6 km/h. Zastosowany napęd jest wystarczająco mocny, żeby podnieść robota przy maksymalnym obciążeniu manipulatora, a ramiona przednich gąsienic mogą wykonywać obroty bez ograniczeń.

Fot. PIAP

PIAP Gryf został zaprojektowany z myślą o zwiększeniu funkcjonalności małego robota do rozpoznania minersko-pirotechnicznego. Przeznaczeniem robota jest transport i neutralizacja ładunków niebezpiecznych bez konieczności narażania życia ludzi. W podstawowej konfiguracji robot składa się z bazy mobilnej, manipulatora i kamery PTZ.

Kamery W bazie mobilnej umieszczone są dwie kamery – przednia i tylna. Kamery wyposażone są w oświetlacze światła białego lub podczerwieni o regulowanej intensywności świecenia. Ogrzewacze szyb kamery pozwalają na przeciwdziałanie efektowi parowania szyb podczas zmian temperatury środowiska pracy robota.

ramienia manipulatora (np. karoserię samochodu), • umożliwiają operatorowi podparcie przegubem manipulatora podczas podnoszenia ciężarów – w ten sposób zmniejszane jest ramię, na którym podnoszony jest ładunek, co pozwala na podejmowanie ładunków wymagających stabilniejszego i cięższego robota.

Zasilanie

Wyposażenie dodatkowe

Zastosowany akumulator jest identyczny jak w robotach PIAP Scout i pozwala na dwie godziny pracy robota. Akumulator wkładany jest z lewej strony do kieszeni korpusu robota i zabezpieczany zapinkami. Jego wymianę można przeprowadzić w ciągu kilku sekund. Taki sam akumulator stosowany jest w stanowisku operatorskim robota.

Na korpusie robota oraz na manipulatorze umieszczone są specjalnie zaprojektowane, wzmocnione szyny, zgodne ze standardem STANAG 4694. Zapewniają one szybkie i pewne mocowanie akcesoriów robota oraz manipu-

Manipulator Opracowany manipulator robota PIAP Gryf ma siedem stopni swobody, w tym jeden ustawiany manualnie. Maksymalny udźwig robota wynosi 15 kg (5 kg przy maksymalnym wysięgu ramienia). Na manipulatorze są umieszczone uchwyty do takich akcesoriów jak np. głowica PTZ, wyrzutnik pirotechniczny, czy kamera. Charakterystyczną cechą manipulatora są pomocnicze koła zamocowane na łokciu i nadgarstku. Pełnią one wiele funkcji: • umożliwiają doświadczonemu operatorowi robota pokonywanie wysokich przeszkód, • osłaniają przeguby manipulatora przed uszkodzeniem i porysowaniem, • chronią przed porysowaniem powierzchnię, z którą styka się przegub

Panel sterowania

Dane techniczne robota PIAP Gryf Masa: 38 kg Wymiary: – długość: 690 mm – długość z gąsienicami przednimi: 840 mm – szerokość z kołami: 560–580 mm – szerokość bez kół: 440 mm – wysokość: 400 mm Układ jezdny: cztery koła i dwa pasy gąsienicowe

PIAP Gryf i nawijarka

Prędkość maksymalna: 3,6 km/h Manipulator: 7 stopni swobody Maksymalny udźwig manipulatora: od 5 kg do 15 kg Ruch podstawy manipulatora w płaszczyźnie poziomej: ponad 360° Zasięg łącza radiowego: 500 m

latora. Rozwiązanie to umożliwia optymalne rozmieszczenie manipulatora (a także innych akcesoriów montowanych na szynach robota) pod kątem wyważenia robota, zasięgu, łatwości dostępu i obsługi etc. Umożliwia to dostosowanie robota do planowanego zadania. Obok manipulatora na szynach można umieścić zasobnik z akcesoriami robota, które mogą wymagać obsługi przez manipulator (kosze na ładunki, czujniki itp.).

Fot. PIAP

Obecnie roboty PIAP GRYF używane są przez służby odpowiedzialne za bezpieczeństwo i obronę. Konstrukcja jest rozwijana zgodnie z życzeniami użytkowników, głównie w zakresie współpracy z akcesoriami specjalistycznymi.

mgr inż. Tomasz Krakówka Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP Gryf bez koła

PIAP

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2013

Robotyka chwytaki

SCHUNK – synergia technologiczna koniecznością ekonomiczną Złożoność procesów produkcyjnych w odpowiedzi na wysokie oczekiwania klientów względem wytwarzanych produktów oraz względy ekonomiczne są obecnie głównymi czynnikami wpływającymi na kształtowanie się nowych trendów w obróbce mechanicznej i automatyzacji.

W procesie wytwarzania wykorzystuje się wiele technologii, przez co konieczne jest przemieszczanie detalu pomiędzy różnorodnymi stanowiskami. Ekonomia wymusza optymalizację produkcji zarówno pod względem minimalizacji czasów obróbki, jak również czasów pomocniczych. Firma SCHUNK już w latach 70. ubiegłego wieku zauważyła, iż dla wytwórcy liczyć się będzie nie tylko perfekcyjna technologia mocowania, ale także efektywna technologia przemieszczania przedmiotu obrabianego. Naturalną konsekwencją tej obserwacji było rozpoczęcie przez firmę prac nad rozwojem technologii chwytania i osprzętu do robotów. SCHUNK szybko stał się liderem rynku i już od wielu lat wyznacza standardy w obu tych dziedzinach. Jest to jedyna firma na świecie, która oferuje równocześnie rozwiązania dotyczące mocowania narzędzi, detalu oraz technologię chwytania, technologie

przemieszczeń i oprzyrządowanie do robotów przemysłowych. Dzięki możliwości otrzymania całego oprzyrządowania maszyny z jednego źródła odbiorca może uniknąć problemów, których przyczyną jest konieczność przeróbek elementów współpracujących pochodzących od różnych dostawców. Nie bez znaczenia jest również możliwość obniżenia kosztów oprzyrządowania, ponieważ odbiorca ma możliwość większej negocjacji cen z uwagi na większą wartość zamówienia. Firma SCHUNK ze swojej strony, jako dostawca minimalizuje własne koszty badań i rozwoju, korzystając z faktu, iż technologia chwytania i mocowania są do siebie bardzo zbliżone. Technologia bądź rozwiązanie, które zostały zaprojektowane dla jednej technologii, mogą po kilku modyfikacjach zostać wdrożone w drugiej. W ofercie firmy SCHUNK technologie przenikają się, tworząc synergię

Synergia SCHUNK Toczenie, mocowanie, chwytanie i przenoszenie wykorzystanie potencjału z nowatorskimi produktami firmy SCHUNK

Zautomatyzowany transport

Fot. SCHUNK

Zautomatyzowany transport

Tokarka

Synergiemaschine_200x95_PL_0513.indd 1

Promocja

Automatyczny załadunek maszyny

Centrum obróbkowe

Modułowa automatyka Mobilne systemy montażowa chwytakowe

21.05.13 16:50

systemy owe

3 16:50

– wydajne i ekonomiczne połączenie techniki mocowania oraz technologii chwytania i przemieszeń. Technologia magnesów permanentnych, wdrożona z sukcesem w mocowaniu detali, została zaadoptowana do budowy chwytaka magnetycznego stosowanego w robotyzacji procesów załadunku. Moduły VERO-S, powszechnie stosowane do mocowania detali lub palet na stołach lub we wrzecionach obrabiarek, zostały zaadaptowane jako interfejs do chwytania palet przez roboty. W przypadku właściwie każdej obrabiarki firma SCHUNK oferuje oprzyrządowanie dla całego procesu: • załadunku – np. za pomocą technologii magnetycznej lub chwytaków dla zrobotyzowanych gniazd, także z możliwością wyposażenia systemu w manipulatory kartezjańskie własnej produkcji, • obróbki – systemy mocujące detal lub palety oraz oprawki narzędziowe, • rozładunku lub przeniesienia detalu na inna obrabiarkę.

Co bardzo ważne, synergia firmy SCHUNK możne być wdrożona nie tylko w drogich zaawansowanych systemach obróbkowych, ale także w obróbce małoseryjnej. Pomysł wykorzystania chwytaka z interfejsem wrzecionowym do podawania i odbioru detalu w strefie obróbki umożliwia w najprostszych centrach obróbkowych korzystanie z dobrodziejstwa synergii na poziomie podstawowym. Firma SCHUNK dzięki synergii technologii mocowania i chwytania pozwala wykorzystać ukryte możliwości zarówno skomplikowanych, jak i prostych systemów obróbkowych, przynosząc wymierne korzyści technologiczne oraz ekonomiczne.

SCHUNK Intec Sp. z o.o. ul. Puławska 40 A, 05-500 Piaseczno tel. 22 726 25 06 www.schunk.com

Zapraszamy na stoisko firmy SCHUNK (stoisko 22, hala 7) na targach Machtool w Poznaniu w dniach 4–7 czerwca 2013!

REKLAMA

Wiedza w parze z Praktyką Wejdź na www.par.pl Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2013

Pomiary CZUJNIKI I SYSTEMY POMIAROWE

Metrologia przemysłowa Wyposażenie pomiarowe w organizacji

Metrologia to pojęcie, które w praktyce przemysłowej jest obecne na wielu etapach. Rozwój przemysłu związany jest z użytkowaniem przyrządów pomiarowych w każdej jego gałęzi. Ale i rozwój metrologii jest powiązany z nowymi technologiami stosowanymi przez producentów i związanymi z nimi pomiarami o odpowiednio

Użytkownicy wyposażenia pomiarowego są zobowiązani do sprawowania nadzoru nad wyposażeniem pomiarowym stosowanym w organizacji. Nadzór związany jest zarówno ze stanem technicznym urządzenia, jak i ze spełnieniem określonych przez użytkownika lub prawo wymagań metrologicznych. Przy projektowaniu nowoczesnych przyrządów pomiarowych wykorzystuje się najnowsze rozwiązania technologiczne. Zatem rozwój nowoczesnych technologii jest nierozerwalnie związany z rozwojem przemysłu – w tym przypadku produkcją przyrządów pomiarowych. Z kolei rozwój przemysłu – w sensie globalnym – pociąga za sobą konieczność wykonywania coraz dokładniejszych pomiarów. Przyrządy pomiarowe muszą spełniać konkretne wymagania określone przez użytkownika i w stosownych wymaganiach prawnych. Zgodnie z powszechnie obowiązującymi wymaganiami dotyczącymi systemów jakości, przyrządy pomiarowe muszą również zapewniać odniesienie do międzynarodowego układu jednostek SI, poprzez narodowe wzorce miar (w Polsce najczęściej przez wzorce utrzymywane przez Główny Urząd Miar). We współczesnym, globalnym świecie trudno sobie wyobrazić brak unifikacji w zakresie używanych w życiu codziennym

Promocja

jednostek miar. Dlatego też tak ważnym elementem w technice pomiarów jest spójność pomiarowa. Wyposażenie pomiarowe mające zastosowanie w jakiejkolwiek gałęzi przemysłu podlega na różnym poziomie odpowiedniemu nadzorowi. W organizacjach, które mają wdrożone i certyfikowane systemy zarządzania według różnych standardów, istnieją odpowiednie instrukcje lub procedury dotyczące postępowania z wyposażeniem do monitorowania i pomiarów. Wszędzie tam, gdzie niezbędne jest zapewnienie wiarygodnych wyników, wyposażenie pomiarowe należy: • wzorcować lub sprawdzać w wyspecyfikowanych odstępach czasu lub przed użyciem, w odniesieniu do wzorców jednostek miary mających powiązanie z międzynarodowymi lub państwowymi wzorcami jednostek miary; wzorcowanie powinno być wykonane w kompetentnym laboratorium wzorcującym odpowiedniej wielkości fizycznej, najlepiej akredytowanym – aktualny wykaz akredytowanych laboratoriów wzorcujących znajduje się na stronie Polskiego Centrum Akredytacji www.pca. gov.pl; wzorcowanie jest procesem porównywania wyposażenia pomiarowego

•

w organizacji z wzorcami odniesienia w celu określenia dokładności tego wyposażenia oraz jego zgodności do wykonywania pomiarów z wymaganiami obowiązującymi w konkretnym przypadku; oczywiście wzorcowania powinny być przeprowadzane z określoną częstotliwością, w określonych odstępach czasu, adiustować lub ponownie adiustować, jeżeli jest to niezbędne; adiustowanie może być wykonywane przez użytkownika wyposażenia pomiarowego, jeśli są techniczne możliwości, lub przez autoryzowany serwis dostawcy danego przyrządu pomiarowego, zidentyfikować w celu umożliwienia statusu wzorcowania wymagania, w jaki sposób identyfikować wyposażenie pomiarowe, precyzuje norma ISO 10012, zabezpieczyć przez adiustacjami, które mogłyby unieważnić wyniki pomiaru; najczęściej stosowane są etykiety zabezpieczające używane przez producentów i dostawców lub przez służby metrologiczne w danej organizacji, chronić przez uszkodzeniem i pogoszeniem stanu podczas przemieszczania, utrzymywania i przechowywania; należy postępować zgodnie z instrukcjami obsługi, instrukcjami stanowiskowymi oraz dobrą praktyką profesjonalną.

Fot. Radwag

wysokich dokładnościach.

Inna sytuacja występuje w przypadku firm farmaceutycznych, które obowiązuje Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 2 października 2006 r. w sprawie Dobrej Praktyki Wytwarzania. W załączniku do tego rozporządzenia, w rozdziale 3, pkt. 3.41, jest zapis, że urządzenia do mierzenia, ważenia, rejestracji i kontroli powinny być kalibrowane i sprawdzane odpowiednimi metodami, w określonych odstępach czasu. Powinny być też przechowywane zapisy dotyczące tych czynności. W paragrafie 3 rozporządzenia w pozycji 2 podano definicję pojęcia kalibracja (calibration) – jest to wykazanie, że dany przyrząd lub urządzenie daje wyniki w określonym zakresie, poprzez ich porównanie z wynikami uzyskanymi w trakcie badania substancji referencyjnych lub porównywanie z identyfikowalnymi standardami we właściwym zakresie pomiarowym. Powyższa definicja odpowiada definicji „wzorcowania” zamieszczonej w Międzynarodowym słowniku podstawowych i ogólnych terminów metrologii. Analizując ten zapis, jak i zapisy w normach systemowych, widzimy, że wymagania z obszaru dobrowolnego zostały przeniesione do obszaru regulowanego. Można więc na tym przykładzie zauważyć, jak ważne są aspekty związane z wyposażeniem pomiarowym.

Cykl życia wyposażenia pomiarowego w organizacji Pierwszym etapem związanym z wyposażeniem pomiarowym jest określenie własnych potrzeb związanych z realizowanymi w organizacji pomiarami. Na tym etapie wskazane jest, aby osoby zajmujące się zagadnieniem wykazywały znajomość zagadnień produkcyjno-kontrolnych w organizacji – należy zdefiniować własne oczekiwania w stosunku do zastosowanych przyrządów pomiarowych. Drugim ważnym elementem jest selekcja urządzeń, które spełniają wymagania. Tu porównywane są możliwości w zestawieniu z aspektem ekonomicznym, czasem reakcji serwisu, możliwością adaptacji. Cykl życia wyposażenia pomiarowego w organizacji przedstawiono na rys. 1.

Zamówienie przyrządu

Fot. Radwag

Jak już wspomniano, pierwszą i jedną z najważniejszych czynności związanych z zakupem przyrządu jest przygotowanie odpowiedniej specyfikacji zamówienia.

Zamówienie

Instalacja

Proces instalacji powinien zakończyć się wzorcowaniem, które zapewni i potwierdzi spójność pomiarową z międzynarodowym układem jednostek miar SI.

Eksploatacja przyrządu

Aby przygotować odpowiednią specyfikację zamówienia przyrządu pomiarowego, należy przede wszystkim uwzględnić następujące czynniki: • rodzaj wykonywanych pomiarów, czyli co i jak będziemy mierzyć, a także warunki eksploatacji, czyli jakie są potrzebne warunki na stanowisku pomiarowym oraz jakie są warunki eksploatacji przyrządu, • charakterystyki metrologiczne, czyli informacje od producenta dotyczące podstawowych parametrów metrologicznych danego przyrządu pomiarowego w zależności od potrzeb (może zaistnieć potrzeba określenia dodatkowych parametrów, których standardowo producent nie dostarcza), • zgodność z wymaganiami prawnymi (jeśli jest to istotne), czyli czy przyrząd posiada stosowne zatwierdzenie typu oraz odpowiednie oznaczenia potwierdzające spełnienie wymagań odpowiednich dyrektyw Unii Europejskiej lub krajowych przepisów prawnych, • dokumentację producenta, czyli sprawdzenie, czy dokumentacja dostarczana przez producenta jest dla nas wystarczająca – instrukcje obsługi, dokumentacja sprawdzenia przyrządu, świadectwa wzorcowania itp., • inne czynniki (np. serwis, referencje, cena).

Instalacja wyposażenia Po wyborze dostawcy, zamówieniu i dostawie wyposażenia do organizacji następuje proces jego instalacji. Stopień trudności tego etapu związany jest zarówno z samym przyrządem, jak i procesem pomiarowym lub badawczym, w którym będzie on użytkowany. W wielu przypadkach w procesie instalacji wyposażenia pomiarowego wymagany jest udział przedstawiciela producenta lub dostawcy.

Eksploatacja

Rys. 1. Cykl życia wyposażenia pomiarowego w organizacji

Audyt wewnętrzny

Odpowiednie wykonywanie pomiarów oznacza, że każdego pracownika wykonującego pomiary obowiązują dobre praktyki profesjonalne. W różnych zakładach produkcyjnych lub usługowych wykonujących pomiary (np. budowlanych, ceramicznych, motoryzacyjnych, spożywczych, farmaceutycznych) obowiązują określone w odpowiednich dokumentach dobre praktyki. Oczywiście w zależności od wykonywanej działalności pewne procedury postępowania są opracowywane przez zainteresowane branże. Bardzo istotnym elementem związanym z wyposażeniem pomiarowym są warunki środowiskowe, w jakich wyposażenie będzie eksploatowane. Należy pamiętać o tym, aby przyrządy pomiarowe, które zostały zamówione, były eksploatowane w warunkach określonych przez dostawcę. Jest to niezmiernie ważny element, ponieważ producent danego urządzenia gwarantuje jego poprawne działanie, czyli spełnienie deklarowanych charakterystyk metrologicznych w określonych warunkach środowiskowych. Najczęściej podawany jest zakres temperatury, w jakiej producent deklaruje poprawność działania przyrządów, czasami zakres wilgotności. Należy zawsze pamiętać, aby zachować spójność dotyczącą warunków środowiskowych pomiędzy wymaganiami odnoszącymi się do wyposażenia pomiarowego oraz ewentualnymi wymaganiami w zakresie konkretnej procedury badawczej lub pomiarowej. Nadzór nad wyposażeniem to najistotniejsze zagadnienie dotyczące wyposażenia pomiarowego. W działalności firm, które mają systemy zarządzania zgodne ze standardami np. ISO 9001, bezpośrednio wyposażeniu pomiarowemu poświęcony jest punkt 7.6. Dla każdego obiektu wyposażenia pomiarowego powinny być utrzymywane zapisy, w których należy umieścić przynajmniej następujące informacje: 1. identyfikacja obiektu wyposażenia i jego oprogramowania, 2. nazwa producenta, oznaczenie typu oraz numer seryjny lub inne indywidualne oznaczenie, 3. wyniki sprawdzeń wskazujące, czy wyposażenie jest zgodne ze specyfikacją, 4. aktualna lokalizacja wyposażenia pomiarowego, jeżeli jest to właściwe,

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2013

Pomiary CZUJNIKI I SYSTEMY POMIAROWE

5. i nstrukcje dostarczone przez producenta, jeżeli są dostępne, lub informacja o miejscu ich przechowywania, 6. daty, wyniki i kopie sprawozdań oraz świadectw wszystkich wzorcowań, regulacje, kryteria przyjęcia oraz datę kolejnego wzorcowania, 7. plan konserwacji, gdy jest to właściwe oraz konserwacje wykonane dotychczas, 8. każde uszkodzenie, wadliwe działanie, modyfikacje lub naprawy wyposażenia. Te wszystkie zapisy organizacje gromadzą w odpowiednich dokumentach nazywanych „Kartami życia”, „Dziennikami przyrządu” lub inaczej. Osoba odpowiedzialna za nadzór metrologiczny, jak również audytor, ma wtedy ułatwiony wgląd w procedurę nadzoru nad wyposażeniem pomiarowym.

Audyty wewnętrzne – wyposażenie pomiarowe Audyty wewnętrzne, przeprowadzane zgodnie z ustalonymi harmonogramami, powinny zawierać punkty bezpośrednio dotyczące wyposażenia pomiarowego. Jak należałoby audytować i gdzie można szukać dowodów z auditu w przypadku wyposażenia pomiarowego? Pierwszym źródłem informacji o wyposażeniu jest jego dokumentacja. Dokumentacja może składać się z: • karty przyrządu (jakkolwiek nazwanej) – karta przyrządu zawiera m.in. wszystkie informacje identyfikujące przyrząd oraz zapisy dotyczące potwierdzeń metrologicznych (wzorcowań i sprawdzeń), ewentualnych napraw, konserwacji lub dodatkowych adiustacji oraz o miejscu przechowywania, • instrukcji obsługi dostarczonej przez producenta lub dostawcę wyposażenia – z reguły w dokumentacji przyrządu przechowuje się oryginalną instrukcję obsługi, która stanowi źródło opracowania instrukcji stanowiskowych lub

skróconych instrukcji obsługi; jest to istotne, ponieważ wiele przyrządów pomiarowych wyposażonych jest w funkcje dodatkowe, nie zawsze wykorzystywane przez laboratorium, • świadectwa wzorcowania przyrządu, • deklaracji zgodności EC w przypadku przyrządów podlegających prawnej kontroli metrologicznej (zakupionych po 1 maja 2004 r.) – bardzo istotne jest przechowywanie tych dokumentów, ponieważ są one niezbędne podczas kontroli wykonywanych przez organy państwowe oraz w przypadku zgłoszenia przyrządu do legalizacji ponownej po ocenie zgodności (wymagania metrologii prawnej), • cech legalizacyjnych lub świadectw legalizacji ponownej w przypadku przyrządów podlegających prawnej kontroli metrologicznej (zakupionych przed 1 maja 2004 r.) – podobnie jak przy deklaracji zgodności EC dokumenty są wymagane podczas kontroli w obszarach metrologii prawnej. Drugim źródłem informacji podczas auditu jest sam przyrząd pomiarowy. Bezpośrednio na przyrządzie możemy zidentyfikować potwierdzenie statusu metrologicznego oraz jego czytelność i sposób przytwierdzenia. Na etykiecie powinny znajdować się wszystkie wymagane informacje. Kolejnym źródłem informacji dotyczących wyposażenia pomiarowego, które są zbierane podczas audytu, są odpowiednie zapisy. Zapisy mogą dotyczyć: • konserwacji, serwisu i potwierdzeń metrologicznych, • wyników pomiarów podczas sprawdzeń, • świadectwa wzorcowania, • upoważnień dla personelu, • instrukcji BHP (jeśli są konieczne). Czwartym źródłem informacji mogą być wszystkie dane dotyczące warunków środowiskowych na stanowisku pomiarowym.

Audytora mogą interesować informacje związane z zapisami dotyczącymi odpowiednich parametrów (np. temperatura, wilgotność). Audytor techniczny może również szukać sposobów eliminacji czynników zakłócających (np. stoły antywibracyjne dla wag). Powyższe przykłady pokazują, gdzie należy szukać dowodów z audytu, jednak na podstawie tych przykładów konkretna organizacja może określić własne źródła informacji audytowych. Mówiąc o wyposażeniu pomiarowym, które jest wykorzystywane w organizacji na różnych etapach, musimy mieć na uwadze prowadzenie stałego, udokumentowanego nadzoru nad nim. Podstawową czynnością metrologiczną będzie tutaj wzorcowanie oraz okresowe sprawdzanie wyposażenia pomiarowego. Należy jednak pamiętać, że nadzór nie dotyczy jedynie spełnienia kryteriów dotyczących charakterystyk metrologicznych, choć to jest najważniejsze, ale również całej infrastruktury na danym stanowisku pomiarowym, włączając biegłość personelu w zakresie obsługi i wykorzystywania konkretnego przyrządu pomiarowego. Dane, które są dokumentowane, posłużą nam również w przyszłości do przygotowania kolejnych specyfikacji zamówienia oraz mogą być wykorzystane w ocenie dostawców.

Andrzej Hantz Centrum Metrologii im. Zdzisława Rauszera w Radomiu

Literatura 1. N owe spojrzenie na jakość wag laboratoryjnych, praca zbiorowa, Radwag, Radom 2011. 2. Hantz A.: Kurs metrologii laboratoryjnej. Cz. 1. Podstawy, metrologia prawna, naukowa i przemysłowa, Elamed, „Laboratorium”, 2008, nr 2. 3. Hantz A.: Rola akredytacji laboratorium w procesie badania i wzorcowania wag oraz wzorców masy, Materiały konferencyjne, Radwag, Radom 2005. 4. PKN-ISO/IEC Guide 99:2010 Międzynarodowy słownik metrologii. Pojęcia podstawowe i ogólne oraz terminy z nimi związane (VIM). 5. PN-EN ISO 9001:2008 Systemy zarządzania jakością – Wymagania. 6. PN-EN ISO 10012:2004 System zarządzania pomiarami. Wymagania dotyczące procesów pomiarowych i wyposażenia pomiarowego. 7. Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 2 października 2006 r. w sprawie Dobrej Praktyki Wytwarzania, Dz.U. Nr 194, poz. 1436.

czujniki i systemy pomiarowe Pomiary

Pomiar z lotniczą precyzją Termopary płaszczowe firmy Guenther Termopary płaszczowe produkowane są przez firmę Guenther od ponad 15 lat według sprawdzonej i nieustannie ulepszanej technologii. Termopary tego typu znajdują zastosowanie we wszystkich gałęziach przemysłu, w których zachodzi potrzeba precyzyjnego pomiaru temperatury. Możliwa ciągła temperatura pracy w przedziale od 150 °C do 1250 °C oraz wysoka dokładność i niezawodność

Typowym obszarem zastosowań prezentowanych czujników jest przemysł lotniczy. Obróbka cieplna w piecach do hartowania i wyżarzania elementów do budowy silników lotniczych wymaga spełnienia wyjątkowo rygorystycznych wymogów dotyczących klasy dokładności używanych urządzeń, zgodnie z odpowiednimi normami lotniczymi. Ze względu na swoją budowę termopary płaszczowe charakteryzują się możliwością dowolnego ułożenia w komorze pieca. Zbudowane są z przewodów termoparowych odizolowanych powłoką ceramiczną (którą zazwyczaj stanowi tlenek magnezu) i metalowego płaszcza (tutaj najczęściej stosowany jest Inconel 600). Do zakończenia termopar płaszczowych stosuje się wtyczki ceramiczne lub z tworzywa sztucznego, istnieje również możliwość wykonania gilzy i połączenia z przewodem kompensacyjnym, zamontowania głowicy przyłączeniowej lub złącza typu LEMO. Przy doborze termopary do danej aplikacji należy przede wszystkim określić maksymalną temperaturę, jaką chcemy mierzyć. Po ustaleniu tych wartości dobieramy typ termoelementu, np. do 750 °C można zastosować termopary typu J lub K, do 1100 °C – typu K lub N, natomiast do 1250 °C – typu N lub S. Maksymalna temperatura pracy zależy w dużym stopniu również od średnicy termopary (która waha się pomiędzy 0,5 a 10 mm) i grubości ścianki Promocja

zastosowanego płaszcza. Jak widać na rysunku, D to średnica termopary, S to grubość ścianki płaszcza – zgodnie z normą jest to 1/10 średnicy termopary, zaś jeśli chodzi o grubość drutu (na rysunku C) jest to półtorakrotność grubości ścianki. Dostępne są wykonania w płaszczu Inconel, Nicrobel, SpecialAlloy lub platynowym. Spoiny pomiarowe w termoparach płaszczowych firmy Guenther wykonane są z wykorzystaniem precyzyjnego spawania laserowego, co zapewnia zwiększoną odporność na uszkodzenia mechaniczne i przekłada się na wydłużony czas eksploatacji. Właściwa i dopracowana technologia przygotowania wpływa na żywotność i niezawodność termopar. Termopary mogą być wykonane ze spoiną izolowaną lub nieizolowaną według wymogów podanych w normie DIN, która określa m.in. wymaganą grubość izolacji. Rodzaj spoiny wpływa na czas reakcji termopary. Typ termopary jest zawsze indywidualnie dobierany do danej aplikacji, jej specyfiki i związanych z nią wymagań odnośnie dokładności pomiaru (np. dostępne są wykonania w klasie lepszej niż 1 i zgodne z normą lotniczą AMS2750 D), maksymalnej temperatury pracy oraz miejsca montażu.

Guenther Polska Sp. z o.o. e-mail: biuro@guenther.com.pl www.guenther.com.pl

REKLAMA

Fot. Radwag, Guenther

pozwala na zastosowanie ich w najbardziej wymagających aplikacjach.

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2013

Pomiary CZUJNIKI I SYSTEMY POMIAROWE

Przełomowa technologia MEMS Dostarcza ona zaawansowane czujniki, które obecnie zaczynają napędzać rozwój rynku systemów wbudowanych i w coraz szerszym zakresie ma zastosowanie na rynku masowym.

Gdy około 15 lat temu zaczęła rozwijać się technologia tworzenia miniaturowych urządzeń elektromechanicznych, znana jako MEMS (ang. Micro Electro-Mechanical Systems), perspektywa pojawienia się nowych możliwości była oczywista. Jednak nie od razu było wiadomo, jaki to będzie miało przebieg. W miarę jej rozwoju starano się stosować ją w ten sam sposób, w jaki używano systemów elektromechanicznych o większych wymiarach – do tego stopnia, że tworzono kopie prostych maszyn wykorzystujących przekładnie i dźwignie w wymiarach mierzonych w tysięcznych częściach milimetra. Konstrukcje te tworzono

przy wykorzystaniu metod stosowanych w przemyśle półprzewodników. Miały one przyczynić się do udoskonalenia procesu, jednak ich możliwości komercyjne były ograniczone. Niezawodne i wielokrotne tworzenie trójwymiarowych konstrukcji w tak niewielkiej skali wkrótce okazało się możliwe w dziedzinie biomedycyny. Znalazły one zastosowanie tam, gdzie ich elektromechanicznych odpowiedników w skali makro nie można było użyć, np. w przetwarzaniu płynów na poziomie komórkowym. Technologię zaczęto wykorzystywać głównie w ramach badań i diagnostyki medycznej.

LSM303DLH firmy STMicroelectronics oferuje trójosiowy akcelerometr oraz trójosiowy magnetometr w zestawie zintegrowanym z logiką sterującą i interfejsem I2C; jest to idealne rozwiązanie do telefonów komórkowych

Promocja

Oczekuje się, że te dość niszowe, chociaż już teraz niezwykle cenne dla współczesnych ekspertów i specjalistów zastosowania, ostatecznie rozwiną się na tyle, że można je będzie wykorzystywać w domowej aparaturze diagnostycznej stworzonej dzięki technologii MEMS. Taka aparatura pozwoli pacjentom na monitorowanie i kontrolę własnego stanu zdrowia w zaciszu domowym. To wprawdzie plan na przyszłość, ale technologia MEMS już teraz ma zastosowania na rynku masowym. Zastosowanie opartych na niej czujników w systemach wbudowanych gwałtownie wzrasta dzięki telefonii komórkowej. Spowodowało to zwiększenie inwestycji w rozwój czujników opartych na MEMS w celu poszerzenia zakresu użytkowania.

Xhead – elementy ruchome Czujniki stanowią istotny element złożonych systemów, szczególnie w aplikacjach, w których kluczowe jest bezpieczeństwo. Przykładowo czujników magnetycznych powszechnie używa się, aby rozpoznać, czy w urządzeniu mechanicznym osłony zabezpieczające są otwarte czy zamknięte. Jednak wraz z rozwojem technologii zyskują one na znaczeniu w innych dziedzinach, a dzięki wprowadzeniu MEMS są one coraz bardziej „inteligentne”. Możliwość integracji czujników z częściami elektronicznymi od początku była podstawowym atutem tej technologii i dziś producenci są w stanie ten potencjał jeszcze lepiej wykorzystać. Kluczowym elementem zastosowania każdego systemu MEMS jest tworzenie złożonych urządzeń, których części mogą poruszać się swobodnie lub wzdłuż jednej, dwóch, a nawet trzech osi, w połączeniu ze zdolnością do pomiaru tego ruchu, bez względu na jego małą skalę. To właśnie te możliwości świadczą o potencjale czujnika opartego na technologii MEMS, gdyż pozwalają producentom nadać nowy wymiar całej gamie urządzeń. Typowe przykłady to akcelerometry, żyroskopy i inklinometry, które są w ruchu, w związku z czym mają zdolność do jego pomiaru. Inne przykłady obejmują MEMS z membraną wrażliwą na zmiany ciśnienia płynu, które są teraz wystarczająco niewielkie, aby stanowić część wszczepianych urządzeń medycznych.

Fot. RS Components

W ostatnim czasie widoczny jest intensywny rozwój technologii MEMS.

Czujniki ruchu zyskują popularność również na rynku masowym. Początkowo używane w czujnikach poduszek powietrznych, teraz akcelerometry można znaleźć w telefonach komórkowych, kontrolerach gier i innych innowacyjnych formach urządzeń wejściowych. W dzisiejszych czasach jednym z najbardziej wszechobecnych trendów jest zastosowanie ich w kontrolerach bezprzewodowych. Pozwala to graczom na bardziej przekonującą interakcję z ulubioną konsolą, np. z produktami Microsoft i Playstation. Czołowym dostawcą urządzeń bezwładnościowych MEMS, które można znaleźć obecnie w wielu kontrolerach, jest Kionix. Firma RS oferuje szereg trójosiowych akcelerometrów Kionix wraz z zestawami uruchomieniowymi i ewaluacyjnymi. Podobną zdolność do pomiaru niewielkich zmian orientacji w trzech osiach ruchu, tak jak dzieje się to np. w samolotach w ramach systemu kontroli lotu, mają żyroskopy. W sprzęcie mobilnym żyroskopy z MEMS mogą być używane do wykrywania ruchu oraz przypadkowych lub zamierzonych zmian orientacji, jak orientacja ekranu lub niedozwolony ruch części sprzętu. W połączeniu z czujnikami GPS czujniki te mogą zwiększyć skuteczność sterowników nawigacyjnych. Na przykład kompasy oparte na MEMS są obecnie integrowane w telefonach komórkowych, aby zapewnić prawidłową orientację mapy względem kierunku podróży. Natomiast LSM303DLH firmy STMicroelectronics oferuje trójosiowy akcelerometr oraz trójosiowy magnetometr w zestawie zintegrowanym z logiką sterującą i interfejsem I2C. Urządzenie można skonfigurować tak, aby uruchamiało się w momencie wykrycia ruchu, np. podczas swobodnego spadku. Kompleksowy zestaw ewaluacyjny LSM303DLH obejmuje mikrokontroler ST7-USB do połączenia z PC wraz z aplikacją eCompass i oprogramowaniem GUI.

Fot. RS Components

Xhead – wskazywanie do przodu Firma ST to jeden z wielu sprzedawców półprzewodników, którzy wprowadzili tę technologię do swojej oferty. Zgodnie z wcześniejszymi zastosowaniami czujników MEMS, RS Components oferuje szereg akcelerometrów wszystkich czołowych producentów. Różnią się one od siebie głównie czułością, a w związku z tym zakresem wykorzystania. Wspólnym mianownikiem jest zoptymalizowany format. W wyniku stosowania technik wytwarzania półprzewodników powstają

Seria VTI SCA61T to paleta jednoosiowych inklinometrów oparta na 3D-MEMS, która oferuje funkcje pomiarowe do aplikacji poziomujących

kompaktowe urządzenia MEMS, które dzięki zaawansowanym pracom badawczo-rozwojowym są wysoce niezawodne. Przy tym zastosowanie odpowiedniego procesu produkcyjnego sprawia, że są one niedrogie. Być może to właśnie ta cecha przyczyniła się najbardziej do ich sukcesu komercyjnego. Uwzględniając wyjątkowe możliwości czujników MEMS, firma VTI stworzyła szereg inklinometrów, które dokonują pomiarów w aplikacjach poziomujących. Znajdują one zastosowanie w stabilizacji obrazu oraz sprzęcie produkcyjnym. Z rozdzielczością 0,0025 deg oraz do ±90 deg zakresu pomiaru, jednoosiowy inklinometr SCA61T firmy VTI również posiada zestaw ewaluacyjny. Według firmy iSuppi, dokonującej analiz rynkowych, przewidywany jest gwałtowny wzrost dostaw czujników MEMS, włącznie z akcelerometrami, żyroskopami, kompasami cyfrowymi i czujnikami ciśnieniowymi. W 2009 r. dostarczono 439 mln jednostek, a do 2014 r. liczba ta ma wzrosnąć do 2,2 mld. Analitycy przewidują, że do 2014 r. akcelerometry będą stanowić 44 % wszystkich czujników ruchu w telefonach komórkowych. Do tego czasu 65 % telefonów będzie wyposażonych w akcelerometry, podczas gdy jeszcze w 2007 r. stanowiły one element wyposażenia 2 %, a w 2009 r. 28 % telefonów. Podobnie wzrośnie zastosowanie kompasów cyfrowych jako uzupełnienia funkcji GPS, gdyż główne systemy operacyjne dla telefonii komórkowej (włącznie z Androidem i Mobile Windows 7 firmy Microsoft), wychodząc

System ewaluacji dla cyfrowych czujników bezwładnościowych ADI iMEMS to kompletny system umożliwiający szybką i łatwą konfigurację, ewaluację i analizę wydajności oraz wbudowanych funkcji czujników bezwładnościowych ADI wysokiej klasy

naprzeciw oczekiwaniom rynkowym, oferują wsparcie dla tych funkcji. Użytkownicy oczekują też interfejsów z funkcją rozpoznawania gestów, dlatego w telefonach coraz częściej będą integrowane funkcje żyroskopu. Choć pierwsze lata obecności czujników MEMS na rynku nie wróżyły takiego sukcesu, w tej chwili nastąpił nieprawdopodobny wzrost zainteresowania nimi, głównie dzięki wsparciu ze strony rynku systemów wbudowanych. Ponieważ popyt na bardziej wyrafinowane czujniki rośnie, firma RS będzie prowadzić sprzedaż niezbędnych zasobów, które pomogą inżynierom zaadoptować tę ekscytującą i przełomową technologię. Odo Akaji Central Product Manager RS Components Hessenring 13 b 64546 Mörfelden-Walldorf

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2013

rynek i technologie Sterowniki PAC i plc

Sterowniki PAC i PLC w systemach produkcyjnych Stały rozwój sterowników PLC oraz ich następców PAC sprawił, że dziś coraz częściej mają cechy komputerów przemysłowych. Do niniejszego przeglądu zostały wybrane te urządzenia, których podstawowym przeznaczeniem jest praca w układach automatyzacji systemów produkcyjnych.

Podstawowe cechy współczesnych sterowników PAC i PLC Współczesne sterowniki PLC dobrze sprawdzają się zarówno w dużych systemach sterowania maszynami produkcyjnymi, jak i w małych instalacjach automatyki. Współpracują one coraz częściej z urządzeniami połączonymi ze sobą przemysłową siecią komputerową. Pozwala ona na wymianę danych między kilkoma sterownikami i działanie systemu sterowania bez centralnego sterownika/komputera, lecz z „rozproszoną” inteligencją. Umożliwia to skalowalność systemu, czyli możliwość rozbudowy (lub ograniczania) systemu nie tylko w zakresie sprzętu, ale i oprogramowania. Dzięki takim rozwiązaniom zmniejsza się długość potrzebnych kabli oraz zwiększa niezawodność systemu. Coraz częściej w większych systemach produkcyjnych instaluje się też sterowniki o możliwościach obliczeniowych porównywalnych z komputerami PC. Sterowniki PAC (ang. Programmable Automatic Controller) to sterowniki o zwartej konstrukcji, łączące w sobie cechy i możliwości systemu sterowania opartego na komputerze z cechami sterowników PLC. Podobnie jak komputery PC oferują one dużą pamięć, dużą szybkość, przetwarzanie danych wysokiego poziomu, liczne protokoły transmisji danych i interfejsy sieciowe. Ich pozostałe istotne cechy to typowe zalety PLC: modułowa budowa, szeroka gama układów wejść/wyjść i konfiguracji systemu oraz duża niezawodność i wysoka odporność na warunki środowiska przemysłowego. Sterowniki PAC są najczęściej stosowane w złożonych systemach

sterowania maszynami, a także do sterowania skomplikowanymi procesami przemysłowymi oraz układami napędowymi. Ponadto, ze względu na duże zasoby pamięci, stosowane są w przemysłowych systemach monitorowania i zbierania danych.

Dobór sterownika Każda instalacja przemysłowa ma specyficzne potrzeby, decydujące o wyborze najskuteczniejszych sterowników programowalnych. Niekiedy wybranie najtańszego systemu może tylko wydłużyć czas zwrotu inwestycji. Podstawowe parametry, które trzeba wziąć pod uwagę to: liczba obsługiwanych sygnałów pomiarowych i urządzeń wykonawczych w różnych miejscach instalacji automatyki, odległości między nimi i możliwości połączeń kablowych. Pozwala to na ustalenie liczby urządzeń wejść/wyjść i kanałów w każdym z nich oraz dobór systemu komunikacji przewodowej lub bezprzewodowej. Przy doborze typu sterownika trzeba wziąć także pod uwagę warunki otoczenia, w jakich będzie pracował. Istotne jest, czy będzie zainstalowany w szafie sterowniczej, czy montowany przy wybranych maszynach. Jeżeli jest to system rozproszony ze sterownikami montowanymi w punktach przy maszynach produkcyjnych, to najczęściej wybierane są małe sterowniki przeznaczone do pracy w takim środowisku. Jednak w wielu przypadkach część sterowników będzie rozproszona, a część zabudowana w szafach. Przykładowo sterowniki typu PAC o dużej mocy obliczeniowej i krótkich czasach

odpowiedzi powinny być umieszczone blisko tych maszyn, które muszą szybko reagować na sygnały sterujące, tak aby długie kable do transmisji danych nie powodowały ograniczenia szybkości działania systemu.

Sterowniki kompaktowe PLC Sterowniki kompaktowe to urządzenia automatyki przemysłowej przeznaczone do systemów produkcyjnych o zwartej konstrukcji (niewymagających łączenia rozległych systemów), w których nie są konieczne ekstremalne parametry sterowania. Przykładem jest sterownik programowalny K308AR firmy Kinco – proste urządzenie z wyjściami tranzystorowymi i przekaźnikowymi. Jest on wyposażony w 24 wejścia cyfrowe oraz 16 przekaźnikowych wyjść cyfrowych, a także w cztery wyjścia tranzystorowe. Ma sześć szybkich liczników o maksymalnej częstotliwości zliczania impulsów 30 kHz oraz dwa szybkie wyjścia impulsowe (lub do wyboru – wyjście z modulacją szerokości impulsów) o maksymalnej częstotliwości 20 kHz, a także dwa 10-bitowe potencjometry analogowe. Oprogramowanie może być tworzone w drabinkowym języku programowania (LD) oraz za pomocą listy instrukcji (IL). Innym przykładem jest kompaktowy sterownik PCD3 firmy Saia-Burgess, dający jeszcze więcej możliwości. Jest on wyposażony w 32 wejścia/wyjścia cyfrowe oraz sześć analogowych i ma wbudowany port Ethernet do komunikacji z innymi urządzeniami automatyki. PCD3 ma ponadto wbudowaną pamięć RAM i pamięć Flash 1 MB z systemem plików. Ma też liczne interfejsy: USB, RS-485 dla Profi-S-Net oraz Ethernet i zintegrowany serwer sieciowy (Webserwer). Ponadto jest wyposażony w gniazdo typu A dla modułów komunikacyjnych typu PCD7.F1xx (RS-232, RS-422/485), co pozwala na stosowanie go w rozbudowanych aplikacjach przemysłowych i specjalistycznych.

Sterowniki PLC zintegrowane z panelem operatorskim Kolejna grupa to PLC z wbudowanym panelem operatorskim. Stosowane są one w małych i średnich systemach produkcyjnych – takich, w których potrzebne są częste interwencje operatora w pracę urządzeń. Sterownikiem posiadającym cechy kompaktowego PLC i wyposażonym w mały panel operatora o przekątnej 2,25" jest XLe firmy Horner. W kompaktowej obudowie o wymiarach 96 mm × 96 mm × 56 mm integruje: sterownik PLC, panel operatorski, wbudowaną obsługę sygnałów wejść/wyjść. Ma też wbudowane porty komunikacyjne. Przykładem ułatwień dla klientów jest oferta firmy ASTOR, oferującej oparty na tym sterowniku zestaw startowy do samodzielnej budowy aplikacji. Składa się on z następujących elementów: • HEXE220C012 – sterownik PLC zintegrowany z HMI o przekątnej 2,25”, 12 wejść dyskretnych 12/24 V DC (cztery wejścia mogą pracować jako szybkie liczniki > 500 kHz), sześć wyjść przekaźnikowych 2 A, cztery wejścia analogowe 10-bitowe: 0...10 V lub 4...20 mA, porty: 2 × RS-232/485 i do microSD, • HE500CBL058 – kabel komunikacyjny do programowania urządzenia, • HE-MC1 – karta microSD, • oprogramowanie Cscape 9.3 SP3 PL, • pakiet dokumentacji i instrukcji programowania. Do bardziej zaawansowanych aplikacji można stosować bardziej złożone rozwiązania. Przykładowo sterownik PLC+HMI V560-T25B firmy Unitronics ma większe możliwości w zakresie komunikacji: Modbus RTU, Modbus TCP/IP, CANopen i GSM/GPRS/SMS, ponadto przystosowany jest do pracy w trudnych warunkach środowiskowych. Ma dodatkową pamięć na czcionki oraz 6 MB pamięci na obrazy wyświetlane na panelu operatorskim, także złącze karty SD do zapisywania programu, archiwizacji alarmów i innych danych. Można dołączyć do niego 128 wejść/wyjść: cyfrowych (tranzystorowych i przekaźnikowych), analogowych (0...10 V, 0/4...20 mA), Pt 100, termoparowych lub wagowych.

Sterowniki modułowe dzięki swojej budowie mają stałą możliwość dopasowywania konfiguracji systemu do aktualnych potrzeb systemu produkcyjnego. Dotyczy to szczególnie liczby i rodzaju wejść/wyjść, modułów pamięci oraz opcji komunikacyjnych i sieciowych. Przykładem takiego sterownika o wysokiej wydajności obliczeniowej i różnych możliwościach komunikacyjnych jest seria XC200 firmy Meller. Oprócz złącza RS-232 dostępne są złącza magistrali sieciowej CANopen oraz zintegrowane złącze do sieci Ethernet. Oferowany jest również serwer OPC, ułatwiający połączenie systemu ze standardowymi aplikacjami OPC klient. Wszystkie urządzenia serii XC201…-XV mają zintegrowany serwer (Webserwer) ułatwiający dostęp do danych sterownika za pomocą standardowych przeglądarek internetowych. Tworzenie stron WWW do wizualizacji systemu sterowania jest realizowane za pomocą oprogramowania narzędziowego do sterowników rodziny xSystem – XSoft. Także sterowniki PLC firmy Fuji Electric serii SPH są modułowymi rozwiązaniami przeznaczonymi do sterowania średnimi instalacjami automatyki. Ich niewątpliwymi zaletami są: niewielkie wymiary, łatwy montaż, szybkie przetwarzanie algorytmów sterowania, współpraca z pamięcią Flash, regulacja PID oraz zdalna diagnostyka. Inne interesujące cechy to: • dedykowana magistrala komunikacyjna SX (zasięg do 25,6 km),

REKLAMA

Modułowe sterowniki PLC

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2013

rynek i technologie Sterowniki PAC i plc

Producent

ABB

Beckhoff

Bosch Rexroth

AC500/AC500-eCo

CX2030 – 012T

Rexroth CML65.1

modułowy/kompaktowy

modułowy, z wbudowanym PC

modułowy

135 mm ´ 74 mm; szer. zależy od konfiguracji

173 mm ´ 100 mm ´ 91 mm

120 mm ´ 175 mm ´ 97,5 mm

wersja XC: –40...+70 °C

–25…+60 °C

5…55 °C 5 …95 % (bez skraplania)

IP20

9 modeli, PM554...PM592, wbudowane porty szeregowe 1…2 ´ RS-485/232, wbudowany lub opcjonalny czytnik kart SD, wbudowany lub opcjonalny port Ethernet

procesor CORE i7 – 1,5 GHz Dual Core

Intel Celeron M 1.0 GHz

Języki programowania

zgodne z IEC 61131-3: LD, FB, ST, IL, SFC

dla TwinCAT2: IEC 61131 (IL, LD, FBD, ST, CFC) oraz dla TwinCAT 3: IEC61131 (C++, MatLab/Simulink)

zgodne z IEC 61131-3, IL, FBD, LD, SFC, ST, PLC Open

Liczba wejść cyfrowych

maks. 320 lokalnie

brak ograniczeń w liczbie dołączanych modułów We: (5 V DC), (24 V DC), (48 V DC), (60 V DC), (120/230 V AC)

8 We zintegrowanych ze sterownikiem + maks. 512 We poprzez moduły rozszerzeń + maks. 64k We poprzez moduły rozproszone

Liczba wyjść cyfrowych

maks. 240 lokalnie

brak ograniczeń w liczbie dołączanych modułów Wy: (5 V DC), (24 V DC), (48 V DC), (60 V DC), (120/230 V AC)

8 Wy zintegrowanych ze sterownikiem + maks. 512 Wy poprzez moduły rozszerzeń + maks. 64k Wy poprzez moduły rozproszone

Liczba wejść analogowych

maks. 160 lokalnie

brak ograniczeń w liczbie dołączanych modułów We: (0...2 V), (±2 V); (0...10 V), (±10 V), (0…20 mA), (4...20 mA), termopary, Pt/Ni

maks. 32 We poprzez moduły rozszerzeń + maks. 4 k We poprzez moduły rozproszone

Liczba wyjść analogowych

maks. 160 lokalnie

brak ograniczeń w liczbie dołączanych modułów Wy: (0...10 V), (±10 V), (0…20 mA), (4...20 mA)

maks. 32 Wy poprzez moduły rozszrzeń + maks. 4 k Wy poprzez moduły rozproszone

wbudowane szybkie liczniki maks. 50 kHz lub dedykowane moduły dla enkoderów maks. 300 kHz

brak ograniczeń w liczbie dołączanych modułów liczników (1…100 kHz)

szybkie liczniki do 100 kHz

rodzina sterowników o bardzo dużej skalowalności; moduły We/Wy zarówno lokalne, jak i rozproszone; rozbudowane i kompletne oprogramowanie narzędziowe Control Builder AC500, OPC w standardzie

moduły komunikacyjne: Asi, IO-Link, EIB, LON, DALI, MP-Bus; M-Bus, DMX; Profibus, CANopen, Safety, moduły silników krokowych, DC/AC oraz serwo

moduły funkcyjne, tj. temperaturowe, szybkie liczniki, enkoderowe inkrementalne, enkoderowe absolutne SSI, PWM, RS-232, RS-485/422

128 kB…4 MB pamięci programu

4 GB (maks 16 GB) na kartach CFast, 2 GB DDR3 RAM, 128 kB NOVRAM, opcjonalnie druga karta CFast (maks. 16 GB), opcja podłączenia zewnętrznych HDD po USB2.0

512 MB oraz 256 kB podtrzymywana bateryjnie

0,8…0,02 ms/1000 instr. binarnych

czas przetwarzania <10 μs na 1000 instrukcji

czas wykonywania 1000 instrukcji typu Bool, Real, Integer: 5 μs

maks. 5 modułów: Ethernet (Modbus TCP, UDP/IP, Webserwer, FTP; IEC 60870-5-104), Profinet I/O, Profibus DP, CANopen, EtherCAT, Serial (2 ´ RS-485/232: Modbus RTU, ASCII, CS31)

wbudowane: 2 ´ ETH 10/100/1000 Mbit/s, 4 USB, DVI, EtherCAT, opcje dodatkowe: 2 ´ RS-232/485, 4 USB, 2 Ethernet, Profibus DP, Profinet, CANopen, DeviceNet, Sercos, ASi, I/O Link, Modbus

Sercos III, Profinet RT, Profibus DP, Ethernet/IP, DeviceNet, Ethernet TCP/IP

Nazwa

Rodzaj (modułowy, kompaktowy, do modułów rozproszonych) Wymiary Zakres temperatury Stopień ochrony

Jednostka centralna

Układy zliczające

Inne

Pamięć

Czas przetwarzania

Interfejsy magistralne

rozbu prąd

sys

Eth X

Pro 2

Eaton/Astat

Fuji Electric

GE Fanuc / ASTOR

XC 152

MICREX-SX

PACSystems RX3i

kompaktowy

sterownik modułowy, do rozproszonych I/O

sterownik modułowo-kompaktowy (maks. 50 We/Wy) w jednostce podstawowej

105,6 mm ´ 155,1 mm ´ 41,5 mm

105 mm ´ 308 mm ´ 108 mm

141,4 mm ´ 208 mm ´ 48 mm

0…+55 °C, wilgotność 10…95 %

0…+55 °C

0…+60 °C

IP20

procesor Risc CPU – 32 bit, 400 MHz

brak danych

procesor 300 MHz – 1,16 Hz

PLC programming tool XSoft-CoDeSys-2

zgodne z IEC 61131-3: LD, FB, ST, IL, SFC

IL, Fupla (FBD i LD), Graftec (SFC)

em zerzeń oszone

rozbudowa modułami SmartWire-DT

obsługa do 8192 wejść

em zerzeń oszone

rozbudowa modułami SmartWire-DT (bezpośrednie sterowanie stycznikami, wyłącznikami)

obsługa do 8192 wyjść

eń + zone

rozbudowa modułami SmartWire-DT (bezpośredni pomiar prądu z wyłącznika silnikowego, Pt/Ni, 0…10 V; 0…20 mA)

obsługa do 512 wejść

ń+ zone

brak danych

obsługa do 512 wyjść

–

liczniki, zegary, Webserwer, OPC serwer,

zasilanie 24 V DC lub 230 V AC

brak danych

system SmartWire-DT, system operacyjny Windows CE 5.0, USB 2.0 (host device), slot karty SD

możliwość rozbudowy systemu o dodatkowe kasety montażowe, oddalone moduły I/O, panele operatorskie itp.

liczbę We/Wy można zwiększać za pomocą kaset modułów zdalnych RIO

128 MB NAND Flash, możliwa rozbudowa kartą SD

pamięć programu: 256 K instrukcji (1 MB/512 kW), pamięć danych: 2049 KW, wbudowane 1024 liczniki i 2560 zegary; dodatkowe 72 kW pamięci na bloki funkcyjne użytkownika

5–64 MB RAM Pamięć programu 5 MB nieulotnej Flash

dla tysiąca instrukcji (bit, bajt) – 0,04 ms

instrukcje bitowe: 30 ns, instrukcje na słowach: 40 ns instrukcje na liczbach zmiennoprzecinkowych: 270 ns

Pentium o częstotliwości taktowania od 300 MHz do 1,1 GHz, od 0,47 ms do 0,072 ms na każde 1000 operacji bitowych

C, ST,

e, talne, 232,

Bool,

rnet/IP,

Ethernet, USB; XC-152-E3-11, SmartWire-DT, RS-232; XC-152-E6-11 – SmartWire-DT, CAN, RS-485, XC152-E8-11 – SmartWire-DT, Profibus, RS-485, XC-152-D6-11 – CAN, RS-485, RS232, XC-152-D8-11 – Profibus, RS-485, RS-232

2 magistrale systemowe: PCI o przepustowości 27 MB/s oraz wbudowane: SX Bus, Ethernet (Modbus TCP) wbudowany szybki interfejs szeregowy RS-232, protokoły dostępne poprzez dodatkowe moduły: RS-232/485 szeregowe: Modus (RTU Slave, SNP Slave, Serial I/O), (Modbus RTU), PROFIBUS-DP, DeviceNet, AS-i, LonWorks, podwójna magistrala na płycie typu backplane: RX3i PCI oraz OPCN-1, FL-net (OPCN-2) szeregowa typu 90–30

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2013

rynek i technologie Sterowniki PAC i plc

Producent

GE Intelligent Platforms/ASTOR

IDEC/CompArt Automation

Inventia

Nazwa

PACSystems RXi Controller

FC5A – MicroSmart Pentra 32 We/Wy

MT-151 MOBICON

Rodzaj (modułowy, kompaktowy, do modułów rozproszonych)

sterownik kompaktowy PAC

kompaktowy slim z Webserwerem

kompaktowy, do rozproszonych We/Wy

192 mm ´ 116 mm ´ 79 mm

48 mm ´ 90 mm ´ 70 mm na szynie DIN – 35 mm

157 mm ´ 86 mm ´ 58 mm

–25...+55 °C

0…+55 °C

–20…+65 °C

IP20

IP40

Dual Core VIA Eden 1 GHz

brak danych

oprogramowanie narzędziowe Profity Machine Edition 7.5 (IL), Fupla (FBD i LD), Graftec (SFC)

LD (WindLDR)

LD, IL, MTprog

Liczba wejść cyfrowych

16 z izolacją galwaniczną (plus 12 z selektywną możliwością konfiguracji jako wejścia)

Liczba wyjść cyfrowych

PNP 16 razem maks. 512 impulsowe 100 kHz, 3 szt

12 binarnych z izolacją gawlaniczną

Liczba wejść analogowych

0…10 V, 8 bit

4 (4…20 mA), izolacja galwaniczna 2 (0…10 V)

Liczba wyjść analogowych

brak danych

Układy zliczające

brak danych

100 kHz 1- lub 2-fazowe: 2 szt. 100 kHz 1-fazowe: 2 szt.

brak danych

obsługiwane moduły rozszerzeń: RSTi I/O, VersaMax I/O, RX3i I/O, 8000 Process I/O

regulator PID 56 pętli (autotuning zaawansowany), specjalny koprocesor logiczny Logic Engine

liczbę We/Wy można zwiększać za pomocą ekspanderów EX-101, rozproszonych We/Wy lub innych sterowników PLC

5...64 MB, pamięć programu 10 MB – nieulotna Flash

62,4 kB

wielkość pamięci program 128 kB (RAM) oraz wielkość pamięci danych 1 MB (Flash)

instrukcja podstawowa LOD: 0,056 μs instrukcja zaawansowana MOV: 0,167... 0,278 μs

brak danych (częstotliwość przetwarzania 50 MHz)

RS-232, RS-485 adapter opcjonalny Modbus, moduł Webserwer, możliwość podłączenia 2 modułów AS-I Master

1 ´ port Ethernet, Modbus TCP, 1 ´ port RS-232/485, Modbus RTU, przezroczysty, 1 ´ port RS-232 (z zasilaniem 5 V), Modbus RTU, przezroczysty, wbudowany modem GSM/GPRS (UDP)

Wymiary

Zakres temperatury Stopień ochrony Jednostka centralna Języki programowania

Inne

Pamięć

Czas przetwarzania

Interfejsy magistralne

0,072 ms na każde 1000 operacji bitowych

2 redundantne porty Profinet 1 GB z MRP, 1 port Ethernet 1 GB, 2 porty USB

SDR

podw p

2 cji

MOXA/ Elmark

Omron

Panasonic

Phoenix Contact

Sysmac NJ

FPXC30PD

ILC 150 ETH

modułowy i do modułów rozproszonych łączonych po EtherCAT (do 192 modułów slave)

modułowo-kompaktowy

modułowy, do rozproszonych We/Wy

wersja 5-slotowa: 190,9 ´ 135 ´ 100 mm wersja 9-slotowa: 292,5 ´ 135 ´ 100 mm

90 mm ´ 90 mm ´ 110 mm + moduły

90 mm ´ 90 mm ´ 79 mm

119,8 mm ´ 80 mm ´ 71,5 mm

–40…+75 °C 5…95 % (bez skraplania)

0…+55 °C

–25...+55 °C

brak danych

IP20

ARM 32-bit, 160 MHz

Intel Atom 1,6 GB

brak danych

C++

drabinkowy, ST, FB, CAM Editor

lista instrukcji (IL), Fupla (FBD i LD), Graftec (SFC), tekst strukturalny (ST)

IEC 61131 IL, FBD, LD, ST, SFC

10 (110 V DC) 16 (24 V DC)

2560 + 192 modułów w sieci EtherCAT

16 w jednostce podstawowej – maks. 300 We/Wy

8...4096 We/Wy

16 (24 V DC) 4 przekaźniki

2560 + 192 modułów w sieci EtherCAT

4...4096 We/Wy

8 (4…20 mA) 8 (0…10 V)

160 + 192 modułów w sieci EtherCAT

wejścia analogowe dostępne jako odrębne moduły rozszerzeniowe

0...4096 We/Wy

brak danych

160 + 192 moduły w sieci EtherCAT

wyjścia analogowe dostępne jako odrębne moduły rozszerzeniowe

0...4096 We/Wy

brak danych

do 16 (2-kanałowych)

wbudowane układy szybkich liczników (HSC)

zewnętrzne

zegar RTC

Profibus, porty szeregowe, USB

liczbę We/Wy można zwiększać za pomocą modułów rozszerzeniowych

brak danych

SDRAM 64 MB; Flash 32MB; slot SD do 32 GB

20 MB

32 k instrukcji

pamięć danych: 256 kB pamięć programu (21 k instrukcji)

brak danych

1,8 ns

320 ns

90 µs (1 kB instrukcji), 1,5 ms (1 k instrukcji mieszanych)

podwójny port Ethernet z funkcją bypass, przemysłowe wykonanie; RS-232/422/485

DeviceNet, EtherCAT, Ethernet/IP

wbudowane interfejsy komunikacyjne RS-232C/RS-485

wbudowany Ethernet, Modbus TCP, RS-232, zewnętrzne: RS-485/232, Profibus, Modus RTU, CANopen

ioPAC 8020-C

modułowy kontroler RTU 5 lub 9 slotów do modułów rozszerzeń

AM) B

ania

port ysty, ), any

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2013

rynek i technologie Sterowniki PAC i plc

Producent

Pilz

Rockwell – Allen Bradley

Saia-Burgess/Sabur

Nazwa

PSSu

CompactLogix 5370

PCD1.M2

Rodzaj (modułowy, kompaktowy, do modułów rozproszonych)

szyna modułowa PSSuniversal do podłączenia 64 modułów We/Wy do sterowania z funkcjami bezpieczeństwa

modułowy, dla rozproszonych We/Wy

modułowo-kompaktowy (maks. 50 We/ Wy) w jednostce podstawowej

Wymiary

125,6 mm ´ 130 mm ´ 83,7 mm

140 mm ´ 118 mm ´ 105 mm

141,4 mm ´ 208 mm ´ 48 mm

–30…+60 °C

–25...+55 °C

0…+55 °C

IP20

brak danych

PAS IL, PAS STL (tekst strukturalny), graficzny edytor programowy PASmulti

IEC 61131 IL, FBD, LD, ST, SFC

(IL), Fupla (FBD i LD) Graftec (SFC)

Liczba wejść cyfrowych

16 + lokalne rozszerzenie: moduły We/Wy – 160 punktów

10 wbudowanych wejść

Liczba wyjść cyfrowych

6 wbudowanych wyjść

Liczba wejść analogowych

2 wbudowane wejścia

Liczba wyjść analogowych

brak wbudowanych

Zakres temperatury

Stopień ochrony Jednostka centralna Języki programowania

Układy zliczające

Inne

Pamięć

Czas przetwarzania

Interfejsy magistralne

brak danych

4 kanały szybkich liczników

liczniki impulsowe

liczbę We/Wy można zwiększać za pomocą modułów rozszerzeniowych

32 task – 100 programów w 1 task, lokalne moduły rozszerzeń – 4

liczbę We/Wy można zwiększać za pomocą kaset modułów zdalnych RIO

RAM – 128 MB, dla projektów – 2 MB

dane: 1 MB, Flash (SD) 2 GB + sterownik 1 GB card

pamięć na program użytkownika 512 kB, pamięć RAM 128 kB, podtrzymanie bateryjne, system plików użytkownika – 8 MB na wewnętrznej karcie SD

brak danych

90 µs (1000 bitowych operacji), 1,5 ms (1000 różnych instrukcji)

brak danych

Ethernet, SafetyNET p, RTFN/RTFL, Profinet RT, Ethernet/IP, Modbus TCP

wbudowany Ethernet, Modbus TCP, RS-232, zewnętrzne: RS-485/232, Profibus, Modus RTU, CANopen, Ethernet I/O IP 16 węzłów

2 ´ Ethernet (switch), USB, RS-485, RS-232 lub RS-422/485 (opcjonalny), Bluetooth, BACnet, LON IP

STE

a RIO

ów ej

5, y),

Siemens S7-300F (failsafe)

Unitronics / Elmark V350-35-TRA22

modułowy mini PLC

PLC z wbudowanym panelem operatorskim HMI

jednostka centralna: 40 ´ 125 ´ 130 mm

109 mm ´ 114,1 mm ´ 68 mm

standardowe wykonanie 0 …60 °C 10…95 % (bez skraplania)

0…+55 °C, wilgotność 10...95 %

IP20

IP65/NEM4X (od frontu)

CPU 317

brak danych

STEP 7- V5.2 SP1, LAD; FBD; STL; SCL; CFC; GRAPH; HiGraph

1024

256

Jedna z naszych unikalnych innowacji.

12 wejść (24 V DC) 4 wyjścia przekaźnikowe 3 A (250 V AC/30 V DC), 4 wyjścia tranzystorowe 0,5 A

Kompaktowy sterownik bezpieczeństwa PROTECT Select.

2 wejścia analogowe 0...10 V, 0...20 mA lub 4...20 mA, 2 wejścia termoparowe TC lub temperaturowe Pt 100

256

2 wyjścia analogowe typu 0...10 V lub 4...20 mA

liczniki

384 zegarów, 32 liczniki, 1 szybki licznik impulsów 200 kHz – 32 bit,

zegar

regulator PID do 24 niezależnych pętli 64 zmienne typu float, 4 szybkie wyjścia 200 kHz, w tym 2 do obsługi napędów

512 kB

1024 kB aplikacji, 6144 kB obrazków, 512 kB czcionek

0,05 ms

15 µs/1 kB aplikacji

Profibus; MPI

1´RS-232/RS-485, dodatkowo opcjonalnie 1´RS-485, CANbus, Ethernet lub Profibus

n proste i elastyczne ustawianie parametrów bez użycia komputera czy dodatkowego sprzętu n nie jest potrzebna umiejętność programowania PLC n redukcja okablowania n zastępuje do ośmiu modułów bezpieczeństwa n maks. PL e / maks. SIL 3

REKLAMA

We/

www.schmersal.pl

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2013

SCHMERSAL_PAR_100_295_MM_05_2013.indd 1

2013-05-14 09:19:26

rynek i technologie Sterowniki PAC i plc

• współpraca z sieciami przemysłowymi: Ethernet, Profibus DP, DeviceNet, LonWorks, AS-i, • możliwa wymiana uszkodzonych modułów „w ruchu”, • wprowadzanie zmian w programie „w ruchu”. Sterowniki modułowe ELC firmy Eaton wyróżniają się małymi rozmiarami i oferują duży wybór modułów rozszerzających montowanych na szynie DIN. Do systemu automatyki można wybrać spośród modułów: 4, 8 lub 16 wejść/wyjść (w sumie 256) z różnymi kombinacjami wejść AC i DC oraz wyjść przekaźnikowych lub tranzystorowych. Dodatkowo można stosować moduły: analogowych wejść i wyjść oraz wejść z platynowymi czujnikami temperatury, 2 × RS-485, Modbus oraz rozproszone wejścia/wyjścia przeznaczone dla różnych sieci: Ethernet/IP, Modbus TCP, DeviceNet i Profibus DP.

Rozwiązania zaawansowane/ sterowniki sieciowe W systemach produkcyjnych o rozproszonych w terenie elementach istotna jest komunikacja między współpracującymi urządzeniami. Dlatego do takich systemów opracowane zostały rozwiązania sterowników o bardziej elastycznej strukturze i oferujące systemy komunikacji przemysłowej. Przykładowo sterowniki firmy Eaton z serii XC100 i XC200 cechują się dużą skalowalnością i umożliwiają integrację z licznymi systemami magistralnymi. Są wyposażone w równoległą magistralę typu backplane bus, zapewniającą dużą szybkość pracy. Zintegrowany serwer sieciowy i interfejs Ethernet umożliwiają wymianę danych z urządzeniami OPC klient. W wersji dla serii XC200s oferowany jest duży wybór interfejsów sieciowych: Ethernet, CANopen, Profibus DP, easyNet i Suconet K. Natomiast rozwiązanie sterowników firmy Guru Control Systems z WinPAC z modułem CANopen master zawiera w standardzie moduł komunikacyjny master sieci CANopen, obsługującej rozproszone wyspy wejść/wyjść oraz inne dodatkowe urządzenia. Daje to możliwość podłączenia wejść/wyjść w postaci rozproszonych stacji slave sieci CANopen. Podłączenie 512 wejść/wyjść cyfrowych i 128 analogowych, przy rozpiętości sieci CANopen do 5 tys. m, umożliwia tworzenie rozbudowanych systemów sterownia. System automatyki stworzony przy użyciu tej sieci może odpowiadać nowoczesnym standardom rozproszonego sterowania, gdzie wyspy wejść/wyjść są umieszczane jak najbliżej elementów wykonawczych, a do

centralnego sterownika doprowadzane są tylko kable komunikacyjne. Całość można nadzorować z wbudowanego w panel operatorski sterownika PLC. Sterowniki Rockwell Automation – Allen Bradley typu CompactLogix 5370 – to sterowniki o dużej wydajności, umieszczone w kompaktowej obudowie przemysłowej. Przeznaczone są do automatyzacji średniej wielkości maszyn produkcyjnych. Występują w trzech wersjach o różnych możliwościach. Sterowniki te wyposażono w funkcję Integrated Architecture, umożliwiającą współpracę ze sterownikami napędów w ramach systemu Integrated Motion przez Ethernet/IP. Najbardziej zaawansowany model L3 zapewnia 3 MB pamięci użytkownika, możliwość zastosowania do 960 wejść/wyjść, a w specjalnym wykonaniu NSE ma specjalne cechy umożliwiające stosowanie w niebezpiecznych środowiskach pracy. Wykorzystanie protokołu BACnet z TwinCAT System Manager w sterownikach firmy Beckhoff pozwala konfigurowanie wyprowadzeń magistrali wejść/ wyjść i urządzeń BACnet za pomocą tylko jednego narzędzia. Funkcja automatycznego mapowania usprawnia i przyspiesza projektowanie systemów. Firma ma w ofercie kompaktowe (oparte na procesorach z rdzeniem ARM) sterowniki CX90xx – obsługujące do 1000 węzłów oraz rozbudowane CX50xx – zbierające i przetwarzające dane pochodzące z kilku tysięcy węzłów systemu automatyki. Te zaawansowane technicznie urządzenia mogą być wykorzystywane jako kontroler BACnet Building Controller (BBC) do tworzenia rozległego systemu sterowania. Szeroka gama sygnałów obsługiwanych przez rozmaite terminale sieciowe: od cyfrowych i analogowych wejść i wyjść, po interfejsy służące do integracji takich podsystemów, jak EIB/KNX, DALI, MP-bus, LON, EnOcean, M-bus, DMX i Modbus, ułatwia spełnienie wszelkich wymagań zaawansowanych systemów automatyki. Usługi BBMD (BACnet Broadcaast Management Device) zostały zintegrowane z przeznaczeniem do zastosowań w sieciach o dużym stopniu rozproszenia w serwerze internetowym TwinCAT BACnet/IP. Sieci BACnet można skanować (odnalezione wtedy urządzenia są widoczne w menedżerze systemu), a ich dane mogą być sparametryzowane i udostępnione programowi sterownika PLC jako dane do przetwarzania. Dzięki zastosowaniu standardowego formatu EDE (ang. Engineering Data Exchange) sterowniki Beckhoff mogą współpracować także z urządzeniami typu BACnet innych producentów.

Sterowniki PAC Do najbardziej zaawansowanych i złożonych systemów produkcyjnych stosuje się sterowniki o strukturze zbliżonej do komputerów PC, ale wykonanych w konstrukcji zapewniającej elastyczność rozwiązań i dostosowanej do przemysłowych warunków otoczenia – nazywanych najczęściej PAC. Firma GE Fanuc oferuje w tej grupie sterowniki PACSystems RX3i z dwiema magistralami systemowymi: PCI o przepustowości 27 MB/s, która zapewnia wydajną transmisję danych między modułami rozszerzeń a jednostką centralną sterownika, oraz magistralę High Speed Serial, umożliwiającą zainstalowanie w kasecie bazowej modułów rozszerzeń pochodzących ze sterowników serii 90–30. Dzięki temu sterowniki te nawiązują komunikację z wieloma urządzeniami w licznych sieciach z różnymi protokołami, a także mogą sterować serwonapędami i łatwo tworzyć rozbudowane aplikacje. Umożliwiają też serwisowanie całego systemu bez przerywania jego pracy. Procesory Pentium o częstotliwości taktowania od 300 MHz do 1,1 GHz zapewniają czas wykonania programu na poziomie od 0,47 ms do 0,072 ms na każde 1000 operacji bitowych. Systemy różnią się pojemnością wbudowanej pamięci RAM i Flash (przeznaczonej na program sterujący): od 5 MB do 64 MB. Także nowe sterowniki PAC typu ACR-9600 firmy Hannifin zawierają logiczne układy sterowania oraz układy specjalizowane do sterowania napędów. Umożliwiają programowanie z użyciem bloków funkcyjnych FBD, zgodnie z Motion Control Specifications organizacji PLCopen i stosowanie zaawansowanych funkcji sterowania napędami, wykorzystując funkcje sterowania osiami: Parker multi-axis, electronic camming, electronic gearing i interpolacji. Oprogramowanie ACR-View (zgodne ze standardem IEC 61131-3) umożliwia konfigurację, programowanie oraz diagnozowanie systemu. Wykorzystuje ono funkcje ciągłe, tekst strukturalny oraz programowanie drabinkowe, a także funkcje EPL do sterowania napędami dużych szybkości. Sterowniki te mają interfejs HMI oraz interfejsy CANopen do obsługi wejść i wyjść analogowych oraz Ethernet/IP do komunikacji z innymi sterownikami PLC i z HMI, a także dodatkowo interfejsy: USB 2.0, RS-232 i RS-485. Tadeusz Goszczyński Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP

Wszechstronne sterowniki Sterowniki PLC już od ponad 40 lat cieszą się niesłabnącą popularnością, a ich technologia jest nieustannie rozwijana. Trudno się temu dziwić, gdyż są to urządzenia uniwersalne i po odpowiednim zaprogramowaniu mogą precyzyjnie kontrolować pracę wielu urządzeń, jak również złożonych procesów przemysłowych.

W ofercie firmy WObit dostępne są sterowniki PLC firmy Kinco, które cieszą się coraz większym uznaniem i popularnością na polskim rynku. Wśród wielu propozycji sterowników programowalnych Kinco szczególnie funkcjonalnym modelem jest K308AX – sterownik z wyjściami tranzystorowymi i przekaźnikami. Sterownik jest wyposażony w 24 wejścia cyfrowe oraz 12 przekaźnikowych wyjść cyfrowych, a także cztery wyjścia tranzystorowe. K308AX ma wbudowany zasilacz 24 V DC, a jego wydajność prądowa wynosi 400 mA. Poza wspomnianymi wejściami, K308AX ma sześć szybkich liczników o częstotliwości 30 kHz oraz dwa szybkie wyjścia PTO, które mogą pracować jako szybkie wyjścia impulsowe lub wyjście PWM, o maksymalnej częstotliwości 20 kHz. Możliwości tego sterownika zostały również zwiększone dzięki implementacji zegara czasu rzeczywistego oraz dwóch 10-bitowych potencjometrów analogowych. Pamięć programu została rozszerzona do 32 kB, sterownik ma też pamięć zmiennych 4 kB. Dla tego sterownika, podobnie jak dla wszystkich sterowników PLC w ofercie firmy WObit, dostępne jest darmowe środowisko programistyczne KincoBuilder. Umożliwia ono programowanie z drabinkowym językiem programowania (LD) oraz listą Promocja

PPH WObit E. K. J. Ober s.c. Dęborzyce 16, 62-045 Pniewy tel. 61 22 27 422, fax 61 22 27 439 e-mail: wobit@wobit.com.pl www.wobit.com.pl

REKLAMA

Fot. WObit

Fot. PPH WObit E. K. J. Ober

Sterownik Kinco CPU308

instrukcji (IL) – do pobrania ze strony www.kinco.com.pl. Na stronie dostępny jest również podręcznik programowania w języku polskim wraz z przykładami programów. Możliwości omówionego urządzenia można rozszerzyć implementując moduł rozszerzeń, np. K331-04RD, który ma cztery wejścia do pomiaru temperatury dla czujników typu Pt 100, jak również moduł K331-04IV wyposażony w cztery wejścia analogowe dla sygnałów typu 0–20 mA/4–20 mA/ ±10 V/1–5 V. Sterowniki z serii K3 mogą komunikować się po magistrali RS-232 oraz RS-485 Modbus RTU. W trzecim kwartale bieżącego roku do oferty firmy WObit zostanie wprowadzona nowa seria sterowników programowalnych K5. Nowa seria sterowników została wyposażona m.in. w interfejs komunikacyjny CANopen (Controller Area Network), umożliwiający łatwą komunikację, np. z panelem operatorskim. Sterowniki PLC Kinco pozwalają na tworzenie złożonych systemów sterowania maszyn i linii technologicznych w różnorodnych gałęziach przemysłu, jak również poza nim, np. w inteligentnych budynkach. Wszystkich zainteresowanych naszymi aplikacjami oraz ofertą produktową, zapraszamy do kontaktu ze specjalistami firmy WObit pod numerem telefonu 61 22 27 422 oraz na stronę www.kinco.com.pl.

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2013

rynek i technologie STEROWNIKI PAC I PLC

Urządzenia firmy ELPRO w systemie elektrycznego ogrzewania rozjazdów kolejowych Bezpieczeństwo ruchu kolejowego wymaga utrzymania stanu infrastruktury na odpowiednim poziomie sprawności i niezawodności. Dotyczy to nie tylko urządzeń sterowania ruchem kolejowym, ale także torowiska i urządzeń przytorowych. Rozwiązaniem ułatwiającym pracę

Sterownik i moduły pomiarowe systemu ZNOR-2

poziom bezpieczeństwa jest system obsługi urządzeń energetyki niskiego napięcia typu ZNOR-2. Jest to powszechnie znany system produkowany przez spółkę Elester-PKP.

Jednym z podstawowych zadań systemu jest automatyczne ogrzewanie szyn rozjazdów kolejowych, w celu zapewnienia ich sprawności nawet przy skrajnie niekorzystnych warunkach atmosferycznych. Urządzenia zdalnego sterowania pozwalają na zdalną kontrolę i obsługę urządzeń ZNOR-2 rozmieszczonych na całym odcinku linii kolejowej.

Promocja

Pracownik centrum widzi na monitorach lub na ścianie graficznej wykonanej z monitorów LCD pełne, skalowalne zobrazowanie szlaku i układu torowego z uwzględnionymi urządzeniami systemu. System komunikuje się z urządzeniami zewnętrznymi za pomocą bezprzewodowego modemu Elpro 915U-D. Jest to modem realizujący dwukierunkową transmisję danych szeregowych, nawet na odległość do 12 km. Wyposażony jest w dwa interfejsy szeregowe, RS-232 i RS-485, mogące pracować równocześnie w dwóch niezależnych kanałach. – Bezprzewodowe modemy Elpro 915U-D oferowane przez firmę Tekniska Polska w systemie ZNOR-2 zapewniają transmisję danych pomiędzy pulpitem nadrzędnym, czyli panelem operatorskim, a sterownikiem znajdującym się wewnątrz rozdzielnicy EOR – Elektrycznego Ogrzewania Rozjazdów. Modemy Elpro zostały wykorzystane przy realizacji zdalnego sterowania w pobliżu

Lublina. Jednym z założeń projektowanego systemu było zastosowanie transmisji bezprzewodowej, umożliwiającej nadawanie na stosunkowo duże odległości – około dwóch kilometrów – przy zróżnicowanym ukształtowaniu terenu. Dodatkowym wymaganiem było zapewnienie transparentnej transmisji danych przy wykorzystaniu interfejsu szeregowego RS-485. Dzięki zastosowaniu modemów Elpro 915U-D, pracujących w trybie strumieniowym, przesył danych pomiędzy sterownikami odbywa się płynnie i z dużą prędkością – 250 kb/s. Transmisja realizowana jest na zasadzie half-duplexu, czyli pytanie - odpowiedź. Topologia pracy systemu to gwiazda – mówi Krzysztof Misiakiewicz, inżynier elektronik w firmie Elester-PKP. Do modemów zostały podłączone wysokiej jakości anteny fińskiej firmy Completech oferowane przez Tekniska Polska. – Ze swojej strony, jako

Fot. Tekniska

obsługi i gwarantującym właściwy

Podstawowe właściwości modemu ELPRO 915U-D: • praca w topologii master/slave, • roaming, automatyczna rekonfiguracja, • wsparcie dla protokołów Modbus RTU, DF1, Profibus, • transmisja pakietowa lub strumieniowa, • szyfrowanie AES 128-, 192- lub 256-bitowe, • podwójna identyfikacja sieci, • modulacja FHSS, wysoka odporność na zakłócenia, • możliwość pomijania wybranych częstotliwości, • dwa niezależne kanały transmisyjne, użytkownik, mogę dodać, że modemy konfiguruje się w intuicyjny sposób. Bardzo pomocny przy uruchamianiu systemu okazał się wskaźnik RSSI w postaci analogowej. W łatwy sposób można zbadać siłę sygnału zwykłym miernikiem. Modemy działają w naszym systemie od jesieni 2012, ogólnie oceniam ich pracę bardzo pozytywnie – dodaje Krzysztof Misiakiewicz. Do tej pory komunikacja radiowa na dużych dystansach możliwa była tylko

• symultaniczna obsługa RS-232 oraz RS-485, • konfiguracja poprzez port USB, • szeroki zakres temperatury pracy (od –40 °C do +65 °C), • zasilanie 9–30 V DC, • sygnalizacja stanu połączenia, poziom sygnału „na styku”, • możliwość montażu na szynie DIN lub płaskiej powierzchni, • zdalny dostęp do każdego radiomodemu w sieci, • zaawansowana diagnostyka, • ATEX Zone 2, • tryb uśpienia (sleep mode).

na częstotliwościach licencjonowanych, zwykle w pasmach poniżej 500 MHz. Firma Elpro jako alternatywę proponuje modem 915U-D pracujący w otwartym paśmie 2,4 GHz. Pozwala on na transmisję danych z prędkością do 250 kb/s na dystansach do 12 km (wymagana widoczność optyczna anten, anteny 5 dBi). Radiomodemy pracują w topologii master/slave, z możliwością stosowania repeaterów. Nie ma ograniczeń co

do ich ilości i lokalizacji w sieci. Repeater może obsługiwać urządzenia końcowe tak, jak slave. Zastosowanie takiej topologii pozwala na tworzenie rozległych sieci pokrywających ogromne obszary. Z kolei podwójna identyfikacja sieci (adres sieciowy i identyfikator) umożliwia stworzenie kilku niezależnych sieci na tym samym obszarze. Dzięki funkcji roamingu każdy slave i repeater automatycznie wyszukuje połączenie z modemem nadrzędnym. Zapewnia to automatyczną rekonfigurację w przypadku zaniku połączenia. W razie potrzeby można również skonfigurować połączenia na sztywno. Modemy są uniwersalne – każdy może pracować w trybie master, slave lub repeater. Konfiguracja jest intuicyjnie prosta, można jej dokonać lokalnie przez port USB lub zdalnie. W przypadku konfiguracji lokalnej nie jest potrzebne zewnętrzne źródło napięcia, wtedy zasilanie pobierane będzie z portu USB, a obwody RF (radio) zostaną wyłączone. Jarosław Kapturski TEKNISKA POLSKA Przemysłowe Systemy Transmisji Danych Sp. z o.o. 44-121 Gliwice, ul. Łabędzka 9 tel. +48 32 33 111 06÷08

REKLAMA

Fot. Tekniska

Przemysłowe rozwiązania dla przemysłu

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2013

rynek i technologie STEROWNIKI PAC I PLC

PCD3 Power – jeszcze większa wydajność sterowników PCD3! Saia PCD3 Power to najpotężniejsze jednostki centralne w ofercie

flash z systemem plików. Można ją wykorzystywać do przechowywania stron WWW, instrukcji, dokumentacji, programów źródłowych czy logów danych. Zasoby systemowe sterowników PCD3 Power są wystarczające do uruchomienia aż do 13 interfejsów komunikacyjnych w jednym urządzeniu. Nawet najbardziej ambitne zadania, np. równoczesna praca w sieciach BACnet i LON-IP, są realizowane niezawodnie.

Saia-Burgess, stworzone na potrzeby najbardziej wymagających instalacji i obsługi szybkozmiennych procesów. Dzięki wyposażeniu w wydajniejsze procesory wykonują aplikacje dwa, trzy razy szybciej od dotychczasowych jednostek centralnych Saia PCD. Dodatkowo PCD3 Power oferują podwojone zasoby pamięci wewnętrznej.

Automation Server Zasoby sterowników pozwalają na uruchomienie aż 13 interfejsów komunikacyjnych w jednym urządzeniu i realizację najbardziej wymagających zadań, np. równoczesnej pracy w sieciach BACnet i LON-IP. PCD3 Power umożliwiają także wgrywanie programu bez zatrzymywania pracy sterownika. Oprócz zwiększonych zasobów i funkcji PCD3 Power oferują przemysłową jakość i cykl życia planowany na 20 lat, a także wbudowaną technologię Automation Server.

nowe funkcjonalności systemu operacyjnego, zauważalna szybkość przetwarzania aplikacji wzrosła trzykrotnie. W stosunku do istniejących sterowników PCD3 w nowych urządzeniach zostały podwojone zasoby pamięci wewnętrznej. Dzięki temu użytkownik ma do dyspozycji 2 MB pamięci flash na program i 1MB pamięci SRAM na dane. Jednostka bazowa PCD3 Power ma także 16 MB wbudowanej pamięci

Automation Server to rodzaj uniwersalnego pomostu pomiędzy systemem automatyki, warstwą zarządzania przedsiębiorstwem oraz urządzeniami i systemami automatyki firm trzecich, które wymagają stosowania dodatkowych sterowników, narzędzi softwarowych i protokołów komunikacyjnych. Zapewnia on korzyści ze stosowania technologii webowej i IT, które zostały zaimplementowane w sterownikach Saia PCD

Najnowszym rozwinięciem rodziny Saia PCD3 Power jest sterownik PCD3. M6860 z dwoma portami Ethernet. Niezależnie konfigurowane karty Ethernetowe dzięki dwóm adresom IP umożliwiają odseparowanie sieci lub budowę sieci redundantnych. Takie rozwiązanie predestynuje PCD3.M6860 do pracy w najbardziej odpowiedzialnych systemach automatyki infrastrukturalnej, takich jak instalacje bezpieczeństwa w tunelach kolejowych i drogowych, czy automatyce budynkowej.

Telecom

PCD3 Power z 2 portami Ethernet

Nowe sterowniki PCD3 zostały wyposażone w czterokrotnie szybsze procesory od stosowanych w dotychczasowych modelach tej rodziny. Ponieważ część tej prędkości jest wykorzystywana przez

Promocja

Fot. Sabur

Zasoby do najbardziej wymagających zadań

® Telecom

Fot. Sabur

– wbudowane serwery WWW, SMTP i FTP, możliwość eksportu danych do plików CSV, obsługę skryptów CGI, pamięci Flash z systemem plików czy kart SD. Automation Server umożliwia

integrację z systemami automatyki innych dostawców, bez konieczności dodatkowych prac inżynierskich i ponoszenia kosztów związanych z rozszerzaniem możliwości komunikacyjnych.

Pełna kompatybilność w rodzinie PCD3 Sterowniki PCD3 Power są w pełni kompatybilne z pozostałymi PLC, kasetami rozszerzeń, modułami wejść/wyjść zdalnych i lokalnych, komunikacyjnymi, funkcyjnymi i innymi oraz akcesoriami rodziny PCD3. Istniejące programy użytkownika mogą być bezpośrednio przenoszone i będą z powodzeniem pracowały w nowej jednostce bazowej. Programowanie i konfiguracja PCD3 Power odbywa się za pomocą pakietu narzędziowego Saia PG5 Controls Suite od wersji 2.0. Producent przygotował także wersje PCD3 Power, które mogą być programowane z użyciem STEP®7. Nowy PCD3 Power jest dostępny w trzech typach: • PCD3.M5560 z wbudowanymi interfejsami Ethernet i Profi-S-Net, • PCD3.M6560 Ethernet i Profibus DP-Master, • PCD3.M6860 z dwoma portami Ethernet.

SABUR Sp. z o.o. tel. 22 549 43 53 www.sabur.com.pl

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2013

Nowości MONITOROWANIE

IO-Link Smart Light Jak zrewolucjonizować tak popularny produkt, jak kolumna sygnalizacyjna? Może wykorzystać do tego interfejs IO-Link? Banalnie proste podłączenie oraz możliwości zdalnej parametryzacji w każdej chwili to cechy, które sprawiają, iż interfejs IO-Link jest doskonałym rozwiązaniem. Efektem zastosowania interfejsu IO-Link w kolumnie sygnalizacyjnej jest Smart Light firmy Balluff. Smart Light to rewolucja w dziedzinie kolumn sygnalizacyjnych.

różnych kolorów w osobnych strefach. W przypadku lampy sygnalizacyjnej Smart Light można ustawić od jednej do pięciu takich stref. Każda z nich może świecić w jednym z pięciu predefiniowanych kolorów światłem stałym lub migającym w jednym z dwóch dostępnych trybów. System wyróżnia się wśród rozwiązań dotychczas dostępnych na rynku możliwością swobodnego przydziału kolorów i stref z opcją ich płynnego i elastycznego dostosowania.

Tryb wskazania poziomu W trybie wskazania poziomu można wykorzystać bezpośredni dostęp do wartości analogowej sterownika PLC i natychmiast ją wyświetlić za pomocą kolumny sygnalizacyjnej. W tym trybie, dzięki możliwości oddzielnego sterowania każdym segmentem LED, uzyskujemy szczegółową wizualizację poziomu napełnienia, wartości temperatury lub np. przemieszczenia. Ponadto wartości mogą przekładać się na zmiany kolorów. Przykładowo, jeśli poziom napełnienia znajduje się w zakresie dopuszczalnych wartości, segmenty będą koloru zielonego. Przy zbliżeniu do wartości krytycznej kolor natychmiast zmienia się na żółty, a osiągnięcie niebezpiecznego stanu spowoduje natychmiastową zmianę koloru na czerwony.

Tryb sygnalizacji pracy

Promocja

segmentu bez konieczności mechanicznej modyfikacji kolumny LED wymaga wykonania zaledwie kilku poleceń z poziomu PLC. Takie rozwiązanie zapewnia użytkownikom znaczną swobodę wyboru kolorów oraz jednego z trzech dostępnych trybów opisanych poniżej.

BALLUFF Sp. z o.o. ul. Muchoborska 16, 54-424 Wrocław

Tryb sygnalizacji Jest to podstawowa funkcja kolumn, czyli prezentacja statusów za pomocą

tel. 71 338 49 29, fax 71 338 49 30 e-mail: balluff@balluff.pl www.balluff.pl

Fot. Balluff

W tradycyjnych systemach użytkownik dysponuje elementami o różnych kolorach, które może dowolnie ze sobą zestawić i przypisać do określonych stanów działania. Raz ustawionego systemu kolorowych oznaczeń nie można zmienić bez demontażu lampy. Zastosowanie interfejsu IO-Link umożliwia elastyczną i zdalną zmianę ustawień jednego z 20 segmentów nawet podczas pracy urządzenia. Przydział nowych kolorów oraz szerokości

Dzięki tej funkcji w intuicyjny sposób prezentowane jest działanie urządzenia oraz jego stan. Segment o zadanym kolorze i wielkości automatycznie przemieszcza się w kolumnie o danym kolorze tła. W każdej chwili z poziomu systemu sterowania można przełączać się między poszczególnymi trybami.

SYSTEMY KOMUNIKACJI Nowości

Energooszczędne switche przemysłowe Firma Advantech wprowadziła do oferty serię switchy przemysłowych EKI-3000 o niskim zużyciu energii, wyposażonych w funkcje automatycznego wyłączania nieużywanych portów oraz dopasowywania zużycia

Fot. Balluff, Elmark Automatyka

Fot. ELMARK Automatyka

energii, w zależności od długości kabli transmisyjnych.

Switche wyposażone zostały w 5–8 portów Fast Ethernet (EKI3525/3528) lub 5–8 portów gigabitowych (EKI-3725/3728), z których 1–2 porty przeznaczone zostały do transmisji danych z wysokim priorytetem, zgodnie z technologią VIP. Jest ona szczególnie użyteczna w aplikacjach wymagających wysokiej przepustowości, takich jak strumień wideo, gdzie nawet niewielkie opóźnienia mogą powodować awarie systemów. Automatyczne wyłączanie nieużywanych portów oraz dostosowywanie mocy sygnału do długości kabli sprawiają, że serię EKI-3000 można zaliczyć do urządzeń klasy Green Ethernet, zgodnie ze standardem IEEE 802.3az. W przypadku wykorzystania tylko jednego portu, zużycie energii spada w nich aż o 60 %. Gdy wykorzystywane są cztery porty jednocześnie, zużycie energii spada o 36 %. Takie rozwiązania nie tylko chronią środowisko, ale zapewniają dłuższą pracę przy zasilaniu ze źródeł akumulatorowych. Ponadto funkcja Loop Detection wyłącza odpowiedni port Ethernet w sytuacji, gdy dojdzie do zapętlenia danych w sieci. Dzięki temu sieć jest zabezpieczona przed pakietami typu broadcast, które bardzo szybko mogą doprowadzić do zapchania łączy, a tym samym do zerwania transmisji. O ewentualnej awarii użytkownik jest informowany przy pomocy widocznej z boku obudowy diody LED, co pozwala na szybsze zdiagnozowanie problemu, a przez to zmniejszenie czasu przestojów. Dla switchy gigabitowych wprowadzono również funkcję Jumbo Frames, która umożliwia przesyłanie do 9 kB danych w jednej ramce, co rozszerza ich zastosowanie o systemy dźwięku i wideo. Switche mają solidną, plastikową obudowę o stopniu ochrony IP40 i pozwalającą na pracę w środowisku o dużym zapyleniu. Redundantne zasilanie, z zakresu 12–48 V DC, umożliwia w przypadku awarii automatyczne przełączenie do równorzędnego źródła napięcia. Zastosowanie ochrony ESD przed przepięciami na linii Ethernet (do 6 kV DC) oraz linii zasilającej (do 4 kV DC) skutecznie podwyższa bezpieczeństwo oraz niezawodność użytkowanych sieci. Dodatkowo na pokładzie umieszczono alarmowe wyjście przekaźnikowe oraz diody LINK. Switche przystosowano do pracy w temperaturze od –10 °C do +60 °C. Przełączniki mają wysoką ochronę przed wibracjami, Promocja

przeciążeniami czy spadaniem, zgodnie z wymogami normy IEC 60068. Wysoki współczynnik MTBF zapewnia bezawaryjną pracę urządzeń przez 1 500 000 h. Ich niezawodność gwarantowana jest pięcioletnią gwarancją producenta. Wszystkie te cechy sprawiają, że seria EKI-3000 to idealne rozwiązanie do zastosowań w trudnych warunkach przemysłowych. Switche zapewniają niskie koszty eksploatacji oraz dużą trwałość. Porty z priorytetami transmisji oraz ochrona przed zapętleniem sieci dodatkowo podnoszą bezpieczeństwo oraz pewność transmisji danych.

Jarosław Molenda ELMARK Automatyka Sp. z o.o. www.elmark.com.pl REKLAMA

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2013

Nowości BEZPIECZEŃSTWO

Nowe oprogramowanie wspierające projektowanie systemów bezpieczeństwa Rockwell Automation oferuje bezpłatne oprogramowanie Safety Automation Builder (SAB) – narzędzie wspomagające inżynierów projektujących systemy automatyzacji maszyn podczas konfigurowania i projektowania systemów bezpieczeństwa, a tym samym minimalizujące nakłady czasu.

Safety Automation Builder – ekran programu

Narzędzie SAB ułatwia realizację procesu projektowania systemu bezpieczeństwa dzięki dostępnym opcjom planowania, analizy poziomu zapewnienia bezpieczeństwa PL (ang. Performance Level) i doboru produktów z oferty firmy Allen-Bradley. W analizie PL jest stosowany stworzony przez niemiecki instytut IFA program SISTEMA – narzędzie obliczeniowe do kompleksowej oceny projektowanych systemów bezpieczeństwa, gwarantujące odpowiedni poziom niezawodności, zgodny z normą EN ISO 13849-1 dotyczącej bezpieczeństwa maszyn. Oprogramowanie Safety Automation Builder automatyzuje proces wyboru rozwiązań bezpieczeństwa, a tym samym przyspiesza projektowanie i minimalizuje ryzyko popełnienia błędu przez człowieka. Stosując SAB użytkownicy importują obraz rozpatrywanej maszyny i – wykorzystując rozwijane menu i ekrany pomocy – odpowiadają na kolejne pytania, aby określić niezbędne zabezpieczenia. Następnie oprogramowanie kompiluje wszystkie wybory, generuje zestawienie

materiałów i komasuje niezbędne dane, by eksportować je do programu SISTEMA, który oblicza poziom PL zgodnie z wytycznymi normy EN ISO 13849-1. SAB może być stosowany do: • planowania ryzyk i zagrożeń maszyny oraz punktów dostępu, • definiowania funkcji bezpieczeństwa i wyboru środków ochronnych dla każdej z nich, • eksportowania danych do programu SISTEMA w celu ewaluacji, • bezpośredniego połączenia z oprogramowaniem ProposalWorks w celu utworzenia listy niezbędnych komponentów. SAB wykorzystuje pełną ofertę przemysłowych produktów bezpieczeństwa, stosując powszechnie przyjęte najlepsze praktyki projektowania kompletnych rozwiązań bezpieczeństwa. Wyniki obejmują: • zestawienie komponentów, • koncepcyjne rysunki rozmieszenia środków ochronnych, • pliki programu SISTEMA.

Firma Rockwell Automation opublikowała również opracowanie Funkcje Bezpieczeństwa, które zawiera wstępnie opracowane dokumenty projektowe (wzorce), zawierające szczegółowe informacje dotyczące stosowanych metod zabezpieczenia, w tym konkretne funkcjonalności, dane poziomu bezpieczeństwa PL i wymagane elementy wejściowe, logiczne i wyjściowe. Dokumenty te obejmują również listy komponentów, schematy elektryczne, pliki programu SISTEMA oraz plany weryfikacji i zatwierdzania. Kombinacja SISTEMA, SAB i biblioteki danych Rockwell Automation zapewni projektantom maszyn i systemów kompleksowe wsparcie w uzyskaniu bezpieczeństwa zgodnie z normą EN ISO 13849-1. Udostępnienie biblioteki danych odzwierciedla uznanie przez Rockwell Automation wagi normy EN ISO 13849-1 i innych norm bezpieczeństwa funkcjonalnego dla przemysłu, w tym przedsięwzięcia podejmowane w celu zapewnienia bezpieczeństwa maszyn w przemyśle. Są to tylko wybrane elementy spośród wielu działań i narzędzi wprowadzonych przez firmę, które gwarantują inżynierom pomoc i dostarczają cenne wskazówki, jak radzić sobie ze zmianami w prawie i normach w coraz bardziej konkurencyjnym środowisku. Bezpłatne oprogramowanie SAB można pobrać ze strony: http://discover.rockwellautomation.com/SFTY_EN_safety_automation_builder.aspx. Aby jak najlepiej wykorzystać nowe narzędzie, użytkownicy powinni również pobrać i uruchomić program SISTEMA do obliczania PL oraz oprogramowanie Automations Proposal Works Rockwell Automation do wyboru produktów i zestawienia materiałów.

Mat. pras. ROCKWELL AUTOMATION

Zobacz więcej Pobierz bezpłatną aplikację PAR+ App Store | Google Play

Nauka

Metody badania nielaserowego promieniowania optycznego Andrzej Pawlak Centralny Instytut Ochrony Pracy – Państwowy Instytut Badawczy, Warszawa

Streszczenie: W artykule omówiono wymagania dotyczące metody i zakresu badania nielaserowego promieniowania optycznego na stanowiskach pracy oraz stosowanej aparatury pomiarowej, bazując na zapisach zawartych w aktualnych normach z zakresu promieniowania optycznego. Zakres pomiarów ekspozycji przedstawiono w powiązaniu z aktualnymi wartościami MDE. Zaprezentowano także sposób wyznaczania wymiaru kątowego źródła promieniowania α oraz metodę obliczania skutecznej luminancji energetycznej źródła na podstawie zmierzonego skutecznego natężenia napromienienia. Na zakończenie przedstawiono wymagania dotyczące częstotliwości wykonywania badań oraz propozycje dotyczące zawartości raportu z badań. Słowa kluczowe: promieniowanie optyczne: nadfioletowe, widzialne, podczerwone, natężenie napromienienia, luminancja energetyczna

Fot. Rockwell Automation

1. Wprowadzenie Promieniowanie optyczne występuje jako naturalny składnik promieniowania słonecznego oraz wytwarzane jest w sposób sztuczny przez człowieka i wykorzystywane w różnych procesach technologicznych, medycynie, kosmetyce oraz pracach badawczych. Promieniowanie to stanowi również produkt uboczny działalności zawodowej człowieka i występuje m.in. podczas spawania lub podczas gorących procesów technologicznych, np. w hutnictwie. Może stanowić zagrożenie dla oczu i skóry pracowników, jeśli nadmierna ilość tego promieniowania pada na eksponowane tkanki pracownika. Ten fakt uwzględnia Dyrektywa 2006/25/WE [1] oraz rozporządzenia ją wdrażające [2–4], z których wynika konieczność oceny narażenia pracowników na promieniowanie optyczne. Natomiast do określenia stopnia zagrożenia pracowników tym promieniowaniem niezbędne jest wykonanie odpowiednich pomiarów, których ogólne zasady przedstawione są odpowiednio w normach: PN-T-06589: 2002 [5] oraz PN-T-05687: 2002 [6]. Natomiast szczegółowe informacje odnośnie metod pomiaru i oceny ekspozycji pracowników na promieniowanie optyczne zamieszczono w normach PN-EN 14255-1: 2010 [7] oraz PN-EN 14255-2: 2010 [8].

2. Wymagania dotyczące pomiarów nielaserowego promieniowania optycznego W normach [7, 8] przedstawiono procedurę ogólną oceny ekspozycji na promieniowanie optyczne oraz metody wyznaczania poszczególnych parametrów promieniowania optycznego. W normach tych nie określono wartości MDE – maksymalnych dopuszczalnych ekspozycji na promieniowanie UV oraz VIS czy IR. Podano długości fal promieniowania nadfioletowego (180–400 nm), promieniowania widzialnego i podczerwonego (380–3000 nm) oraz zagrożenia światłem niebieskim (300–700 nm) [12].

2.1. Procedura ogólna [7, 8]

W celu wykonania pomiarów służących do oceny ekspozycji na promieniowanie optyczne na stanowisku pracy oraz porównania ich z maksymalnymi wartościami dopuszczalnych ekspozycji, które są zawarte w Rozporządzeniu [3], należy wykonać następujące czynności: – przegląd wstępny, który ma na celu stwierdzenie czy jest, lub czy nie jest konieczne wykonanie pomiarów. Na podstawie dostępnej informacji dotyczącej źródła promieniowania i możliwej ekspozycji pracowników na promieniowanie optyczne należy zdecydować, czy pomiar ekspozycji jest niezbędny, lub czy można stwierdzić (bez wykonywania pomiarów) wystąpienie przekroczenia lub brak przekroczenia wartości MDE. Przy podjęciu powyższej decyzji mogą być przydatne informacje dotyczące klasyfikacji maszyn (kategoria emisji) określonej na podstawie norm [9 lub 10], lub grupa ryzyka dla lamp i systemów lampowych określona na podstawie normy [11]; – analizę zadania roboczego polegającą na określeniu: • liczby, rodzaju i umiejscowienia źródeł promieniowania, • możliwości występowania promieniowania odbitego lub rozproszonego na ścianach, materiałach, urządzeniach itp., • widma promieniowania – na podstawie danych producenta (należy pamiętać, że może ono być zmienione przez rozproszenie, odbicie lub pochłanianie), • odległości pracownika od źródła promieniowania, • czasów ekspozycji (jednorazowych i całkowitych), • potencjalnych skutków zdrowotnych, • wartości maksymalnych dopuszczalnych ekspozycji, • stosowania sprzętu ochrony indywidualnej/zbiorowej; Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2013

Nauka

– pomiar ekspozycji – należy go wyznaczyć w odniesieniu do ustalonych wartości MDE.

2.2. Metoda pomiaru promieniowania nadfioletowego na stanowiskach pracy

Pomiarowi podlegają dwie wielkości: całkowite (nieselektywne) oraz skuteczne natężenie napromienienia. Wyznaczane są one w celu określenia: a) zagrożenia fotochemicznego oka (rogówka, spojówka, soczewka) i skóry nadfioletem z zakresu 180–400 nm; w tym celu wykonuje się: • pomiar skutecznego natężenia napromienienia ES za pomocą radiometru szerokopasmowego o czułości widmowej detektora dopasowanej do krzywej skuteczności widmowej S(λ) (tab. 1 w normie [5]), • pomiar czasu jednorazowej ekspozycji, • wyznaczenie całkowitego czasu ekspozycji, • wyznaczenie skutecznego napromienienia HS. b) zagrożenia fotochemicznego oka (soczewka) nadfioletem z zakresu UV-A (315–400 nm); w tym celu wykonuje się: • pomiar natężenia napromienienia EC za pomocą radiometru szerokopasmowego o stałej czułości widmowej detektora w zakresie 315–400 nm, • pomiar czasu jednorazowej ekspozycji, • wyznaczenie całkowitego czasu ekspozycji, • wyznaczenie napromienienia HUVA. Następnie dla obu przypadków należy wyznaczyć stopień zagrożenia oraz dozwolony czas napromienienia. Stopień zagrożenia jest sumą wszystkich wartości napromienienia skóry i oczu w ciągu całej zmiany roboczej oraz sumą napromienienia nieselektywnego oczu. Dozwolony czas napromienienia jest to iloraz wartości MDE dla oczu z zakresu 315 – 400 nm do wartości natężenia napromienienia zmierzonego lub iloraz wartości MDE dla oczu i skóry z zakresu 180 – 400 nm do wartości zmierzonego skutecznego natężenia napromienienia. Pomiaru maksymalnego natężenie napromienienia narażonych części ciała dokonuje się w miejscu przebywania pracownika. W przypadku określenia narażenia skóry należy wykonać pomiar ES, natomiast oczu – pomiar ES i EC. Niezbędne jest również wyznaczenie całkowitego czasu ekspozycji.

2.3. Pomiar promieniowania widzialnego i podczerwonego na stanowiskach pracy

Pomiarowi podlegają następujące wielkości: całkowite (nieselektywne) i skuteczne natężenie napromienienia oraz skuteczna luminancja energetyczna (radiancja). Wyznaczane są one w celu określenia: a) zagrożenia fotochemicznego oka (siatkówki) światłem niebieskim (300–700 nm). W tym celu wykonuje się: • pomiar skutecznej luminancji energetycznej (radiancji) LB za pomocą radiometru szerokopasmowego wywzorcowanego w jednostkach LB [W/(m2sr)] z detektorem, którego czułość widmowa dopasowana jest do krzywej skuteczności widmowej B(λ) (tab. 1 w normie [6]); • pomiar natężenia napromienienia EB za pomocą radiometru szerokopasmowego wywzorcowanego w jednostkach EB [W/m2] z detektorem, którego czułość widmowa dopasowana jest do krzywej skuteczności widmowej B(l) (tab. 1 w normie [6]);

Wybór mierzonej wielkości – skutecznej luminancji energetycznej lub natężenia napromienienia uzależniony jest od wartości kąta widzenia źródła, który wyznacza się dla obu przypadków. Ponadto, w obu przypadkach mierzy się czas jednorazowej ekspozycji ti oraz wyznacza całkowity czas ekspozycji tc. b) zagrożenia termicznego siatkówki promieniowaniem widzialnym i podczerwonym (380–1400 nm). W tym celu wykonuje się: • pomiar skutecznej luminancji energetycznej (radiancji) LR za pomocą radiometru szerokopasmowego wywzorcowanego w jednostkach LR [W/(m2sr)] z detektorem, którego czułość widmowa dopasowana jest do krzywej skuteczności widmowej R(λ) (tab. 1 w normie [6]), • pomiar czasu jednorazowej ekspozycji·ti, • wyznaczenie kąta widzenia źródła; c) zagrożenia termicznego siatkówki promieniowaniem podczerwonym z zakresu IR-A (780–1400 nm); w tym celu wykonuje się: • pomiar skutecznej luminancji energetycznej (radiancji) LR za pomocą radiometru szerokopasmowego wywzorcowanego w jednostkach LR [W/(m2sr)] z detektorem, którego czułość widmowa dopasowana jest do krzywej skuteczności widmowej R(λ) (tab. 1 w normie [6]), • pomiar czasu jednorazowej ekspozycji ti, • wyznaczenie kąta widzenia źródła; d) zagrożenia termicznego oka (rogówka, soczewka) promieniowaniem podczerwonym (780–3000 nm); w tym celu wykonuje się: • pomiar natężenia napromienienia E za pomocą radiometru szerokopasmowego wywzorcowanego w jednostkach E [W/m2] z detektorem o stałej czułości widmowej w zakresie 780–3000 nm, • pomiar czasu jednorazowej ekspozycji ti; e) zagrożenia termicznego skóry promieniowaniem widzialnym i podczerwonym (IR-A, IR-B) (380–3000 nm). W tym celu wykonuje się: • pomiar natężenia napromienienia E za pomocą radiometru szerokopasmowego wywzorcowanego w jednostkach E [W/m2] z detektorem o stałej czułości widmowej w zakresie 380–3000 nm, • pomiar czasu jednorazowej ekspozycji ti, • wyznaczenie napromienienia Hskóra ze wzoru

Hskóra = E∙ti [J·m-2]

(1)

Pomiar natężenia napromienienia należy wykonać w miejscu przebywania pracownika na wysokości oczu lub skóry. Natomiast luminancję energetyczną należy mierzyć tylko na wysokości oczu pracownika również w miejscu przebywania pracownika. W trakcie wykonywania pomiarów powierzchnię czynną sondy pomiarowej należy skierować w kierunku źródła, zgodnie z osią l (rys. 1). W przypadku źródeł rozciągłych należy znaleźć takie położenie sondy, przy którym wskazania miernika są największe. W każdym miejscu pomiarowym należy wykonać co najmniej pięć pomiarów. Niezbędne jest również wyznaczenie czasu jednorazowej oraz całkowitej ekspozycji przez wykonanie pomiaru lub skorzysta-

nie z danych dotyczących procesu technologicznego realizowanego na badanym stanowisku pracy. W przypadku braku sondy pomiarowej przeznaczonej do pomiaru skutecznej luminancji energetycznej źródła LS można wyznaczyć tę wielkość na podstawie zmierzonego skutecznego natężenia napromienienia ES. W tym celu należy zmierzyć lub odczytać z dokumentacji technicznej powierzchnię źródła promieniowania (SŹRÓDŁA) i porównać ją z powierzchnią koła, a następnie wyznaczyć średnicę d koła ze wzoru

natężenia napromienienia światłem niebieskim należy wyznaczyć rzeczywistą średnicę źródła promieniowania D (jest to średnica koła, gdy źródło jest kołowe, lub średnia arytmetyczna najdłuższego i najkrótszego wymiaru, jeżeli źródło jest podłużne), odległość źródła promieniowania od narażonej część ciała pracownika r oraz kąt widzenia ϕ (określany jako kąt między normalną do źródła i linią widzenia). W przypadku, gdy źródło promieniowania nie znajduje się na wprost np. twarzy pracownika, wówczas należy wyznaczyć widzianą średnicę źródła DL = D cos ϕ.

(6)

Ponadto należy obliczyć wymiar kątowy źródła promieniowania a ze wzoru a = DL/r. (7)

Rys. 1. Układ pomiarowy [6]; 1 – źródło promieniowania, 2 – sonda pomiarowa, l – oś przechodząca przez środek sondy pomiarowej i prostopadła do jej powierzchni, r – odległość sondy pomiarowej od źródła, d – średnica koła Fig. 1. Measurement setup [6]: 1 – radiation source, 2 – measurement probe, l – axis passing through the middle of the measurement probe and perpendicular to its surface, r – distance between the measurement probe and the radiation source, d – circle diameter

SŹRÓDŁA = SKOŁA = p·d2/4

(2)

Następnie należy zmierzyć odległość oczu pracownika od źródła – r. Poszukiwana wartość luminancji energetycznej źródła LS wyznaczana jest ze wzoru

Ls = Es/A [W·m–2·sr–1],

(3)

gdzie A jest to kąt przestrzenny wyrażony wzorem A = a2·p/4 [sr],

(4)

gdzie a wymiar kątowy źródła promieniowania wyrażony wzorem a = d/r. (5)

3. Uwagi dotyczące metod pomiaru Niepewność wykonywanych pomiarów, rozszerzona względna dla k = 2, nie powinna przekraczać 30 % na poziomie ufności 95 % dla pomiarów, których wyniki porównywane są z wartościami MDE. Przy pomiarach natężenia napromienienia i napromienienia odpowiedź kątowa przy kątach widzenia z zakresu ± 60° powinna zgadzać się z funkcją cosinusa w graniach ± 5 %. Podczas wykonywania pomiarów należy uwzględnić warunki środowiskowe, które mogą mieć wpływ na wynik pomiarów (np. temperatura, wilgotność, zapylenie, pole elektromagnetyczne itp.). Aparatura pomiarowa powinna być wzorcowana. Geometrię pomiaru należy ustalić przez usytuowanie detektora blisko eksponowanych części ciała przy typowych ich położeniach i nakierowanie go na maksimum promieniowania. W przypadku wykonywania pomiarów luminancji energetycznej (radiancji) lub

Istotną kwestią jest prawidłowe wyznaczenie czasu pomiaru. W przypadku występowania stałego promieniowania jest on nieokreślony. Gdy występuje promieniowanie o regularnej zmienności należy przyjąć do pomiarów np. 10 okresów zmienności. Jeżeli badane promieniowanie ma przypadkowe zmiany, wówczas należy przyjąć czas pomiaru wystarczająco długi, np. jedna zmiana robocza. Ponadto podczas wykonywania pomiarów należy zagwarantować bezpieczeństwo osobom wykonującym pomiar poprzez zapewnienie – jeśli jest to konieczne – odpowiednich środków ochrony osobistej [12]. Ponadto w przypadku, gdy istnieją na stanowisku pracy zbiorowe środki ochrony – pomiary należy wykonać w warunkach ich stosowania. Jeżeli pracownik stosuje środki ochrony osobistej, pomiary należy wykonać bez tych środków, a następnie wyznaczyć ich współczynnik tłumienia, tj. wyznaczyć na podstawie pomiarów stosunek natężenia napromienienia bez ochrony do natężenia napromienienia za ochroną [2].

4. Przygotowanie raportu z badań Raport sporządzony po każdych pomiarach i ocenie ekspozycji powinien zawierać co najmniej: – datę wykonania pomiarów, – opis obiektów pomiarowych, – analizę zadania roboczego, – fotografie lub schematyczne szkice stanowiska pracy i umiejscowienia punktów pomiarowych, – opis stosowanej aparatury pomiarowej (typ, numer identyfikacyjny), – opis metody pomiarów, – zastosowane wartości maksymalnych dopuszczalnych ekspozycji (MDE), – przedstawienie wyników pomiarów: • w wielkościach i jednostkach MDE, • oddzielnie dla różnych części ciała, • w przypadku, gdy pracownicy zmieniają położenie lub czynności w trakcie zmiany roboczej całkowite napromienienie w ciągu zmiany roboczej należy obliczyć jako sumę wszystkich natężeń napromienień ze wszystkich położeń i czynności wykonywanych przez pracownika, – ocenę ekspozycji – przez porównanie wyniku pomiaru z odpowiednią wartością MDE i stwierdzenie, czy jest ona spełniona czy nie, Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2013

Nauka

– wartość niepewności, – propozycję polepszenia stanu ekspozycji i bezpieczeństwa pracy - jeśli to konieczne, w przypadku, gdy wartość MDE jest przekroczona, to należy zalecić stosowanie odpowiednich środków ochronnych, – informację dotyczącą następnego terminu wykonania pomiarów i oceny. Powtórzenie pomiaru i oceny może być konieczne, jeżeli: • zmieniono źródło promieniowania lub warunki jego pracy, • zmienił się rodzaj pracy, • zmienił się czas ekspozycji, • zastosowano, lub zaprzestano stosować, lub zmieniono środki ochronne, • minął termin wynikający z ustalonej częstotliwości wykonywania pomiarów, określony zgodnie z Rozporządzeniem [4]. Wyznaczone z pomiarów krotności MDE powyżej 0,7 MDE wskazują na konieczność wykonania kolejnych badań w odstępie co najmniej roku od daty ostatniego pomiaru. Natomiast krotności MDE z przedziału od 0,4 do 0,7 MDE wskazują na konieczność wykonania kolejnych badań w odstępie co najmniej 2 lat od daty ostatniego pomiaru. W przypadku gdy wyznaczone z pomiarów krotności MDE mają wartości poniżej 0,4 wartości MDE, następne pomiary należy wykonać w odstępie dwóch lat od daty ostatniego pomiaru. Jeśli w kolejnych badaniach poziom ekspozycji nie będzie przekraczał 0,4 wartości MDE, wówczas na tych stanowiskach pracy będzie można odstąpić od wykonywania dalszych badań danego rodzaju promieniowania pod warunkiem, że na tym stanowisku nie zostaną wprowadzone zmiany w wyposażeniu technicznym lub warunkach wykonywania pracy [4].

tecznej luminancji energetycznej w zakresie fal o długości 380–1400 nm (VIS i IRA), f) skorygowanej do względnej skuteczności widmowej wywoływania uszkodzeń termicznych R(l) – do pomiarów skutecznej luminancji energetycznej w zakresie fal o długości 780–1400 nm (IR-A), g) nieselektywnej – do pomiarów natężenia napromienienia w zakresie o długości fal 780 – 3000 nm, h) nieselektywnej – do pomiarów natężenia napromienienia w zakresie o długości fal 380 – 3000 nm. Szerokopasmowym miernikiem, od niedawna bezpośrednio dostępnym na naszym rynku, jest radiometrem ILT 1700 produkcji International Light – USA (rys. 2). Zaletą tego miernika jest możliwość wyposażenia go w bardzo dużą liczbę sond pomiarowych, które oferuje producent. Spośród tych sond można dobrać takie, za pomocą których będzie można wykonać pomiary prawie wszystkich powyżej wymienionych parametrów promieniowania optycznego. Na rys. 3 przedstawiono zakresy pomiarowe sond przeznaczonych do radiometru ILT 1700, odpowiednie do wymaganych przez rozporządzenie [3].

5. Aparatura pomiarowa Na podstawie przedstawionej w punkcie 2.2 analizy norm [5, 7] dotyczących pomiarów promieniowania nadfioletowego oraz w punkcie 2.3 analizy norm [6 i 8] dotyczących pomiarów promieniowania widzialnego i podczerwonego można stwierdzić, że w celu wykonywania pomiarów wszystkich wymienionych w tych normach parametrów promieniowania optycznego, należy mieć szerokopasmowy radiometr wyposażony w zestaw ośmiu sond pomiarowych odpowiednio dobranych do zakresu promieniowania oraz rozpatrywanego zagrożenia: a) skorygowanej do względnej skuteczności widmowej S(l) – do pomiarów skutecznego natężenia napromienienia (ES) w zakresie fal o długości 180–400 nm, b) nieselektywnej – do pomiarów całkowitego natężenia napromienienia (Ee) w zakresie fal o długości 315–400 nm (UV-A), c) skorygowanej do względnej skuteczności widmowej wywoływania uszkodzeń fotochemicznych B(l) – do pomiarów skutecznej luminancji energetycznej (radiancja) w zakresie fal o długości 300–700 nm, d) skorygowanej do względnej skuteczności widmowej wywoływania uszkodzeń fotochemicznych B(l) – do pomiarów skutecznego natężenia napromienienia w zakresie fal o długości 300–700 nm, e) skorygowanej do względnej skuteczności widmowej wywoływania uszkodzeń termicznych R(l) – do pomiarów sku-

Rys. 2. Widok miernika ILT 1700 z przykładowymi sondami pomiarowymi [13] Fig. 2. Photograph of the ILT 1700 meter with the exemplary measurement probes [13]

Poniżej przedstawiono charakterystykę sond pomiarowych przewidzianych do wykonania oceny zagrożenia wymaganej przez rozporządzenie [3].

Rys. 3. Zakresy pomiarowe sond przeznaczonych do radiometru ILT 1700 [13] Fig. 3. Measurement ranges for probes designated for the ILT 1700 radiometer [13]

a) Pomiar skutecznego natężenia napromienienia (ES) w zakresie promieniowania nadfioletowego Na rys. 4 przedstawiono krzywą widmową sondy SED 240/ ACT5/W. Według danych producenta sonda ta ma: – zakres pomiarowy: od 5,00e-9 W/cm2 do 2,50e-3 W/cm2, – zakres widmowy: 235–307 nm (UV-B i UV-C), – korekcję S(λ), – dopasowanie kosinusowe.

Rys. 6. Krzywa widmowa sondy SED 033/TBLU/SCS395/ R [13] Fig. 6. The probe spectral curve SED 033/TBLU/SCS395/ R [13]

Rys. 4. Krzywa widmowa sondy SED 240/ACT5/W [13] Fig. 4. The probe spectral curve SED 240/ACT5/W [13]

Ze względu na swoje parametry sonda ta jest najbardziej odpowiednią spośród wszystkich sond do wyznaczania zagrożenia fotochemicznego oka (rogówka, spojówka i soczewka) oraz skóry promieniowaniem nadfioletowym. b) Pomiar całkowitego natężenia napromienienia (Ee) w zakresie promieniowania nadfioletowego Na rys. 5 przedstawiono krzywą widmową sondy SED 033/UVA/W. Według danych producenta sonda ta ma: – zakres pomiarowy: od 2,67e-10 W/cm2 do 2,67e-1 W/cm2, – zakres widmowy: 315–390 nm (UV-A), – dopasowanie kosinusowe.

Na rys. 6 przedstawiono krzywą widmową sondy SED 033/ TBLU/SCS395/R. Według danych producenta sonda ta ma: – zakres pomiarowy: 5,56e-9 W/(cm2/sr) do 5,56e+0 W/(cm2/sr), – zakres widmowy: 305–700 nm, – korekcję B(λ), – dopasowanie kosinusowe, – kąt widzenia lunety (symbol R) wynoszący 1,5°. Ze względu na swoje parametry sonda ta jest przewidziana przez producenta jako najbardziej odpowiednia do wyznaczania skutecznej luminancji energetycznej zagrożenia fotochemicznego siatkówki oka światłem niebieskim. d) Pomiar skutecznego natężenia napromienienia promieniowania widzialnego (zakres światła niebieskiego) Na rys. 7 przedstawiono krzywą widmową sondy SED 033/ TBLU/SCS395/TD. Według danych producenta sonda ta ma: – zakres pomiarowy: od 7,41e-10 W/cm2 do 7,41e-1 W/cm2, – zakres widmowy: 305–700 nm, – korekcję B(l), – dopasowanie kosinusowe.

Rys. 5. Krzywa widmowa sondy SED 033/UVA/W [13] Fig. 5. The probe spectral curve SED 033/UVA/W [13]

Ze względu na swoje parametry sonda ta jest przewidziana przez producenta jako najbardziej odpowiednia do wyznaczania zagrożenia fotochemicznego soczewki oka w zakresie UV-A, chociaż jej charakterystyka nie jest liniowa. c) Pomiar skutecznej luminancji energetycznej promieniowania widzialnego (zakres światła niebieskiego)

Rys. 7. Krzywa widmowa sondy SED 033/TBLU/SCS395/TD [13] Fig. 7. The probe spectral curve SED 033/TBLU/SCS395/TD [13]

Ze względu na swoje parametry sonda ta jest przewidziana przez producenta jako najbardziej odpowiednia do wyznaczania skutecznego natężenia napromienienia zagrożenia fotochemicznego siatkówki oka światłem niebieskim. Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2013

Nauka

e) Pomiar skutecznej luminancji energetycznej w zakresie promieniowania widzialnego oraz podczerwonego (zakres IR-A) W ofercie firmy International Light nie znaleziono sondy pomiarowej przeznaczonej do pomiarów skutecznej luminancji energetycznej z korekcją R(l) w zakresie 380–1400 nm w celu wyznaczenia zagrożenia termicznego siatkówki oka. Wyznaczenie tej wartości będzie możliwe dzięki zapisowi zawartemu w normie [8] (p. 7.4.3): „w celu pokrycia całego zakresu może być użyte więcej niż jedno urządzenie pomiarowe”. W związku z tym skuteczną luminancję energetyczną w zakresie 380–1400 nm będzie można wyznaczyć poprzez zsumowanie wyników pomiarów z dwóch sond przewidzianych do oceny: – skutecznego natężenia napromienienia promieniowania widzialnego (zakres światła niebieskiego) – po przemożeniu wyników przez 10 w celu zmiany jej korekcji z B(λ) na R(λ), – skutecznego natężenia napromienienia promieniowania podczerwonego w zakresie IR-A, Następnie należy dokonać przeliczenia wartości skutecznego natężenia napromienienia źródła na skuteczną luminancję energetyczną zgodnie z zapisem normy [6] (p. 2.5.5) z wykorzystaniem wzorów: 3, 4 i 5. f) Pomiar skutecznej luminancji energetycznej promieniowania podczerwonego w zakresie IR-A Firma Interniational Light nie ma w swojej ofercie sondy, za pomocą której można by dokonać pomiaru skutecznej luminancji energetycznej z korekcją R(λ) w celu wyznaczenia zagrożenia termicznego siatkówki oka. W związku z tym, zgodnie z zapisem normy PN-T-05687 p. 2.5.5. [6], skuteczną luminancję energetyczną źródła będzie można wyznaczyć na podstawie zmierzonej wartości skutecznego natężenia napromienienia za pomocą sondy SED 007/W i odpowiedniego przeliczenia jej na luminancję. Parametry techniczne tej sondy są najbardziej zbliżone do oceny zagrożenia termicznego siatkówki oka. Według danych producenta są to: – zakres pomiarowy: 3,57e-9 W/cm2 do 1,25e-2 W/cm2, – zakres widmowy: 770–1400 nm, – korekcja R(l), – dopasowanie kosinusowe. Na rys. 8 przedstawiono krzywą widmową sondy SED 007/W.

Rys. 8. Krzywa widmowa sondy SED 007/W [13] Fig. 8. The probe spectral curve SED 007/W [13]

g) Pomiar natężenia napromienienia promieniowaniem podczerwonym w zakresie IR-A i IR-B

Rys. 9. Krzywa widmowa sondy SED 623/SCS695/W [13] Fig. 9. The probe spectral curve SED 623/SCS695/W [13]

Na rys. 9 przedstawiono krzywą widmową sondy SED 623/ SCS695/W. Według danych producenta sonda ta ma: – zakres pomiarowy: 8,57e-5 W/cm2 do 9,52e-1 W/cm2, – zakres widmowy: 770–3 000 nm, – dopasowanie kosinusowe. Ze względu na swoje parametry sonda ta idealnie nadaje się do wyznaczania zagrożenia termicznego oka (rogówka, soczewka). h) Pomiar natężenia napromienienia promieniowaniem widzialnym i podczerwonym

Rys. 10. Krzywa widmowa sondy SED 624/K9 [13] Fig. 10. The probe spectral curve SED 624/K9 [13]

Na rys. 10 przedstawiono krzywą widmową sondy SED 624/K9. Według danych producenta sonda ta ma: – zakres pomiarowy: 2,00e-5 W/cm² do 2,22e-1 W/cm², – zakres widmowy: 200–40 000 nm. Ze względu na swoje parametry sonda ta jest najbardziej odpowiednią spośród wszystkich sond do wyznaczania zagrożenia termicznego skóry pomimo, że jej zakres pomiarowy osiąga wartość 40 000 nm – zamiast wymaganych w rozporządzeniu [3] 3000 nm. Jednak pomimo tej różnicy w wartości maksymalnego zakresu pomiarowego sonda ta nadaje się do pomiarów służących do oceny zagrożenia skóry, gdyż na stanowiskach przemysłowych w praktyce nie występują długości fal powyżej 3000 nm.

6. Wnioski dotyczące stosowania wymagań pomiarowych zawartych w poszczególnych normach W przypadku oceny zagrożenia pracowników ze względu na możliwość fotochemicznego uszkodzenia rogówki, spojówki, czy soczewki oka oraz skóry promieniowaniem nadfioletowym należy stosować zapisy dotyczące aparatury pomiarowej oraz sposobu pomiaru zawarte w normie PN-EN 14255-1: 2010 [7]. Gdy źródło promieniowania nadfioletowego promieniuje w zakresie długości fali 180–400 nm wówczas należy, zgodnie z normą [7], stosować sondy pomiarowe skorygowane do względnej skuteczności biologicznej promieniowania nadfioletowego S(λ). Natomiast w celu oceny zagrożenia pracowników ze względu na możliwość fotochemicznego uszkodzenia siatkówki oka oraz termicznego uszkodzenia siatkówki, rogówki i soczewki oka oraz skóry promieniowaniem widzialnym i podczerwonym należy stosować wytyczne dotyczące aparatury pomiarowej oraz sposobu pomiaru zawarte w normie PN-EN 14255-2: 2010 [8]. Zgodnie z zapisami tej normy [8], w przypadku oceny zagrożenia pracowników światłem niebieskim (oddziaływanie fotochemiczne na siatkówkę oka) należy stosować sondy pomiarowe skorygowane do względnej skuteczności widmowej wywoływania uszkodzeń fotochemicznych B(λ). Natomiast sondy pomiarowe przewidziane do oceny zagrożenia termicznego siatkówki oka muszą być skorygowane do skuteczności widmowej wywoływania uszkodzeń termicznych R(λ) [12]. W przypadku braku sondy pomiarowej przeznaczonej do pomiarów skutecznej luminancji energetycznej źródła LS w celu oceny zagrożenia termicznego siatkówki oka promieniowaniem podczerwonym w normie [6] podana jest bardzo przydatna metoda obliczania tej wielkości na podstawie zmierzonego skutecznego natężenia napromienienia ES tego promieniowania.

Bibliografia 1. Dyrektywa 2006/25/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 5 kwietnia 2006 r. w sprawie minimalnych wymagań w zakresie ochrony zdrowia i bezpieczeństwa dotyczących narażenia pracowników na ryzyko spowodowane czynnikami fizycznymi (sztucznym promieniowaniem optycznym) (dziewiętnasta dyrektywa szczegółowa w rozumieniu art. 16 ust. 1 dyrektywy 89/391/EWG) (DzU UE nr L 114 z 27.04.2006, s. 38). 2. Rozporządzenia Ministra Pracy i Polityki Społecznej z dnia 27 maja 2010 r. w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy przy pracach związanych z ekspozycją na promieniowanie optyczne (DzU nr 100, poz. 643, ze zm. DzU z 2012 poz. 787). 3. Rozporządzenie Ministra Pracy i Polityki Społecznej z dnia 29 lipca 2010 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie najwyższych dopuszczalnych stężeń i natężeń czynników szkodliwych dla zdrowia w środowisku pracy (DzU nr 141, poz. 950). 4. Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 2 lutego 2011 r. w sprawie badań i pomiarów czynników szkodliwych dla zdrowia w środowisku pracy (DzU nr 33, poz. 166). 5. PN-T-06589: 2002. Ochrona przed promieniowaniem optycznym – Metody pomiaru promieniowania nadfioletowego na stanowiskach pracy.

6. PN-T-05687: 2002. Ochrona przed promieniowaniem optycznym – Metody pomiaru promieniowania widzialnego i podczerwonego na stanowiskach pracy. 7. PN-EN 14255-1: 2010. Pomiar i ocena ekspozycji osób na niespójne promieniowanie optyczne. Część 1: Promieniowanie nadfioletowe emitowane przez źródła sztuczne na stanowisku pracy. 8. PN-EN 14255-2: 2010. Pomiar i ocena ekspozycji osób na niespójne promieniowanie optyczne. Część 2: Promieniowanie widzialne i podczerwone emitowane przez źródła sztuczne na stanowisku pracy. 9. PN-EN 12198-1+A1: 2010. Maszyny. Bezpieczeństwo. Ocena i zmniejszenie ryzyka wynikającego z promieniowania emitowanego przez maszyny. Część 1: Zasady ogólne. 10. PN-EN 12198-2+A1: 2010. Maszyny. Bezpieczeństwo. Ocena i zmniejszenie ryzyka wynikającego z promieniowania emitowanego przez maszyny. Część 2: Procedury pomiaru emisji promieniowania. 11. PN-EN 62471: 2010. Bezpieczeństwo fotobiologiczne lamp i systemów lampowych. 12. Pawlak A., Zasady wykonywania pomiarów promieniowania optycznego na stanowiskach pracy, Prace Instytutu Elektrotechniki, 255’12. 13. http://www.intl-lighttech.com. Publikacja opracowana na podstawie wyników II etapu programu wieloletniego „Poprawa bezpieczeństwa i warunków pracy” dofinansowywanego w latach 2011–2013 w zakresie zadań służb państwowych przez Ministerstwo Pracy i Polityki Społecznej. Koordynator: Centralny Instytut Ochrony Pracy – Państwowy Instytut Badawczy.

Methods of measurement of coherent radiation Abstract: This paper presents the requirements for the method and extent of testing of non coherent optical radiation at work places as well as the meters used for tests. The requirements are based on the current standards in the field of optical radiation. The scope of the exposure measurements are presented in conjunction with the current values of MDE. There is a description of the method of determining the angular dimension of radiation source α and how to calculate the effective source radiance from the measured effective irradiance. At the end, the paper presents the recommended frequency of testing and suggestions concerning the content of the study. Keywords: ultra-violet, visible and infra-red radiation, irradiance, radiance

mgr inż. Andrzej Pawlak Absolwent Politechniki Warszawskiej – Wydział Elektryczny, specjalizacja: technika świetlna. Obecnie asystent w Pracowni Promieniowania Optycznego CIOP-PIB. Działalność zawodowa to prace badawcze oraz ekspertyzy z zakresu oświetlenia elektrycznego oraz promieniowania optycznego. e-mail: anpaw@ciop.pl

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2013

Nauka

Wieloobszarowy układ regulacji PI do sterowania prędkością obrotową samochodu z silnikiem spalinowym Rafał Strojny, Robert Piotrowski Wydział Elektrotechniki i Automatyki, Politechnika Gdańska

Streszczenie: Sterowanie pojazdami stanowi istotny obszar działalności koncernów samochodowych. W pracy przedstawiono nieliniowy model matematyczny układu napędowego samochodu osobowego z silnikiem spalinowym. Następnie zaproponowano strukturę systemu sterowania i zaprojektowano nieliniowy wieloobszarowy układ regulacji PI. Przeprowadzono testy symulacyjne zaproponowanego rozwiązania i dokonano krytycznej analizy uzyskanych wyników. Słowa kluczowe: modelowanie matematyczne, systemy dynamiczne, układ napędowy, wieloobszarowy regulator PI, nieliniowy system sterowania

kule [4] przedstawiono koncepcję i strukturę programowalnego układu regulacji silnikiem spalinowym. W niniejszej pracy zaproponowano nowy system sterowania układem napędowym samochodu z wykorzystaniem wieloobszarowego układu regulacji z regulatorami PI. Jego zadaniem jest sterowanie prędkością obrotową samochodu. Nie rozważano przebiegu prędkości liniowej. Założono, że po włączeniu układu regulacji rola kierowcy ogranicza się do zmiany biegów. Ponadto rozważa się ruch pojazdu w dwóch kierunkach: przód i tył. Model matematyczny obiektu i układ regulacji zaimplementowano i przetestowano w środowisku MATLAB/Simulink.

2. Obiekt sterowania 1. Wprowadzenie Samochód jest powszechnie wykorzystywanym środkiem lokomocji. Istotnymi zagadnieniami związanymi z jego użytkowaniem są te dotyczące zużycia paliwa. Ma to bezpośredni związek ze sposobem sterowania tym urządzeniem. Co więcej, rosnące ceny ropy naftowej powodują spadek popytu na nowe pojazdy, wzrost kosztów transportu, a w konsekwencji spowolnienie gospodarcze. Oprócz ekonomii pojazdu ważna jest wygoda użytkowania. Dla wzrostu komfortu podróżujących wprowadza się liczne automatyczne systemy wspomagania, np. hamowania, kontroli trakcji, utrzymania stałej prędkości. Głównym celem artykułu jest prezentacja procesu projektowania i symulacyjnej analizy działania układu sterowania prędkością obrotową samochodu z silnikiem spalinowym. Jest to zagadnienie aktualne i rozważane w wielu ośrodkach przemysłowych i naukowych. Przykładem może być sterowanie momentem obrotowym silnika za pomocą krzepkiego regulatora rozmytego z wnioskowaniem Takagi-Sugeno [1]. W tym przypadku uzyskano dobrą jakość sterowania, płynne przełączanie biegów oraz kompensację mocy dodatkowych obciążeń (np. klimatyzacja). W pracy [2] omówiono zaprojektowany liniowo-kwadratowy regulator, który zaimplementowano w mikrokontrolerze i przetestowano w warunkach laboratoryjnych. W pracy [3] opisano układ sterowania momentem obrotowym z użyciem regulatora strumienia powietrza i skoordynowanego układu regulacji dawką paliwa. W arty-

Obiektem sterowania jest układ napędowy samochodu osobowego marki Golf III z silnikiem spalinowym o zapłonie iskrowym.

2.1. Opis obiektu Obiekt sterowania jest wyposażony w silnik o pojemności 1598 cm3 i mocy maksymalnej 75 KM (55 kW) przy prędkości obrotowej równej 4800 obr./min. Maksymalna prędkość pojazdu wynosi 168 km/h. Pojazd ma pięciostopniową skrzynię biegów o przełożeniach: I bieg – 3,455; II bieg – 1,750; III bieg – 1,386; IV bieg – 0,939; V bieg – 0,745. Przełożenie przekładni głównej układu napędowego wynosi 3,941. Wymiary geometryczne pojazdu to: długość – 4,02 m, szerokość – 1,695 m i wysokość – 1,43 m. Współczynnik oporu powietrza wynosi 0,35, a masa własna pojazdu to 1090 kg. Opony mają standardowy rozmiar 175/70 i są montowane

Rys. 1. Schemat ideowy układu napędowego samochodu Fig. 1. Schematic diagram of propulsion system of the car

na stalowych felgach 5.5Jx13”. Promień koła w bezruchu wynosi 0,2876 m. Układ napędowy (rys. 1) składa się z mechanizmów zapewniających przenoszenie energii z wału silnika na osie samochodu. Jednostka napędowa w procesie przemian termodynamicznych, podczas spalania mieszanki paliwowej, wytwarza energię, która jest przetwarzana na energię mechaniczną za pomocą tłoków silnika. Sprzęgło rozłącza wał silnika z napędowym podczas zmiany przełożenia w skrzyni biegów. Przekładnia główna realizuje przełożenie oraz zmienia kierunek obrotów z podłużnego na poprzeczny. Mechanizm różnicowy umożliwia kołom uzyskiwanie różnych prędkości obrotowych względem siebie (np. podczas zakrętu).

2.2. Model obiektu

W pracy [5] zaproponowano model układu napędowego samochodu z silnikiem spalinowym. Został on zaimplementowany w środowisku MATLAB/Simulink z dedykowaną biblioteką SimDriveline [6], zweryfikowany podczas pomiarów obiektowych i zbadany symulacyjnie. Następnie [7] uszczegółowiono model o dodatkowe cechy jednostki napędowej, skrzyni biegów i przepustnicy. Pozwoliło to poprawić jego dokładność. W dalszej części artykułu przedstawiono ostateczną postać opracowanego modelu matematycznego układu napędowego. Punktem wyjścia do budowy modelu obiektu jest rozkład sił działających wzdłuż i w pionie względem osi kierunku ruchu (rys. 2).

Bezwładność kół Iw ma znaczenie podczas przyspieszania pojazdu, jej wartość jest identyczna dla osi przedniej i tylnej. Bilans sił działających na koło podczas ruchu całego pojazdu opisuje zależność:

(2)

gdzie: m – masa pojazdu [kg], Vx – prędkość pojazdu [m/s], b – kąt nachylenia nawierzchni [rad]. Ruch pojazdu określono opierając się na bilansie sił wzdłużnych: Fb = Fd +Fw +Fx (3) gdzie: Fb – siła bezwładności [N], Fd – siła oporu powietrza [N], Fw – siła oporu wzniesienia [N], Fx – siła napędowa [N]. Siła oporu powietrza Fd jest funkcją kwadratu prędkości pojazdu Vx:

(4)

Siła Fd powstaje podczas ruchu samochodu o powierzchni czołowej A [m2], zależy od gęstości powietrza r [kg/m3] i współczynnika czołowego oporu powietrza Cd, który dla każdego pojazdu jest inny i wynika z kształtu nadwozia. Bilans sił zawiera również siłę oporu wzniesienia Fd wyznaczaną zgodnie z równaniem:

Fw = –m . g . sin b

(5)

Podczas ruchu niejednostajnego powstaje siła bezwładności Fb postaci: Fb= m .V’x (6) gdzie: V’x – przyspieszenie samochodu [m/s2].

Rys. 2. Siły działające na pojazd Fig. 2. The forces acting on the vehicle

gdzie: CG – środek ciężkości położony na wysokości h [m] nad nawierzchnią i w odległości a [m] od osi przedniej i b [m] od tylnej, b – kąt nachylenia nawierzchni [rad], mg – siła ciążenia pojazdu o masie m [kg∙m/s2], Fd – siła oporu powietrza [N], Fxf, Fxr – siły napędowe dla przednich i tylnych punktów styku z nawierzchnią [N], Fzf, Fzr – siły obciążenia dla przednich i tylnych punktów styku z nawierzchnią [N], Vx – prędkość pojazdu [m/s]. Znając moment obrotowy τdrive [N∙m] pojawiający się na osi koła, można wyznaczyć zależność związaną z siłą napędową Fx [N] i prędkością kątową W [rad/s]:

(1)

gdzie: Iw – bezwładność koła [kg∙m2], re – skuteczny promień toczenia koła [m].

Dodatkową siłą działającą na pojazd, oprócz sił wzdłużnych, jest pionowa siła Fz [N]. Jest ona konieczna do opisu zachowania się opony podczas ruchu [5], zależy od kąta nachylenia powierzchni i wynika z przesuwania się środka ciężkości (rys. 2): Fz = Fzf + Fzr = m . g . cos b (7) W przedstawionych równaniach brakuje oddzielnego opisu oporu toczenia, który niejawnie uwzględniono w sile Fx. Znajomość maksymalnej siły obwodowej Umax oraz procentowego poślizgu dla danej siły pozwala wyznaczyć współczynnik przyczepności poślizgowej ft. Umożliwia on oszacowanie zachowania się koła podczas toczenia po danej powierzchni. Ponadto w modelu uwzględniono [7]: – statyczną nieliniową charakterystykę momentu obrotowego na wale silnika w funkcji prędkości obrotowej silnika, przy założeniu niezmienności pozostałych parametrów; – nieliniową funkcję współczynnika przepływu powietrza od stopnia otwarcia przepustnicy; – bezwładność skrzyni biegów w układzie napędowym – nieliniowa funkcja wpływu bezwładności na elementy wirujące układu napędowego; Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2013

Nauka

– zmianę biegu samochodu, która prowadzi do przerwy w przenoszeniu przez silnik siły napędowej na układ napędowy pojazdu; w chwilach przerwy zasymulowano rozłączenie sprzęgła jako zerową podaż momentu silnika na układ napędowy. Opracowany model jest dynamiczny, nieliniowy i hybrydowy (występowanie zmiennych ciągłych i dyskretnych). Został on zaimplementowany w środowisku symulacyjnym [5], które umożliwia budowę schematów fizycznych połączeń między poszczególnymi elementami pojazdu. Parametry modelu określono na podstawie danych pomiarowych, danych technicznych oraz eksperymentalnie podczas badań symulacyjnych. Ich wartości przedstawiono w publikacji [7]. Opierając się na danych obiektowych przeprowadzono weryfikację modelu. Szczegółowy opis badań i ich wyniki zawarto w [7]. Uzyskano 1 % błąd prędkości maksymalnej samochodu w stosunku do prędkości przewidywanej w danych technicznych. Czasy rozpędzania pojazdu rzeczywistego i symulacyjnego do prędkości 100 km/h różniły się o 0,7 s (5 %). Weryfikowano także wartość prędkości obrotowej dla różnych prędkości liniowych samochodu. Badania wykonano dla wszystkich biegów, a uzyskana wartość błędu względnego zawierała się w przedziale 0,2–8,7 %. Średni błąd wyniósł 3,15 %. Wyniki świadczą o tym, że uzyskano dokładny, zweryfikowany model komputerowy układu napędowego. Zostanie on wykorzystany do projektowania algorytmu sterowania (patrz następna sekcja).

3. Wieloobszarowy układ regulacji Początkowo do celów sterowania zaprojektowano układ z regulatorem PI o stałych nastawach. Szybko jednak zauważono, że takie rozwiązanie nie jest wystarczające. Badany obiekt charakteryzuje się zmiennością parametrów wynikającą ze skokowych zmian biegów, które wpływają na przełożenie w układzie napędowym samochodu. W związku z tym system sterowania ze stałymi nastawami regulatora nie zapewnia dobrej jakości regulacji na każdym biegu. Naturalnym rozwiązaniem jest zastosowanie układu, który ma zmienne nastawy dla każdego z punktów pracy – realizowane za pomocą kilku regulatorów przełączalnych w zależności od warunków pracy. Regulatory tego typu mogą być miękko lub twardo przełączane. W pierwszym przypadku stosuje się najczęściej logikę rozmytą do przypisywania funkcji przynależności do danej cechy. Drugie podejście charakteryzuje się skokową zmianą aktualnie stosowanego regulatora. Metoda ta została wykorzystana w sterowaniu prędkością obrotową samochodu, ze względu na budowę obiektu – nie ma biegów pośrednich, które uzasadniałyby zastosowanie miękkiego przełączania. Przełączanie tego typu mogłoby być użyte dla bezstopniowych skrzyni biegów.

3.1. Struktura układu regulacji Na rys. 3 przedstawiono schemat opisywanego układu regulacji. Sygnałem wejściowym do regulatora jest sygnał uchybu regulacji e, który jest różnicą między wartością zadaną nzad, a wyjściową prędkości obrotowej nwy. Efektem

Rys. 3. Schemat wielkoobszarowego układu regulacji PI Fig. 3. Scheme of multiregional PI control system

pracy regulatora jest sygnał sterujący u – stopień otwarcia przepustnicy samochodu. Z obiektu do regulatora podawany jest sygnał odpowiedzialny za identyfikację aktualnie użytego biegu. Na obiekt działają zmienne zakłócenia z w postaci podmuchów wiatru i niwelety jezdni.

3.2. Dobór nastaw regulatorów Kryterium doboru nastaw pięciu regulatorów PI było jak najlepsze dopasowanie przebiegu odpowiedzi skokowej do pożądanych parametrów jakości regulacji. Optymalizacji dokonano dla każdego biegu oddzielnie. Założono: skok od 0–2500 obr./min, czas ustalania 50 s, czas narastania do wartości 90 % zadanej równy 5 s oraz przeregulowanie 0 %. W tab. 1. przedstawiono wyniki optymalizacji nastaw: wartości wzmocnienia Kp oraz stałej czasowej całkowania Ti dla każdego z biegów. Podano również warunki początkowe prędkości n0. Mimo że użycie tych nastaw spełnia założenia dla przebiegu wyjściowego, to dla różnych biegów proces ten przebiegał różnie, o czym świadczą wartości wskaźnika jakości I – całki z kwadratu uchybu regulacji. Tab. 1. Zestawienie dobranych nastaw wraz z innymi charakterystycznymi wartościami Tab. 1. Summary of selected settings along with the other characteristic values Parametr

Bieg I

III

Kp [–]

0,001

0,0018

0,0025

0,0024

0,0044

Ti [s]

107,43

28,08

14,95

17,02

17,76

n0 [km/h]

19,9

39,2

53,4

72,9

I∙105

18,4

4,88

9,13

51,2

Można zauważyć, że wraz ze wzrostem biegu wartość wzmocnienia Kp rośnie, a stała całkowania Ti ma tendencję malejącą. Jest to ściśle związane z obiektem sterowania. Użycie wyższego biegu wymaga większej reakcji ze strony urządzenia wykonawczego (przepustnicy). Charakter zmian Ti wskazuje na coraz wolniejszą dynamikę wraz ze wzrostem biegu. Na rys. 4 przedstawiono wyniki symulacji przy wykorzystaniu wieloobszarowego układu regulacji podczas przełączania biegów co 50 s, dla nzad = 2500 obr./min. Uchyb

Rys. 4. Wieloobszarowy układ regulacji – zmiana biegów Fig. 4. Multiregional control system – changing gears

Pierwsze zakłócenie, opory podmuchów wiatru, zamodelowano jako losowy przebieg prędkości wiatru. Zastosowano rozkład normalny ze średnią równą 2/3 średniej rocznej prędkości wiatru w Linderberg, Niemcy (4,7 m/s). Wariancję oszacowano doświadczalnie na wartości 20 (rys. 6). Uwzględniwszy, że niweleta jezdni powinna być możliwie płynna, zamodelowano ją za pomocą sygnału sinusoidalnego. Nachylenie jezdni wyrażono jako stosunek zmiany wysokości bezwzględnej do długości danego odcinka trasy w poziomie. Częstotliwość sygnału dobrano eksperymentalnie tak, aby przetestować układ dla ujemnego i dodatniego nachylenia (zjazd i podjazd) (rys. 7). Jakość regulacji oceniano dla wszystkich biegów, aby znaleźć różnice oraz przyczyny ich powstawania. W artykule przedstawiono skrócone wyniki dla trzech biegów (I, III i V). W celu krytycznej oceny zaproponowanego rozwiązania na wejście układu podawana jest przedziałami zmienna trajektoria zadana prędkości obrotowej. Testy wykonano dla dwóch sytuacji: braku zakłóceń i zakłócenia w postaci podmuchów wiatru (rys. 6). Na rys. 8–10 przedstawiono otrzymane wyniki badań symulacyjnych. Porównano zmienną sterowaną (prędkość obrotowa) z zadaną oraz

Rys. 5. Układ regulacji PI – zmiana biegów Fig. 5. PI control system – changing gears

regulacji jest eliminowany, dzięki możliwości przełączania między regulatorami zaprojektowanymi do każdego z biegów. Dla porównania pokazano przebiegi w układzie sterowania z jednym regulatorem PI o stałych nastawach (rys. 5). Jakość sterowania jest dużo gorsza.

Rys. 7. Zakłócenie 2 – zmiana kąta nachylenia nawierzchni Fig. 7. Disturbance 2 – changing of road slope angle

4. Testy symulacyjne i analiza wyników W celu weryfikacji poprawności działania zaprojektowanego układu regulacji, wykonano testy symulacyjne. Sprawdzono, czy układ regulacji nadąża za różnymi wartościami zadanymi prędkości obrotowej. Zbadano także wpływ zmiennych zakłóceń: podmuchów wiatru działających w kierunku ruchu i niwelety jezdni.

Rys. 6. Zakłócenie 1 – zmiana prędkości wiatru Fig. 6. Disturbance 1 – changing of wind speed

Rys. 8. Wieloobszarowy układ regulacji – I bieg, zakłócenie 1 Fig. 8. Multiregional control system – gear 1, disturbance 1 Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2013

Nauka

Rys. 9. Wieloobszarowy układ regulacji PI – III bieg, zakłócenie 1 Fig. 9. Multiregional PI control system – gear 3, disturbance 1

Rys. 11. Wieloobszarowy układ regulacji – I bieg, zakłócenie 2 Fig. 11. Multiregional control system – gear 1, disturbance 2

zilustrowano przebieg zmiennej sterującej (otwarcie przepustnicy). Wartości związane z otwarciem przepustnicy znormalizowano w zakresie 0–1 (zamknięta – otwarta). Najgorszą jakość regulacji uzyskano dla biegu I (rys. 8). Sygnał sterujący nie osiąga wartości maksymalnej. Przyczyną jest brak modelu hamowania, gdyż wszelkie wytrącanie energii jest nieekonomiczne. Dla wartości zadanej 2900 obr./min czas regulacji jest długi i wynika z małej wartości wzmocnienia Kp regulatora PI dla tego biegu. Dla pozostałych biegów wyniki są lepsze, czas regulacji krótszy, a przeregulowanie mniejsze (rys. 9–10). Jest to efekt wzrostu obciążenia wynikającego z przekładni bie-

gów. Czas regulacji maleje ze wzrostem zastosowanego biegu i obciążeń działających na układ napędowy. Ponadto można zauważyć wpływ działania zakłócenia (rys. 8–10). Proces ten jest losowy i oddziałuje na wartość prędkości obrotowej, co nie pozwala na sprowadzenie uchybu do zera w stanach ustalonych. Sygnał sterujący wykazuje stosunkowo szybkie zmiany ze względu na konieczność kompensacji zakłócenia. Co więcej, jest on większy, co oznacza wzrost zużycia paliwa. Na rys. 11–13 porównano wyniki sterowania układu bez działania zakłóceń z wynikami sterowania układem z zakłóceniami w postaci zmiennej niwelety jezdni (rys. 7).

Rys. 10. Wieloobszarowy układ regulacji – V bieg, zakłócenie 1 Fig. 10. Multiregional control system – gear 5, disturbance 1

Rys. 12. Wieloobszarowy układ regulacji – III bieg, zakłócenie 2 Fig. 12. Multiregional control system – gear 3, disturbance 2

Rys. 13. Wieloobszarowy układ regulacji – V bieg, zakłócenie 2 Fig. 13. Multiregional control system – gear 5, disturbance 2

Zmiana niwelety jezdni silnie wpływa na układ regulacji, zwłaszcza dla niższych biegów (rys. 11–12). Powoduje ona ciągłą zmianę zapotrzebowania na moc samochodu pojawiającą się na jego kołach. Wraz ze wzrostem biegu jakość regulacji poprawia się (rys. 13). Przebiegi otwarcia przepustnicy wskazują na działanie dużego obciążenia o szybszej dynamice, niż ta związana z członem całkującym regulatora. Sygnał sterujący rośnie do względnie małych wartości w stosunku do działającego zakłócenia, przez co nie może być ono skompensowane podczas jazdy. Jednym z rozwiązań może być budowa adaptacyjnego wieloobszarowego układu regulacji. Dzięki temu możliwe byłoby ciągłe strojenie nastaw regulatorów, zależne od warunków jazdy. Zadanie to może zostać rozwiązane dla systemu sterowania z pomiarami zakłóceń.

5. Podsumowanie W artykule przedstawiono model układu napędowego samochodu z silnikiem spalinowym. Zbudowano układ sterowania prędkością obrotową oparty na wieloobszarowym regulatorze PI zaprojektowanym dla punktów pracy wyznaczonych przez biegi samochodu. Przeprowadzono badania jakości działania układu bez i w obecności zakłóceń. Zaprojektowany układ sterowania jest dobrym rozwiązaniem w przypadku braku zakłóceń lub występowania dużej mocy samochodu wynikającego z danego punktu pracy, lub samej budowy jednostki napędowej.

Bibliografia 1. Khiar D., Lauber J., Robust Takagi-Sugeno fuzzy control of a spark ignition engine, “Control Engineering Practice”, vol. 15, issue 12, 2007, 1446–1456.

2. López J.D., Espinosa J.J., Agudelo J.R., LQR control for Speer and torque of internal combustion engines, “Proc. of the 18th IFAC World Congress”, 2011, 2230–2235. 3. Grondin O., Chauvin J., Corde G., Torque-oriented Control of an Homogeneous Charge Compression Ignition Vehicle, “Proc. of the 47th IEEE Conference on Decision and Control”, 2008, 5608–5614. 4. Kościelnik D., A programmable Controller for Combustion Engines Used in Race Cars, “Proc. of the IEEE International Symposium”, 2008, 1108–1113. 5. Steckiewicz D., Piotrowski R., Model matematyczny układu napędowego samochodu z silnikiem spalinowym i jego badania symulacyjne, „Pomiary Automatyka Robotyka”, Nr 2, 2012, 489–494 (płyta CD). 6. [www.mathworks.com/help/physmod/sdl/getting-started-with-simdriveline.html] – Getting Started with SimDriveline, dostęp: 10.12.2012. 7. Strojny R., Piotrowski R., Analiza symulacyjna zmodyfikowanego modelu układu napędowego samochodu z silnikiem spalinowym, „Modelowanie Inżynierskie”, Tom 13, Zeszyt 44, 2012, 253–264.

Multiregional PI control system of the rotational speed of a car with an internal combustion engine Abstract: Control of vehicles has a key role in the activities of car companies. The paper presents a nonlinear mathematical model of the propulsion system of a passenger car with a petrol engine. Next, new control structure and the nonlinear multiregional PI control system of the rotational speed are designed. Finally, the results of simulation and a critical analysis are presented. Keywords: mathematical modeling, dynamic systems, propulsion system, multiregional PI controller, nonlinear control system

mgr inż. Rafał Strojny Ukończył studia magisterskie na Wydziale Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej (kierunek: Automatyka i Robotyka) w 2012 r. Zainteresowania: badanie losowych szeregów czasowych, technologie internetowe. e-mail: rafal@strojny.biz dr inż. Robert Piotrowski Absolwent Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej (kierunek: Automatyka i Robotyka) (2001 r.). W 2005 r. uzyskał stopień doktora (Automatyka i Robotyka). Obecnie adiunkt w Katedrze Inżynierii Systemów Sterowania. Zainteresowania naukowe dotyczą modelowania i zaawansowanych metod sterowania procesami przemysłowymi. e-mail: r.piotrowski@eia.pg.gda.pl

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2013

Nauka

NAUKA NAUKA NAUKA

NAUKA

Applicability of Internet-based Applicability Applicability of Internet-based Applicability of Internet-based of Internet-based Distributed Control System DistributedDistributed Control System Distributed Control System Control System Tomasz Dziwiński Dziwiński Tomasz Tomasz Dziwiński Tomasz Dziwiński Tomasz Dziwiński AGH University University of of Science Science and and Technology, Technology, Department Department of Automatics Automatics and Biomedical Biomedical Engineering Engineering AGH of and AGH University of Science AGHand University Technology, of Science AGH Department University and Technology, of of Automatics Science Department and andTechnology, Biomedical of Automatics Department Engineering and Biomedical of Automatics Engineering and Biomedical Engineering

Abstract: The The rapid rapid development development of of distributed distributed control control systems systems computation is is denoted denoted by by ττ cc and and it it is is not not dependent dependent on on Abstract: computation c has caused caused therapid necessity of knowledge anddevelopment understanding of theτcontrol telecommunication network (Fig. 2).not dependent Abstract: The rapid development Abstract: of distributed The control development Abstract: systems The of distributed rapid computation control is systems denoted of distributed by computation and systems it isisnot denoted dependent computation by τ con and is it denoted is by τ c andonit is not dependent on the telecommunication network (Fig. 2). has the necessity of knowledge and understanding of communication network inhas a process process ofthe a dynamic dynamic system modelling as caused the necessity of has knowledge caused the and necessity understanding ofcaused knowledge ofof the necessity andtelecommunication understanding of knowledge of and network the understanding telecommunication (Fig. 2). of thenetwork telecommunication (Fig. 2). network (Fig. 2). communication network in a a system modelling and controller controller synthesis. Aalot lot of work work has been done done to determine determine ommunication network in a process communication of a dynamic network system incommunication modelling process of has a network dynamic insystem a process modelling of a dynamic system modelling and synthesis. A of been to Plant Actuator Sensor Plant Actuator Sensor the suitability ofsynthesis. dedicated networks forhas databeen transmission in control nd controller synthesis. A lotand of work controller has been done and to Anetworks determine lotcontroller of work synthesis. done A lottoofdetermine work has been done to determine the suitability of dedicated for data transmission in control Plant PlantActuator Actuator ActuatorSensor Sensor Plant Sensor systems. Thisoftransmission paper is the an approach indedicated the problem ofin control control he suitability of dedicated networks the suitability for data dedicated networks in suitability control forofdata transmission networks control for data transmission in control systems. This paper is an approach in the problem of ca sc of a a remote remote system over the Internet. The work is an an attempt to the problem ystems. This paper is an approach systems. This in system thepaper problem is systems. an ofapproach control This The in paper the problem is an approach of control in of control of over the Internet. work is attempt to Network Network ττ ca ττ sc ca ca ca sc model andThe simulate ais transmission network characteristics, taking f a remote system over theof Internet. a remote system work a over an ofthe attempt a remote Internet. to system Theτwork over isthe anInternet. attempt The to work is an attempt to model and simulate transmission network characteristics, taking Network Network Network τ τ τ cc τ sc τ sc ττ into account account thecharacteristics, delay introduced bynetwork the network. network. Additionally, the characteristics, taking model and simulate a transmission model network and simulate a transmission model taking andby simulate characteristics, a transmission taking network into the delay introduced the Additionally, the τ c Additionally, the τc τc Controller Controller experiment was conducted on a athe real network toAdditionally, determine thenetwork. nto account the delay introduced into account by the network. the delay Additionally, introduced into account by the thenetwork network. delay introduced by the experiment was conducted on real to determine the Controller Controller Controller applicability of theconducted Internet in on distributed control systems. xperiment was conducted experiment on a real network was to determine experiment athe real was network conducted to determine on a realthe network to determine the applicability of the Internet in distributed control systems. pplicability of the Internet in applicability distributed control of the Internet systems. applicability in distributed of the control Internet systems. in distributed controlFig. systems. 1. Fig. 1. The The model model of of a a distributed distributed control control system system Keywords: distributed distributed control control system, system, network network based based control control system system Keywords: Rys. 1. Model układu sterowania rozproszonego Rys. 1. Model układu sterowania rozproszonego Fig. 1. The model of a distributed Fig. 1. control The model system of a distributed Fig. 1. The control modelsystem of a distributed control system Keywords: distributed control Keywords: system, network distributed basedcontrol control Keywords: system, systemdistributed network based control control system, system network based control system Rys. 1. Model układu sterowania Rys.rozproszonego 1. Model układu sterowania Rys. 1. Model rozproszonego układu sterowania rozproszonego

M M

The any The closed-loop closed-loop system, system, obtained obtained with with proportional proportional any modern modern automation automation systems systems are are designed designed as as didicontroller is described in (2). stributed control systems. Distributed Control System The closed-loop system, The obtained closed-loop with proportional system, The obtained closed-loop with system, proportional obtained with proportiona any modern automation systems any modern are designed automation as any disystems modern are automation designed systems as diare designed as dicontroller is described in (2). stributed control systems. Distributed Control System (DCS)stributed might use use dedicated telecommunication network controller is described in (2). controller is describedcontroller in (2). is described in (2). stributed control systems. Distributed control Control systems. System stributed Distributed control Control systems. System Distributed Control System (DCS) might dedicated telecommunication network x(t) = Ax(t) Ax(t) − − BK BKpp x x (t (t − − ττ (t)) (t)) (2) x(t) ˙˙ = (2) (LonWorks, CAN, ProfiBus) or commonly commonly used network network DCS) might use dedicated (DCS) telecommunication mightCAN, use dedicated (DCS) network might telecommunication use dedicated telecommunication network (LonWorks, ProfiBus) or used sc BK(2) c −= ca x(t) ˙ = Ax(t) − BK ˙ = Ax(t) − x(t) ˙ Ax(t) − BK τ (t)) x (t τ (t)) x (t (2) − τ (t)) (2) sc c ca p x (t −x(t) p p (t) − − ττ − − ττ (t) (t) (t) = = ττ (t) (Ethernet, Internet). There areor several advantages of distriLonWorks, CAN, ProfiBus) (LonWorks, or commonly CAN, used ProfiBus) (LonWorks, network commonly CAN, ProfiBus) used of network or commonly used network ττ (t) (Ethernet, Internet). There are several advantages distrisc c ca sc c ca sc c ca (t) − τ − (t)τ (t) = τ (t) − τ − ττ (t) (t)= τ (t) − τ − τ (t) τ (t) = τadvantages buted control system,There like aare reduction in wires wires and power Ethernet, Internet). There(Ethernet, are several Internet). advantages (Ethernet, of distriseveral Internet). advantages Thereand are of power distriseveral of τdistributed control system, like a reduction in The discretization of continuous time-delay system is given discretization requirements, flexibility of operations, operations, ease oflike maintenance, uted control system, likerequirements, buted a reduction controlin system, wires buted and like power acontrol reduction system, in wires and a reduction power inThe wires and power of continuous time-delay system is given flexibility of ease of maintenance, in (4), where sampling time. extended state The discretization of continuous The discretization time-delay ofthe continuous The isdiscretization giventime-delay of continuous system is given time-delay system is given where T T00 is issystem the sampling time. The The extended state diagnostics and monitoring [7]. However, However, a of communication equirements, flexibility ofdiagnostics requirements, operations,and ease flexibility of maintenance, requirements, of operations, flexibility easea maintenance, of operations, easeinof(4), maintenance, monitoring [7]. communication space leads to transform representation (1) and (2) in (4), where T0 is the sampling in (4), where time. The T is extended the in sampling (4), state where time. T is The the extended sampling state time. The extended state 0 space leads to 0transform representation (1) and (2) into into network in and the amonitoring feedback loop generates major proiagnostics and monitoring diagnostics [7]. However, communication diagnostics [7]. However, and monitoring atwo communication [7]. However, a communication network in the feedback loop generates major profinite-dimension system. An extension of state space model spacetwo leads to transform space representation leads to transform (1) and space (2) representation leads into to transform (1) and representation (2) into (1) and (2) into finite-dimension blems: aninunpredictable unpredictable delay and packet losses. These network in the feedback blems: network loop generates the feedback two major network loop proingenerates the packet feedback two major loopThese generates protwo major pro-system. An extension of state space model an delay and losses. is shown in (8). This model can be used for simplification finite-dimension system. An finite-dimension extension of state system. space finite-dimension An model extension system. of state An space extension model of state space mode is shown (8). This model can be used for simplification problems threaten the stability of the the entirelosses. automation blems: an unpredictable problems blems: delay and an threaten unpredictable packet losses. blems: delay These an and unpredictable packet delayThese and packet losses.inThese the stability of entire automation of the controller synthesis [4]. The closed-loop system is shown in (8). This model is shown can be in used (8). for This simplification is model shown can in be (8). used This for model simplification can be used for simplification of theautomation controller synthesis [4]. The closed-loop system system and have athe significant impact on the dynamics problems threaten the stability problems of the threaten entire automation problems stabilitythreaten of the entire thethe stability automation of the entire system and have a significant impact on dynamics equations are valid for condition (3). Otherwise, the of the controller synthesis of the [4]. controller The of the the system [4]. controller The closed-loop synthesis [4]. system The equations areclosed-loop validsynthesis for the condition (3). Otherwise, the closed-loop system and the the behaviour ofsignificant the system. Thataon issignificant whydynamics methods ystem and have a significant system impact and have on the a of system dynamics andimpact have the impact on the dynamics and behaviour the system. That is why methods actuator operates in the open-loop mode [5]. equations are valid for the equations condition are valid for equations the condition are valid for the condition (3). Otherwise, the (3). Otherwise, the (3). Otherwise, the operates in the open-loop mode [5]. of the control system design need That the knowledge knowledge aboutThatactuator nd the behaviour of theof and system. thecontrol behaviour Thatsystem is why ofand the methods the system. behaviour of is why the system. methods is why methods the design need the about actuator operates in the open-loop actuator operates mode [5].in the actuator open-loop operates mode in [5]. the open-loop mode [5]. thethe properties of telecommunication networks. The aim aim ofthe knowledge about f the control system design of need control the of knowledge system ofdesign theabout control need the system knowledge design need about 0 (3) the properties telecommunication networks. The of 0 ττ (k) (k) T T00 (3) Internet-based distributed control system is direct direct network he properties of telecommunication the properties networks. of telecommunication the Theproperties aim of system of networks. telecommunication Thenetwork aim of networks. The 0 τ (k) T0 aim of 0 τ (k)(3) T0 0 τ (k) (3) T0 (3) Internet-based distributed control is control, insensitive to Internet-based thenetwork inherent Internet time delay [2]. nternet-based distributedcontrol, Internet-based control insensitive systemdistributed is direct control system distributed is time direct control network system is direct network to the inherent Internet delay [2]. ttcc ttaa collecting actuating ontrol, insensitive to the control, inherentinsensitive Internet time tocontrol, the delay inherent [2]. insensitive Internet timeinherent delay [2]. Internet time delay [2]. collecting actuating tcto the tc tc t t t

a value value collecting latencyactuating + jitter jitter 1. Dynamic model of distributed control collecting value value latency + value 1. Dynamic model1.ofsystem Dynamic distributed model 1. control Dynamic of distributed model control of+ jitter distributed control latency latency latency + jitter + jitter sc system system system Let us consider the following continuous-time linear system Let us consider the following continuous-time linear system ττ sc

kT 0 kT 0 with delay (1). following Letcontinuous-time uscommunication consider the following linear Let us system consider continuous-time the following linear system τ c linear τ sc continuous-time τ sc τ ca system with communication delay (1). kT0 kT0

Let us consider the with communication delaywith (1).communication x(t) = ˙˙ = x(t) u(t) = x(t) ˙ = Ax(t) + Bu(t −u(t) x(t) ˙ τ ca ) = u(t) = −Kp x(t − τ sc − u(t) τ c) =

a value value collectinglatency + jitter actuating value latency + jitter value latency latency + + jitter jitter

c ττ c τc

ca ττ ca sc τ ca

τc

actuating value latency + jitter

t (k (k + + 1)T 1)T00 ca τ (k + 1)T0

delay with communication (1). delay (1). sc c ca ca ττ (k) Ax(t) + + Bu(t Bu(t − − ττ ca (k) = = ttaa (k) (k) − − ttcc (k) (k) = = ττ sc + + ττ c + + ττ ca Ax(t) )) (1) sc c ca sc c sc c ca c τ (k) t(1) (k)τ =+taτ(k) − tc (k) =τ (k) τ = + tτa (k) + τ−catc (k) = τ sc + τ c + τ ca a (k) −Kpp x(t x(t − τx(t) − ττ= )) Ax(t) Ax(t) +− Bu(t ˙ sc − += Bu(t − τ−catc)(k) = τ τ + −K (1) τ sc − τ c ) (1) (1) sc c n τ −K u(t) x(tR− − τ= ) 2. Timing relationships in the model of a distributed control u(t) ∈)R R11−Kp x(t − τ − τ Fig. x(t)p∈ ∈ Fig. 2. ∈ x(t) Rn u(t) Timing relationships in the model of a distributed control n 1 n 1 n 1 system system [7] u(t) ∈ R u(t) u(t) ∈Fig. x(t) ∈ R x(t) ∈ R x(t) ∈ relationships R Fig.∈2.R Timing inRthe 2. model Timingof[7] relationships a distributed Fig. 2. in control the Timing model relationships of a distributed in thecontrol model of a distributed contro Rys. 2. Zależności sterowania rozproszonego Rys. 2. Zależności czasowe w w modelu modelu sterowania rozproszonego [7] [7] The linear state-feedback controller has a constant gain K . system [7] system [7] czasowe system [7] p The linear state-feedback controller has a constant gain Kp . Rys. 2. Zależności Rys. 2. Zależności Rys. czasowe wconstant modelu sterowania czasowe rozproszonego w 2. modelu Zależności [7] sterowania czasowe rozproszonego w modelu sterowania [7] rozproszonego [7 A communication network connects the sensor-controller The linear state-feedback controller The linear has state-feedback a constant The gain controller linear K . state-feedback has a constant controller gain K has . a gain K . p p p A communication network connects the sensor-controller The block structure of the discrete time-delay system is The block structure of the discrete time-delay system is nodes and controller-actuator The A communication network A connects communication network A communication connectsnodes. thenetwork sensor-controller connects the sensor-controller nodes and the the sensor-controller controller-actuator nodes. The overview overview in Fig. 3. TheThe block structure of shown theThe The discrete structure of system The the block discrete is structure time-delay of the system discrete is time-delay system is shown inblock Fig.time-delay 3. of distributed control system over network is overview depicted nodes and the controller-actuator nodes and nodes. the control controller-actuator Thenodes overview andover thenodes. controller-actuator nodes. overview of distributed system network is depicted shown in Fig. 3. shown in Fig. 3. shown in Fig. 3. in distributed Fig.over 1 The The structure and utilization utilization of system the network f distributed control system of network control is of system depicted distributed over control network is depicted over network is depicted in Fig. 1 structure and of the network sc ) of affect the sensor-to-controller delay (τ sc and controllern Fig. 1 The structure affect in Fig. in network Fig. and utilization 1 sensor-to-controller The structure of the and1 utilization The structure the and network utilization of the x + the delay (τ ) and controller= Φ Φ00 x(kT x(kT00 )) + +Γ Γ00 (τ (τ )u(kT )u(kT00 )) x [(k [(knetwork + 1)T 1)T00 ]] = (4) sc sc ca to-actuator delay (τ ca ). The The delay of the control signal ffect the sensor-to-controller affect delay the sensor-to-controller (τdelay affect thedelay delay sensor-to-controller (τ sc delay (τ ) and controller)x and ) and controller+ Γ (τ )u [(k − 1)T ]] ] = Φ x(kT ) + Γ (τ )u(kT ] = ) Φ x(kT ) + Γ ] (τ = Φ00)x(kT0 ) (4) + Γ0 (τ )u(kT0 ) [(k +controller1)Tsignal x [(k + 1)T x [(k + 1)T to-actuator (τ ). of the control 0)u(kT 0 0 0 0 0 0 − 1)T 00 0 +0 Γ110(τ )u [(k (4) (4) (4) ca ca ca o-actuator delay (τ ). to-actuator (τ to-actuator delay (τ control The delay ofdelay the control ). The signal delay of the ). The delay signal control signal + of Γthe + Γ + Γ (τ )u [(k − 1)T ] (τ )u [(k − 1)T ] (τ )u [(k − 1)T0 ] 1 0 1 0 1

(k +kT1)T 0 0

(k + 1)T0

6/2013 6/2013 Pomiary Pomiary Automatyka Automatyka Robotyka Robotyka 1 6/2013 Pomiary Automatyka 6/2013 Robotyka Pomiary 1Automatyka 6/2013 Robotyka Pomiary Automatyka Robotyka 1

NAUKA

where:

NAUKA where: where:

Data flow in TCP/IP model Data flow in TCP/IP model Controller

ÎŚ0

AT0 = 0 eÎŚ

T0 â&#x2C6;&#x2019;Ď&#x201E;

(7)

x(kT0 ) 0) 1 (Ď&#x201E; )0 ) x(kT0 + T0x(kT ) 0 + TÎŚ Î&#x201C; (Ď&#x201E; )ÎŚ0 Î&#x201C;x(kT (8) z(kT=+ T )0 =1 0 (8)) 0(Ď&#x201E; )0 ) x(kT z(kT 0) z(kT0 + T0x(kT 0 ÎŚ0 Î&#x201C;z(kT ) 00 + T000) 1 0 = (8) z(kT0 + T0 ) 0) Ď&#x201E;d Î&#x201C;00 (Ď&#x201E; ) +0 Î&#x201C;0 (Ď&#x201E; ) z(kT u(kT ) 0 u(kTI0 ) + I Î&#x201C;0 (Ď&#x201E; ) + u(kT0 ) I +

u(kT0 )K

Kp â&#x2C6;&#x2019;

+â&#x2C6;&#x2019; â&#x2C6;&#x2019;

1 z

u(kT0 ) +

+Î&#x201C;

Î&#x201C;0

u(kT0 ) 1 Î&#x201C;1 z 1 z

Î&#x201C;+ 0 Î&#x201C;1

1 +x(kT0 ) z ++ ++ +ÎŚ0

Î&#x201C;1

3. The discrete system block diagram Fig. 3. The Fig. discrete system block diagram Rys. 3. Struktura systemu dyskretnego Rys. 3. Struktura systemu dyskretnego Fig. 3. The discrete system block diagram Rys. 3. Struktura systemu dyskretnego

1 z 1 z

ÎŚ0 ÎŚ0

Controller

(6) (7)

eAs dsB

T0 â&#x2C6;&#x2019;Ď&#x201E;

Controller Plant Plant Data flow in TCP/IP model Plant

OSI model equivalent

Application Application

Application (5) (6) Application Application Application Application Presentation Presentation

dsB (6)

Î&#x201C;0 (Ď&#x201E;T) = T0 e dsB 0 As 0 Î&#x201C; = 1 (Ď&#x201E; ) = eAs dsB T0 e dsB (7) T0 â&#x2C6;&#x2019;Ď&#x201E; Î&#x201C;1 (Ď&#x201E; ) =

(5)

T â&#x2C6;&#x2019;Ď&#x201E;

Î&#x201C;1 (Ď&#x201E; )

ÎŚT00 â&#x2C6;&#x2019;Ď&#x201E;= eAT0 = Î&#x201C;0 (Ď&#x201E; ) =eAs dsB

Î&#x201C;0 (Ď&#x201E; )

eAT0

OSI model equivalent OSI model equivalent

Ď&#x201E; ip

Application

Application Session

Presentation Session

Transport

Transport Transport

Session Transport

Ď&#x201E; ip Internet

Transport Internet

Network

Transport Network

Ď&#x201E; ip

Internet

Data link

Network Data link

Physical

Data link Physical

Ď&#x201E;d Link

Link

Ď&#x201E;d

Link

Internet

Internet Link

Link Link

Physical Ethernet Ď&#x201E; prop x(kT0 ) Ethernet Ď&#x201E; prop x(kT0 ) Fig.signal 4. Control signal and feedback loopmodel in the IPS model Fig. 4. Control and feedback loop in the IPS Rys.sterujÄ&#x2026;cy 4. SygnaĹ&#x201A; sterujÄ&#x2026;cy i pÄ&#x2122;tla sprzÄ&#x2122;Ĺźenia zwrotnego Rys. 4. SygnaĹ&#x201A; i pÄ&#x2122;tla sprzÄ&#x2122;Ĺźenia zwrotnego w modelu w modelu Fig. 4. Control signal and feedback loop in the IPS model IPS IPS Rys. 4. SygnaĹ&#x201A; sterujÄ&#x2026;cy i pÄ&#x2122;tla sprzÄ&#x2122;Ĺźenia zwrotnego w modelu IPS Ethernet Ď&#x201E; prop

Caseand study and experiments 3. Case3. study experiments 3.1. Package drop and delay simulation 3.1. Package drop study and delay simulation 3. Case and experiments

As case studydrop a continuous linear time-invariant (LTI) As a case study a continuous linear (LTI) 3.1.a Package and time-invariant delay simulation

model from [1](9). isachosen (9). The model represents a(LTI) first 2. The Internet structure model from [1]a is chosen The model represents a first 2. The Internet networknetwork structure As case study continuous linear time-invariant order water tank system. Constant system parameters are Open System Interconnection (OSI) model reference order modelwatermodel tank from system. are The Open The System Interconnection (OSI) reference [1] Constant is chosen system (9). Theparameters model represents a first 2. The Internet network structure

1 1 2

given1.water inATab. 1. system. A discrete-time system (10) has been classifies intoThe 7 layers. The standard given discrete-time system (10) has been classifies communication tasksInterconnection into tasks 7 layers. standard order tank Constant system parameters are The Opencommunication System (OSI) reference model in Tab. obtained using equations (4â&#x20AC;&#x201C;8). has been developed for a reduction of a complexity of a neobtained using equations (4â&#x20AC;&#x201C;8). has been developed for a reduction of a complexity of a negiven in Tab. 1. A discrete-time system (10) has been classifies communication tasks into 7 layers. The standard twork. It defines internal data flow between each twork. It defines internal data flow each Eachlayer. obtained using equations (4â&#x20AC;&#x201C;8). has been developed for abetween reduction of layer. a complexity of Each a ne layer modifies data using encapsulation by an addition of 1 Îą layer modifies data using encapsulation by an addition of twork. It defines internal data flow between each layer. Each xË&#x2122; = â&#x2C6;&#x2019; Îą1xË&#x2122; x +=Îą uâ&#x2C6;&#x2019; Îą x + Î˛ u Î˛ (9) header control information. A time of the encapsula(9) the headerthe control information. A time of the encapsulalayer modifies data using encapsulation by an addition of yË&#x2122; = y = x x = x â&#x2C6;&#x2019; Îą1 x + Îą u Î˛ in the control particular OSI layerAisto difficult to encapsuladetermine (9) tion in thetion particular OSI layer is difficult determine the header information. time of the y = x and depends on many factors, like hardware architecture and depends on many factors, like hardware architecture tion in the particular OSI layer is difficult to determine T0 applied, processor utilization etc. The delay introduced by ÎŚ0 â&#x2C6;&#x2019;=T0 exp â&#x2C6;&#x2019; applied, processor utilization etc. factors, The delay introduced by ÎŚ0 = exp and depends on many like hardware architecture Îą Îą T0 the encapsulation at each layer negligibly small value the encapsulation at each layer is negligibly small value applied, processor utilization etc. is The delay introduced by 2 â&#x2C6;&#x2019; Ď&#x201E; â&#x2C6;&#x2019; T0 ÎŚ20 = exp Îą Îą Ď&#x201E; â&#x2C6;&#x2019; Texp 0 Îą compared to the propagation delay, therefore, will be omitÎ&#x201C; (Ď&#x201E; ) = 1 â&#x2C6;&#x2019; (10) compared to the propagation delay, therefore, will be omit0 1 â&#x2C6;&#x2019; expÎ˛2 the encapsulation at each layer is negligibly small value Î&#x201C;0 (Ď&#x201E; ) = Îą (10) Î˛ Îą Îą Ď&#x201E; â&#x2C6;&#x2019; T ted for further consideration. The Internet Protocol Suite 0 ted for further consideration. The Internet Protocol Suite compared to the propagation delay, therefore, will be omit (10) Î&#x201C;0 (Ď&#x201E;2 ) = Îą2 1 â&#x2C6;&#x2019; exp T0 Ď&#x201E; Îą (IPS) the most popularstack protocol stack used in Ethernet (IPS) is the most popular protocol usedInternet in Ethernet (Ď&#x201E; )exp= â&#x2C6;&#x2019; TÎ˛0 expexpâ&#x2C6;&#x2019; Ď&#x201E; â&#x2C6;&#x2019;exp â&#x2C6;&#x2019;1 ted forisfurther consideration. The Protocol Suite Î&#x201C;1 (Ď&#x201E; ) = Î&#x201C;1Îą 1 ÎąÎą Îą Î˛ Îą2 standard networks. The IPSprotocol reorganizes the OSI and ÎąÎ˛ T0 Ď&#x201E; standard networks. The IPS reorganizes the OSI model andinmodel (IPS) is the most popular stack used Ethernet Î&#x201C;1 (Ď&#x201E; ) = exp â&#x2C6;&#x2019;1 exp â&#x2C6;&#x2019; defines 4 networks. layers [10]:The Application, Transport, Internet Î˛ Îą Îą defines 4 layers [10]: Application, Transport, Internet and standard IPS reorganizes the OSI model and and Link (Fig. 4). Two of the most popular protocols used in Link (Fig. defines 4). Two of the most popular protocols used in 4 layers [10]: Application, Transport, Internet and Tab. 1. Parameters of the dynamic Tab. 1. Parameters of the dynamic system [1] system [1] the transport layer are themost Transmission Control Protocol the transport are Transmission Control Linklayer (Fig. 4).the Two of the popularProtocol protocols used in Tab. 1. systemu Parametry systemu dynamicznego [1] Tab. 1. Parametry dynamicznego [1] andDatagram thelayer Userare Datagram Protocol (UDP). [9] is Tab. 1. Parameters of the dynamic system [1] (TCP) and(TCP) thetransport User Protocol (UDP). TCP [9] is TCP the the Transmission Control Protocol parameter value parameter value Tab. 1. Parametry systemu dynamicznego [1] connection-oriented protocol and provides connection connection-oriented protocol and provides connection esta- TCP esta(TCP) and the User Datagram Protocol (UDP). [9] is time constant Îą = 63.2456 time constant Îą = 63.2456 parameter value blishment (handshaking), acknowledgements and dataestaflow blishment (handshaking), acknowledgements and dataconnection flow connection-oriented protocol and provides control input gain Î˛ = control input Î˛ = 15.8144 timegain constant Îą = 15.8144 63.2456 control. [8] is a connectionless simpleand protocol and control. UDP [8] isUDP a(handshaking), connectionless simple protocol blishment acknowledgements and data flow control input gain Î˛ = 15.8144 does not provide of the correct of does not provide any confirmation of the correct receipt of receipt control. UDP [8] any is a confirmation connectionless simple protocol and The discrete-time dynamic system (10)mohas been modiscrete-time dynamic system (10) has been data.not provide any confirmation of the correct receiptThe data. does of in MATLAB/Simulink delled in MATLAB/Simulink environment (Fig. 5).moIn delled environment (Fig. 5). In The discrete-time dynamic system (10) has been The bottom link layeri.a. provides i.a. distributed media The bottom â&#x20AC;&#x201C; link layerâ&#x20AC;&#x201C; provides distributed media data. a control signal transmission line and a process value transa control signal transmission line and a process value transdelled in MATLAB/Simulink environment (Fig. 5). In access control system. The Carrier Sense Multiple Access access control system. The Sense Multiple Access The bottom â&#x20AC;&#x201C; Carrier link layer provides i.a. distributed media line line adelay constant block has been placed. The mission a constant blockdelay hasline been The amission control signal transmission andplaced. a process value transwith Collision Detection system (CSMA/CD) allows any with Collision Detection system (CSMA/CD) allowsMultiple any access control system. The Carrier Sense Access first experiment is done to determine the impact of the defirst experiment is done to determine the impact of the demission line a constant delay block has been placed. The device totoattempt to via transmit via a In network. In caseany of device to attempt transmit a network. case ofallows with Collision Detection system (CSMA/CD) lay block on the quality of control. Integral Time Square lay block on the quality of control. Integral Time Square first experiment is done to determine the impact of the deoftransmission a shared transmission theIndata are occupancyoccupancy of a shared medium, data are device to attempt to transmit via the amedium, network. case Error (ITSE) objective function has (11). been used (11). Square As can Errorof(ITSE) has been used As can lay objective block on function the quality of control. Integral Time buffered. The CSMA/CD system introduces an additional buffered. The CSMA/CD system transmission introduces anmedium, additional occupancy of a shared the data are from be seen from Fig. 6, the quality is rapidly degraded when be seen Fig. 6, the quality is rapidly degraded when Error (ITSE) objective function has been used (11). As can random delay. A full understanding ofexchange the data exchange random delay. A full understanding of the data buffered. The CSMA/CD system introduces an additional the delay exceeds about 12 milliseconds. the delay exceeds about 12 milliseconds. be seen from Fig. 6, the quality is rapidly degraded when protocol in the network, allows to create an accurate and protocol inrandom the network, to create an accurate and exchange delay. allows A full understanding of the data â&#x2C6;&#x17E; about â&#x2C6;&#x17E; the delay exceeds 12 milliseconds. model of in transmission delay. 2 model of transmission delay. 2 protocol the network, allows to create an accurate and (11) t Âˇ e=(t)dt IT SE = IT SE â&#x2C6;&#x17E; t Âˇ e (t)dt (11) 0 model of transmission delay. 2 0 t Âˇ e (t)dt (11) IT SE = For the second simulation experiment, the average delay 0 the average For the second simulation experiment, delay time hassecond been calculated on a statistical of Pomiary Automatyka RobotykaÂ Â nr 6/2013 time has been calculated based on abased statistical analysis ofanalysis For the simulation experiment, the average delay 97 time has been calculated based on a statistical analysis of

Pomiary Automatyka Robotyka 6/2013 2 Automatyka Pomiary Robotyka 6/2013

Pomiary Automatyka Robotyka 6/2013

∞

t · e2 (t)dt

(11)

For the second simulation experiment, the average delay time has been calculated based on a statistical analysis of the network connection (Fig. 8) and it equals 160 ms. The the connection (Fig. 8) it equals 160 The the network network (Fig.from 8) and and equals at 160a ms. ms. The control line isconnection disconnected theitprocess random control line is disconnected from the process at a random control line disconnected from theitprocess at random instant. Thisisconnection part of the(Fig. model open-loop mode the network 8) simulates and equals 160a ms. The instant. This part of model open-loop mode instant. This part ofasthe the model simulates open-loop mode the network 8)ofsimulates and equals 160(when The of system operation, a(Fig. result buffering effect the control line isconnection disconnected from theitprocess at a ms. random of system operation, as a of buffering effect (when the of system operation, a result result ofsimulates buffering effect (when the control line ispart disconnected from the process at a random assumption (3) is not fulfilled). The simulation performance instant. This ofasthe model open-loop mode assumption (3) is not fulfilled). The simulation performance assumption (3)part is not fulfilled). The simulation results ofThis the closed-loop control are shown inperformance Fig. 9.mode instant. ofasthe model open-loop of system operation, a result ofsimulates buffering effect (when the results of the closed-loop control are shown in Fig. 9. results of operation, the control are showneffect inperformance Fig. 9. the of system a result of buffering (when assumption (3)closed-loop is notasfulfilled). The simulation assumption (3)closed-loop is not fulfilled). Theare simulation results of the control shown inperformance Fig. 9. results of the closed-loop control are shown in Fig. 9.

Fig. 5. The MATLAB/Simulink model [1] Fig. MATLAB/Simulink modelMATLAB/Simulink [1] Rys.5. 5. The Model systemu w programie [1] Fig. 5. The MATLAB/Simulink model [1] Rys. 5. Model systemu w programie MATLAB/Simulink [1] Rys. 5. Model systemu w programie MATLAB/Simulink [1] Fig. 5. The MATLAB/Simulink model [1] Rys. 5. Model systemu w programie [1] Fig. 5. The MATLAB/Simulink modelMATLAB/Simulink [1] Rys. 5. Model systemu w programie MATLAB/Simulink [1] 100 100 100 80 100 80 80 100 100 60 80 60 60 80 80 40 60 40 40 60 60

30 30 30 20 20 30 20 10 30 30 10 20 10 0 20 20 00 10 00 0 10 10 0 0 0 0 0 0

10 10 10

20 20 20

30 30 30

40 40 40

50 50 50

10 10

20 20

30 30

40 40

50 50

20 40 20 20 40 40 0 20 0 0 20 20

102 10delay 2 [ms] 10

delay [ms] delay [ms] 2

103 103 10

0 3 10 10 Fig. 6. 00Effect of propagation delay on the quality of control 2 3 2 3 delay [ms] 10 10 10 10 Fig. propagation delay on qualitywskaźnika of control Wpływofopóźnienia sygnału nathe wartość jakości Rys.6. 6. Effect

Fig. 6. Effect of propagation delay the quality of control delayon [ms] Wpływ opóźnienia sygnału na wartość wskaźnika jakości Rys. 6. sterowania Rys. 6. Wpływ opóźnienia sygnału na wartość wskaźnika jakości Fig. 6. sterowania Effect of propagation delay on the quality of control sterowania Wpływofopóźnienia sygnału nathe wartość Rys. 6. Effect Fig. 6. propagation delay on qualitywskaźnika of control jakości sterowania Wpływ opóźnienia sygnału na wartość wskaźnika jakości Rys. 6. 3.2. Control system via Internet 3.2. Control system via Internet sterowania 3.2. network Control system via Internet control system can be The delays in the distributed

The network delays in the distributed control system can The delays the distributed control system can be be either determined orinrandom. The delay variation between 3.2. network Control system via Internet either determined or random. The delay variation between either determined or random. The delay variation between 3.2. Control system via Internet a host A in Kraków and a host B in Raleigh The network delays (Poland) in the distributed control system (USA) can be a A (Poland) and a host B in (USA) ais host host A in ininKraków Kraków and a time host B in Raleigh Raleigh (USA) The network delays in theNetwork distributed control system can be shown Fig. 7.or(Poland) The delay histogram is either determined random. The delay variation between is shown in Fig. 7. The Network time delay histogram is is shown in Fig. 7. The Network time delay histogram is either determined or random. The delay variation between Fig. 8. As canand bea seen, signal apresented host A in in Kraków (Poland) host Bainminimal Raleigh (USA) presented in Fig. 8. As can be seen, a minimal signal in Fig. 8. As can be seen, a minimal signal apresented host A in Kraków (Poland) and a host B in Raleigh (USA) propagation time7.between locations is 138 ms.histogram is is shown in Fig. The Network time delay propagation time locations is 138 ms. propagation time between locations isInternet 138 ms.histogram is shown ininFig. 7.between The time delay is To evaluate the feasibility of the medium for presented Fig. 8. AsNetwork can be seen, a minimal signal To evaluate the feasibility of the Internet medium for To evaluate the feasibility of the Internet medium for presented in Fig. 8. As can be seen, a minimal signal distributed purposes, a dedicated client/server Java propagationcontrol time between locations is 138 ms. distributed control purposes, a dedicated client/server Java distributed control purposes, a of dedicated client/server Java propagation time between isInternet 138 ms.B) program was written. Thelocations server side (host emulates To evaluate the feasibility the medium for program was written. The server side (host B) emulates program was written. The server side (host B) emulates To evaluate the feasibility of the Internet medium for the discrete-time (10).client/server The client Java side distributed control dynamic purposes, system a dedicated the discrete-time dynamic system (10). The client side the discrete-time dynamic system (10). The client side distributed control purposes, a dedicated client/server Java (host A) connects to the server using the 6780 TCP port, program was written. The server side (host B) emulates (host A) connects to the server using the 6780 port, (host A)the connects to the server using the 6780 TCP port, program wasprocess written. The server side (host B)TCP emulates receives value and transmits the control signal. the discrete-time dynamic system (10). The client side receives the process value and transmits the control signal. receives the process value and transmits the control signal. the discrete-time dynamic system (10). The client side If the signal propagation time exceeds the sampling time (host A) connects to the server using the 6780 TCP port, If the signal propagation time exceeds the sampling time If the signal propagation time exceeds the sampling time (host A) connects to the server using the 6780 TCP port, limit (τ T ), the packet is rejected and the actuator receives the process value and transmits the control signal. 0 limit (τ T0 ), packet is rejected and the limit (τ ), the thecontrol packet istransmits rejected and the actuator actuator receives the value and the sampling control signal. 0valid uses lastTprocess value. Real time clocks on the If thethe signal propagation time exceeds the time uses the last valid control value. Real time clocks on the uses the last valid control value. Real time clocks on the If the signal propagation time exceeds the sampling time host A and the host B have been synchronized by limit (τ T0 ), the packet is rejected and the actuator host A and the host B have been synchronized by the host A and the host B have been synchronized by the 0 Network Time Protocol (NTP). Fig. 9 shows evolution limit (τ T ), the packet is rejected and the actuator uses the last 0valid control value. Real time clocks on the Network Time Protocol (NTP). Fig. 9 shows the evolution Network Time Protocol (NTP). Fig. 9 shows the evolution of the process value, obtained with a MATLAB/Simulink uses the last valid control value. Real time clocks on the host A and the host B have been synchronized by of the value, obtained with a MATLAB/Simulink of theAprocess process value, a9synchronized MATLAB/Simulink simulation and with real-network canthe be host and the hostaobtained B(NTP). have with been by Network Time Protocol Fig.experiment. shows theAs evolution 98 simulation and with a real-network experiment. As can be simulation and with a real-network experiment. As can be seen, the time-delay equals around 150 ms. There is a good Network Time Protocol (NTP). Fig. 9 shows the evolution of the process value, obtained with a MATLAB/Simulink seen, the time-delay equals around 150 ms. There is a good seen, the time-delay equals around 150 ms. There is a good degree of accuracy between the simulation and real-network of the process value, obtained with a MATLAB/Simulink simulation and with a real-network experiment. As can be degree of accuracy between the and real-network degreethe of time-delay accuracy between the simulation simulation real-network simulation and with a real-network experiment. As be seen, equals around 150 ms.and There is acan good seen, the time-delay equals around 150 ms. There is a good degree of accuracy between the simulation and real-network degree of accuracy between the simulation and real-network

In the following for a gradually c be distributed o conducted, base experiments. The can be used as a process signals. T the chance of a p closed-loop delay

1000 800 1000 800 1000 800

delay delay delay [ms] [ms] delay delay [ms] delay [ms] [ms] [ms]

IT SE =

To evaluate the feasibility of the Internet medium for distributed control purposes, a dedicated client/server Java program was written. The server side (host B) emulates the discrete-time dynamic system (10). The client side (host A) connects to the server using the 6780 TCP port, receives the process value and transmits the control signal. If the signal propagation time exceeds the sampling time limit (τ T0 ), the packet is rejected and the actuator uses the last valid control value. Real time clocks on the host A and the host B have been synchronized by the NAUKA Network Time Protocol (NTP). Fig. 9 shows the evolution NAUKA NAUKA of the process value, obtained with a MATLAB/Simulink simulation and with a real-network experiment. AsNAUKA can be 1000 NAUKA 1000 seen, the time-delay equals around 150 ms. There is a good 1000 degree of accuracy between the simulation and real-network

800 600 800 600 800 600 600 400 600 400 600 400 400 200 400 200 400 200

200 0 200 00 1000 2000 3000 200 00 1000 2000 time3000 [s] 0 1000 2000 3000 time [s] 0 time [s] 0 1000 2000 3000 Fig. 7. 00The evolution of the time3000 [s]delay 0 1000 2000network 3000 0 1000 of the 2000 Fig. 7. The evolution network delay in Kraków and a host B in Raleigh

4000 4000 4000

5000 5000 5000

4000

5000

between a5000 host A 4000 4000 between a5000 host A Fig. 7. The evolution of the network delay between a host A time [s] Kraków and a hostsieciowego B in Raleigh Zmiana opóźnienia połączenia pomiędzy Rys. 7. in in Kraków and a host B in Raleigh Fig. evolution of thesieciowego network delay between a host A Zmiana opóźnienia połączenia pomiędzy Rys.7. 7. The w Krakowie i Raleigh Zmiana opóźnienia sieciowego połączenia pomiędzy Rys. 7. serwerami in Kraków and a host Raleigh Fig. 7. serwerami The evolution of the B network delay between a host A w Krakowie i in Raleigh serwerami w Krakowie i Raleigh opóźnienia połączenia pomiędzy Rys. 7. Zmiana in Kraków and a hostsieciowego B in Raleigh w Krakowie i Raleigh połączenia pomiędzy Zmiana opóźnienia sieciowego Rys. 7. serwerami 50 50serwerami w Krakowie i Raleigh 50

relative relative relative relative frequency frequency relative relative frequency frequency frequency frequency [%] [%][%] [%] [%] [%]

delled in MATLAB/Simulink environment (Fig. 5). In a control signal transmission line and a process value transmission line a constant delay block has been placed. The first experiment is done to determine the impact of the delay block on the quality of control. Integral Time Square Error (ITSE) objective function has been used (11). As can be seen from Fig. 6, the quality is rapidly degraded when Nauka the delay exceeds about 12 milliseconds.

Integral Integral Integral Integral Time Time Integral Integral Time Square Square Time Square Time Time Error Square Error Square Square ErrorError Error Error

.a. distributed media ense Multiple Access MA/CD) allows any network. In case of medium, the data are oduces an additional of the data exchange ate an accurate and

50 40 40 50 40 40 30 30 40 30 30 20 20 30 20 20 10 20 10 10

min. delay: 138 ms min. ms max. delay: delay: 138 1144 ms min. delay: 138 ms max. delay: 1144 ms ms average delay: 165.23 max. delay: 1144 ms min. delay: 138 ms average delay: 165.23 ms std dev.: 56.31 ms average delay: 165.23 ms max. delay: 1144 ms min. delay: 138 ms std dev.: 56.31 ms std dev.: 56.31 ms average delay: 165.23 max. delay: 1144 ms ms std dev.:delay: 56.31 ms average 165.23 ms std dev.: 56.31 ms

10 0 10 00 200 400 600 800 10 00 200 400 delay 600[ms] 800 0 200 400 600 800 delay [ms] 0 delay [ms] 0 200 400 600 800 Fig. 8. 00The histogram of 400 the network delay800 delay 0 200 600[ms] 0 histogram 200 400 600 800 Fig. 8. The of the network delay Rys. 8. Histogram opóźnienia sieciowego

1000 1000 1000

1200 1200 1200

1000 1000 1000

1200 1200 1200

Fig. 8. The histogram of the network delay [ms] Rys. 8. Histogram opóźnienia delay sieciowego Rys. 8. Histogram opóźnienia sieciowego Fig. 8. The histogram of the network delay Rys. 8. Histogram opóźnienia sieciowego Fig. 8. The histogram of the network delay experiment results. Some ofsieciowego the packets have been rejected Rys. 8. Histogram opóźnienia experiment results. Some of the packets have been rejected

experiment Some of thetime packets rejected due to too results. long propagation (7.3 have %). been However the due to long time (7.3 %). However the due to too too long propagation propagation (7.3 %). However the impact of network gives of weak effect, due tobeen the relation experiment results. Some thetime packets have rejected impact of network gives weak effect, due to the relation impact ofaverage network gives weak effect, due tobeen the relation between delay time and model dynamics. experiment results. Some of the packets have rejected due to too long propagation time (7.3 %). However the between average delay time and model dynamics. between delay time and model dynamics. due to too long propagation time (7.3 %). the impact ofaverage network gives weak effect, due toHowever the relation impact ofaverage network gives weak to the relation 4. Conclusions between delay time andeffect, modeldue dynamics. 4. Conclusions 4. Conclusions between average paper delay time and modelthat dynamics. In the following it was shown control system In the following paper shown control system In the followingchanging, paper it it was was shown that that control system 4. Conclusions for a gradually structurally stable process can for a gradually changing, structurally stable process can 4. Conclusions for a gradually changing, structurally stable process can be the distributed a very long distance. Analysis was In followingover paper it was shown that control system be distributed over a very long distance. Analysis was be the distributed over very long distance. Analysis was conducted, based ona simulation results and real-world In following paper it was shown that control system for a gradually changing, structurally stable process can conducted, based on results and real-world conducted, based ona simulation simulation results and real-world experiments. Theover study leads to thedistance. conclusion that Internet for a gradually changing, structurally stable process can be distributed very long Analysis was experiments. The study leads to the conclusion that Internet experiments. The study leads thedistance. conclusion that Internet be distributed very long was can be used based as aover medium forto transmission ofAnalysis control and conducted, ona simulation results and real-world can be as a medium for of control and can be used used as a study medium fortotransmission transmission ofthat control and conducted, based on simulation results and real-world process signals. The application of TCP protocol reduces experiments. The leads thethe conclusion Internet process signals. The application of the TCP protocol reduces process signals. application of TCP protocol reduces the chance ofas aThe lossfor while itconclusion increases slightly the experiments. The study leads totransmission thethe Internet can be used apacket medium ofthat control and the of loss while it slightly the the chance chance of aThe packet lossfor while it increases increases slightly the can be used asa apacket medium transmission of control and closed-loop delay. process signals. application of the TCP protocol reduces closed-loop delay. closed-loop delay. process signals. application of the TCP protocol reduces the chance of aThe packet loss while it increases slightly the the chance of a packet loss while it increases slightly the closed-loop delay. closed-loop delay.

4 6/2013 Pomiary Automatyka Robotyka 6/2013 6/2013 Pomiary Pomiary Automatyka Automatyka Robotyka Robotyka

3 3

NAUKA NAUKA Technology Stockholm, 2003. RFC 768 – User Datagram Protocol, J. Postel, 1980. Technology Stockholm, 2003. RFC 675 – Specification of Internet Con768 User Datagram Protocol,Transmission J. Postel, 1980. trol Program, V. Cerf et al., 1974. 9. RFC 675 – Specification of Internet Transmission Con10.trol RFC 1122 – V. Requirements Internet Hosts – ComProgram, Cerf et al., for 1974. munication Layers, R. Braden, 1989. 10. RFC 1122 – Requirements for Internet Hosts – Com-

8. 9. 8.

1 0.8

Process Process value value

0.8 0.6

munication Layers, R. Braden, 1989.

0.6 0.4 0.4

Simulation

0.2

Simulation Real network

0.2 0 0

Real network 0 0

1 1

time [s] 3

time [s] Fig. 9. The simulation and the real network results for the distributed control system Fig. 9. The simulation and the real network results for the distributed Rys. 9. Wyniki symulacyjne oraz wyniki eksperymentu sieciowego control system dla systemu sterowania rozproszonego Rys. 9. Wyniki symulacyjne oraz wyniki eksperymentu sieciowego dla systemu sterowania rozproszonego

Bibliography Bibliography 1. Hasan M. S., Harding C., Yu H., Griffiths A., Modeling

Delay and Packet Drop Networked Control Systems 1. Hasan M. S., Harding C.,inYu H., Griffiths A., Modeling Using Network Simulator International Journal of Delay and Packet Drop inNS2, Networked Control Systems Automation and Computing, 2, 187–194,Journal 2005. of Using Network Simulator NS2,vol. International 2. Automation Han K-H., Kim S.,Computing, Kim Y.-J., Kim Implementation and vol. J.-H., 2, 187–194, 2005. Internet-Based with Internet Control 2. of Han K-H., Kim S., Personal Kim Y.-J.,Robot Kim J.-H., Implementation Architecture Proceedings of the 2001 IEEE International of Internet-Based Personal Robot with Internet Control Conference Robotics & 217–222, 2001. Architectureon Proceedings of Automation, the 2001 IEEE International 3. Conference Mastellone S., C.Automation, T., Networked Control2001. Syson Abdallah Robotics & 217–222, tems and Communication Integrated Model 3. Mastellone S., Abdallah C. networks: T., Networked Control Sysand Analysis, Proceedings the 16th Model IFAC temsStability and Communication networks: of Integrated World Congress, 2005. Proceedings of the 16th IFAC and Stability Analysis, 4. World Grega W., Metody i algorytmy sterowania cyfrowego w Congress, 2005. układach i rozproszonych, Uczelniane 4. Grega W.,scentralizowanych Metody i algorytmy sterowania cyfrowego w Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne AGH, Uczelniane 2004. układach scentralizowanych i rozproszonych, 5. Wydawnictwa Grega W., Rosół M., Distributed Control Using GPRS Naukowo-Dydaktyczne AGH, 2004. Network, 11th IEEE International Conference 5. Wireless Grega W., Rosół M., Distributed Control Using GPRS on Methods and Models in Automation andConference Robotics, Wireless Network, 11th IEEE International 2005. on Methods and Models in Automation and Robotics, 6. 2005. Fei T., Hong W. C., Modeling and Real Time Control Controland System, 28th Control Annual 6. of FeiInternet-Distributed T., Hong W. C., Modeling Real Time Conference of the IEEE Control Industrial Elelctronics of Internet-Distributed System, 28th Society, Annual 2002. Conference of the IEEE Industrial Elelctronics Society, 7. 2002. Samaranayake L., Distributed Control of Electric Drivia Ethernet, dissertation, Royal Institute of 7. ves Samaranayake L.,PhD Distributed Control of Electric DriTechnology Stockholm, 2003. ves via Ethernet, PhD dissertation, Royal Institute of 8. RFC 768 – User Datagram Protocol, J. Postel, 1980. 9. RFC 675 – Specification of Internet Transmission Control Program, V. Cerf et al., 1974. 10. RFC 1122 – Requirements for Internet Hosts – Communication Layers, R. Braden, 1989.

Aspekty sterowania rozproszonego i analiza możliwości sterowania odległymi systemami Aspekty sterowania rozproszonego i analiza poprzez Internet możliwości sterowania odległymi systemami poprzez Streszczenie: Gwałtowny rozwójInternet rozproszonych systemów sterowania spowodował, że w procesie modelowania systemów Streszczenie: Gwałtowny rozwój rozproszonych systemów dynasteromicznych oraz syntezy regulatorów konieczna okazuje się wiedza wania spowodował, że w procesie modelowania systemów dynaimicznych zrozumienie sieci przesyłu danych. Wiele się badań zooraz działania syntezy regulatorów konieczna okazuje wiedza

stało poświęconych określeniu przydatności dedykowanych i zrozumienie działania sieci przesyłu danych. Wiele badańsieci zoumożliwiających przesył danych w układach sterowania. Niniejsza stało poświęconych określeniu przydatności dedykowanych sieci praca stanowi próbę przyblizenia umożliwiających przesył danych wproblemu układach sterowania sterowania.odległymi Niniejsza systemami poprzez Internet. Praca zawiera próbę zamodelowapraca stanowi próbę przyblizenia problemu sterowania odległymi nia właściwości sieciInternet. transmisyjnej przeprowadzenia symulacji systemami poprzez Praca izawiera próbę zamodelowaznia uwzględnieniem opóźnienia wprowadzonego przez sieć.symulacji Ponadto właściwości sieci transmisyjnej i przeprowadzenia został przeprowadzony eksperyment na rzeczywistej sieci, maz uwzględnieniem opóźnienia wprowadzonego przez sieć. Ponadto jący na celu określenie przydatności sieci Internet w systemach został przeprowadzony eksperyment na rzeczywistej sieci, masterowania jący na celurozproszonego. określenie przydatności sieci Internet w systemach sterowania rozproszonego. Słowa kluczowe: sterowanie rozproszone, sterowanie poprzez Internet,kluczowe: rozszerzonasterowanie przestrzeńrozproszone, stanu Słowa sterowanie poprzez Internet, rozszerzona przestrzeń stanu Tomasz Dziwiński, MSc Tomasz Dziwiński, MScat the department Is a doctoral candidate of Automatics and Biomedical Is a doctoral candidate at the Engineering department at the AGH University of Science and Techof Automatics and Biomedical Engineering nology in Kraków, in of agreement with the at the AGH University Science and TechKIC InnoEnergy International PhD Schonology in Kraków, in agreement with the ol coordinated KTH Royal PhD Institute of KIC InnoEnergybyInternational SchoTechnology in Stockholm. His main reseol coordinated by KTH Royal Institute of

arch interestsinlieStockholm. in the hardware realization Technology His main reseof theinterests control lie algorithms for electric power arch in the hardware realization systems, based on reconfigurable logic architectures. He is involved of the control algorithms for electric power in the project ofon European Institute of Innovation and systems, based reconfigurable logic architectures. HeTechnology is involved

EITthe KIC. He isofalso a member of theof IEEE Control and System Society, in project European Institute Innovation Technology Inc. KIC. He is also a member of the IEEE Control System Society, EIT e-mail: tdz@agh.edu.pl Inc. e-mail: tdz@agh.edu.pl

Simulation

Aspekty sterowania rozproszonego i analiza możliwości sterowania odległymi systemami poprzez Internet

Real network

4 ts for the distributed 4

ymentu sieciowego

Streszczenie: Gwałtowny rozwój rozproszonych systemów sterowania spowodował, że w procesie modelowania systemów dyna-

Pomiary Robotyka 6/2013 micznych Automatyka oraz syntezy regulatorów konieczna okazuje się wiedza

i zrozumienie działaniaRobotyka sieci przesyłu danych. Wiele badań zoPomiary Automatyka 6/2013

stało poświęconych określeniu przydatności dedykowanych sieci

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2013

Nauka

Implementacja algorytmu regulacji predykcyjnej MPC w sterownikach programowalnych Jarosław Tarnawski Katedra Inżynierii Systemów Sterowania, Wydział Elektrotechniki i Automatyki, Politechnika Gdańska

Streszczenie: Sterowniki programowalne PLC (ang. Programmable Logic Controllers) są główną przemysłową platformą implementacji algorytmów sterowania bezpośredniego. Standardowo producenci PLC udostępniają programistom jedynie podstawowe algorytmy sterowania. W niniejszym artykule rozważana jest implementacja w PLC zaawansowanej metody sterowania – algorytmu MAC/MPC (ang. Model Algorithmic Control/ Model Predictive Control) ze względu na jego walory użytkowe oraz stosunkowo złożony proces implementacji. Regulacja MPC może być implementowana również w warstwie nadrzędnej hierarchicznego modelu systemu sterowania, dlatego prezentowany jest cały model. W artykule opisano proces weryfikacji regulatora MPC zaimplementowanego w PLC w warunkach pętli sprzętowej. Badane są czasy wykonania jednej iteracji regulatora oraz wymagania wobec wielkości pamięci PLC dla konkretnych parametrów regulatora, co może być wykorzystane do szacowania stosowalności na innych platformach i przydatności do sterowania konkretnymi obiektami. Właściwości regulatorów MPC są niedostępne dla klasycznych regulatorów (klasy PID wraz z modyfikacjami i rozwinięciami), zatem implementacja regulacji MPC w PLC istotnie rozwija możliwości sterowania na tej platformie. Słowa kluczowe: hierarchiczny model systemu sterowania, zaawansowane algorytmy sterowania, regulacja predykcyjna MPC, sterowniki programowalne, norma IEC 61131-3, ograniczenia platformy PLC, proces implementacji algorytmu regulatora MPC, weryfikacja w pętli sprzętowej

terowniki programowalne opracowano w celu zastąpienia układów sterowania przełączającego, realizowanych za pomocą styczników i przekaźników. Zmiana algorytmu sterowania nie wymagała już fizycznych przełączeń elementów elektrycznych tylko zmiany programu sterującego dla PLC. Głównie do tych celów powstał język drabinkowy przypominający schematy stycznikowo-przekaźnikowe. Pierwotnie PLC obsługiwały wyłącznie sygnały dyskretne, następnie zostały wyposażone w przekaźniki czasowe i zegary umożliwiające włączanie i wyłączanie urządzeń nie tylko w zależności od stanu sygnałów pomiarowych, ale również z opóźnieniem, przesunięciem czasowym, czy o określonej godzinie. Zatem na początku PLC uwzględniały wyłącznie sterowanie binarne. Inaczej były rozwijane systemy klasy DCS (ang. Distributed Control System), zorientowane od początku na reali-

100

zację sterowania ciągłego: PID, MPC, sterowania rozmytego i wielu innych. Systemy klasy DCS zostały jednak ulokowane w tzw. dużym przemyśle: energetyce, petrochemii itd. PLC ze względu na elastyczność, dużą konkurencję na rynku i pozycjonowanie przez producentów można znaleźć w instalacjach przemysłowych różnej skali, od najmniejszych do bardzo dużych. Wraz z rozwojem techniki mikroprocesorowej i komputerowej PLC zostały wyposażone w podstawowy aparat matematyczny początkowo bazujący na liczbach całkowitych, a następnie zmiennoprzecinkowych. Pierwotnie pamięć PLC była widziana jako wektorowa, aktualnie może być również organizowana w postaci macierzy. Obecnie możliwości sprzętowe i programowe udostępnione przez producentów dla programistów PLC zbliżyły się do tych dostępnych w komputerach klasy PC. Różnice między systemami PLC wraz z systemem SCADA oraz DCS stały się dużo mniejsze, jednak wciąż ograniczona jest biblioteka algorytmów sterowania dostępnych standardowo w PLC. Historię rozwoju oraz szczegółową charakterystykę PLC czytelnik odnajdzie m.in. w [4, 5]. Regulacja predykcyjna ma zalety niedostępne dla prostych regulatorów realizowanych standardowo w PLC. Jej wykorzystanie w przemyśle nie jest powszechne. Główne bariery stosowania tego sposobu regulacji to: znacznie większe od metod klasycznych (np. PID), potrzeby pamięciowe oraz obliczeniowe, większa złożoność koncepcyjna, większa liczba parametrów strojenia regulatora i trudności w implementacji w docelowym urządzeniu sterującym. W artykule zaprezentowano proces implementacji liniowego regulatora predykcyjnego MAC/MPC na platformie PLC. Większość podanych informacji może być z powodzeniem wykorzystana na innych platformach sprzętowych, takich jak mikrokontrolery oraz komputery przemysłowe.

1. Przegląd dostępnych algorytmów regulacji w PLC Sterowniki jako urządzania programowalne oferują inżynierom predefiniowane bloki programowe: operacji logicznych, operacji i relacji matematycznych, operacji związanych z odmierzaniem czasu i zliczaniem zdarzeń, operacji tablicowych, funkcji konwersji pomiędzy typami danych, funkcji sterujących przebiegiem programu. Obsługiwane typy danych obejmują operacje na liczbach binarnych, sło-

wach bitowych, operacje na liczbach całkowitych i od kilku lat na liczbach rzeczywistych o różnej długości słowa. Sterowniki programowalne różnych producentów, oprócz podanych podstawowych bloków programowych, wyposażone są w podstawowe algorytmy sterowania: dwu- i trójstanowego oraz najczęściej stosowany w przemyśle regulator PID w wersji rozbudowanej, uwzględniającej np. martwą strefę, nasycenia, ograniczenia prędkości narastania sygnału sterującego i skalowanie sygnałów wartości zadanej, regulowanej i sygnału sterującego. Podane sposoby regulacji przeważnie wyczerpują ofertę standardowo udostępnioną przez producentów. W sterownikach uniwersalnych (a nie w specjalizowanych bądź rozbudowanych DCS) rzadko można napotkać zaawansowane algorytmy sterowania np. algorytmy adaptacyjne, predykcyjne, rozmyte, czy neuronowe. Najczęściej algorytmy te implementowane są na platformach komputerów osobistych ze wspomaganiem oprogramowania naukowobadawczego i oprogramowania do szybkiego prototypowania. Sterowniki programowalne umożliwiają wprowadzenie programu użytkownika i tym samym realizację niemal dowolnego algorytmu sterowania. Możliwa zatem jest implementacja również zaawansowanych algorytmów.

2. Charakterystyka sterowania predykcyjnego Istnieje wiele odmian sterowania predykcyjnego jednak we wszystkich z nich można wskazać cechy wspólne: – sterowanie z wykorzystaniem modelu dynamicznego obiektu, – kryterium matematyczne (funkcję celu regulacji predykcyjnej), – wydłużone horyzonty predykcji wyjść obiektu sterowania, – strategię repetycyjną, – wykorzystywanie trajektorii referencyjnej. Idea sterowania predykcyjnego została przedstawiona na rys. 1. W każdej iteracji algorytmu (w każdym kroku próbkowania), bazując na modelu obiektu sterowania, bieżących wartościach na wyjściu obiektu (pochodzących z pomiarów) i przeszłych (zapamiętanych wartościach sygnałów sterujących) oraz trajektorii referencyjnej wyznaczany jest ciąg sterowań dla tzw. horyzontu sterowania – L. Sterowania wyznaczane są zgodnie z zasadą minimalizacji kryterium jakości (zależnego od rodzaju sterowania predykcyjnego), uwzględniającego m.in. różnicę między trajektorią referen-

cyjną, a predykowanym wyjściem obiektu na tzw. horyzoncie predykcji – H. Spośród wyznaczonych sterowań uwzględniane jest tylko pierwsze, a następnie w kolejnych krokach procedura jest powtarzana. Do zalet regulacji predykcyjnej należy zaliczyć możliwość sterowania: – z uwzględnieniem ograniczeń zarówno na wielkości regulowane, jak i sterujące (co do amplitudy, jak i szybkości zmian), – obiektami wielowymiarowymi, – w obecności dużych opóźnień czasowych – obiektami niestabilnymi i nieminimalnofazowymi.

3. Rodzaje regulacji predykcyjnej W [1–3] można znaleźć różne odmiany regulacji predykcyjnej o różnych właściwościach użytkowych oraz implementacyjnych. W [7] dokonano interesującej oceny różnych rodzajów sterowania predykcyjnego.

Dynamic Matrix Control – DMC

Bazuje na modelu odpowiedzi skokowej, jest odporny na zmiany parametrów, umożliwia wprowadzanie ograniczeń, jednak jakość sterowania jest słaba dla zakłóceń narastających liniowo oraz dla obiektów wielowymiarowych z silnymi interakcjami. Parametrami strojenia tego regulatora są: horyzont sterowania oraz współczynniki kar.

Model Algorithmic Control – MAC

Jest łatwy do zaimplementowania i znacznie lepszy niż DMC dla obiektów wielowymiarowych, ale wyłącznie stabilnych. Stosowany jest tu model odpowiedzi impulsowej. Jest odporny na błędy identyfikacji i zmiany parametrów obiektu. Jego zastosowanie jest ograniczone do stosunkowo wolnych trajektorii referencyjnych. Parametrami strojenia są: horyzont sterowania, współczynniki kar oraz współczynnik zmiany sygnału sterującego.

Predictive Functional Control – PFC

Wykorzystuje model w przestrzeni stanów, stosowany dla szybkich procesów, jest odporny na błędy modelowania, nad- i niedoparametryzowanie modelu. Nie wymaga dużych mocy obliczeniowych, ale gwarantuje dużą precyzję sterowania. Może uwzględniać ograniczenia. Zakres stosowania ograniczony jest wyłącznie do obiektów stabilnych. Strojenie odbywa się za pomocą trajektorii referencyjnej oraz doboru kroku czasowego.

Extended Predictive Self-Adaption Control EPSAC

Rys. 1. Idea sterowania predykcyjnego [1–3] Fig. 1. Idea of model predictive control

Podstawą jest transmitancja dyskretna i proste prawo sterowania. Zawiera sprzężenie wprzód (feedforward) i uwzględnia mierzalne zakłócenia. Realizuje stałą wartość zadaną i radzi sobie z obiektami nieminimalnofazowymi. Strojenie on-line horyzontu predykcji wpływa na strukturę wielokrokowego predyktora i strukturę regulatora. Strojenie odbywa się za pomocą: horyzontu sterowania, współczynnika wagowego oraz wielomianu filtrującego. Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2013

101

Nauka

Extended Horizon Adaptive Control

Bazuje na modelu transmitancyjnym. Implementacja jest łatwa, horyzont sterowania jest jedynym parametrem strojenia. Gwarantuje stabilność dla stacjonarnych obiektów, również nieminimalnofazowych.

Generalized Predictive Control GPC

Umożliwia określanie stałych i danych w postaci trajektorii wartości zadanych. Niezbędne dla predykowania jest rekurencyjne rozwiązywanie równania diofantycznego. Parametry strojenia: horyzont sterowania, współczynniki kar i wag umożliwiają osiągnięcie dobrej jakości sterowania. GPC umożliwia sterowanie obiektami niestabilnymi, nieminimalnofazowymi z opóźnieniami.

4. Struktura warstwowa systemu sterowania i lokalizacja sterowania predykcyjnego Scentralizowane sterowanie złożonymi obiektami nie jest możliwe. Ukształtowane zostało podejście hierarchiczne [2, 6], które jest realizowane w strukturze sterowania złożonej z warstw: bezpośredniej, nadrzędnej, optymalizacji i zarządzania (rys. 2). Zadania poszczególnych warstw wynikają z dekompozycji obiektu sterowania. Prostą, intuicyjną formą dekompozycji wynikającą z budowy, rozmiarów obiektu, ulokowania i podziału na sekcje jest dekompozycja przestrzenna. Bardziej złożona jest dekompozycja funkcjonalna, w której następuje wydzielenie celów cząstkowych (umożliwiających realizację celu podstawowego) możliwych do zrealizowania w różnych skalach czasu i przez różne urządzania, z różnym udziałem człowieka. W warstwie sterowania bezpośredniego, znajdującej się najbliżej obiektu sterowania i pracującej z częstotliwością dostosowaną do dynamiki obiektu i potrzeb układów sterowania i zabezpieczeń, przeważnie realizowane są proste algorytmy. Dominują układy przełączające, logika IF-THEN, regulatory dwu- i trójstanowe oraz regulacja PID. Typowymi przedstawicielami urządzeń pracujących w tej warstwie są mikrokontrolery, sterowniki PLC i PAC, regulatory wielofunkcyjne.

Zarządzanie Sterowanie optymalizujące Sterowanie nadrzędne Sterowanie bezpośrednie

Obiekt sterowany Rys. 2. Hierachiczna komputerowa struktura sterowania Fig. 2. Hierarchical computer control structure

102

W warstwie sterowania nadrzędnego realizowane są funkcje nadzoru wielkości jakościowo opisujących sterowany proces, często inne niż te regulowane w warstwie bezpośredniej. Rozwój tej warstwy nastąpił wraz z rozwojem sterowania predykcyjnego [2]. W wyniku rozwiązania zadania zdefiniowanego w postaci funkcji celu (definiującego jakościowe wymagania wobec systemu sterowania) wyznaczane są trajektorie, które następnie przekazywane są do warstwy sterowania bezpośredniego, jako wartości zadane do zrealizowania przez podstawowe algorytmy sterowania, np. PID. Warstwa sterowania nadrzędnego najczęściej realizowana jest w ramach systemów SCADA. Należy podkreślić [2], że warstwa sterowania nadrzędnego może być pominięta, a jej zadania rozdzielone między warstwę bezpośrednią i optymalizującą. Opisy zadań warstw optymalizującej i zarządzania oraz rozbudowane rozważania o systemach hierarchicznych omówiono w [2, 6]. Sterowanie MPC początkowo było implementowane głównie w warstwie nadrzędnej, m.in. ze względu na ograniczenia urządzeń sterujących. Obecnie, ze względu na znacznie większe możliwości przechowywania danych, prowadzenia obliczeń i swobody programowania w językach wysokiego poziomu w docelowych, przemysłowych urządzeniach sterujących, algorytmy MPC mogą być realizowane również w warstwie sterowania bezpośredniego. W artykule rozpatrywana jest implementacja regulacji MPC w warstwie sterowania bezpośredniego jako alternatywa dla powszechnych, prostych i posiadających znane ograniczenia metod klasy PID.

5. Regulacja MAC/MPC z modelem odpowiedzi impulsowej Do ilustracji implementacji metod zaawansowanego sterowania w PLC wybrany został regulator z modelem odpowiedzi impulsowej MAC. Ponieważ nazywany jest też algorytmem MPC [1], zatem dalej będzie stosowana właśnie ta nazwa (MPC będzie oznaczało ten konkretny rodzaj regulacji predykcyjnej). Jest to przykład regulatora predykcyjnego z modelem nietransmitancyjnym. Ma to określone zalety: nie trzeba znać transmitancji obiektu ani nawet struktury tej transmitancji, model może być wyznaczony w wyniku prostego eksperymentu identyfikacyjnego jak rejestracja odpowiedzi na impuls Diraca lub za pomocą metod estymacji najmniejszych kwadratów czy gradientowych, model nie zawiera wprost wyznaczanego opóźnienia. Przyjmujemy model postaci:

y (i) = Vu(i – 1) V = v0 + v1z–1 +v2z–2 + ... vnVz–nV

Współczynniki wielomianu V są parametrami odpowiedzi impulsowej. Model jest typu średniej ruchomej MA (Moving Average). W modelu tym założono, że dyskretny czas opóźnienia jest równy 1. Zakłada się więc, że pierwsze współczynniki wielomianu V mogą być równe zeru. W syntezie regulatora czas opóźnienia nie jest uwzględniany wprost, więc w postaci adaptacyjnej regulator MPC jest mało wraż-

liwy na zmiany czasu opóźnienia. Ta cecha jest bardzo pożądana w zastosowaniu do obiektów, w których zmiana opóźnienia transportowego jest cechą naturalną. Celem regulacji MPC jest minimalizacja różnicy między przewidywaną trajektorią sygnału wyjściowego i trajektorią odniesienia z uwzględnieniem wagi na odchylenie sterowania od wartości u(i – 1). Należy więc wyznaczyć taką wartość sygnału sterującego, aby osiągnąć minimum wskaźnika:

(1)

gdzie: –(i + j) – wyznaczona w chwili i predykcja wartości y sygnału wyjściowego na chwilę (i + j), w0 (i + j) – wartość trajektorii referencyjnej w chwili (i + j), r – parametr strojenia, określający wagę przyrostu sterowania we wskaźniku, H – horyzont predykcji, L – horyzont sterowania, w obrębie którego uwzględnia się zmiany przyszłego sygnału sterującego. Zakłada się, że począwszy od chwili i + L przyrosty sygnału sterującego będą równe zeru. du(i + j) – zmiana sygnału sterującego wg (2) du(i + j) = u(i + j) – u(i – 1)

(2)

Algorytm regulacji [1] minimalizujący podany wskaźnik dany jest wyrażeniem (3)

u(i ) = u(i − 1) + qT (w 0 − y 0 )

gdzie:

(4)

qT = [q1 ,q 2 , ... ,q H ] = 1T [QTQ + ρI ]−1QT

[

]

(5)

y 0 = y 0 (i + 1), y 0 (i + 2), ... , y 0 (i + H ) ,

(6)

w 0 = w 0 (i + 1), w 0 (i + 2), ... , w 0 (i + H ) ,

[

]

0  v0  v v 0  1  Q=  v L −1 v L − 2   v H −1 v H − 2

hj =

0  0    h0    hH −L 

∑v s =0

(7) (8)

z warunkiem początkowym y0(i) = y(i) Wielomian V 2j dany jest przez

V j 2 = vj+ vj+1z –1+...+ vnz –n+j

Ze względu na sposób działania regulatora na parametry tego regulatora nałożone są następujące wymagania: – czas opóźnienia obiektu nie może być większy niż nV+1, ponieważ model obiektu nie będzie mógł być dobrym odwzorowaniem obiektu; – do poprawnej realizacji operacji na macierzy Q konieczne jest spełnienie warunku: 2H – L <= 2nV – 1; – czas opóźnienia musi być mniejszy od H, aby horyzont sterowania uwzględniał opóźnienie obiektu; – gdy H = L i r = 0, obiekt nie może być nieminimalnofazowy, opóźnienie musi być równe 1.

7. Ograniczenia implementacyjne w PLC (pamięć, moc obliczeniowa, operacje macierzowe, języki) Realizacja algorytmu sterowania wymaga operacji macierzowych: dodawania, odejmowania, mnożenia, odwracania. Wymiar macierzy zależy od przyjętych parametrów sterowania predykcyjnego: horyzontów predykcji i sterowania oraz rzędu modelu obiektu. Sterowniki programowalne cechują pewne ograniczenia, które należy wziąć pod uwagę podejmując temat implementacji zaawansowanych algorytmów sterowania. Tymi ograniczeniami są: wielkość pamięci dostępnej dla programu i danych użytkownika, wydajność obliczeniowa, reprezentacja liczb, możliwość operowania na macierzach. Przyjęte założenia: – PLC realizuje operacje matematyczne na liczbach zmiennoprzecinkowych, – sterownik umożliwia adresowanie pamięci w postaci tablic dwuwymiarowych (nie zawsze ma bloki operacji macierzowych), – parametry regulatora H, L, nV, r nie są stałymi, są wybierane przez użytkownika (program zapewnia ich obsługę, ewentualnie ostrzega o nierealizowalności ze względu na zakres pamięci i czas obliczeń). Ograniczenia platformy PLC/PAC i zasady implementacji zaawansowanych algorytmów sterowania przedstawiono w [8].

8. Implementacja w sterowniku z operacjami macierzowymi

Do wyznaczenia (predykcji) przyszłych wartości sygnału wyjściowego y korzystamy z zależności –0(i + j–1)+ V 2 Du(i –1) –0(i + j)=y (9) y j

6. Wymagania na parametry regulatora

(10)

Do implementacji opisanego regulatora MPC wybrano język ST. Realizacja algorytmu MPC w języku zdefiniowanym w normie, powinna umożliwiać jego przenoszenie na sterowniki różnych producentów, jednak w praktyce, ze względu na drobne odstępstwa od normy stosowane przez producentów, przenoszenie kodu wymaga dostosowania do specyfiki danego urządzenia. Dodatkową zaletą języka ST jest możliwość korzystania z wysokopoziomowych konstrukcji pętli i operowania na danych w postaci macierzy. Realizację algorytmu sterowania predykcyjnego można podzielić na następujące etapy (rys. 3): 1. identyfikacja obiektu sterowania i wyznaczenie wielomianu V; Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2013

103

Nauka

Identyfikacja obiektu

Zbudowanie macierzy Q

Obliczenie macierzy q

Predykcja macierz y0

Uaktualnienie macierzy w0

Obliczenie sygnału u(k)

Rys. 3. Cykl realizacji algorytmu MPC Fig. 3. Cycle of MPC algorithm implementation

2. zbudowanie macierzy Q wg (7) i (8); 3. obliczenie qT = 1T[QTQ + rI ]–1QT; 4. predykcja wyjść na podstawie (9) i zbudowanie (6); 5. wyznaczenie w0 danego przez (5); 6. obliczenie sygnału sterującego (3). Linią ciągłą (rys. 3) zaznaczone jest zapętlenie algorytmu dla prezentowanej w artykule wersji bez aktualizacji wiedzy o obiekcie, natomiast linią przerywaną wersję z aktualizacją wiedzy o obiekcie. Identyfikację obiektu można przeprowadzić kilkoma sposobami. Można zarejestrować ciąg sygnałów sterujących oraz sygnałów wyjściowych z obiektu i korzystając z metod matematycznych dopasować parametry wielomianu tak, aby spełniały określone kryteria. Najpopularniejsze metody to metoda najmniejszych kwadratów oraz metody gradientowe. Metody te zastosowane on-line (najczęściej w postaci rekurencyjnej) mogą być wykorzystane do realizacji adaptacyjnej wersji regulacji predykcyjnej. Alternatywą jest wyznaczenie wielomianu V za pomocą rejestracji

104

Tab. 1. Tablica zmiennych wykorzystanych w programie M – macierz 2-wymiarowa, W – wektor, S – skalar, R – rzeczywista, I – całkowita Tab. 1. Program variables list M – 2 dimension matrix, W – vector, S – scalar, R – real, I – integer Nazwa zmiennej

Org. w pamięci

Typ liczb

Wymiar

Opis

H×L

Macierz Q z parametrami odpowiedzi skokowej wg (8)

L×H

Transponowana Q

L×H

QT * Q + ro*I

A, B, X

3×L×H

Macierze pomocnicze przy odwracaniu C; X = C-1

H×H

X * QT

Pierwszy wiersz Y

roznica

w0 – y0MPC

Parametry odpowiedzi skokowej

Opóźnione wejścia

y0MPC

Realizacja wektora y0 (6) wg predyktora (9)

Trajektoria zadana wg (5)

zadana

Wartość zadana w chwili i

regulowana

Wartość regulowana

Wymiar V

Horyzont predykcji

Horyzont sterowania

i, j, k, m, n

5×1

Indeksy w pętlach

Parametr regulatora MPC

Parametr macierzy Q wg (8)

suma

Zmienna pomocnicza przy wyznaczaniu hk

wm, Max, Xmax, P, Sx, Tx, w

7×1

Zmienne pomocnicze przy odwracaniu macierzy

odpowiedzi obiektu na impuls podany na wejście obiektu. Rejestrując w chwilach próbkowania odpowiedź obiektu, można wyznaczyć parametry wielomianu V. To zaleta modelu nietransmitancyjnego. Macierz Q ma specyficzną postać, którą można otrzymać z V. Realizacja programistyczna sprowadza się do dwóch pętli adresujących położenie parametrów V oraz dodatkowej pętli, w której wyznacza się i lokuje w Q czynniki hk. Największym wyzwaniem programistycznym oraz czasochłonnym członem podczas wyznaczania sygnału sterującego jest obliczenie macierzy q. W wersji nieadaptacyjnej regulatora predykcyjnego wystarczy jednokrotne wyznaczenie tej macierzy i nie musi być ono realizowane w pętli programu. Może do tego posłużyć MATLAB, Scilab, a nawet Excel. Do wyznaczania wektora y0, czyli predykcji sygnału wyjściowego korzystne jest zastosowanie wzoru rekurencyjnego. Potrzebne są również wartości przyrostów sterowań w chwilach poprzednich oraz parametry wielomianu V. Realizacja programistyczna sprowadza się do operacji mnożenia i dodawania realizowanych w pętlach. Wartości zadane mogą być wprowadzane na kilka różnych sposobów. Można wymusić zmianę całego wektora w0, czyli wprowadzenie nowej wartości zadanej dla całego horyzontu sterowania. Można wprowadzić wartość zadaną jako ostatni element wektora w0, który zostanie osiągnięty po H chwilach czasowych; można również zastosować trajektorię referencyjną, tj. opis przejścia między poprzednią i nowo wprowadzoną wartością zadaną. Realizacja programistyczna tych scenariuszy jest stosunkowo prosta i sprowadza się odpowiednio do: zapisania całego wektora w0 nową wartością zadaną, wpisania do w0 na ostatniej pozycji i przesuwania wektora w każdej chwili czasowej, lub wpisanie do w0 wartości wynikających z trajektorii (najczęściej inercja Igo rzędu) i przesunięcia wektora w każdej chwili działania algorytmu. Wyznaczenie wartości u(k) sprowadza się do odjęcia wektorów w0 oraz y0 i wymnożenie wyniku z wektorem q. Wynik tej operacji zsumowany z poprzednią wartością sygnału sterującego daje bieżąca wartość sterowania. W tym kroku można również nałożyć różnego rodzaju ograniczenia na sygnał sterujący np. co do wartości albo prędkości narastania.

9. Tablica zmiennych Dokonując analizy danych (tab. 1) do realizacji regulatora MPC w zależności od nV, H i L można wyznaczyć rozmiar niezbędnej pamięci.

10. Weryfikacja regulatora MPC w PLC Weryfikację implementacji regulatora zrealizowano w strukturze sprzętowo-programowej nazywanej sterowaniem w pętli sprzętowej (hardware in the loop). Schemat przedstawiono na rys. 4. Regulator MPC znajdował się w swoim docelowym miejscu, tj. w sterowniku programowalnym GE Fanuc RX3i z modułami we/wy analogowych ALG442, który był fizycznie połączony z komputerem PC wyposa-

Rys. 4. Struktura sprzętowo-programowa weryfikacji regulatora MPC Fig. 4. Hardware-software verification structure of MPC regulator

żonym w kartę akwizycji danych pomiarowych Advantech 1711 i oprogramowanie symulacyjne MATLAB/Simulink Real Time Windows Target. W tym środowisku były symulowane w czasie rzeczywistym obiekty testowe. Taka forma testowania implementacji algorytmu MPC pozwalała na sprawdzenie w docelowym urządzeniu i dla różnych symulowanych scenariuszy testowych przy zachowaniu doprowadzania sygnałów sterujących i sterowanych dla PLC w formie analogicznej jak dla obiektów rzeczywistych. Dla celów realizacji interfejsu użytkownika i dokumentacyjnych zastosowano system SCADA Wonderware InTouch.

11. Obiekty sterowania Weryfikację regulatora przeprowadzono dla szerokiej gamy obiektów testowych i parametrów strojenia regulatora. Po osiągnięciu zadowalających wyników regulacji dla obiektów inercyjnych, minimalnofazowych zaimplementowany regulator MPC poddano próbom regulacji zasadniczo trudniejszym do sterowania obiektom: nieminimalnofazowym, oscylacyjnym oraz z dużym opóźnieniem. Obiekt 1. Obiekt nieminimalnofazowy, III rzędu oscylacyjny z opóźnieniem 500 ms (5 okresów próbkowania).

Obiekt 2. Obiekt inercyjny I rzędu z dużym opóźnieniem

Realizacja regulacji obiektami 1 i 2 za pomocą regulatorów PID skutkowałaby dużymi przeregulowaniami i długimi czasami regulacji.

12. Wyniki regulacji Wyniki sterowania obiektami 1 i 2 przedstawione są na rys. 5 i 6. Zastosowano skokowe i odcinkowo narastające i opadające trajektorie wartości zadanej. Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2013

105

Nauka

Tab. 2. Zestawienie niezbędnych zasobów PLC do wykonania algorytmu regulatora MPC (CPU310) Tab. 2. Summary of the necessary PLC resources to execute the algorithm MPC controller (CPU310) zasoby PLC niezbędne do wykonania regulatora

parametry regulatora

Rys. 5. Wyniki regulacji MPC dla obiektu 1 Fig. 5. MPC regulation results for plant 1

Rys. 6. Wyniki regulacji MPC dla obiektu 2 Fig. 6. MPC regulation results for plant 2

Wyniki regulacji można uznać za satysfakcjonujące. Poprawność regulacji trudnymi z punktu widzenia sterowania obiektami wskazuje na prawidłową implementację i użyteczność regulatora predykcyjnego na platformie PLC.

13. Badania wydajnościowe i badania wykorzystania pamięci Po implementacji i weryfikacji regulatora MPC na platformie PLC wykonano badania pod kątem niezbędnej pamięci do realizacji regulatora i czasu trwania jednej iteracji. Wyniki tych badań zaprezentowano w tab. 2. Implementację zrealizowano w sterowniku PAC RX3i firmy GE Fanuc z jednostką centralną CPU310 (zegar CPU taktowany 300 MHz). Jednostka CPU310 umożliwia konfigurowanie dostępnej pamięci oraz przydzielanie pamięci rejestrowej reprezentowanej przez zmienne logiczne % R

106

pamięć [słowa 16-bit]

max czas wykonania kroku [ms]

450

1600

3570

137

6060

300

9790

679

10 870

814

14 420

1832

15 980

2400

w zakresie 0–32 640. Zmienne te są 16-bitowe i do zapisania liczby typu rzeczywistego niezbędne są dwie zmienne % R. Zatem do dyspozycji programisty jest 16 320 liczb rzeczywistych, które mogą być zorganizowane jako skalary, wektory lub dwuwymiarowe macierze. Parametrami wpływającymi na stopień wykorzystania pamięci są nV, L, H, przy czym nV jest wektorem, a L i H określają wymiary macierzy i to głównie ich wartości wpływają na stopień wykorzystania pamięci. Ponieważ rozmiary macierzy muszą być w programie w języku ST zadane a priori, uwzględniając wszystkie operacje i dostępny limit 16 000 liczb, określono maksymalne wartości parametrów nV_max = 50, H_max = 50 i L_max = 50. Zastosowanie maksymalnych wartości tych zmiennych oznacza wykorzystanie 30 100 rejestrów % R. W toku prowadzonych badań okazało się, że wykorzystanie maksymalnych wartości tych parametrów nie będzie możliwe ze względu na czas wykonania jednego cyklu programu przy takich rozmiarach macierzy. Sterownik PAC ma wbudowany układ kontrolujący czas trwania jednego cyklu (tzw. watchdog), przerywający działanie sterownika w przypadku przekroczenia tego czasu, np. powodowanego błędem logicznym w programie lub uszkodzeniem procesora czy pamięci PLC. Maksymalny czas trwania cyklu dla PAC RX3i wynosi 2550 ms. Oznacza to, że wszystkie operacje składające się na jeden cykl programu (inicjalizacja, wczytanie wejść, wykonanie części logicznej programu, ustawienie wyjść, komunikacja systemowa oraz czynności diagnostyczne) zostaną wykonane w czasie krótszym niż 2550 ms. W dokumentacji PLC można odnaleźć informacje o czasie trwania każdej instrukcji, np. mnożenia czy dodawania liczb rzeczywistych. Są to czasy rzędu mi-

krosekund, jednak wraz ze wzrostem wartości parametrów L i H oraz nV zasadniczo rośnie liczba wykonanych operacji (głównie mnożenia i dodawania liczb rzeczywistych) i czas trwania jednego cyklu. Ograniczeniem w wyborze wartości parametrów nie była więc pamięć, tylko „moc obliczeniowa” i związany z nią czas trwania obliczeń. Przy parametrach nV = 50, H = 40, L = 33 sterownik przechodził w tryb awaryjny z powodu przekroczenia maksymalnego dopuszczalnego czasu trwania cyklu. Wyniki badań mogą być przydatne do oceny stosowalności regulatora w odniesieniu do analizowanego obiektu. Są one również pomocne w określeniu możliwości minimalnego kroku czasowego regulatora, z danych (tab. 2) wynika, że nie można użyć regulatora o parametrach nV = 50, H = 40, L = 30 z krokiem 100 ms, ponieważ obliczenia zajmują 814 ms. Dane te mogą być wykorzystane do oszacowania implementowalności regulatora MPC w innych PLC, tj. wielkości wymaganej pamięci oraz porównania mocy obliczeniowych. Opracowany kod zawiera opisane procedury operacji na danych (mnożenia, dodawania, odwracania macierzy). Algorytm odwracania macierzy może być zrealizowany bardziej efektywnie, zatem istnieje możliwość istotnego poprawienia efektywności wykonywania programu zarówno w aspekcie niezbędnej pamięci jak i czasu wykonania.

14. Podsumowanie W artykule przedstawiona jest implementacja zaawansowanej metody regulacji predykcyjnej MPC w PLC, czyli w docelowym przemysłowym urządzeniu sterującym. Weryfikacja poprawności opracowanego w ten sposób algorytmu regulatora predykcyjnego została przeprowadzona w warunkach bliskich rzeczywistości – z wykorzystaniem pętli sprzętowej. Przeprowadzone eksperymenty regulacji trudnymi obiektami potwierdziły poprawność implementacji oraz użyteczność regulatora MPC. Podano czas wykonywania obliczeń dla jednego kroku algorytmu wykonanego w sterowniku PAC dla różnych zestawów parametrów, co jest przydatne w szacowaniu stosowalności regulatora dla różnych obiektów i sterowników. Wskazano potencjalne etapy w implementacji regulatora, które można poddać strojeniu i optymalizacji kodu w celu redukcji konsumpcji pamięci i/lub uzyskania krótszego czasu wykonania kroku algorytmu. Uzupełnienie przedstawionego regulatora o aktualizowanie on-line informacji o obiekcie pozwoliłoby na uzyskanie regulatora sterującego obiektami niestacjonarnymi o zmiennej strukturze i czasie opóźnienia. Regulator taki nie jest dostępny standardowo na żadnej platformie PLC.

Bibliografia 1. 2.

Niederliński A., Mościński J., Ogonowski Z., Regulacja adaptacyjna, WN PWN, Warszawa 1995. Tatjewski P., Sterowanie zaawansowane obiektów przemysłowych, Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT, Warszawa 2002. Maciejowski J.M., Predictive Control with Constaints, Prentice Hall, 2002.

5. 6.

Legierski T., Kasprzyk J., Wyrwał J., Hajda J., Programowanie sterowników PLC, Wydawnictwo Pracowni Komputerowej J. Skalmierskiego, Gliwice 1998. Kasprzyk J., Programowanie sterowników przemysłowych, WNT, Warszawa 2007. Korbicz J., Kościelny J.M., Modelowanie, diagnostyka i sterowanie nadrzędne procesami. Implementacja w systemie Diaster, WNT, Warszawa 2009. Holkar K.S., Waghmare L.M., An Overview of Model Predictive Control, “International Journal of Control and Automation”, vol. 3, no. 4, 2010, 47– 63. Tarnawski J., Realizacja programowa algorytmów filtracji, estymacji i sterowania w PLC/PAC, „Pomiary Automatyka Robotyka”, 5/2013, 100–107.

Implementation of Predictive Control Algorithm in Programmable Logic Controllers Abstract: PLCs (Programmable Logic Controllers) are the main industrial platform for the implementation of control algorithms. PLC manufacturers provide for programmers only basic control algorithms. With the development of PLC and their successors (Programmable Automation Controller – PAC) appeared increased CPU and memory capabilities of the equipment and fuller implementation of programming languages defined in the standard IEC-61131-3. PLCs and PACs now have the computing power and memory of the personal computer PC a few years ago, they can also be programmed in high level languages using matrix operations. Currently, PLC and PAC allow implementation of almost any discrete control algorithm. In this article it is considered the implementation of advanced control method – the algorithm MAC/MPC (Model Algorithmic Control/Model Predictive Control) due to its usability and for the presentation of the implementation process. MPC can be implemented also in the supervisory layer of hierarchical model of the control system, so the whole model is presented. Verification process of implemented MPC controller in the PLC with hardware-in-a-loop structure is presented. Results of cycle durations and memory requirements tests can be used to estimate the applicability of MPC controller on other platforms and for particular objects. Properties of MPC controllers are not available for the classic PLC controllers (PID class with modifications and expansions), therefore, the implementation of MPC in the PLC significantly expands the control capabilities of this platform. Keywords: hierarchical control system, advanced control algorithms, model predictive control, programmable logic controllers, norm IEC-61131-3, PLC programming limits, process of MPC implementation, verification in hardware-in-the-loop

dr inż. Jarosław Tarnawski Adiunkt w Katedrze Inżynierii Systemów Sterowania, Wydział Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej. Obszary zainteresowań badawczych: synteza komputerowych systemów sterowania, przemysłowe sieci informatyczne, sterowanie obiektami z opóźnieniami, systemy środowiskowe. e-mail: j.tarnawski@eia.pg.gda.pl

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2013

107

Forum młodych relacje

II Mistrzostwa Programistów LabVIEW Pojedynek profesjonalistów

zostały udostępnione zadania i wszyscy zawodnicy mieli godzinę na rozwiązanie w domowym zaciszu pięciu zadań, które następnie przesłali organizatorom do sprawdzenia. 24 najlepszych zawodników zaproszono do Wrocławia. Nad przebiegiem tego i kolejnych etapów czuwało jury, wyłonione spośród członków koła naukowego LabVIEW Fan Group.

Cel: Wrocław

Najszybszego Programistę LabVIEW.

Celem tej imprezy było zintegrowanie miłośników graficznego środowiska programowania, jak również stworzenie studentom przyjaznych warunków do zapoznania się z firmami, stosującymi LabVIEW w codziennej pracy. Mistrzostwa objął patronatem honorowym prof. dr hab. inż. Janusz Mroczka, członek korespondent Polskiej Akademii Nauk.

Impreza została przygotowana

Formuła

Programistów LabVIEW za nami! 27 kwietnia br. poznaliśmy Studenckiego Mistrza Polski oraz

przez Studenckie Koło Naukowe LabVIEW Fan Group, działające przy Katedrze Metrologii Elektronicznej i Fotonicznej Politechniki Wrocławskiej.

Impreza była otwarta dla wszystkich zainteresowanych. Organizatorzy, nauczeni ubiegłorocznym doświadczeniem, zmienili formułę zmagań finałowych, rozdzielając potyczki studentów oraz osób programujących w LabVIEW profesjonalnie. Modyfikacja ta miała na celu zachęcenie żaków do rywalizacji między sobą, a profesjonalistom dała możliwość zaprezentowania własnych umiejętności. Każdy student musiał zarejestrować się na oficjalnej stronie www.mistrzostwalabview.pl, a następnie przejść wstępny etap on-line. Zawodowcy natomiast zostali zaproszeni przez organizatorów do zmagań we Wrocławiu.

Etap on-line Eliminacje rozpoczęły się 5 kwietnia 2013 r. o godzinie 1900. Wówczas

108

Projekt SKN ENCODER

Fot. Studenckie Koło Naukowe LabVIEW Fan Group

Druga edycja Mistrzostw Polski

Podczas finału, który odbył się 27 kwietnia 2013 r. w budynku E1 Politechniki Wrocławskiej, programiści z całego kraju walczyli o miano najlepszego. Tego dnia na zawodników, jak i na towarzyszących im widzów, czekało wiele atrakcji. Podczas konferencji, oprócz merytorycznych wykładów i prezentacji projektów kół naukowych, przeprowadzono losowanie niespodzianek oraz quiz z nagrodami. Do wygrania były m.in. układy USB 6008, MyDAQ oraz nagrody upominki. Wystarczyło odpowiedzieć na proste pytanie testowe, a bardziej odważni mogli zasiąść na scenie i napisać krótki program, podczas gdy ich praca była obserwowana przez widownię. Zainteresowani mogli również przystąpić do darmowego egzaminu CLAD, zorganizowanego przez National Instruments pod koniec imprezy. Wszyscy uczestnicy konferencji

dostali też licencję studencką na oprogramowanie LabVIEW 2012. Największym zainteresowaniem cieszyła się prezentacja naszych kolegów ze Studenckiego Koła Naukowego ENCODER (Politechnika Śląska). Przedstawili oni robota, którego układ sterowania został zrealizowany na bazie układu FPGA, zaprogramowanego w środowisku LabVIEW. Przed Aulą były rozstawione stoiska firm, które na co dzień stosują narzędzia z rodziny LabVIEW. Tutaj studenci mogli uzyskać informacje o możliwości stażu lub pracy oraz lepiej poznać same firmy i zakres ich działania.

Wręczenie nagród dla najlepszych studentów

Fot. Studenckie Koło Naukowe LabVIEW Fan Group

Olimpiada Studencka Studenci zmierzyli się z dwiema trudnościami. Pierwszym zadaniem było rozwiązanie w czasie 20 minut 20 zadań testowych typu CLAD, w których za każdą prawidłową odpowiedź był przyznawany 1 pkt. Drugim zadaniem było napisanie programu według przygotowanej specyfikacji. Uczestnicy tworzyli aplikację, która obrazowała działanie automatu do napojów. Ta część nawiązuje do egzaminu CLD i była sprawdzana zgodnie z jego wytycznymi. Liczyła się nie tylko funkcjonalność kodu, ale też styl i stworzona dokumentacja. Kryterium, według którego przyznawano miejsca, była suma punktów zdobytych w obu częściach. W jury zasiadali instruktorzy programu NI LabVIEW Academy, który jest prowadzony na uczelniach wyższych w całym kraju, a także najlepsi programiści z grona

LabVIEW Fan Group. Wśród studentów wyróżniono: Piotra Demskiego (Politechnika Śląska), Mateusza Mikulskiego (Politechnika Śląska) oraz Sebastiana Staszyńskiego (Politechnika Wrocławska). Dwóch najlepszych stanęło od razu do walki z profesjonalistami, by zgarnąć całą pulę nagród.

Najszybszy programista Najbardziej oczekiwanym momentem dnia był pojedynek o tytuł najszybszego programisty. Siedmiu zawodników po rozlosowaniu miejsc miało do rozwiązania trzy zadania, każde w czasie krótszym niż pięć minut. Na podstawie sumy najlepszych czasów wyłoniono trójkę programistów, którzy rozwiązywali dodatkowe zadanie – w ten sposób wyłoniono zwycięzców. Presja była ogromna, co skutkowało niespodziewanymi błędami. Adrenaliny mogła dostarczać zawodnikom również widownia, której czujne oczy śledziły wszystkie ich ruchy i nie przeoczyły żadnego potknięcia. Niespodziankę sprawili obydwaj laureaci Olimpiady Studenckiej: Piotr Demski i Mateusz Mikulski, którzy zajęli odpowiednio pierwsze i drugie miejsce, także wśród profesjonalistów. Trzecie miejsce zdobył pracownik firmy Becker Avionics, Tomasz Marzec. Tym razem okazało się, że młodzieńczy spryt i jasność umysłu wygrały z rutynowym obyciem. Tak trzymać! Jedną z nagród dla Najszybszego Programisty jest wyjazd do USA na konferencję NI Week, podczas której będzie on reprezentował Polskę w pojedynku z najszybszym programistą świata w LabVIEW – Darrenem Natingerem.

Sala wypełniona po brzegi

Następne edycje Nikt nie spodziewał się takiej liczby zainteresowanych osób. Kolejny sukces! Mamy nadzieję, że wszyscy miłośnicy programowania w LabVIEW zarezerwują sobie miejsce w kalendarzu i będą mogli spotykać się co roku. Będzie to jednak możliwe tylko wtedy, gdy podobnie, jak w tegorocznej edycji, organizatorzy spotkają pomocnych ludzi. Studenci z LabVIEW Fan Group dziękują wszystkim firmom za wspaniałą współpracę, a członkom jury za ogrom pracy i energii włożonej w ocenianie prac i czuwanie nad przebiegiem zmagań. Podziękowania należą się również całej grupie osób, która dołożyła wszelkich starań, aby stworzyć tak wspaniałą imprezę, jak tegoroczna. Do zobaczenia za rok! Radosław Malec Studenckie Koło Naukowe LabVIEW Fan Group Katedra Metrologii Elektronicznej i Fotonicznej, Politechnika Wrocławska e-mail: radoslaw.malec@lvfg.pwr.wroc.pl www.lvfg.pwr.wroc.pl

Praca jury

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2013

109

Forum młodych RELACJE

Ogólnopolskie Zawody Robotów Robo~motion 2013

Zobacz więcej Pobierz bezpłatną aplikację PAR+ App Store | Google Play

Pierwsza edycja Ogólnopolskich Zawodów Robotów ROBO~motion 2013 ściągnęła do Rzeszowa całą polską czołówkę zawodników, którzy mieli okazję rywalizować w aż 11 konkurencjach. Publiczność miała okazję podziwiać całe spektrum robotów, od malutkiego robota femtosumo, przez ważące 3 kg bestie sumo, po zaawansowane roboty przemysłowe prezentowane na stanowiskach sponsorów.

Zawody ROBO~motion odbyły się 27 kwietnia 2013 r. w Regionalnym Centrum Dydaktyczno-Konferencyjnym i Biblioteczno-Administracyjnym Politechniki Rzeszowskiej w Rzeszowie. Organizatorem tego przedsięwzięcia było

Organizatorzy Ogólnopolskich Zawodów Robotów ROBO~motion 2013

Koło Naukowe Automatyków i Robotyków ROBO działające przy Katedrze Informatyki i Automatyki Politechniki Rzeszowskiej. Do walki o prestiż i atrakcyjne nagrody stanęło 65 robotów. Zawodnicy reprezentowali takie uczelnie jak: Politechnika Opolska, Politechnika Gdańska, Akademia Górniczo-Hutnicza, Politechnika Wrocławska, Politechnika Krakowska, Politechnika Koszycka (Słowacja). Wielu z przybyłych uczestników reprezentowało także technika, np. z Rybnika, Chełma czy słowackiego Presova. Wśród

startujących nie zabrakło również studentów Politechniki Rzeszowskiej. Rzeszowskie zawody to jednak nie tylko zmagania robotów. Strzałem w dziesiątkę było połączenie ich z prezentacjami i warsztatami z zakresu przemysłowych rozwiązań automatyki i robotyki (firmy ASTOR, TME, Beckhoff, InduSoft), jak również z warsztatami Lego Mindstorms, gdzie najmłodsi mieli okazję zapoznać się z tajnikami budowy najprostszych robotów.

Roboty w kategorii minisumo gotowe do startu

110

W Rzeszowie przygotowano aż sześć konkurencji dla robotów walczących: sumo, minisumo, microsumo, nanosumo, Lego sumo oraz minisumo deathmatch. W przypadku pięciu pierwszych konkurencji zasady są takie same, różnią się tylko roboty mogące w nich startować. W kategorii sumo roboty ważą do 3 kg i mają wymiary do 20 ´ 20 cm, a już w kategorii nanosumo 2,5 ´ 2,5 ´ 2,5 cm i masę do 25 g. Wygrywa robot, który zepchnie przeciwnika z obszaru walki. Ostatnia kategoria minisumo death match to już całkowita loteria i szczęście. Na dużym ringu (takim jak dla kategorii sumo) jednocześnie stają wszystkie roboty z kategorii minisumo, które biorą udział w zawodach.

Fot. Koło Naukowe Automatyków i Robotyków ROBO

Roboty walczące

Robot Er 3 podczas przejazdu na trasie

W najpopularniejszej kategorii ASTOR Minisumo bezkonkurencyjny okazał się aktualny Mistrz Europy – robot Enova stworzony przez studentów Politechniki Gdańskiej. Wygrał on także w kategorii mini sumo deathmatch. Nagrody w pozostałych konkurencjach trafiały głównie do reprezentantów Opola, Wrocławia i Gdańska.

Roboty wyścigowe

Fot. Koło Naukowe Automatyków i Robotyków ROBO

Roboty typu Line Follower startowały w trzech konkurencjach: Amator, Professional oraz Enhanced. Ich zadaniem było podążanie za wyznaczoną na białym tle czarną linią. Zwycięzcę wyłaniał najlepszy uzyskany czas przejazdu. Na zawodach ROBO~motion organizatorzy postanowili podzielić zawodników na dwie klasy, tak aby nawet początkujący mieli szansę poczuć adrenalinę w walce o podium. Różnicą w klasach było stosowanie turbin (napędów tunelowych), które pozwalają na uzyskanie lepszej

przyczepności do trasy przy większych prędkościach. Trasa finałowa mierzyła 31,38 m i była jedną z najdłuższych w Polsce. Innowacyjną metodą pomiaru czasu było zastosowanie do tego celu zaawansowanego systemu opartego na rozwiązaniach przemysłowych – komputer przemysłowy Beckhoff z rozproszonym systemem wejść i wyjść wykorzystującym protokół EtherCAT wraz z wizualizacją InduSoft, która sprzężona była bezpośrednio z bazą danych. Cały system pomiaru czasu, jak i informatyczny system obsługi zawodów, opracowany został samodzielnie przez studentów Politechniki Rzeszowskiej. W opisywanych konkurencjach dominowali zawodnicy z Wrocławia, Krakowa, Gdańska i Rzeszowa.

robotów było znalezienie wyjścia z labiryntu, a ponadto pokonanie tego labiryntu w jak najkrótszym czasie. Zwycięski robot dokonał tego w zaledwie 5 s. Podium w tej kategorii zdominowali zawodnicy z Wrocławia i Rybnika. Kategoria freestyle, tak jak można było się spodziewać, była pełna niespodzianek. W Rzeszowie zaprezentowano robota Felka – smutnego robocika, jak określił go jego konstruktor. Smutnego, ponieważ to jedyny robot klasy femtosumo w Polsce i nie ma obecnie żadnych rywali. Felek mieści się w sześcianie o krawędzi 1 cm, a jego masa wynosi zaledwie 1,9 g. Innej decyzji publiczności, jak i jury, być nie mogło – robot ten został zwycięzcą konkurencji freestyle. Kolejne miejsca na podium zajęli odpowiednio quadropod Rupercik i taneczne roboty z Dance Group JHC ze Słowacji. Dziękujemy za pozytywne komentarze uczestników dotyczące przygotowania i organizacji zawodów, w tym Panu Piotrowi Śnieżkowi z Politechniki Opolskiej, prezesowi biorącego czynny udział w niemal każdych zawodach organizowanych na terenie Polski Stowarzyszenia Grupa Robotycznie Opętanych Maniaków, który powiedział: „Szczere gratulacje dla wszystkich osób biorącym udział w organizacji zawodów za tak przemyślaną i dopiętą na ostatni guzik organizację. W naszej opinii zawody ROBO~motion były najlepiej zorganizowane ze wszystkich zawodów w tym sezonie”. Te słowa mobilizują nas do pracy nad kolejną, przyszłoroczną edycją zawodów.

Micromouse i freestyle Zawodnicy startujący z robotami w kategorii micromouse mieli nie lada wyzwanie przed sobą – zadaniem ich

Robot Felek (pierwszy od lewej) – zwycięzca kategorii freestyle

dr inż. Tomasz Żabiński Grzegorz Piecuch

Dance Group JHC – kategoria freestyle

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2013

111

Indeks firm zestawienie reklam i materiałów promocyjnych

ASTOR Sp. z o.o.

tel. 12 428 63 00 www.astor.com.pl

36–37, IV okł.

Automatyka-Pomiary-Sterowanie SA

tel. 85 74 83 400, 85 74 83 403 www.aps.pl

38–40

Balluff Sp. z o.o.

tel. 71 787 68 30 www.balluff.pl, www.leuze.pl

Beckhoff Automation Sp. z o.o.

tel. 22 750 47 00 www.beckhoff.com

easyFairs Poland

tel. 12 651 95 29 www.easyfairs.com

PPUH Eldar

Elesa+Ganter Polska Sp. z o.o.

tel. 22 737 70 47 www.elesa-ganter.pl

Elmark Automatyka Sp. z o.o.

tel. 22 541 84 65 www.elmark.com.pl

8, 81

Energoelektronika.pl

tel. 22 70 35 290 www.energoelektronika.pl

Farnell element14

tel. 00 800 121 29 68 www.farnell.com/pl

GBI Partners Sp. z o.o.

112

tel. 77 442 04 04 www.eldar.biz

10, 28–29, 80

tel. 22 458 66 14 www.gbip.com.pl

Guenther Polska Sp. z o.o.

tel. 71 352 70 70 www.guenther.com.pl

GURU Control Systems

tel. 22 8311042 www.kamlab.pl

HARTING Polska Sp. z o.o.

tel. 71 352 81 71 www.HARTING.pl

I okł., 54–55

32–33

Langas Group

tel. 22 696 80 20 www.langas.pl

Lumel SA

tel. 68 45 75 100 www.lumel.com.pl

34–35

Orion Test Systems and Automation Polska

tel. 61 890 64 63 www.oriontest.com

III okł.

Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP

tel. 22 874 00 00 www.piap.pl

56–57

PPH WObit E.K.J. Ober s.c.

tel. 61 83 50 800 www.wobit.com.pl

Radwag Wagi Elektroniczne

tel. 48 384 88 00 www.radwag.pl

II okł., 60-62

RS Components GmbH

tel. +49 610 540 18 03 www.rs-components.com

SABUR Sp. z o.o.

tel. 22 549 43 53 www.sabur.com.pl

78–79

Schmersal-Polska sp.j. E. Nowicka, M. Nowicki

tel. 22 816 85 78 www.schmersal.pl

10, 73

SCHUNK Intec Sp. z o.o.

tel. 22 726 25 00 www.schunk.com

58–59

.steute Polska

tel. 22 843 08 20 www.steute.pl

9, 30–31

Targi Kielce SA

tel. 41 365 12 22 www.targikielce.pl

Telmatik

tel. 58 624 95 05 www.telmatik.pl

Tekniska Polska Przemysłowe Systemy Transmisji Danych Sp. z o.o.

tel. 32 33 111 06 http://tekniska.pl

Transfer Multisort Elektronik Sp. z o.o.

tel. 42 645 55 55 www.tme.pl

7, 64–65

76–77

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2013

113

REDAKCJA

PRENUMERATA miesięcznika „Pomiary Automatyka Robotyka” Rok 17 (2013) nr 6 (196) ISSN 1427-9126, Indeks 339512 Redakcja Al. Jerozolimskie 202, 02-486 Warszawa tel. 22 874 00 66, 22 874 02 02, 22 874 01 91 fax 22 874 02 02 e-mail: redakcja@par.pl www.par.pl Rada programowa dr inż. Mariusz Andrzejczak, Bumar Sp. z o.o. prof. dr hab. inż. Jan Awrejcewicz, Katedra Automatyki i Biomechaniki, Politechnika Łódzka dr inż. Janusz Berdowski, Polskie Centrum Badań i Certyfikacji SA prof. dr hab. inż. Tadeusz Glinka, Instytut Elektrotechniki i Informatyki, Politechnika Śląska dr inż. Stanisław Kaczanowski, prof. PIAP, Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP dr Aleksandra Kolano-Burian, Instytut Metali Nieżelaznych prof. dr hab. inż. Andrzej Masłowski, Instytut Automatyki i Robotyki, Politechnika Warszawska prof. dr inż. Tadeusz Missala, Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP prof. dr hab. inż. Zdzisław Mrugalski, Instytut Mikromechaniki i Fotoniki, Politechnika Warszawska prof. dr inż. Eugeniusz Ratajczyk, Instytut Metrologii i Inżynierii Biomedycznej, Politechnika Warszawska dr hab. inż. Waldemar Skomudek, prof. PO, Wydział Inżynierii Produkcji i Logistyki, Politechnika Opolska dr hab. inż. Roman Szewczyk, prof. PW, Instytut Metrologii i Inżynierii Biomedycznej, Politechnika Warszawska dr hab. inż. Andrzej Szosland, prof. PŁ, Katedra Pojazdów i Podstaw Budowy Maszyn, Politechnika Łódzka prof. dr hab. inż. Eugeniusz Świtoński, Wydział Mechaniczny Technologiczny, Politechnika Śląska prof. dr hab. inż. Krzysztof Tchoń, Instytut Informatyki, Automatyki i Robotyki, Politechnika Wrocławska doc. dr inż. Jan Tomasik, Instytut Metrologii i Inżynierii Biomedycznej, Politechnika Warszawska Redaktor naczelny dr inż. Jan Jabłkowski

Prenumeratę można zamówić pod następującymi adresami: Redakcja PAR Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP Al. Jerozolimskie 202, 02-486 Warszawa tel. 22 874 03 51 fax 22 874 02 02 na stronie www.par.pl/prenumerata Koszt prenumeraty STANDARD (dla firm, instytucji i osób fizycznych): yy roczna – 99,00 zł, yy dwuletnia – 176,00 zł. Koszt prenumeraty EDU (dla uczniów, studentów, nauczycieli i pracowników naukowych): yy roczna – 69,99 zł, yy dwuletnia – 120,00 zł. Prenumeratę pod ww. adresami rozpocząć można od dowolnego numeru, na dowolny okres. Koszt przesyłki pokrywa dostawca. Prenumeratę można także zamówić u następujących kolporterów: Zakładu Kolportażu Wydawnictwa SIGMA-NOT ul. Ku Wiśle, 00-707 Warszawa tel. 22 840 30 86 lub 22 840 35 89 kolportaz@sigma-not.pl www.sigma-not.pl RUCH SA Oddział Krajowej Dystrybucji Prasy ul. Annnopol 17a, 03-236 Warszawa

Zastępca redaktora naczelnego mgr Seweryn Ścibior, sscibior@par.pl

infolinia: 801 443 122

Sekretarz redakcji Urszula Chojnacka

www.prenumerata.ruch.com.pl

Zespół redakcyjny dr inż. Jan Barczyk – robotyka dr inż. Jerzy Borzymiński prof. dr hab inż. Wojciech Grega – automatyka prof. dr hab. inż. Krzysztof Janiszowski dr inż. Małgorzata Kaliczyńska – redaktor merytoryczny/statystyczny mgr Anna Ładan prof. nzw. dr hab. inż. Mateusz Turkowski – metrologia mgr inż. Jolanta Górska-Szkaradek mgr inż. Elżbieta Walczak

KOLPORTER Spółka z o.o. S.K.A.

Marketing mgr inż. Jolanta Górska-Szkaradek, jgorska@par.pl mgr Sylwia Batorska, sbatorska@par.pl

tel./fax 22 817 20 12

Skład i redakcja techniczna Ewa Markowska, emarkowska@par.pl EDIT Sp. z o.o. Wydawca Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP Al. Jerozolimskie 202, 02-486 Warszawa Miesięcznik PAR jest indeksowany w bazach BAZTECH oraz INDEX COPERNICUS (4,12). Punktacja MNiSW za publikacje naukowe w miesięczniku PAR wynosi 5 pkt (poz. 1027). Wersją pierwotną (referencyjną) jest wersja papierowa. Redakcja nie ponosi odpowiedzialności za treść publikacji o charakterze reklamowym oraz zastrzega sobie prawo skracania i adiustacji tekstów. © Wszelkie prawa zastrzeżone

114

prenumerata@ruch.com.pl

Centralny Dział Prenumeraty ul. Bakaliowa 3, 05-080 Izabelin-Mościska infolinia: 801 404 044 prenumerata.warszawa@kolporter.com.pl GARMOND PRESS SA ul. Nakielska 3, 01-106 Warszawa prenumerata.warszawa@garmondpress.pl www.garmondpress.pl Ceny prenumeraty przyjmowanej przez kolporterów wynoszą: yy roczna – 99,00 zł, yy I półrocze – 54,00 zł, II półrocze – 45,00 zł, yy I, II i IV kwartał – 27,00 zł, III kwartał – 18,00 zł. Uwaga: Garmond Press SA przyjmuje prenumeratę tylko na okres roczny lub półroczny. Wszystkie ceny są kwotami brutto.

115

116