PAR 6/2014 by Redakcja PAR

6/2014

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

9 771427 91230 6

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

www.par.pl

Temat Numeru

rozmowa par

RYNEK I TECHNOLOGIE

Diagnostyka przemysłowa

Rafał Tutaj, szef Działu Automatyki w firmie Elmark Automatyka

Przenośne urządzenia pomiarowe

Dostarczamy do 24h lub do 48h w zależności od lokalizacji ﬁrmy klienta.

CZY OFERUJE

TAK

CZY UMOŻLIWIA

NIE

ŁATWE WYSZUKIWANIE PRODUKTÓW?

Nie ryzykuj.

SZYBKĄ DOSTAWĘ?

TAK

NIE

Lepiej szukać dalej.

Oferujemy 500 000 produktów ponad 2500 wiodących marek.

Intuicyjna strona internetowa z wieloma opcjami ﬁltrowania.

TAK

CZY ZAPEWNIA

NIE

FACHOWĄ OBSŁUGĘ KLIENTA?

CZY POSIADA

BOGATĄ OFERTĘ

PRODUKTÓW OD WIODĄCYCH PRODUCENTÓW?

NIE

Oj, niedobrze.

NIE

ZAUFANEGO DOSTAWCĘ

ELEKTRONIKI I AUTOMATYKI?

TAK

CZY OFERUJE

Nie warto ryzykować.

JAK ZNALEŹĆ

Oferujemy szybką obsługę i wsparcie techniczne.

DOBRĄ RELACJĘ JAKOŚCI DO CENY? Rabaty ilościowe, indywidualne negocjacje cen, zamówienia terminowe i wiele więcej z nami oszczędzasz czas i pieniądze.

TAK

RS Components Na nas można liczyć. Dystrybutor produktów z zakresu elektroniki, automatyki i utrzymania ruchu z wieloletnim doświadczeniem. RS - właściwy wybór.

www.rspoland.com

Spis treści

Automatyka

WYDARZENIA

Przemysł w parze z nauką Relacja z targów HANNOVER MESSE

Targi Hannover Messe, które odbyły się w dniach 7–11 kwietnia

Synergia technologiczna koniecznością ekonomiczną – efektywne i niezawodne rozwiązania firmy SCHUNK

Silniki liniowe serii LMF firmy HIWIN

Analiza danych w programie MATLAB

Automatyka procesowa – elastyczne rozwiązania WAGO

Przemysłowe switche w technologii Green Ethernet

POMIARY 56

Kontrolery temperatury w ofercie WObit

2014 r., były świętem nie tylko branży przemysłowej, ale i instytucji naukowych, które mają tu coraz większą reprezentację. Wszechobecnym tematem był w tym roku

rynek i technologie

przemysł 4.0.

Multimetry do różnych zastosowań – przegląd rynku

Wydarzenia 6

Aktualności

Automatyka a efektywność energetyczna – relacja z XVIII Konferencji Automatyków RYTRO 2014

Nowości 18

Nowe produkty

Aicure UJ30/35 – utwardzarki ultrafioletowe Panasonic

Temat numeru

Diagnostyka przemysłowa

temat numeru

Zdążyć przed awarią

Diagnostyka sieci przemysłowych w wykonaniu eksperckim

Termin „diagnostyka” kojarzy się z medycyną

– nauką zajmującą się m.in. rozpoznawaniem chorób na aplikacje 36 38

podstawie ich objawów. Nie inaczej jest w diagnostyce technicznej, która obejmuje rozpoznanie uszkodzeń

EATON i SIMLOGIC. zmodernizowały hamownię silników

i sytuacji alarmowych oraz ma na celu szybką lokalizację

Robot UR5 wspomaga obróbkę aluminium

awariom i przestojom.

i wyeliminowanie usterek w celu zapobieżenia poważnym

Rozmowa PAR

Naszą przewagę budują kompetencje, marki i logistyka

Modelowanie dwurotorowego systemu aerodynamicznego z wykorzystaniem systemu neurorozmytego

mgr inż. Piotr Woźnica – Instytut Automatyki i Informatyki, Politechnika Opolska

Indeks firm

Prenumerata

Rozmowa z Rafałem Tutaj, szefem Działu Automatyki w firmie Elmark Automatyka.

polecane książki 68

Robotyka urologiczna

forum mŁodych 70

Młodzi jeszcze bardziej innowacyjni

automatyka

Switche ethernetowe HARTING Ha-VIS eCon Wysoka jakość i trwałość to cechy charakterystyczne produktów marki HARTING. Najnowsze switche niezarządzalne z linii produktowych eCon 2000 oraz

Nauka 72

Adaptive binarization with non-uniform image illumination

Roman Lishchuk*, prof. Volodymyr Kucheruk, DSc, PhD Eng.**, prof. Igor Piotr Kurytnik, DSc, PhD Eng.*** *Uman National University of Horticulture, Ukraine, **Vinnytsia National Technical University, Ukraine, ***Department of Electrical Engineering and Automation, University of Bielsko-Biała, Poland

Rozwój podejścia dotyczącego opracowania danych pomiarowych w międzynarodowych dokumentach metrologicznych

dr inż. Paweł Fotowicz – Główny Urząd Miar

Optymalizacja nastaw regulatorów PID do sterowania suwnicą 3D

inż. Tomasz Dziendziel, inż. Michał Gruk, dr inż. Robert Piotrowski – Wydział Elektrotechniki i Automatyki, Politechnika Gdańska

eCon 3000 to również urządzenia o wysokiej jakości i wydajności, które są w stanie sprostać szerokiemu zakresowi aplikacji przemysłowych.

6/2014

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

Miesięcznik naukowo-techniczny Pomiary Automatyka Robotyka

PAR miesięcznik naukowo-techniczny

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

www.par.pl

Rok 18 (2014) nr 6 (208) ISSN 1427-9126, Indeks 339512

Na okładce: switche Ha-VIS eCon firmy Harting

9 771427 91230 6

TEMAT NUMERU

ROZMOWA PAR

RYNEK I TECHNOLOGIE

Diagnostyka przemysłowa

Rafał Tutaj, szef Działu Automatyki Przemysłowej Elmark Automatyka

Przenośne urządzenia pomiarowe

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2014

Wydarzenia aktualności

Na zdjęciu od lewej: Christof Zollitsch, dyrektor zarządzający Stemmer Imaging GmbH, Michael Cohn, były właściciel Parameter AB, Wilhelm Stemmer, założyciel Stemmer Imaging GmbH i Peter Trollsås, dyrektor sprzedaży Parameter AB

Stemmer Imaging przejął Parameter AB, wiodącego w Polsce oraz Europie Północnej dostawcę rozwiązań z zakresu systemów wizyjnych i przemysłowej obróbki obrazu. Dzięki przejęciu (z datą wsteczną, 1 stycznia 2014 r.) Stemmer Imaging – największy europejski dystrybutor rozwiązań akwizycji i analizy obrazu – działa już na rynkach w 19 krajach, w 11 ma swoje przedstawicielstwa i zatrudnia ponad 200 osób, pracujących we wszystkich obszarach związanych z odtwarzaniem i przemysłową obróbką obrazu.

Parameter od wielu lat specjalizuje się w dystrybucji części i urządzeń do systemów wizyjnych w krajach skandynawskich, bałtyckich i w Polsce. Główna siedziba jest zlokalizowana w stolicy Szwecji, ale firma ma także filie w Danii, Finlandii i Polsce. Jeszcze przed przejęciem obie firmy współpracowały ze sobą przez wiele lat – Parameter dystrybuuje produkowane przez Stemmer Imaging biblioteki wizyjne Common Vision Blox (CVB) do przemysłowej obróbki obrazów. – Przejęcie przez Stemmer Imaging jest logiczną kontynuacją naszej aktywności

Tytuł doktora honoris causa dla profesora Jana Awrejcewicza Prof. dr hab. inż. Jan Awrejcewicz z Politechniki Łódzkiej został uhonorowany tytułem doktora honoris causa Akademii Techniczno-Humanistycznej w Bielsku-Białej w dowód szacunku i uznania dla dokonań na rzecz rozwoju polskiego i międzynarodowego środowiska naukowego w dziedzinie mechaniki. Dyplom odebrał 27 maja z rąk JM Rektora ATH, prof. dr. hab. inż. Ryszarda Barcika. – Profesor Awrejcewicz to nie tylko wybitnie utalentowany naukowiec o wszechstronnych i interdyscyplinarnych zainteresowaniach, ale też wzór do naśladowania. Jest niezwykle

pracowity, a jednocześnie otwarty na innych, ciekawy ich rozwiązań i poglądów na naukowe kwestie – podkreślił prof. Andrzej Harlecki, promotor doktoratu. Decyzja o przyznaniu tytułu została poparta przez senatorów Politechniki Warszawskiej oraz Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie. O pozycji łódzkiego naukowca świadczy jego dorobek – wypromował 19 doktorów, a pod jego kierunkiem zostało przygotowanych pięć rozpraw habilitacyjnych. Jest autorem lub współautorem 44 monografii, dwóch podręczników oraz 300 artykułów.

Fot. Parameter AB, Akademia Techniczno-Humanistyczna, RS Components, ASTOR

STEMMER IMAGING przejmuje PARAMETER AB

na rynku i w regionie, w którym stajemy się wiodącą firmą. Parameter stawia tym samym krok naprzód i dzięki temu może zapewnić obsługę klientów w całej Europie. Dodatkowo zyskujemy dzięki szerokiej palecie produktów Stemmer Imaging i kompetencji na najwyższym poziomie. Kultura obu przedsiębiorstw jest bardzo podobna, a obie firmy znają się już doskonale. To zwiększa dostępność naszego serwisu dla klientów w Skandynawii, na Bałkanach i w Polsce – ocenia Michael Cohn, były właściciel Parameter, który do końca czerwca 2014 r. pozostaje na stanowisku General Managera. Dostęp do szerszej palety produktów i lepszych warunków zakupowych pozwoli też zwiększyć konkurencyjność firmy Parameter. – Jestem przekonany, że dzięki współpracy ze Stemmer Imaging zdobędziemy nowe rynki i osiągniemy dalszy wzrost – stwierdza Peter Trollsås, dyrektor sprzedaży Parameter. Wilhelm Stemmer, założyciel Stemmer Imaging dodaje, że przejęcie to logiczny rozwój strategii europejskiej jego przedsiębiorstwa, zaś Christof Zollitsch, dyrektor zarządzający w Stemmer Imaging podkreśla, że na fuzji skorzystają również producenci z branży przemysłowej obróbki obrazu. Do ostatecznego połączenia obu firm dojdzie z końcem roku 2014. Do tego momentu Parameter będzie działał we własnym imieniu.

Nowości z zakresu automatyki i sterowania w elektronicznym czasopiśmie Rs Components Firma RS Components, dystrybutor produktów z zakresu elektroniki, automatyki i utrzymania ruchu, wydała pierwszy numer czasopisma „DesignSpark Automation & Control” — nowej, elektronicznej publikacji kierowanej do konstruktorów maszyn i podzespołów, a poświęconej aktualnościom w branży i najnowszym produktom. Czasopismo jest dostępne bezpłatnie, także na urządzenia mobilne – w wersji na iPady, urządzenia z systemem Android, czytniki Kindle oraz w formacie PDF. Umożliwia pobranie bezpłatnych, zapewniających oszczędność czasu zasobów, takich jak udostępnione przez RS oprogramowanie do projektowania 3D DesignSpark Mechanical oraz biblioteki modeli 3D. Magazyn jest publikowany w czterech językach — angielskim, niemieckim, japońskim i uproszczonym chińskim. To pierwsza tego rodzaju wielojęzyczna publikacja RS w formacie cyfrowym, adresowana do projektantów maszyn i podzespołów.

Zakończył się proces certyfikacji prowadzony corocznie przez firmę ASTOR. Po raz ósmy wręczone zostały nagrody „Złoty Wzrost ASTOR”, Certyfikaty Partnerstwa na rok 2014 oraz jubileuszowe nagrody za 10 lat współpracy. Certyfikaty stanowią „znak jakości”, ważny dla klientów oraz przedsiębiorców z branży automatyki. Gala rozdania certyfikatów odbyła się w trakcie ważnego cyklu seminariów ASTOR Tour 2014. Program Partnerski ASTOR powstał w 2003 r. jako odpowiedź na rosnące wymagania rynku w zakresie kompetencji firm wdrażających systemy i współpracujących z ASTOR. W tym roku w programie znalazło się łącznie 81 Partnerów z całej Polski, w tym 11 Złotych, 49 Srebrnych, 18 Platynowych, 2 Merytorycznych i 1 Honorowy. Wyróżnienia są przyznawane na podstawie listy kompetencji firm kandydujących, weryfikowanej przez Komisję Certyfikacyjną firmy ASTOR. Certyfikat, poświadczający otrzymanie tytułu na dany rok, określa zakres specjalizacji integratora w poszczególnych kategoriach produktowych, z oferty firmy ASTOR. Aby uzyskać wybraną specjalizację w ramach certyfikatu, firma integratorska, oprócz podstawowych wymagań związanych z danym poziomem certyfikacji, powinna spełnić kryteria specyficzne dla danej specjalizacji. Dział powstaje we współpracy z portalem

REKLAMA

Fot. Parameter AB, Akademia Techniczno-Humanistyczna, RS Components, ASTOR

Certyfikacja w ramach Programu Partnerskiego ASTOR 2014

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2014

Wydarzenia aktualności

Centrum robotyki przemysłowej – szansa dla przedsiębiorców Na początku czerwca w Słupskim Inkubatorze Technologicznym (SIT), zarządzanym przez Pomorską Agencję Rozwoju Regionalnego (PARR), odby-

ło się oficjalne otwarcie pierwszej na Pomorzu Pracowni Automatyki, Robotyki i Systemów Wizyjnych (ARiSW), połączone z konferencją na temat automatyzacji procesów produkcji. Przedsiębiorcy, inżynierowie, a także uczniowie i studenci mogą tu pozyskać praktyczną wiedzę i skorzystać z nowoczesnych usług. – Utworzenie specjalistycznej pracowni to szansa dla regionu słupskiego w rozwoju innowacji i nowoczesnych technologii. Mamy nadzieję, że na bazie Słupskiego Inkubatora Technologicznego oraz Pracowni Automatyki, Robotyki i Systemów Wizyjnych stworzymy w Słupsku Centrum Promocji i Wspierania Nowych Technologii. W Centrum

Wprawiamy w ruch.

REKLAMA

HIWIN Polska | Biuro dystrybucji Warszawa Ul. Puławska 405a | PL-02-801 Warszawa Telefon +48 (22) 544 07 07 Telefax +48 (22) 544 07 08 www.hiwin.pl

„Robotyzacja – nowe reguły gry” – pod takim hasłem przewodnim odbyło się w połowie maja w Warszawie spotkanie prasowe przedstawicieli firmy Universal Robots, produkującej małe roboty przemysłowe, z reprezentantami mediów branżowych. Ze strony duńskiego producenta wzięli w nim udział Enrico Krogg Iversen, prezes oraz Jesper Sonne, menedżer sprzedaży na Europę Wschodnią. Tematem zorganizowanego spotkania były światowe trendy w robotyzacji, specyfika rynków Europy Środkowo-Wschodniej, w tym Polski, a także aktualna oferta Universal Robots wraz z przykładami aplikacji. Prezentacja szybko przekształciła się w dyskusję skupioną wokół planów ekspansji firmy oraz jej pozycjonowania względem dużych rynkowych graczy, takich jak FANUC czy KUKA.

Jak poinformowali przedstawiciele duńskiego producenta, firma Universal Robots nie prowadzi obecnie prac nad przygotowaniem nowego modelu robota, skupiając się na rozwijaniu globalnej sieci sprzedaży oraz modernizacji (głównie w zakresie oprogramowania) dwóch produktów: robota UR5 (o udźwigu do 5 kg) oraz UR10 (udźwig do 10 kg). Polska – obok Czech czy Węgier – jest postrzegana przez przedstawicieli Universal Robots jako rynek niezwykle perspektywiczny. Sprzedaż robotów firmy na polskim rynku w 2013 r. wyniosła 10 sztuk, a ambicją producenta robotów z Odense jest znacznie poprawić ten wynik w tym roku.

Fot. Omron, S. Ścibior (PAR)

Brunch z prezesem Universal Robots

PROWADNICE Z SZYNĄ PROFILOWĄ

tym znajdzie się również projektowana obecnie Pracownia Odnawialnych Źródeł Energii – mówi Mirosław Kamiński, prezes PARR. Otwarcie ceremonii poprowadził Mirosław Kamiński, prezes zarządu PARR oraz przedstawiciele firmy Omron: Michał Jędrzejczak, Country Manager odpowiadający za Dywizję Sterowania i Napędów w Polsce i Marek Rozpędowski, Country Manager odpowiadający za Dywizję Czujników i Komponentów w Polsce oraz menedżerowie najwyższego szczebla na poziomie europejskim: Radislav Vilim, IA Area Sales Manager East i Fernando Colás, Division Manager EMEA. Pracownia o powierzchni 230 m2 została wyposażona w innowacyjne podzespoły automatyki, robotyki i systemy wizyjne firmy Omron Electronics. – Unikatową na skalę Polski usługą jest wypożyczanie zrobotyzowanych stanowisk wraz z dostosowaniem i integracją ich do rozwiązań pod potrzeby firm. Wspieramy i doradzamy również przy wyborze indywidualnych i jak najlepszych rozwiązań technologicznych – podkreśla Marek Łangowski, prezes firmy TMA LABS, operatora pracowni ARiSW.

Grupa Bosch ogłosiła wyniki finansowe za rok 2013. Lokomotywą wzrostu obrotów koncernu tradycyjnie okazał się pion Automotive. Dział Techniki Przemysłowej w całej Grupie przyniósł stratę w wysokości 83 mln euro, ale polski oddział Bosch Rexroth zanotował blisko 10-proc. wzrost sprzedaży. W Polsce Grupa Bosch osiągnęła w 2013 r. obrót w wysokości prawie 2,5 mld zł, o 2 proc. więcej niż rok wcześniej. – Wzrost sprzedaży w 2013 roku zawdzięczamy głównie konsekwentnemu rozwijaniu nowych kanałów dystrybucji oraz innowacyjnym produktom. Naszą siłą są kompleksowe, pionierskie na rynku rozwiązania, których obecnie poszukują klienci – podkreśliła Krystyna Boczkowska, prezes zarządu Robert Bosch podczas dorocznej konferencji prasowej Grupy Bosch w Polsce, zorganizowanej 28 maja w warszawskim Pałacu Sobańskich. Mimo słabej kondycji światowej gospodarki obroty Grupy Bosch wzrosły o ponad 3 proc., do 46,1 mld euro. Liczba pracowników zwiększyła się w ubiegłym roku o 8,5 tys. osób. Wartość inwestycji w 2013 r. wyniosła 2,5 mld euro, czyli 5,5 proc. wartości obrotu. Grupa poprawiła zysk operacyjny EBIT, który wyniósł 3,2 proc. Wyjątkowy sukces w ubiegłym roku odniósł dział Techniki Motoryzacyjnej, który osiągnął 6,7 proc. wzrostu obrotów, m.in. dzięki zwiększonemu popytowi na układy bezpośredniego wtrysku benzyny. Na przeciwległym biegunie znalazł się dział Techniki Przemysłowej, w którym spadek obrotów sięgnął 9,2 proc. – W ubiegłym roku na światowych rynkach mieliśmy do czynienia z bardzo słabym wzrostem produkcji maszyn

i urządzeń, porównywalnym z równie niekorzystnym rokiem 2009. Szczególnie w Europie, gdzie firma Bosch Rexroth generuje 60 procent obrotów, produkcja maszyn była niższa o 10 procent w porównaniu do lat 2007 i 2008. Również ważny dla nas rynek chiński, który w 2012 roku przeżył załamanie w produkcji maszyn budowlanych, nie wykazywał znacznych tendencji wzrostowych w 2013 roku – tłumaczy Piotr Macerszmidt, dyrektor generalny Bosch Rexroth. Mimo trudności na światowych rynkach polska spółka osiągnęła znaczny, bo prawie 10-proc. wzrost sprzedaży, do poziomu 133,5 mln zł. Także dział Dóbr Użytkowych firmy Robert Bosch, obejmujący m.in. dział Elektronarzędzi (z pominięciem sprzętu AGD, który produkowany jest przez spółkę-córkę Bosch und Siemens Hausgeräte), zanotował nieznaczny spadek obrotów w porównaniu do roku poprzedniego w wysokości 0,6 proc. Z kolei nowo utworzony dział Energetyki i Technicznego Wyposażenia Budynków osiągnął w 2013 r. wzrost w wysokości 3,9 proc. W 2014 r. koncern planuje wzrost sprzedaży w granicach 3–5 proc, czyli powyżej wzrostu światowej gospodarki, której rozwój szacuje się tylko na około 2,8 proc. Na tę optymistyczną prognozę pozwalają dobre wyniki osiągnięte w pierwszym kwartale bieżącego roku, w którym sprzedaż Grupy Bosch wzrosła o 7 proc. Szczególnie wysoki wzrost obrotów odnotował dział Techniki Motoryzacyjnej w regionie Azji i Pacyfiku.

REKLAMA

Fot. Omron, S. Ścibior (PAR)

Dobry rok dla Bosch Rexroth w Polsce

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2014

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

Nagroda Red Dot Award dla systemu mocowania BALLUFF System mocowania BMS firmy Balluff został wyróżniony jedną z najbardziej prestiżowych nagród w zakresie projektowania – Red Dot Award: Product Design 2014. Wysoka jakość produktu oraz przemyślany kształt przekonały międzynarodowe jury, w skład którego wchodziło 40 ekspertów. W sumie projektanci indywidualni i producenci z całego świata zgłosili w ramach tego prestiżowego konkursu 4815 projektów. Uniwersalny system mocowania BMS firmy Balluff umożliwia łatwy montaż czujników i elementów wykonawczych podczas budowy maszyny. Wystarczy kilka czynności, aby za pomocą wytrzymałych, standardowych elementów modułowych szybko i elastycznie wdrożyć nawet skomplikowane funkcje pozycjonowania. Nowe uchwyty, wykonane z odlewu cynkowego, gwarantują nie tylko pewne zamocowanie, ale także bardzo wysoką ergonomiczność, którą uzyskano dzięki specjalnemu kształtowi poszczególnych części. Projektantom udało się przygotować wyjątkowo funkcjonalne i składające się z niewielkiej liczby elementów rozwiązanie, które umożliwia użytkownikom tworzenie skomplikowanych instalacji mocujących w bardzo krótkim czasie. Dzięki temu można oszczędzić pieniądze i uzyskać przewagę konkurencyjną. Globalnie uznawany znak jakości zostanie wręczony 7 lipca 2014 r. podczas tradycyjnej gali konkursu Red Dot w teatrze Aalto w Essen. Następnie system mocowania BMS firmy Balluff będzie zaprezentowany na specjalnej czterotygodniowej wystawie w muzeum Red Dot Design na terenie ośrodka kulturalnego Zeche Zollverein w Essen.

Fot. Balluff

ul. Muchoborska 16 54-424 Wrocław www.balluff.com

Promocja

REKLAMA

BALLLUFF Sp. z o.o.

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2014

Wydarzenia RELACJE

Automatyka a efektywność energetyczna Już po raz osiemnasty do Rytra w Beskidzie Sądeckim zjechali przedstawiciele zakładów przemysłowych, biur projektowych, instytutów naukowo-badawczych, a także przedstawiciele nauki, aby uczestniczyć w Konferencji Automatyków RYTRO 2014. Hasło przewodnie tegorocznej edycji brzmiało: „Efektywność energetyczna i ochrona środowiska – wyzwania dla automatyków”.

W czasie dwóch dni konferencji (20–21 maja 2014) referaty wygłosili naukowcy oraz przedstawiciele przemysłu. Tradycyjnie już wystąpienia zostały podzielone na cztery części: naukową i „produktową” – prezentacje produktów

i rozwiązań firm, odbywające się jedna po drugiej pierwszego dnia konferencji, oraz seminaryjną i wystawową, odbywające się symultanicznie w sali plenarnej oraz dwóch salach wykładowych w drugim dniu konferencji. Sesję naukową otworzył prof. dr hab. inż. Ryszard Tadeusiewicz referatem zatytułowanym „Zastosowanie sieci neuronowych w ochronie środowiska”. Następnie prof. dr hab. inż. Leszek Trybus, reprezentujący Politechnikę Rzeszowską, przedstawił stan prac nad algorytmami dla prototypowego autopilota okrętowego, przewidzianego do wdrożenia w holenderskiej firmie Praxis. Do tematyki poruszonej przez prof. Tadeusiewicza powrócił w swoim wykładzie prof. dr hab. inż. Jan Maciej Kościelny z Politechniki Warszawskiej, który omówił konkretne zastosowania modeli neuronowych do monitorowania i redukcji emisji tlenków azotu. Realizowane procesy związane z wdrażaniem inteligentnych systemów pomiarowych w energetyce przedstawił z kolei prof. dr hab. inż. Tadeusz Skubis z Politechniki Śląskiej. Od 2006 r. działa Małopolsko-Podkarpacki Klaster Czystej Energii, który zrzesza 44 instytucje, a jego głównym zadaniem jest wymiana wiedzy i informacji pomiędzy środowiskami nauki, przemysłu i organizacjami

samorządowymi. Przykłady efektów takiej współpracy realizowanej przez Klaster przedstawił Przewodniczący Zespołu Sterującego, prof. dr hab. inż. Ireneusz Soliński. Natomiast mgr inż. Józef Kała z Wojewódzkiego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej w Krakowie omówił zasady udzielania dofinansowania na wsparcie działań energooszczędnych w Małopolsce. Blok tematów energetycznych zamknął mgr inż. Artur Łazicki z Krajowej Agencji Poszanowania Energii, który omówił konsekwencje ustawy o efektywności energetycznej, ze szczególnym naciskiem na procedurę pozyskiwania tzw. białych certyfikatów, natomiast część naukową wystąpień zakończył dr inż. Wacław Mukawa z Państwowej Wyższej Szkoły Zawodowej w Tarnowie referatem zatytułowanym „Automatyka i pomiary w realizacji funkcji i aspektów prawa ochrony środowiska. Przykłady”. Druga część konferencji należała już do firm – organizatorów konferencji. Przedstawiciele ABB, Danfoss Poland, Eaton Electric, Emerson, Jumo, Limatherm Sensor, Lumel, Polna, Skamer-ACM, Technokabel, Turck oraz WIKA Polska zaprezentowali wybrane nowości z oferty swoich firm, przy czym szczególną uwagę zwracano na realizację zadań związanych z efektywnością energetyczną i ochroną środowiska.

Fot. J. Górska-Szkaradek (PAR), S. Ścibior (PAR)

Relacja z XVIII Konferencji Automatyków RYTRO 2014

Fot. J. Górska-Szkaradek (PAR), S. Ścibior (PAR)

Przedstawiciel ABB, omawiając m.in. silniki niskiego napięcia, zwrócił uwagę na wprowadzane przez Unię Europejską nowe regulacje prawne, dotyczące coraz wyższych wymagań odnośnie sprawności energetycznej. W prezentacji Danfoss podkreślano promowanie w ofercie rozwiązań energooszczędnych na przykładzie przetwornic częstotliwości. Z kolei bogata oferta firmy Eaton Electric w zakresie zarządzania energią elektryczną jest budowana zgodnie z zasadami ochrony środowiska. Przykładem są systemy rozdzielcze SN, w których nie ma gazu SF6 (protokół z Kioto określił go jako gaz cieplarniany). Także oferta Jumo, zaprezentowana na przykładzie bezprzewodowego przetwornika temperatury, ciśnienia i wilgotności Jumo Wtrans, wielofunkcyjnego i adaptowalnego regulatora Jumo DICON touch czy Jumo AQUIS touch S do wieloparametrowej kontroli jakości cieczy, znakomicie wpisuje się w służbę ochrony środowiska. Dla odmiany reprezentant firmy Emerson, przedstawiając przykłady rozwiązań do sterowania procesami produkcyjnymi, podkreślił, że firma zawsze dba o poprawę wydajności, bezpieczeństwa i niezawodności. Przedstawiciele Limatherm Sensor zaprezentowali m.in. bogatą ofertę czujników temperatury oraz ciekawe aplikacje (układ monitoringu pracy odwadniaczy pary i oprogramowanie procesu wytwarzania termopar). Reprezentant Lumel zwrócił uwagę, że coraz większy udział w ogólnych kosztach firmy mają koszty stałe, tzn. opłaty za media i surowce do produkcji. Jednym z parametrów obrazujących wydajność produkcji i pozwalających ograniczyć straty jest tzw. wskaźnik efektywności parku

maszynowego OEE (ang. Overall Equipment Effectiveness). Lumel w swojej bogatej ofercie ma odpowiednie narzędzie, pozwalające mierzyć i wyliczyć współczynnik OEE. Spółka Polna od lat znana jest z produkcji zaworów regulacyjnych i siłowników pneumatycznych. Jak podkreślał przedstawiciel firmy, ich jakość gwarantują stosowne certyfikaty. Wyroby znane są na całym świecie. Spółka realizuje również wykonania specjalne. Kolejną firmą prezentującą swoje osiągnięcia był Skamer-ACM, znany od lat kompleksowy dostawca instalacji pomiarowych i automatyki przemysłowej. Jednocześnie firma jest w Polsce przedstawicielem brytyjskiej firmy Michell Instruments Ltd., dostawcy m.in. analizatorów tlenu i gazów dwuskładnikowych. Nowoczesna fabryka kabli, Technokabel, może poszczycić się bogatą ofertą, liczącą 140 grup wyrobów, znanych w wielu krajach na świecie. W ciągu roku w ramach tych grup powstaje około 300 nowych kabli (nie licząc kabli światłowodowych i kompensacyjnych). W firmie wdrożono i certyfikowano system zarządzania środowiskowego zgodny z normą ISO 14001:2004. Obecnie wprowadzana jest nowa technologia produkcji – kable i przewody sieciowane radiacyjnie. Spośród bogatej i zróżnicowanej oferty Turck szczególną uwagę podczas konferencji zwrócono na systemy identyfikacji RFID i ich zastosowanie w utrzymaniu ruchu. Czołowy producent elementów automatyki reorganizuje obecnie swój oddział w Polsce – zwiększa zatrudnienie i przygotowuje się do otwarcia centrum szkoleniowo-aplikacyjnego.

Przedstawiciel WIKA Polska (dawniej Kujawska Fabryka Manometrów) podkreślił, ze firma nie tylko poszerza ofertę o nowe produkty (np. nowy model urządzenia kalibracyjnego), ale sama się rozrasta. We Włocławku powstaje nowa fabryka, w której odbywać się będzie produkcja manometrów kwasoodpornych. Całodzienny „maraton” referatów zakończył uroczysty bankiet, podczas którego – już w mniejszym gronie – można było kontynuować dyskusje lub po prostu zrelaksować się. Po kapitalnym występie kabaretu Smile z Lublina humor wszystkim zdecydowanie dopisywał. Niekwestionowaną gwiazdą wieczoru był jednak Janusz Panasewicz z zespołem Lady Pank, który specjalnie dla uczestników konferencji dał ponad godzinny koncert. Drugi dzień konferencji każdy z jej uczestników planował indywidualnie, dzieląc swój czas między stoiska ekspozycyjne firm będących organizatorami konferencji i dwie sale wykładowe, w których firmy szerzej prezentowały ofertę lub realizowane wdrożenia. Prezentacje w salach zakończyła dyskusja i ponowne zaproszenie prof. Ireneusza Solińskiego do współpracy w ramach Klastra Czystej Energii.

Jolanta Górska-Szkaradek PAR

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

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2014

Wydarzenia RELACJE

Targi Hannover Messe, które odbyły się w dniach 7–11 kwietnia 2014 r., były świętem nie tylko branży przemysłowej, ale i instytucji naukowych, które mają tu coraz większą reprezentację. Wszechobecnym tematem był w tym roku przemysł 4.0.

Polskie stoisko w strefie międzynarodowej wymiany handlowej

Przemysł w parze z nauką

Każdy, kto przybył do Hanoweru na jedne z największych targów na świecie, mógł zauważyć, że tegoroczne spotkanie stało pod znakiem przemysłu 4.0. To efekt długofalowej strategii rządu niemieckiego, rozwijanej również przez inne kraje, która ma doprowadzić do tego, aby proces produkcyjny był w pełni adaptacyjny i jak najbardziej efektywny pod względem wykorzystywanych zasobów. Mają to zagwarantować m.in. coraz bardziej inteligentne przetworniki i sterowniki. Dzięki nim w niedalekiej przyszłości większość pracowników będzie mogła pracować przy biurkach, projektując skomplikowane systemy regulacji oraz czuwając nad ciągłością produkcji. Sam proces będzie można dostosowywać, wprowadzając zmiany ad-hoc, bez konieczności wgrywania nowych programów i testowania ich w terenie, a decyzje dotyczące produkcji będą mogły być podejmowane na poziomie zarządu, bez ingerencji inżynierów pracujących na hali.

Jednym z rozwiązań idealnie wpisujących się w ten nurt jest oprogramowanie Siemens COMOS Walkinside. Jak można było zaobserwować na targach, pozwala ono na pełną symulację procesu produkcji w połączeniu z widokiem 3D. Umożliwia to przebadanie różnych sytuacji awaryjnych, np. pożaru i wpływu wysokiej temperatury na elementy znajdujące się w pobliżu, jak i sprawdzenie rozmieszczenia poszczególnych elementów instalacji przemysłowej jeszcze przed integracją procesu w hali.

Nowatorskie systemy wizyjne Biorąc pod uwagę całokształt tegorocznej ekspozycji, widać było potwierdzenie jednej tendencji – rosnącej popularności zastosowań systemów wizyjnych i początek drugiej – zastosowań robotów mobilnych w przemyśle. Systemy wizyjne w różnych zastosowaniach stają się codziennością – są coraz prostsze, tańsze i łatwiejsze w stosowaniu. Firma KUKA opracowała

systemy wizyjne 2D i 3D (kamery Cognex), wymagające jedynie pakietu systemowego w robocie – programowanie systemu wizyjnego odbywa się na poziomie programowania robota. Nie jest potrzebne zewnętrzne, złożone przetwarzanie obrazu na korektę ruchu robota. Systemy te były prezentowane w „rozrywkowy” sposób – dwa roboty rzucały do siebie kostką do gry. Położenie kostki – siłą rzeczy przypadkowe – było rozpoznawane przez systemy mocowane na robotach. Na wielu stanowiskach prezentowano rozpoznawanie przez systemy wizyjne 2D położenia płaskich elementów, połączone z przekazywaniem danych do robotów chwytających te elementy. Ciekawym rozwiązaniem było zastosowanie systemu 3D do rozpoznawania położenia trójwymiarowych „kolanek” wodociągowych, umieszczonych bezładnie w pojemniku. Chwytał je robot z pojedynczą przyssawką, przenosił na płaską powierzchnię, gdzie był powtarzany pomiar wizyjny, a następnie –

Fot. PIAP

Relacja z targów Hannover Messe

Prezentacja Siemensa – wizja przemysłu 4.0

Fot. PIAP

po powtórnym uchwyceniu – robot prezentował precyzję uchwytu, przesuwając „kolanko” przez wycięcie w ściance. Nowym, ciekawym rozwiązaniom w zakresie systemów wizyjnych poświęcono na tegorocznych targach wiele miejsca. Jeden z bardziej interesujących układów zaprezentowała firma VRmagic – kompaktowe systemy akwizycji obrazu, oparte na układzie FPGA, pozwalają na wstępną obróbkę danych jeszcze przed wysłaniem ich do systemu nadrzędnego. Uwagę przyciągał również system Compact Vision System firmy National

Bioniczny chwytak Festo

Instruments. Pozwala on na podłączenie dwóch kamer i wewnętrzną obróbkę danych za pomocą wbudowanego mikrokontrolera oraz układu FPGA, a także umożliwia interakcję z zewnętrznymi układami za pomocą rozbudowanych wyjść IO, bez ingerencji komputera. Małe rozmiary sprawiają, że można je umieścić blisko obiektu. Zaletą jest też możliwość napisania całego programu w LabVIEW. W przypadku, gdy możliwości Compact Vision System okażą się niewystarczające, można zdecydować się na jego większego „brata” – Embedded Vision System.

Innym ciekawym produktem amerykańskiej firmy dla branży pomiarów oraz zaawansowanych systemów regulacji jest system CompactRIO. To konfigurowalna platforma, w skład której może wchodzić zaawansowany system obróbki danych, oparty na procesorze oraz matrycy FPGA, oraz różne karty rozszerzeń, wśród których można wymienić szybkie i precyzyjne przetworniki ADC/DAC, przetworniki do termopar czy szybkie złącza IO. Pozwala to na integrację wielu pomiarów, a następnie zaimplementowanie skomplikowanych systemów regulacji, które będą

National Instruments Embedded Vision System

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2014

Wydarzenia relacje

charakteryzować się dużo większą częstotliwością przetwarzania niż najszybsze sterowniki PLC.

Roboty mobilne w aplikacjach

Roboty Adept z systemami wizyjnymi, zbierające elementy z taśmy

Rozwiązania przyszłości Transport karoserii na stoisku firmy Volkswagen

Podczas targów zostały również zaprezentowane liczne produkty innowacyjne,

Fot. PIAP

Bioniczny kangur firmy Festo

Na tegorocznych targach Hannover Messe nie prezentowano samodzielnie robotów przemysłowych – bogata prezentacja robotyki pojawia się z zasady co dwa lata. Roboty wielu firm (KUKA, ABB, FANUC, Stäubli) były jednak obecne na stanowiskach integratorów, przedstawiających rozwiązania aplikacyjne. Na kilku stanowiskach były prezentowane roboty mobilne i platformy mobilne, przewożące między stacjami „obróbczymi” palety (pojemniki) z detalami. Po dojechaniu platformy do stanowiska uruchamiany był krótki transporter na platformie, który przekazywał pojemnik na transporter stanowiska. Takie rozwiązania są już stosowane w praktyce – jak poinformowano na seminarium wdrażającej takie systemy niemieckiej firmy Ortner, ponad 50 platform mobilnych pracuje w dużym zakładzie produkującym urządzenia elektroniczne, przewożąc podzespoły między stanowiskami produkcyjnymi. W tym rozwiązaniu na mobilnej platformie znajduje się mały robot przemysłowy, wspomagany dla poprawy powtarzalności pozycji platformy systemem wizyjnym. Stoiska wielu znanych firm imponowały wielkością i widocznymi nakładami finansowymi. Nieco gorzej było z nowościami technicznymi. Przykładowo na stoisku dużego niemieckiego integratora KUKA, firmy IBG, czołowe miejsce zajmowało stanowisko montażowe z małym robotem, wykorzystujące celowe drgania ramienia robota w trakcie wsuwania wałka w otwór. Takie prace, z robotem IRb-6, były prowadzone w Przemysłowym Instytucie Automatyki i Pomiarów PIAP, ale w latach 80., czyli 30 lat temu. Na tym samym stoisku kilka robotów powoli przenosiło fragmenty karoserii, symulując montaż samochodu. W nieco innej wersji taki montaż prezentowano też na stoiskach firm Siemens i Volkswagen, na których duże roboty KUKA przenosiły fragment karoserii. W przypadku firmy Siemens odbywało się to pod hasłem „Future of production”. Taką przyszłość można od kilkunastu lat obejrzeć choćby w fabryce Fiata w Tychach, gdzie 1,2 tys. robotów Comau pracuje przy montażu samochodów.

będące w fazie badań i rozwoju, opracowywane w międzynarodowych centrach badawczych, takich jak np. Fraunhofer-Gesellschaft. Szczególny nacisk został położony na prezentację materiałów „inteligentnych”, które wykazują nieoceniony potencjał w zastosowaniach przemysłowych. Najciekawsze wydały się aktuatory zbudowane w formie sprężyn zmieniających swą długość pod wpływem zmian temperatury (sterowanie odbywało się poprzez nagrzewanie sprężyny dzięki przepływowi prądu). W tym przypadku osiąga się już do 6 proc. wydłużenia przy sterowaniu liniowym. Należy jednak pamiętać o ograniczeniach – należą do nich: osiąganie stosunkowo niewielkich sił, mała dynamika ruchu spowodowana bezwładnością cieplną, konieczność zamknięcia obwodu przy sterowaniu prądowym (podłączenie musi występować na obu końcach). Zastosowanie materiałów z magnetyczną pamięcią kształtu (ang. Magnetic Shape Memory Materials) nasuwa na myśl wiele możliwych aplikacji, np. wygaszanie wibracji, gromadzenie energii, czujniki sił i naprężeń itp. Postępujące trendy minimalizacji wymiarów i masy można także było zauważyć w materiałach przeznaczonych dla elektroniki przemysłowej i użytkowej. Zaprezentowane zostały przezroczyste, przewodzące pokrycia powierzchni płaskich (także giętkich), które znajdują zastosowanie np. przy wytwarzaniu wyświetlaczy i diod świecących. Gotowe i dostępne są już nawet komercyjne produkty, takie jak charakteryzujące się niewielką grubością

Przykładowe systemy wizyjne firmy VRmagic

(<2 mm), wysoką jakością koloru i jasnością oraz niskim zużyciem energii ekrany OLED. Wyświetlacze tego typu, wytwarzane przez firmę Tridonic, mogą znaleźć szerokie zastosowanie wszędzie tam, gdzie brakuje miejsca lub potrzebna jest redukcja masy, np. w robotach mobilnych, panelach sterowniczych lub miernikach przenośnych. Nie zabrakło także cienkowarstwowych przetworników piezoelektrycznych, szeroko stosowanych w sensorach i aktuatorach. Charakteryzują się one dużym zakresem temperatury pracy (do 150 °C), widmowym zakresem pracy (od 0,1 Hz do 200 kHz), łatwością montażu i niską ceną.

Na targach pojawiły się także stoiska, reprezentujące poszczególne kraje oraz uczelnie wyższe z całej Europy. Udostępniano informacje o zapotrzebowaniu poszczególnych regionów na różnego typu rozwiązania oraz o udogodnieniach, na które mogą liczyć firmy techniczne rozpoczynające działalność. Polskie firmy przemysłowe wystawiały się w kilku halach, ze względu na lepsze dopasowanie tematyczne. Produkty prezentowane przez naszych rodaków na tle konkurencji – głównie z Europy i Azji – nadal okazują się konkurencyjne zarówno pod względem technologicznym, jak i cenowym. Targi były niewątpliwie ogromnym i dobrze zrealizowanym przedsięwzięciem, na którym obecna była większość liczących się na rynku firm, powiązanych z ogólnie pojętą techniką. Niestety, zaskakujących, wysoce innowacyjnych i jednocześnie już dostępnych na rynku produktów było bardzo niewiele. Obraz, jaki rysuje się po odwiedzeniu targów, zdecydowanie daje nadzieję na intensywny rozwój w przyszłości, jednak pozwala stwierdzić duże spowolnienie przemysłu w ostatnich latach, nie tylko w obrębie Europy, ale i całego świata.

Filip Czubaczyński Piotr Mateusiak Marek Petz

Fot. PIAP

Robert Ugodziński Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów CompactRIO razem z modułami rozszerzającymi

PIAP

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2014

Nowości Nowe produkty

Przepust panelowy Han-Yellock Przepust panelowy HARTING Han-Yellock wyróżnia się na tle aktualnie funkcjonujących rozwiązań tego typu łatwością obsługi – aby dokonać połączenia wystarczy jedynie wcisnąć obudowę wtyczki w obudowę gniazda, po czym następuje automatyczne zablokowanie złącza. Obudowa przepustu panelowego ma zintegrowany kształt standardowego gniazda Han-Yelock, umożli-

wiając podłączenie obudów wtyczek tej serii. Przepust panelowy znacznie ułatwia obsługę – zestawy kablowe mogą być wstępnie montowane na miejscu montażu. Cechą szczególną tego rozwiązania jest również jego trwałość: obydwie strony obudowy (wtyczka i panel) zapewniają wysoką ochronę mechaniczną oraz wysoki stopień ochrony – IP65/67 w stanie połączenia. Przepust panelowy

Han-Yellock to rozwiązanie idealne do zastosowań w przypadku okablowania przechodzącego przez wiele pomieszczeń. Dzięki wyso-

Poniżej opisano główne typy oferowanych separatorów. W separatorach kołnierzowych przyłącze procesowe to dowolny kołnierz według DIN EN 1092-1 lub ANSI B16.5. Przyłącze instrumentu może być dowolne, typu: M20x1,5, G1/2”, NPT itp. Możliwa jest też wersja odległościowa i podłącze-

nie przyrządu przez kapilarę. Części zwilżane wykonane są ze stali kwasoodpornej 316L. Separatory tubusowe to odmiana kołnierzowych. Membrana jest odsunięta od kołnierza na odpowiednią odległość za pomocą tubusa (tzw. Neck typ). Separatory gwintowe, puszkowe oraz Flush, wykonywane są w dowolnych rozmiarach i konfiguracjach. W przypadku pierwszych z nich membrana separująca jest umieszczona w „puszce” między przyłączami, zaś w separatorach gwintowych Flush – przyspawana jest do

powierzchni czołowej przyłącza procesowego. W obu przypadkach zarówno przyłącze procesowe, jak i przyłącze przyrządu, to przyłącza gwintowe. Peltron wykonuje też separatory higieniczne – są to separatory spożywcze, zarówno typu TriClamp, jak też wykonane według DIN 11851. Umożliwiają one szybki demontaż z instalacji i łatwe wykonanie mycia lub odkażania.

a dzięki ujednoliconemu oznakowaniu materiałów zmniejszyć kosztów magazynowania. Co więcej, oprogramowanie Clip Project, służące do tworzenia projektu i oznakowania, zapewnia klientom obsługę od planowania, przez zama-

wianie, aż do zastosowania całkowicie oznakowanej maszyny.

kiemu stopniowi ochrony IP to rozwiązanie panelowe może być stosowane w trudnych warunkach środowiskowych – wszędzie tam, gdzie istnieje możliwość wystąpienia takich czynników jak ciecze i zapylenie. 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

Separatory membranowe

Peltron oferuje różne typy i wykonania separatorów membranowych, w tym indywidualne konstrukcje na potrzeby konkretnego klienta. Firma realizuje też montaż i kalibrację z dowolnym przyrządem pomiarowym oraz wykonuje naprawy i regeneracje separatorów innych producentów.

Peltron Sp. z o.o. tel. 22 615 63 56 e-mail: peltron@home.pl www.peltron.pl

Phoenix Contact oferuje szeroką gamę produktów i usług, aby pomóc producentom maszyn zwiększyć ich konkurencyjność. Opłacalność, jakość, elastyczność i wydajność maszyn ma w tym przypadku ogromne znaczenie. W odpowiedzi na te wymagania, firma Phoenix Contact proponuje jednolity system połączeń przewodów z zaciskami push-in, począwszy od sterownika, a kończąc na złączkach. Nowy, kompletny system

Promocja

przekaźników Rifline oraz system złączek szynowych CLIPLINE, jak również system Axioline F I/O, gwarantują prostą, systematyczną i pewną obsługę, opartą na sprawdzonych standardach. W konsekwencji produkty te oferują zarówno jednolity system push-in do podłączenia bez używania narzędzi, jak i ujednolicony system mostkowania oraz znakowania. Oznacza to, że klient może szybko i przy niewielkim nakładzie pracy dokonać instalacji urządzeń,

PHOENIX CONTACT ul. Wrocławska 33D Długołęka, 55-095 Mirków tel. 71 39 80 410 www.phoenixcontact.pl

Fot. HARTIN, Peltron, Phoenix Contact, Elmark Automatyka

Zintegrowane rozwiązania dla przemysłu

Nowe ceny produktów Mean Well w ELMARK Automatyka

EKI-3528 – przemysłowy switch firmy Advantech o niskim zużyciu energii

Elmark Automatyka obniżyła ceny na wybrane grupy produktów Mean Well. Firma szczególnie poleca modele montowane na szynie DIN, które dostępne są w wariantach o mocy od 10 W do 960 W (przy pracy równoległej aż do 3840 W). Produkty te występują w obudowie I i II klasy izolacji. Mogą być zasilanie napięciem V AC, V DC oraz trójfazowo. Do zabudowy w końcowym urządzeniu polecana jest seria zasilaczy modułowych G3, które cechuje trwałość i odporność na trudne warunki pracy. Modele te są dostępne w przedziale mocy od 15 W do 150 W w wersji jedno-, dwu-, trzylub czterowyjściowej.

Switch EKI-3528 firmy Advantech jest wyposażony w osiem portów Fast Ethernet, z których dwa przeznaczone zostały do transmisji danych o wysokim priorytecie, zgodnie z technologią VIP. Jest to szczególnie użyteczne rozwiązanie w przypadku zastosowań wymagających wysokiej przepustowości, takich jak strumień wideo, gdzie nawet niewielkie opóźnienia mogą powodować awarie systemów. Dzięki funkcji automatycznego wyłączania nieużywanych portów oraz dostosowywania mocy sygnału do długości kabla EKI-3528 można zaliczyć do urządzeń klasy Green Ethernet o maksymalnym poborze mocy 2,5 W. Takie rozwiązanie nie tylko chroni środowisko, ale zapewnia dłuższą pracę przy zasilaniu ze źródeł bateryjnych. 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 i w ten sposób do zerwa-

Obniżka cen dotyczy także zasilaczy przeznaczonych do oświetlania LED. W tej grupie produktów dostępne są modele o mocy od 12 W do 320 W, stałonapięciowe i stałoprądowe o różnej klasie szczelności obudowy. Wbudowane funkcje ściemniania pozwalają energooszczędnie sterować oświetleniem. Elmark Automatyka umożliwia też skorzystanie z dodatkowych rabatów, w zależności od liczby zamawianych urządzeń. ELMARK Automatyka Sp. z o.o. www.elmark.com.pl

nia transmisji. Switch ma solidną, plastikowometalową obudowę, zgodną z 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. Dodatkowo na pokładzie umieszczono alarmowe wyjście przekaźnikowe oraz diody LED. Switch przystosowano do pracy w temperaturze od –10 °C do 60 °C. Wszystkie te cechy sprawiają, że EKI-3528 jest idealnym rozwiązaniem do zastosowań w trudnych warunkach przemysłowych. Wysoki współczynnik MTBF określa bezawaryjną pracę urządzenia przez 1 516 457 godzin. ELMARK Automatyka Sp. z o.o. www.elmark.com.pl

Fot. HARTING, Peltron, Phoenix Contact, Elmark Automatyka

Durabook S15H – nowa generacja przemysłowej „piętnastki” W kwietniu firma Elmark Automatyka wprowadziła do sprzedaży odświeżoną wersję notebooka Durabook S15, tym razem oznaczonego literą H. Durabook to seria notebooków o wzmocnionej obudowie wykonanej ze stopu magnezu, dzięki której są one wyjątkowo odporne na uszkodzenia mechaniczne, upadki oraz wibracje. Producent wyposażył je także w odporną na zachlapania Promocja

klawiaturę. Notebooki z tej serii, poza wytrzymałością, wyróżnia coraz rzadziej spotykany w produktach konkurencji port RS-232. Najważniejszą innowacją jest obecność chipsetu Intel HM86, dzięki któremu konstrukcja jest kompatybilna z procesorami Intel Core IV generacji. Notebook został wyposażony w matrycę o rozdzielczości Full HD 1920 × 1080. Inne istotne zmiany to zamiana portu

VGA na HDMI oraz upgrade portów USB do standardu 3.0. Producent deklaruje ponadto wydłużenie czasu pracy na baterii do siedmiu godzin, co jest możliwe dzięki energooszczędnym procesorom z rodziny Haswell. W Polsce Durabook S15H jest dostępny w dwóch konfiguracjach: podstawowej, z matrycą Full HD i procesorem Intel Core i5-4300M oraz ekonomicznej, z matrycą

HD i procesorem Intel Pentium 3550M.

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

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2014

Nowości Nowe produkty

RS Components rozszerzył ofertę o produkty Delphi Automotive, wiodącego globalnego dostawcy technologii dla rynku motoryzacyjnego i pojazdów użytkowych – systemy złączy o wyjątkowej szczelności, przeznaczone do różnorodnych zastosowań na rynku motoryzacyjnym. Jedną z wprowadzonych przez RS Components linii produktów Delphi Automotive jest seria złączy Weather Pack. Są to szczelne, zabezpieczone przed czynnikami środowiska złącza, przeznaczone do stosowania w trudnych warunkach, takich jak ekstremalna temperatura czy obecność substancji che-

micznych i płynów, typowych dla zastosowań motoryzacyjnych. Złącza zostały wyposażone w powlekane cyną końcówki zaciskowe ze specjalnymi widełkami, które umożliwiają wykonywanie połączeń zagniatanych, eliminując potrzebę lutowania. Inna nowość Delphi Automotive w ofercie RS Components to złącza MetriPack, dostępne w wersji z obudową uszczelnianą lub nieuszczelnianą i odpowiednie do zautomatyzowanych procesów montażu zatrzaskowego (pull-to-seat) i wciskanego (push-toseat). Zagniatanie zacisków odbywa się dwuetapowo.

Terminale BGS5T i EHS6T firmy GEMALTO Firma Gemalto, producent modułów Cinterion, jeden ze światowych liderów w zakresie produkcji rozwiązań GSM, wprowadził do oferty nową serię terminali, wyposażonych w procesor ARM. Do najważniejszych właściwości nowych terminali, wyróżniających je na tle konkurencji, należą m.in. wbudowana obsługa Javy (ME 3.2) oraz różnorodne opcje zamocowania urządzenia – na szynie DIN, na szynie C, za pomocą śrub oraz opaskami kablowymi, dzięki czemu idealnie nadają się one do wielu zastosowań – telemetrii, monitoringu, transportu i logistyki, branży ochroniarskiej i wielu

Obudowy metalowe naścienne Cubo E oraz do zacisków Cubo F, w wymiarach od 150 mm × 150 mm do 800 mm × 1200 mm, przeszły pomyślnie certyfikację UL. Oznacza to, że spełniają one rygorystyczne wymagania dla środowiska typu 4X, które są powszechnie wymagane w przemyśle. Certyfikat UL dotyczy obudów stosowanych zarówno wewnątrz pomieszczeń, jak i na zewnątrz i zapewnia ochronę przed korozją, nawiewanym deszczem, pyłem, wodą czy Promocja

dostępny w jednej z dwóch wersji – USB lub LAN. Wszystkie terminale mają port RS-232.

Obudowy metalowe z certyfikatem UL

REKLAMA

innych. Terminal BGS5T to ekonomiczne rozwiązanie 2G przeznaczone do aplikacji, które nie wymaga szybkiej wymiany danych. Do nowych aplikacji oraz takich, w których liczy się szybkość przesyłu informacji, zdecydowanie bardziej nadaje się terminal EHS6T wyposażony w szybszy procesor,

uszkodzeniami wynikającymi z oblodzenia. Podczas testu typu 4X jest sprawdzana m.in. odporność na 600-godzinne działanie mgły solnej oraz 1200-godzinne działanie dwutlenku węgla i powietrza o wysokiej zawartości siarki. Dopiero po pomyślnym przejściu tych rygorystycznych prób obudowę można zakwalifikować do grupy odpornych na korozję. Inne wymogi dotyczące certyfikacji UL dla obudów przemysłowych zostały podane w normie UL 508A. Dotyczą one m.in. określonej dla każdego typu obudowy grubości blachy, standardu konstrukcji nośnej i otworu drzwiowego. Obudowy metalowe Ensto spełniają wszystkie wymagania powyższej normy.

Fot. RS Components, Elhurt, Ensto, Sabur, .steute

RS COMPONENTS rozszerza ofertę złączy

Zdalny dostęp z routerem Ubiquity

Fot. RS Components, Elhurt, Ensto, Sabur, .steute

Routery Ubiquity firmy ASEM zapewniają zdalny dostęp serwisowy – przez Ethernet lub GSM – do urządzeń firm trzecich, podpiętych do systemu Ubiquity i mogą być użyte z dowolnym urządzeniem automatyki. Za ich pośrednictwem urządzenia wyposażone jedynie w porty szeregowe są dostępne także przez sieć Ethernet.

Bezpieczne połączenie VPN między routerem a komputerem serwisowym zapewnia dostęp do funkcji serwisowania i nadzoru urządzeń wchodzących w skład zdalnej podsieci

i realizację pozostałych funkcji oferowanych przez Ubiquity (czat, zdalny pulpit i inne). Po nawiązaniu połączenia z urządzeniem danego producenta dalsze czynności programistyczne i serwisowe są wykonywane za pomocą oprogramowania narzędziowego danego urządzenia. Routery RKxx są oferowane w dwóch wersjach: Ethernet (RK10) i Ethernet oraz GSM (RK11), które umożliwiają dostęp do maszyn i instalacji bez użycia przewodowego połączenia internetowego. Oba typy urządzeń mają wbudowane interfejsy: 2 × Ethernet, RS-232/422/485, USB 2.0, a także dwa wejścia cyfrowe 24 V i dwa wyjścia cyfrowe 24 V DC – 200 mA. RK11 są wyposażone w modem 2G/3G/3G + EDGE/HSPA. Producent zapowiada też udostępnienie kolejnych wersji routerów Ubiquity z dodatkowymi możliwościami, jak rejestrowanie i logowanie danych historycznych, a także obsługa alarmów e-mail/sms (rodzina RMxx).

Przeciwwybuchowe czujniki indukcyjne

Dział Extreme firmy .steute rozszerzył ofertę solidnych, cylindrycznych czujników indukcyjnych wykonanych ze stali nierdzewnej o produkty dostępne w wersji przeciwwybuchowej, z certyfikatami ATEX i IECEx. Czujniki dostępne są w czterech średnicach: M8, M12, M18 i M30. Przeznaczone są do montażu wpuszczanego, jak i niewpuszczanego oraz do pracy w strefach Ex 0 (gazowej) i 20 (pyłowej). Do ewaluacji sygnałów przeznaczone są specjalne wzmacniacze iskrobezpieczne. Urządzenia zaprojektowane zostały jako dwuprzewodowe

czujniki zasilane napięciem stałym (Namur), z wyjściami zwiernymi PNP. Warunki środowiskowe nie mają wpływu na niezawodność działania. Wysoka częstotliwość przełączania i duży zakres temperatury pracy pozwalają na szerokie zastosowanie zarówno w strefach zagrożonych wybuchem, jak i poza nimi. Czujniki indukcyjne Ex zamykają ofertę bezdotykowej aparatury łączeniowej .steute z działu Extreme, stanowiąc wygodną alternatywę dla wyłączników elektromechanicznych i konwencjonalnych czujników magnetycznych.

Dział powstaje we współpracy z portalem

REKLAMA

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2014

Temat numeru DIAGNOSTYKA PRZEMYSŁOWA

Termin „diagnostyka” kojarzy się z medycyną – nauką zajmującą się m.in. rozpoznawaniem chorób na podstawie ich objawów. Nie inaczej jest w diagnostyce technicznej, która obejmuje rozpoznanie uszkodzeń i sytuacji alarmowych oraz ma na celu szybką lokalizację i wyeliminowanie usterek w celu zapobieżenia poważnym awariom i przestojom.

W rozwijanej w Polsce od ponad 30 lat diagnostyce wyróżnia się dwa obszary. Diagnostyka maszyn zajmuje się oceną stanu urządzeń mechanicznych za pomocą badań bezpośrednich i badań pośrednich procesów towarzyszących funkcjonowaniu tych urządzeń – tzw. procesów resztowych (o charakterze mechanicznym, elektrycznym, termicznym itp.). Szczególną rolę odgrywają procesy wibroakustyczne (drgania i hałas) – stąd określenie diagnostyka wibroakustyczna. Diagnostyka procesów przemysłowych dotyczy natomiast rozpoznawania zmian stanów procesów, których przyczynami są uszkodzenia i inne zdarzenia destrukcyjne, takie jak np. zużycie. Zadaniem diagnostów jest wczesne wykrywanie i dokładne rozpoznawanie (rozróżnianie) powstających uszkodzeń. Współczesne procesy technologiczne, obecne w kluczowych gałęziach przemysłu (chemicznym, hutniczym, energetycznym, spożywczym) mają architekturę rozproszoną. Mimo doświadczenia techno-

logów i automatyków, projektantów oraz integratorów, a także mimo stosowania urządzeń o dużej niezawodności, trudno uniknąć uszkodzeń elementów instalacji technologicznych, urządzeń pomiarowych, elementów wykonawczych, układów logicznych oraz systemów komunikacji. Awaria któregokolwiek z nich może unieruchomić część systemu, powodując poważne uszkodzenia. Ewentualne awarie grożą katastrofami o zróżnicowanych skutkach: gospodarczych (np. zniszczenie instalacji technologicznej), ekologicznych (np. skażenie środowiska naturalnego), społecznych (np. utrata pracy), ale mogą też stanowić zagrożenie dla życia ludzi. Zwykle powodują zakłócenia przebiegu procesu produkcyjnego, zmniejszają jego wydajność, niekiedy prowadzą też do zatrzymania procesu i zawsze powodują znaczne straty finansowe. Statystyki i analizy przyczyn awarii pokazują, że najczęściej są to błędy ludzkie oraz uszkodzenia aparatury obiektowej – układów wykonawczych i pomiarowych. Ich

Fot. iStock, InduSoft

Zdążyć przed awarią

bieżąca diagnostyka polega na detekcji, lokalizacji i identyfikacji uszkodzeń. Systemy SCADA (ang. Supervisory Control and Data Acquisition) ułatwiają kontrolę procesów technologicznych, sterowanie nadrzędne, archiwizowanie danych procesowych oraz zdarzeń. Do najważniejszych komponentów systemów SCADA należą moduły alarmowania, których zadaniem jest rozpoznawanie stanów odbiegających od normy. Stanowią one najprostszą i bardzo niedoskonałą wersję systemu diagnostycznego realizującego detekcję uszkodzeń. Stosowane metody sygnalizowania sytuacji alarmowych mają wiele wad, takich jak: • duża liczba alarmów sygnalizowanych w krótkim czasie (w przypadku groźnych uszkodzeń), • brak możliwości detekcji niektórych uszkodzeń i/lub duże opóźnienia detekcji, • brak mechanizmów wnioskowania, ułatwiających lokalizację uszkodzenia. Detekcja uszkodzeń w systemach diagnostycznych bazuje na stosowaniu modeli analitycznych elementów instalacji technologicznej i polega na porównaniu i ocenie różnicy między wartością mierzoną a wartością modelowaną. W wyniku analizy sygnałów diagnostycznych wskazywane są uszkodzone elementy i następuje lokalizacja uszkodzeń. Niezbędna jest tu wiedza ekspercka umożliwiająca powiązanie sygnałów diagnostycznych z uszkodzeniami prostymi lub złożonymi regu-

występują sporadycznie. Zarówno podczas detekcji uszkodzeń, jak i ich lokalizacji stosowana jest logika rozmyta w celu wyeliminowania niepewności pomiarów, zakłóceń, szumów pomiarowych oraz niedokładności modelowania.

Systemy diagnostyczne procesów przemysłowych Podstawowym celem systemów diagnostycznych jest wczesne wykrywanie i lokalizacja powstających uszkodzeń oraz ich dokładne rozróżnianie, a także wsparcie operatorów w obsłudze stanów awaryjnych. Celem diagnostyki jest też określenie przyszłych stanów obiektu, jak również wyprzedzenie i przeciwdziałanie uszkodzeniom, awariom oraz sytuacjom kryzysowym. Realizacja zadań postawionych przed systemami diagnostycznymi jest trudna ze względu na złożoność instalacji technologicznych, zawierających nawet tysiące urządzeń pracujących w trudnych warunkach, co implikuje możliwość występowania dużej liczby różnorodnych uszkodzeń. Dodatkowo na system diagnostyczny nakładane są liczne ograniczenia, wynikające ze specyfiki procesów przemysłowych: • diagnostyka musi być realizowana na bieżąco, na podstawie dostępnych danych, • struktura procesu ulega częstym zmianom, • brak danych pomiarowych charakteryzujących stany awaryjne,

Fot. iStock, InduSoft

Przykładowe sekwencje alarmów w systemie Wonderware InTouch

łami typu: jeśli symptom si to uszkodzenie fk. W złożonych procesach technologicznych zebranie danych pomiarowych dla wszystkich stanów awaryjnych obiektu jest niemożliwe, niektóre z nich

• brak możliwości modelowania obiektów z uwzględnieniem wpływu uszkodzeń, • brak możliwości budowy modeli opisujących zjawiska fizyczne,

• skumulowanie i konieczność przetwarzania informacji niepewnych, • zmieniający się (rosnący wraz z upływem czasu) poziom wiedzy o diagnozowanym procesie. Diagnostyka w układach automatyki powinna być realizowana na wszystkich poziomach i powinna uwzględniać: • diagnostykę komunikacji w systemie, • diagnostykę elektronicznych modułów systemu sterującego, • diagnostykę inteligentnych urządzeń pomiarowych i wykonawczych, • diagnostykę procesu. System diagnozowania procesów przemysłowych powinien być wyposażony w algorytmy diagnozowania, które uwzględniają i efektywnie rozwiązują wymienione problemy. Takich rozwiązań nie oferują firmy z branży automatyki.

Systemy AMandD i DiaSter Systemy AMandD oraz DiaSter realizują metody podwyższenia odporności systemu diagnostycznego. Głównym zadaniem opracowanego w Instytucie Automatyki i Robotyki Politechniki Warszawskiej systemu AMandD jest wczesne i dokładne rozpoznawanie nieprawidłowych stanów procesu przemysłowego oraz uszkodzeń urządzeń technologicznych, wykonawczych i pomiarowych. W stanach odbiegających od normy i awaryjnych system wspomaga operatorów procesu, przekazując im generowane diagnozy o uszkodzeniach oraz komunikaty doradcze, informujące o niezbędnych działaniach zabezpieczających. Diagnozy te określają stan procesu dokładniej niż sekwencje alarmów generowanych we współczesnych systemach automatyki. System jest wyposażony w zaawansowane narzędzia do modelowania obiektów i tworzenia programowych sensorów i analizatorów. Rozbudowany moduł przetwarzania zmiennych umożliwia budowę symulatorów procesów. System może być stosowany m.in. w przemyśle chemicznym, farmaceutycznym, energetycznym, hutniczym i spożywczym. Podstawowe zadania systemu AMandD to: • modelowanie i symulacja, • detekcja i lokalizacja uszkodzeń, • wizualizacja oraz wspomaganie decyzji operatorów, • przetwarzanie zmiennych oraz wirtualne sensory i analizatory. System AMandD może współpracować ze zdecentralizowanymi systemami automatyki DCS (ang. Distributed Control Systems) oraz z systemami nadzorowania i monitorowania procesów (SCADA).

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2014

Temat numeru DIAGNOSTYKA PRZEMYSŁOWA

Poziom zarządzania

Poziom procesowy

Poziom obiektowy

Struktura informacyjna przedsiębiorstwa

nadrzędnego strojenia oraz adaptacji pętli regulacyjnych w sterownikach współpracującego systemu automatyki. Udoskonalono też platformę informatyczną systemu. System (podobnie jak AMandD) zawiera implementację szerokiej gamy najnowszych algorytmów z zakresu obliczeń inteligentnych stosowanych do modelowania, sterowania nadrzędnego, optymalizacji, detekcji i lokalizacji uszkodzeń. Otwarta architektura systemu DiaSter umożliwia połączenie z dowolnym systemem automatyki.

Diagnostyka przemysłowych sieci komunikacyjnych Kręgosłupem nowoczesnych procesów technologicznych są sieci przemysłowe odpowiadające za komunikację w systemie, gdzie prowadzona jest automatyzacja na dużą skalę i gdzie wykonywane są pomiary oraz sterowanie pracą urządzeń. Są one nieodzowną częścią maszyn oraz instalacji technologicznych. Poprawna komunikacja ma charakter krytyczny z punktu widzenia technologii, ekonomii i bezpieczeństwa prowadzenia procesu, szczególnie w przypadku systemów DCS.

Warunki przemysłowe Zanieczyszczenia, szeroki zakres temperatury, wilgotność, hałas, zakłócenia elektromagnetyczne, drgania, wstrząsy oraz uderzenia, zapylenie, duże odległości, duża liczba urządzeń, wycieki, naprężenia mechaniczne oraz opary i oleje to czynniki, które charakteryzują warunki przemysłowe. Specjalne warunki przemysłowe wiążą się z zagrożeniem wybuchem, obecnością substancji chemicznych (zakwaszenie, korozja), obcowaniem z materią biologiczną, pracą w trudnych warunkach (na wysokości, pod ziemią, na morzu, w powietrzu oraz podczas ruchu). Dane w sieciach przemysłowych są przesyłane często, ale w małych porcjach. Reprezentują wyniki pomiaru, rozkazy start/stop, alarmy, a także wartości zadane dla układów regulacji itd. Zazwyczaj informacja ma postać jednego bitu lub jednego słowa. Sieciom przemysłowym stawiane są wygórowane wymagania, do których należą: wysoka niezawodność, przewidywalność/determinizm procesu komunikacji, praca w czasie rzeczywistym, efektywność w przekazywaniu krótkich wiadomości, standaryzacja interfejsów, łatwość podłączania dużej liczby urządzeń obiektowych, możliwość podłączenia do zewnętrznych sieci oraz proste lokalizowanie usterek. W aplikacjach przemysłowych stosowane są różne standardy sieciowe

7. Application Layer (Warstwa aplikacji) 6. Presentation Layer (Warstwa prezentacji) 5. Session Layer (Warstwa sesji) 4. Transport Layer (Warstwa transportowa) 3. Network Layer (Warstwa połączeń) 2. Data Link Layer (Warstwa danych) 1. Physical Layer (Warstwa fizyczna) Model warstwowy protokołów komunikacyjnych

– zarówno specjalizowane, jak też bazujące na protokołach otwartych, zaczerpniętych z klasycznych sieci komputerowych, w tym z Ethernetu. Sieci przemysłowe, tzw. sieci polowe (ang. fieldbus), zaliczają się do grupy sieci lokalnych, których wielkość uzależniona jest od wielkości sterowanej instalacji. Sieci te mogą być łączone z innymi segmentami sieci ogólnozakładowych, stając się elementem niejednorodnej sieci rozległej. W strukturze informacyjnej przedsiębiorstwa można wyróżnić trzy poziomy: • poziom obiektowy (ang. field) – czujniki i przetworniki pomiarowe, koncentratory sygnałów pomiarowych, urządzenia wykonawcze, wyspy zaworowe, rozproszone układy wejść/wyjść, • poziom procesowy (ang. process) – systemy DCS, systemy SCADA, regulatory wielofunkcyjne i sterowniki swobodnie programowalne PLC, • poziom zarządzania (ang. business) – analizy i raporty ekonomiczne, optymalizacja procesu produkcyjnego.

Transmisja szeregowa W sieciach przemysłowych stosowana jest szeregowa komunikacja między elementami sterowania, jakimi mogą być pojedyncze sterowniki mikroprocesorowe lub sterowniki PLC, stanowiące część sieci monitorujących, sieci sterujących i nadzorujących, np. Modbus, PROFIBUS, CANopen, DeviceNet. Niezbędna jest też komunikacja między sterownikami mikroprocesorowymi a peryferiami, bez których współczesny układ sterowania nie może istnieć. Peryferiami są przetworniki A/C i C/A, układy rozszerzeń portów, pamięci nieulotne, zegary czasu rzeczywistego, wszelkie czujniki itp. Do wymiany informacji między tymi urządzeniami stosowane są interfejsy SPI, 1-WIRE, I2C.

Model OSI i stosowane topologie Informacje przesyłane są w sposób szeregowy ze względu na proste łączenie

Fot. PROFIBUS PNO Polska

Dane pomiarowe są wymieniane między systemem diagnostycznym AMandD oraz systemem automatyki w postaci cyfrowej za pomocą standardu OPC. Badania systemu AMandD przeprowadzono w laboratorium do diagnozowania instalacji generatora pary Uniwersytetu w Lille. System wdrożono pilotażowo w 2004 r. do diagnozowania części instalacji IDR w zakładzie produkcji mocznika w Zakładach Azotowych Puławy oraz do diagnostyki stacji wyparnej w Cukrowni Lublin. W 2008 r. prowadzono pilotażowe testy systemu AMandD w PKN Orlen na instalacji hydroodsiarczania gudronu (HOG). Zadaniami systemu jest wczesne wykrywanie i lokalizacja uszkodzeń urządzeń pomiarowych i wykonawczych w obrębie pieca H302 oraz kolumny destylacji próżniowej C303. Ma to na celu ograniczenie ryzyka wystąpienia stanów niebezpiecznych i awaryjnych w instalacji, a tym samym przestojów. Odrębnym zadaniem jest monitorowanie stopnia zakoksowania aparatów technologicznych pieca oraz kolumny destylacji próżniowej na podstawie bieżącej oceny stanu technicznego instalacji. Program DiaSter jest rozszerzoną funkcjonalnie i programowo wersją systemu AMandD, rozwijaną przez zespół specjalistów z Politechnik: Warszawskiej, Śląskiej, Rzeszowskiej oraz Uniwersytetu Zielonogórskiego. Głównym jego zadaniem jest realizacja zaawansowanych funkcji modelowania procesów, sterowania nadrzędnego, optymalizacji oraz diagnostyki procesów przemysłowych. System udostępnia zaawansowane narzędzia do modelowania obiektów niezbędnych do sterowania, nadzoru, optymalizacji i diagnostyki procesów. Umożliwiają one tworzenie programowych sensorów i analizatorów oraz wydobywanie wiedzy z baz danych systemów SCADA i DCS. Dzięki rozbudowanemu modułowi przetwarzania zmiennych procesowych można realizować symulatory procesów. System realizuje zaawansowane algorytmy sterowania nadrzędnego oraz optymalizacji punktów pracy procesów. Udostępnia narzędzia do

urządzeń w sieć. Połączenia szeregowe są łatwiejsze w realizacji, tj. w układaniu i ekranowaniu. Elementy transmisji szeregowej emitują mniej zakłóceń i są na nie bardziej odporne. Łatwo też stosować izolację galwaniczną między takimi elementami transmisji. Podobnie jak w przypadku sieci komputerowych, dla sieci przemysłowych obowiązuje model referencyjny ISO/OSI dzielący systemy sieciowe na siedem warstw, współpracujących ze sobą w ściśle określony sposób. W sieciach przemysłowych dostępne są usługi warstw 1., 2. oraz 7. Bazą, na której zbudowany jest model referencyjny OSI, jest warstwa fizyczna (ang. Physical Layer). Określa ona wszystkie składniki sieci niezbędne do obsługi elektrycznego, optycznego lub radiowego wysyłania i odbierania sygnałów. Warstwa fizyczna składa się z czterech obszarów funkcjonalnych: mechanicznego, elektrycznego, funkcjonalnego i proceduralnego. W przemysłowych sieciach warstwę fizyczną stanowią kable sieciowe – miedziane (współosiowe lub skręcane) lub światłowody. Przetwarzanie danych obiektowych polega na zamianie informacji na sygnał, który będzie przesyłany (elektryczny, świetlny, radiowy). Stosowane sieci mają najczęściej topologię magistrali. W rozwiązaniach przemysłowych zwykle stosowane są warianty redundantne zwiększające niezawodność. Obejmują one wszystkie mechanizmy potrzebne do obsługi transmisji danych, takie jak techniki sygnalizacyjne, napięcie elektryczne powodujące przepływ prądu elektrycznego przenoszącego sygnał, rodzaje nośników i odpowiadające im właściwości impedancji, elektroniczne składniki kart sieciowych, a nawet fizyczny kształt złącza używanego do przyłączenia nośnika. Przykładami mechanizmów, które potrzebne są do obsługi przesyłania danych, lecz nie należą do zakresu warstwy fizycznej, są nośniki fizyczne oraz koncentratory.

Fot. PROFIBUS PNO Polska

Funkcje warstwy fizycznej Warstwa fizyczna przesyła i odbiera sygnały zaadresowane do wszystkich protokołów jej stosu oraz do końcowych aplikacji. Wykonywane funkcje są związane z nadawaniem i/lub odbieraniem danych. W pierwszym przypadku (nadawanie danych) warstwa fizyczna: • zamienia dane znajdujące się w ramkach na strumienie binarne, • realizuje metodę dostępu do nośnika, jakiej żąda warstwa łącza danych, • przesyła ramki danych szeregowo w postaci strumieni binarnych.

W przypadku odbierania danych konieczne jest: • oczekiwanie na transmisje przychodzące do urządzenia hosta i do niego zaadresowane, • odbiór odpowiednio zaadresowanych strumieni, • przesyłanie binarnych strumieni do warstwy danych w celu złożenia ich z powrotem w ramki. Wymienione działania nie uwzględniają weryfikowania integralności danych. Warstwa fizyczna nie ma mechanizmów rozpoznawania znaczenia wysyłanych ani odbieranych danych. Służy wyłącznie przesyłaniu logicznych zer i jedynek. Warstwa fizyczna, w postaci określonej przez model referencyjny ISO/OSI, składa się ze wszystkich procesów, mechanizmów, elektroniki oraz protokołów wymaganych do wysyłania i odbierania binarnych strumieni danych. W specyfikacji warstwy fizycznej technologii LAN zamieszczone są oczekiwania odnośnie wydajności nośnika łączącego komunikujące się ze sobą urządzenia. Model nie określa jednak samego rodzaju nośnika. To warstwa fizyczna definiuje, jakim medium przesyłane są dane (dla RS-485 jest to skrętka), jaki jest sposób łączenia urządzeń w sieć (tranceiver RS-485), liczbę elementów w sieci, a także formę przesyłania danych.

Funkcje warstwy danych Warstwa 2. – warstwa danych (ang. Data Link Layer) zapewnia komunikację na poziomie telegramów z potwierdzeniem i bez potwierdzenia typu broadcast. Dostęp do łącza może być stochastyczny lub deterministyczny. W pierwszym przypadku najczęściej stosowane są metody CSMA/CD (ang. Carrier Sense Multiple Access/Colission Detection). W modelu deterministycznym podstawowe działania to przekazywanie znacznika oraz odpytywanie. Warstwa danych opisuje sposób adresowania urządzeń w sieci,

detekcję błędów i sposób potwierdzania poprawności przesłanych informacji. W sieciach przemysłowych determinizm czasowy dostarczania informacji gwarantuje sprawną i bezpieczną pracę rozproszonych układów regulacji i sterowania.

Funkcje warstwy aplikacji Warstwa 7. – warstwa aplikacji (ang. Application Layer) zapewnia komunikację na poziomie zmiennych oraz określa sposób wykorzystania przez użytkownika danych przesyłanych w postaci aplikacji sterującej procesem lub nadzorującej. Sterownik udostępnia szereg zmiennych, łańcuchów tekstu, tablic i rekordów, podając ich nazwy. Inne sterowniki mogą czytać lub zapisywać te zmienne, w zależności od ustawionych praw. Możliwa jest również kontrola aplikacji (sterowanie, zatrzymanie, restart itp.).

Diagnostyka sieci przemysłowych Obecnie na świecie funkcjonuje wiele różnych sieci przemysłowych, w których zaimplementowane są bardzo różnorodne mechanizmy i które korzystają z różnego okablowania. W efekcie poszczególne z nich są podatne na innego rodzaju usterki i różnią się specyfiką działania. Poniżej opisane zostały wybrane z nich.

Sieci PROFIBUS DP Sieć PROFIBUS DP, obecna na rynku sieci komunikacyjnych od ponad 20 lat, umożliwia realizowanie kompleksowych zadań komunikacyjnych. Prosty i szybki standard protokołu PROFIBUS DP (ang. Decentralized Periphery) jest bardzo popularny w rozproszonych sieciach polowych. Do najczęściej spotykanych przyczyn problemów w sieci PROFIBUS DP, powodujących trwały lub okresowy brak komunikacji, można zaliczyć: • nieprawidłowe wykonanie instalacji sieci PROFIBUS, m.in. ułożenie kabli niezgodnie z zaleceniami (np. niezachowanie wymaganych odległości od

Integracja sieci PROFIBUS i innych systemów sieciowych poprzez proxy z siecią PROFINET

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2014

Temat numeru DIAGNOSTYKA PRZEMYSŁOWA

• •

•

kabli siłowych), niewłaściwa instalacja i podłączenie konektorów, zmniejszenie odporności na zakłócenia przez przerwanie lub nieprawidłowe podłączenie ekranu kabla, użycie komponentów niezgodnych ze specyfikacją, zbyt duża liczba urządzeń w sieci/segmencie, przekroczenie dopuszczalnej długości kabla w sieci/segmencie, przy określonej prędkości sieci, brak lub nieprawidłowa terminacja na zakończeniach linii/segmentu, powodująca pogorszenie jakości sygnału elektrycznego w sieci PROFIBUS DP, szczególnie przy większych prędkościach, uszkodzenia kabla (np. przerwa lub zwarcie jednej z linii danych lub ekranu), uszkodzenie mechaniczne światłowodu w przypadku wykorzystania jako warstwy fizycznej kabli światłowodowych.

Sieci PROFINET PROFINET jest nowoczesnym standardem dla automatyki, opartym na sieci Industrial Ethernet. Umożliwia integrację i realizację automatyki procesowej oraz sterowanie napędami (Motion Control), integrację istniejących sieci polowych (np. PROFIBUS), bez konieczności modyfikacji istniejących urządzeń. PROFINET spełnia wymagania zawarte w normie IEC 61158. Charakteryzuje się zastosowaniem otwartych standardów, prostą obsługą i integracją istniejących urządzeń. Standard PROFINET ułatwia dostosowanie istniejących sieci PROFIBUS lub innych sieci polowych – umożliwia budowanie systemów zawierających różne segmenty Ethernet i sieci polowych. Standard PROFINET wykorzystuje różne warstwy w procesie komunikacji, różniące się wydajnością: • PROFINET przesyła dane niekrytyczne czasowo – parametry, dane konfiguracyjne, informacje o połączeniach – za pomocą kanałów TCP/UDP oraz IP, co umożliwia integrację poziomu auto-

nia lub uszkodzeń, wskazane jest stosowanie wtyczek, przewodów typu patch cord oraz gniazd obiektowych w wykonaniu przemysłowym.

Przykładowe narzędzia diagnostyczne Liczni producenci dostarczają specjalizowane narzędzia – testery oraz programy komputerowe do diagnostyki przemysłowych sieci komputerowych.

COMSOFT NetTEST II Przykładem testera jest NetTEST II opracowany przez COMSOFT. Jest to ręczne, przenośne narzędzie diagnostyczne sieci PROFIBUS DP, bazującej na RS-485. Dostarcza rozbudowaną informację o błędach w instalacji i montażu segmentów sieci PROFIBUS DP, co umożliwia instalatorowi sprawdzenie poprawności instalacji, a błędy na poziomie warstwy fizycznej mogą być wyeliminowane na bieżąco. Diagnostyka segmentu sieci PROFIBUS obejmuje m.in. pomiar długości linii, określenie możliwego zakresu prędkości pracy segmentu (ang. baudrate), pomiar impedancji segmentu sieci, udostępnienie informacji o poprawności zaterminowania segmentu, ciągłości linii, uszkodzeniach kabla, ciągłości ekranu, poprawności okablowania, zamianie żył w linii, o zwarciu, odbiciach (ang. microreflections), niedozwolonych długościach segmentów, niewłaściwej liczbie terminatorów lub ich braku, braku zasilania dla terminatorów, a także listę wykrytych urządzeń w segmencie i dostępnych stacji w sieci oraz amplitudzie sygnału RS-485 dla każdej ze stacji. NetTEST II jest wyposażony w pamięć danych, mieszczącą do 20 szczegółowych raportów w formacie ASCII, zgodnych z zaleceniami instalacyjnymi PNO (PROFIBUS User Organization). Raporty mogą być pobrane, przetwarzane i wydrukowane. Obsługa NetTEST II odbywa się za pomocą klawiatury 24-przyciskowej oraz graficznego wyświetlacza LCD. Czytelne menu prowadzi użytkownika przez kolejne testy.

Pakiet TH SCOPE + TH LINK

Tester NetTEST II

Wielofunkcyjny pakiet do szybkiej i precyzyjnej diagnostyki sieci przemysłowych PROFIBUS, PROFINET, EtherNet/IP oraz Modbus TCP został opracowany w firmie Trebing + Himstedt (polskim dystrybutorem jest SIMLOGIC. Centrum Rozwiązań Automatyki z sie-

Fot. INT TECHNICS, PROFIBUS PNO Polska, Trebing+Himstedt

Architektura sieci PROFINET IO

matyki z innymi sieciami informatycznymi zakładu (MES, ERP), • do transmisji danych procesowych krytycznych czasowo wewnątrz instalacji stosowany jest kanał czasu rzeczywistego – SRT (ang. Soft Real Time), zaimplementowany jako oprogramowanie w sterownikach, • dla aplikacji synchronizowanych czasowo dostępna jest komunikacji z izochronicznym kanałem czasu rzeczywistego (IRT), która zapewnia dokładność impulsów na poziomie 1 μs przy okresie zegara 1 ms. Rozproszone urządzenia polowe można integrować w sieci PROFINET IO. Stosowana jest tu podobna metoda działania, jak w przypadku sieci PROFIBUS DP, gdzie dane z fizycznych wejść/wyjść urządzeń polowych są cyklicznie przesyłane do sterownika PLC. PROFINET IO ma wbudowaną wielopoziomową diagnostykę, która ułatwia szybką lokalizację oraz usuwanie usterek. W chwili wystąpienia błędu uszkodzone urządzenie IO-Device generuje alarm diagnostyczny w sterowniku IO-Controller, który uruchamia odpowiednią procedurę w programie sterownika i zapewnia właściwą reakcję na błąd. Uszkodzenie urządzenia oznacza zwykle konieczność wymiany. Sterownik IO-Controller automatycznie przeprowadzi parametryzację i konfigurację wymienionego modułu. Dane diagnostyczne mają strukturę hierarchiczną i zawierają: numer slotu (moduł), numer kanału, typ kanału (wejść/wyjść), zakodowana przyczyna błędu (np. zwarcie, przerwanie przewodu), dodatkowe specyficzne informacje producenta. W przypadku wystąpienia błędu w kanale wejść/wyjść uszkodzone urządzenie również generuje alarm diagnostyczny w sterowniku, uruchamiający odpowiednią procedurę w programie sterującym. Dopiero po wykonaniu procedury obsługi błędu sterownik potwierdzi alarm w urządzeniu. Taki mechanizm zapewnia sekwencyjne przetwarzanie występujących błędów przez sterownik. Aby minimalizować ryzyko zatrzyma-

Dis

engin

Fot. INT TECHNICS, PROFIBUS PNO Polska, Trebing+Himstedt

dzibą w Łodzi). Diagnostyką są objęte nie tylko moduły sprzętowe i okablowanie, ale również wyższe warstwy komunikacji. TH SCOPE to oprogramowanie diagnostyczne dla sieci PROFINET i Industrial Ethernet, może w jednej aplikacji monitorować jednocześnie wiele protokołów komunikacyjnych. Dostęp do sieci jest realizowany za pomocą TH LINK. Oprogramowanie TH SCOPE umożliwia diagnozowanie wyższych warstw modelu ISO/OSI. Można w łatwy i szybki sposób rozpoznać topologię sieci, uzyskać wszystkie niezbędne informacje o każdym urządzeniu, również o wersji firmware oraz numery zamówieniowe. Przejrzyste i tekstowe informacje diagnostyczne pozwalają na szybką reakcję podczas wystąpienia awarii, a dzięki statystykom sieci można szybko określić uszkodzony moduł. TH LINK umożliwia dostęp do systemów komunikacyjnych i łączy struktury sieci wyższego poziomu z sieci. Całość uzupełnia oprogramowanie TH SCOPE Easy do diagnostyki sieci PROFINET. Sprawna diagnostyka przemysłowych sieci komunikacyjnych jest obecnie jednym z kluczowych elementów codzien-

Struktura oprogramowania diagnostycznego

nej pracy działów utrzymania ruchu na całym świecie.

Podsumowanie Diagnostyka sieci przemysłowych – odpowiadających za komunikację w rozproszonych przemysłowych instalacjach technologicznych oraz w nadzorujących ich pracę systemach automatyki i sterowania – doczekała się wielu rozwiązań. Producenci oferują specjalizowane testery oraz oprogramowanie ułatwiające identyfikację i lokalizację uszkodzeń oraz nadzorowanie poprawnej pracy.

Inaczej jest w przypadku diagnostyki samych procesów przemysłowych. W niewielkim stopniu pełnią tę rolę systemy SCADA. W przypadku dużej liczby alarmów (np. średnia dobowa liczba alarmów w przemyśle energetycznym wynosi około 2 tys., podczas gdy według zaleceń nie powinna przekroczyć 144) operatorzy nie nadążają z ich kwitowaniem. Jedynym rozwiązaniem są przedstawione systemy diagnostyczne – ich stosowanie zmniejsza liczbę awarii średnio o 90 proc. Zysk jest ogromny. Zaawansowana diagnostyka prowadzona w czasie rzeczywistym przynosi istotne korzyści: podwyższenie bezpieczeństwa i redukcję ryzyka technicznego, zwiększenie niezawodności systemu, ograniczenie strat w stanach z uszkodzeniem, redukcję kosztów remontu, eliminację przeciążenia informacyjnego obsługi przez system alarmowy. Należy oczekiwać, że w najbliższych latach priorytetem będzie wdrażanie systemów diagnostycznych w kluczowych procesach przemysłowych.

dr inż. Małgorzata Kaliczyńska PAR

REKLAMA

DiscoverKaizen engineering & production association

7 - 9 lipca 2014 r., Niemcy, Lipsk wyjazd z Wrocławia

Letnia Szkoła Lean Management proces produkcji w fabrykach: Porsche i BMW na żywo

www.langas.pl tel.: 22 696 80 20

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2014

Temat numeru DIAGNOSTYKA PRZEMYSŁOWA

Diagnostyka sieci przemysłowych w wykonaniu eksperckim struktury i przepływu danych, zarówno w zakresie rozwiązań biurowych, jak również we wszystkich sektorach automatyki przemysłowej – od aplikacji procesowych i przemysłu produkcyjnego po rozwiązania logistyczne i automatykę budynków. W artykule przedstawiono funkcjonalną diagnostykę sieci PROFIBUS w kontekście potrzeb aplikacji, oczekiwań użytkowników i sprawdzonych rozwiązań.

Zdolność wzajemnego komunikowania się urządzeń i stały dostęp do przejrzystych informacji są nieodzownymi składnikami przyszłościowych koncepcji zintegrowanej automatyki. Komunikacja staje się coraz bardziej bezpośrednia na wszystkich szczeblach hierarchii zainstalowanych rozwiązań i systemów. Rewolucja informacyjna w technologii automatyzacji jest sposobem na nowe,

Promocja

potencjalne oszczędności w optymalizacji systemów procesowych i stanowi ważny wkład na rzecz poprawy wykorzystania zasobów. W tym zakresie przemysłowe systemy komunikacyjne nabrały kluczowego znaczenia. Zapewniły jednocześnie wyraźną redukcję całkowitych kosztów oraz wzrost wydajności i jakości systemów automatyki. Do dyspozycji

użytkowników pozostają bardzo szerokie możliwości diagnostyki oraz dostęp do ważnych informacji w pracy służb utrzymania ruchu i serwisu. Obecnie sieci przemysłowe stanowią niekwestionowany standard w zakresie powszechnej implementacji do wszelkich rozwiązań automatyki. W Europie popularność zyskała sieć PROFIBUS, przeznaczona do zastosowania w rozproszonych systemach sterowania. Jej elastyczność umożliwia łączenie urządzeń o odmiennej funkcjonalności i architekturze sprzętowej, pochodzących od różnych producentów.

Standaryzacja rozwiązań dla sieci przemysłowych – PI i PICC Standard PROFIBUS ma już ponad 25 lat. Obecnie działa ponad 50 mln węzłów PROFIBUS oraz ponad 10 mln węzłów PROFINET. Nowe aplikacje są instalowane ze wskaźnikiem 2:1, co oznacza dwa urządzenia PROFIBUS na jedno urządzenie PROFINET. Wraz z rozwojem urządzeń tych standardów rozwija się organizacja zrzeszająca PROFIBUS

Fot. Simlogic.

Rozwój technologii informacyjnych (IT) przyczynił się do zmiany hierarchii,

Fot. 1. Topologia sieci oraz graficzna reprezentacja uczestników komunikacji

Fot. Simlogic.

and PROFINET International, będąca największą tego typu organizacją na świecie. Jest odpowiedzialna m.in. za standaryzację, certyfikację, badania oraz rozwój nowych produktów i standardów PROFIBUS, PROFINET, PROFIdrive, PROFIsafe. Organizacja reprezentuje zarówno producentów urządzeń dla wymienionych standardów, jak również użytkowników wspomnianych systemów. Obecnie na świecie funkcjonują 54 centra PICC w 27 krajach, działając pod wspólną nazwą organizacji – PROFIBUS and PROFINET International. W statusie organizacji PI znalazło się nieustanne wspieranie i rozwój standardów, a także technologii PROFIBUS, PORFINET, PROFIdrive i PROFIsafe, wraz z opracowywaniem nowych rozwiązań. PI realizuje dodatkowo zadania wsparcia technicznego dla użytkowników i producentów. Będąc największą organizacją użytkowników sieci przemysłowych na świecie, PI stwarza możliwości ciągłego rozwoju oraz dostępu do najnowszych technologii. Członkiem organizacji PI jest także firma

Fot. 2. Przykład instalacji sieci przemysłowych

SIMLOGIC., która od lat działa w strukturze Centrum Serwisowo-SzkoleniowoKompetencyjnego. W ubiegłym roku te działania zostały docenione i firma otrzymała status PICC – PROFIBUS and PROFINET International Competence Center z zakresu PROFIBUS, PORFINET, PROFIdrive. SIMLOGIC. jest członkiem organizacji PI Poland od 2008 r., a aplikacja firmy do PI o uzyskanie statusu PICC zyskała pozytywną ocenę krajowej organizacji PI w Polsce. Wniosek poparty był wieloletnim doświadczeniem zespołu SIMLOGIC., wynikającym z działalności firmy w zakresie: • promocji i aplikacji rozwiązań sieci przemysłowych PROFIBUS i PROFINET, • rozwiązań PROFIdrive i ich implementacji w rozwiązaniach Motion Control, • diagnostyki sieci przemysłowych PROFIBUS i PROFINET, • implementacji standardu PROFIsafe, • szkoleń technicznych, dotyczących komunikacji i diagnostyki,

• warsztatów technicznych, • promocji rozwiązań PICC na konferencjach, • publikacji artykułów technicznych, • współpracy krajowej z wieloma dostawcami rozwiązań komunikacyjnych, • współpracy międzynarodowej w zakresie sieci przemysłowych. Dołączenie do tak znakomitego grona stanowi dla firmy SIMLOGIC. znaczące wyróżnienie. 2 czerwca bieżącego roku, jako dyrektor firmy, miałem przyjemność uczestniczyć w Konferencji PICC w Erlangen, gdzie reprezentując SIMLOGIC. zaprezentowałem obecne nasze dokonania w zakresie automatyki, komunikacji i sieci przemysłowych.

Diagnostyka sieci PROFIBUS Dla prawidłowego funkcjonowania sieci PROFIBUS istotne jest, aby od początkowego etapu projektowania tej sieci komunikacyjnej uwzględniać wszystkie zalecenia norm i organizacji standaryzującej PROFIBUS&PROFINET PI, związane z prawidłowym projektowaniem, przygotowywaniem i wykonywaniem sieci PROFIBUS. Uwzględniając powyższe, przy projektowaniu i uruchamianiu sieci należy uwzględnić: • strukturę i topologię projektowanej sieci, • maksymalne dopuszczalne odległości między węzłami lub segmentami sieci, które związane są z liczbą urządzeń i prędkością transmisji, • właściwy wybór prędkości transmisji danych i jej dopasowanie do projektowanej aplikacji, • prawidłowy podział na segmenty, uwarunkowany liczbą urządzeń w sieci, • instalację złącz komunikacyjnych i diagnostycznych, zgodną z zaleceniami montażowymi i projektowymi,

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2014

Fot. 3. Graficzna reprezentacja diagnostyki komunikacji w sieciach przemysłowych

• poprawną terminację zakończeń linii i prawidłowe połączenia ekranowe kabla komunikacyjnego, • zastosowanie złączy, wtyczek, konektorów i przewodów, zgodnych ze specyfikacją standardu PROFIBUS, • poprawną instalację okablowania zapewnioną przez właściwe ułożenie kabli komunikacyjnych (zachowanie minimalnych odległości od przewodów zasilających, planowanie tras kablowych, ekranowanie), • unikanie możliwości powstawania uszkodzeń mechanicznych. Powyższe punkty stanowią zbiór podstawowych zasad, których stosowanie może pomóc w eliminacji głównych przyczyn powstawania problemów sieci komunikacyjnych już odebranych, wraz z maszyną czy systemem sterowania procesem. Bardzo często, zarówno przy projektowaniu, doborze, jak i wykonywaniu, popełniane są niezamierzone błędy, toteż odrębnym zagadnieniem sieci komunikacyjnych jest ich diagnostyka. O ile urządzeń i samych rozwiązań na rynku automatyki jest wiele, o tyle skuteczną akcję diagnostyczno-serwisową potrafią przeprowadzić tylko nieliczni fachowcy. Skuteczną, czyli eliminującą problem i umożliwiającą dalszą, bezawaryjną pracę, a nie jedynie wskazującą na wiele możliwości przyczyn powstawania awarii. Diagnostyka sieci PROFIBUS jest dostępna na różnych szczeblach

komunikacji standardu PROFIBUS, zgodnie z modelem komunikacji ISO/OSI opisującym standard (model wykorzystuje warstwy: 1 – fizyczna, 2 – danych oraz 7 – aplikacji). Można jej dokonać poprzez: • wykonanie podstawowych pomiarów elektrycznych z użyciem miernika, oscyloskopu, testera sieci, • testowanie warstwy fizycznej, np. za pomocą urządzeń przenośnych, takich jak np. BT-200 (Siemens), ProfiTrace (Procentec), PROFIBUS Tester (Softing), • zastosowanie oprogramowania inżynierskiego, • odczyt mechanizmu buforów diagnostycznych, • uruchomienie dodatkowych funkcji testujących, np. za pomocą SIMATIC STEP 7 (Siemens), • zastosowanie urządzeń diagnostycznych, np. Diagnostic Repaeter (Siemens) – istnieje możliwość sprawdzenia topologii, użycia bufora diagnostycznego, rejestratora tłumienia i badania odbić falowych sygnału, • zastosowanie urządzeń diagnostycznych, np. TH LINK PROFIBUS (T+H – Softing) – istnieje możliwość sprawdzenia stanu sieci, • zastosowanie dodatkowego oprogramowania oraz urządzeń, które dokonują odczytu z narzędzi takich jak Diagnostic Repeater, ale pozwalają uzyskiwać więcej informacji

z monitorowego systemu komunikacji przemysłowej (rozwiązania firmy Trebing&Himstedt Prozeßautomation, obecnie Softing, która to firma rozwija własną koncepcję diagnostyki systemów komunikacji celem zwiększenia niezawodności komunikacji instalacji przemysłowych). W ofercie SIMLOGIC. są audyty sieci przemysłowych oraz przywrócenie sieci do stabilnego funkcjonowania. Firma zapewnia kompleksową obsługę w zakresie projektowania, programowania, uruchamiania, diagnostyki i modernizacji sieci przemysłowych, a także prowadzi własne szkolenia projektowe i diagnostyczne w tym zakresie. SIMLOGIC., poza audytami i działaniami prewencyjnymi, proponuje klientom m.in. infolinię, całodobowy serwis i rozwiązania umożliwiające stałe monitorowanie sieci przemysłowych. Przeprowadzane audyty są opracowywane w formie raportu parametrów sieci, co pozwala dokładnie określić stan audytowanej linii lub sekcji. Na ich podstawie wskazywane są problemy i przyczyny pojawiających się błędów. Firma proponuje również rozwiązania problemów i stara się opracować działania pozwalające wyeliminować przyczyny ich występowania. W odróżnieniu od innych firm, w przypadku SIMLOGIC. usługa nie kończy się na samym audycie. Tak naprawdę dopiero wtedy zaczyna się praca. Po podaniu zaleceń audytowych jesteśmy w stanie zrealizować nasze zalecenia w praktyce celem doprowadzenia do eliminacji przyczyn powstawania awarii i uniknięcia zatrzymań linii produkcyjnych, sterowanych za pomocą sieci przemysłowych PROFIBUS, PROFINET i innych. Należy przypomnieć, iż użycie gotowych aplikacji diagnostycznych, opracowanych przez dostawców urządzeń, oraz generatorów standardowych raportów diagnostycznych, informujących o stanach sieci komunikacyjnych i wykonywanych podczas audytów komunikacji, jest dobrym punktem wyjściowym, ale nie wystarcza do rozwiązywania problemów. Nie ma też, niestety, jednego, idealnego urządzenia diagnostycznego do monitorowania i diagnostyki sieci przemysłowych, a w działaniach zaradczych czy serwisowych potrzebne jest nie tylko podejście teoretyczne, lecz także informacje dotyczące aplikacji, konfiguracji sprzętowej, parametrów urządzeń i cech uczestników komunikacji oraz samej instalacji. Od serwisanta wymagana jest także umiejętność interpretacji i opracowania otrzymywanych wyników

Fot. Simlogic.

Temat numeru DIAGNOSTYKA PRZEMYSŁOWA

Fot. Simlogic.

z różnych urządzeń diagnostycznych. Przede wszystkim jednak działania serwisowe i zaradcze wymagają dużej praktyki przemysłowej, a szczególnie podjęcia dodatkowych działań weryfikacyjnych i pomiarowych, często interdyscyplinarnych, obejmujących zakresem zagadnienia komunikacyjne, EMC, wpływ temperatury, oddziaływania pól elektromagnetycznych oraz zagadnienia dotyczące izolacji, ekranowania, uziemiania, wyrównywania potencjałów czy zagadnienia dotyczące zasilania, przepięć, zwarć oraz teorii propagacji i tłumienia sygnałów. Taką praktykę zdobywa się przez wiele lat i trzeba ją ciągle ugruntowywać podczas kolejnych serwisów, modernizacji i audytów. Nie może ona też być dziełem jednego człowieka – jest to niemożliwe, choćby z uwagi na rozległe obszary działań inżynieryjno-technicznych czy konieczność zastosowania narzędzi pomiarowych, wymagających osób z odpowiednimi uprawnieniami. Działania SIMLOGIC. w zakresie diagnostyki sieci przemysłowych, wykonywane przez poszczególnych specjalistów, koncentrują się wokół działań serwisowo-szkoleniowo-diagnostycznych. Z wieloma firmami SIMLOGIC. rozpoczyna współpracę od pomocy w rozwiązywaniu problemów, następnie zaś przechodzi do etapu wieloletniego wsparcia serwisowego oraz szkoleń specjalistycznych. Z innymi firmami współpraca koncentruje się głównie na stworzeniu silnej grupy utrzymania ruchu zakładu, a rolą SIMLOGIC. jest opracowanie odpowiedniej strategii szkoleniowej, obejmującej różnych dostawców i różnorodne rozwiązania, a także przygotowanie odpowiednich zestawów szkoleniowych, ćwiczeń praktycznych i materiałów. W związku z intensywnym rozwojem sieci IT i różnych protokołów komunikacyjnych producenci zaczęli stosować te rozwiązania w strukturach automatyki. PROFINET (połączenie PROFIBUS i Ethernet) spełnia wszystkie wymagania stawiane sieciom polowym, opartym na przemysłowym standardzie Ethernet. PROFINET jest następcą sieci PROFIBUS – dzięki temu, że jest oparty na sieci Ethernet, pozwala na przetwarzanie dużej ilości danych, szybką wymianę danych I/O oraz na automatyzację w czasie rzeczywistym. Do diagnostyki PROFINET stosuje się rozwiązania T+H, Siemens i inne. Bardzo ciekawym rozwiązaniem jest oprogramowanie TH LINK PC firmy T+H, za które SIMLOGIC. odebrał nagrodę

czytelników w konkursie Produkt Roku 2014, organizowanym przez miesięcznik „Napędy i Sterowanie”. TH LINK PC jest innowacyjnym narzędziem inżynierskim do diagnostyki sieci przemysłowych. Nowoczesne podejście do diagnostyki przełożyło się na takie cechy produktu, jak przejrzysty interfejs, łatwość użycia, brak konieczności zaawansowanej znajomości mechanizmów działania sieci przemysłowych oraz sposób przedstawienia danych, który pozwala szybko reagować na powstałe w sieci zakłócenia. Ponadto oprogramowanie umożliwia podłączenie do sieci przemysłowych i ich diagnostykę przez Internet, dzięki czemu zwiększa szybkość reakcji na jakiekolwiek problemy komunikacyjne.

Narzędzia w ofercie SIMLOGIC. Od kilku lat SIMLOGIC. jest dystrybutorem diagnostycznego oprogramowania i specjalistycznych urządzeń służących do diagnostyki sieci przemysłowych PROFINET, PROFIBUS oraz Industrial Ehternet. Firma promuje urządzenia, które sama stosuje w swoich

aplikacjach i których używa w działaniach serwisowych. Poniżej zaprezentowano sprzęt oraz oprogramowanie, które wspomaga działania w zakresie diagnostyki sieci przemysłowych.

Oprogramowanie TH SCOPE TH SCOPE (fot. 4) to oprogramowanie diagnostyczne dla sieci PROFIBUS, PROFINET i przemysłowego Ethernetu. TH SCOPE może jednocześnie monitorować w jednej aplikacji wiele standardów sieciowych i protokołów komunikacyjnych. Dostęp do sieci odbywa się za pomocą urządzenia diagnostycznego TH LINK opisanego poniżej. Aby korzystać z TH LINK dla sieci PROFIBUS, od użytkownika nie wymaga się żadnej specjalistycznej wiedzy na temat protokołów komunikacyjnych monitorowanego systemu. Informacje są przedstawione i dostarczone w łatwym do zrozumienia formacie. Użytkownicy otrzymują również konkretne zalecenia, mające na celu wyeliminowanie błędów w sieci. Alarmy automatycznie informują użytkowników

Fot. 4. Funkcje pakietu TH SCOPE oraz urządzenie TH LINK – monitorowanie i diagnostyka sieci przemysłowych

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2014

Temat numeru DIAGNOSTYKA PRZEMYSŁOWA

problemów. Bardzo użyteczne są funkcje monitorowania telegramów, wyznaczania topologii oraz możliwość współpracy z serwerem OPC.

Fot. 5. Przykładowa strona raportu z protokołu odbioru o stanie sieci PROFIBUS, generowanego za pomocą TH SCOPE oraz funkcje TH SCOPE urządzenia TH Link – lista diagnostyczna monitorowanych urządzeń

TH LINK PROFIBUS o problemach w sieci. Do zaawansowanej diagnostyki, pomiarów i raportowania używa się zabezpieczonego kluczem oprogramowania TH SCOPE, które obsługuje również pomiary odbiorcze z możliwością generacji raportów z przeprowadzonych prób. Badany stan sieci może być zapisany jako punkt odniesienia dla późniejszych porównań. Główne funkcje oprogramowania to: równoległy przegląd instalacji sieci PROFIBUS i PROFINET, stan sieci i urządzeń, wiadomości diagnostyczne z zaleconymi rozwiązaniami problemów, analiza dzienników zdarzeń urządzenia, Live List jako aktualna lista uczestników komunikacji, statystyki komunikacji, inwentaryzacja komunikacji, powiadomienia e-mailem, eksport danych, drukowanie raportów, określenie aktualnej i porównywanie badanej konfiguracji z konfiguracją odniesienia,

sprawozdania z odbiorów instalacji sieciowej z funkcją raportów odbiorczych, serwer OPC, topologia sieci PROFINET i monitor telegramów PROFIBUS. Wiele powyższych funkcji TH SCOPE zostało zaimplementowanych jako darmowe możliwości urządzenia TH LINK PROFIBUS, jednak dla właściwej interpretacji otrzymanych wyników osoba obsługująca oprogramowanie powinna mieć specjalistyczną wiedzę techniczną w tym zakresie. Od użytkownika wymaga się raczej zdrowego rozsądku, inżynierskiego podejścia i umiejętności rozwiązywania podstawowych problemów technicznych. Z uwagi na możliwość diagnostyki z poziomu przeglądarki Internetowej oraz funkcji alarmowych użytkownik dzięki temu rozwiązaniu otrzymuje szybki dostęp do informacji diagnostycznych, bardzo przydatnych w rozwiązywaniu

TH LINK umożliwia dostęp do systemów komunikacyjnych i łączy struktury sieci wyższego poziomu z poziomu sieci. Stanowi podstawę dla wszystkich produktów firmy Trebing+Himstedt, takich jak TH SCOPE, PROFIBUS SCOPE, biblioteki DTM, serwer OPC DP TACC i TH. W zależności od zastosowania TH LINK może być dostępny jako mobilny punkt dostępowy dla notebooków lub jako urządzenie zamontowane stacjonarnie. TH LINK jest szybki w montażu, instalacji i uruchomieniu. Dzięki możliwości zarządzania za pomocą przeglądarki internetowej może zostać skonfigurowany bez dodatkowego oprogramowania. Dostępna domyślna konfiguracja pozwala na rozpoczęcie pracy w zaledwie kilka minut. W celu uniknięcia zakłóceń w sieci przez nieautoryzowane zmiany konfiguracji wszystkie funkcje konfiguracyjne są chronione przez system zarządzania użytkownikami. Każdy TH LINK ma bezpłatny, prosty monitor TH SCOPE, pozwalający na rejestrację zdarzeń i statystyk sieci. Główne funkcje urządzenia to: połączenie między strukturą nadrzędną wyższego poziomu a poziomem polowym, dostęp do sieci, podstawowy TH SCOPE oraz biblioteki Trebing+Himstedt DTM, serwery OPC DP oraz TACC, zabezpieczenie dostępu przez zintegrowany system zarządzania użytkownikami, prosta preinstalacja TH SCOPE, możliwość zapisu ponad 4 tys. komunikatów, równoległy przegląd instalacji sieci PROFIBUS i PROFINET, testowanie stanu sieci i urządzeń, wiadomości diagnostyczne z zaleconymi rozwiązaniami problemów, analiza dzienników zdarzeń urządzenia, Live List jako aktualna lista uczestników komunikacji, statystyki komunikacji, inwentaryzacja komunikacji, powiadomienia e-mailem, eksport danych, drukowanie raportów, określenie aktualnej konfiguracji i porównywanie badanej z konfiguracją odniesienia, sprawozdania z odbiorów instalacji sieciowej z funkcją raportów odbiorczych oraz wyznaczanie topologii sieci PROFINET. TH LINK pozwala na odczyt, analizę i wyświetlanie danych z urządzenia Diagnostic Repeater firmy Siemens. Może pracować jako pasywne: transparentne, bez konieczności nadawania adresu sieciowego i instalacji

Fot. Simlogic.

Urządzenia diagnostyczne TH LINK

w analizowanej strukturze komunikacyjnej oraz jako aktywne: z przypisanym adresem sieciowym i zdefiniowanymi parametrami dla funkcji Master MCL2 (tzw. master acykliczny DP). Urządzenie można skonfigurować w taki sposób, aby automatycznie wysyłało e-maile i sms-y o stanie monitorowanej sieci.

Fot. Simlogic.

PROFIBUS SCOPE Oprogramowanie diagnostyczne PROFIBUS SCOPE umożliwia użytkownikom prostą analizę i testowanie sieci PROFIBUS. Różne tryby pracy zapewniają użytkownikom sieci PROFIBUS wszystkie informacje niezbędne do szybkiego wykrywania błędów i problemów. PROFIBUS SCOPE gwarantuje bezawaryjną pracę i dokumentację sieci PROFIBUS we wszystkich fazach fabrycznego cyklu monitorowanego urządzenia: od uruchomienia, przez prewencje serwisowe, aż po rozwiązywanie problemów podczas pracy. Podstawowe funkcje i tryby pracy oprogramowania PROFIBUS SCOPE: • tryb diagnostyczny: prosty, czytelny wyświetlacz z aktualnymi i archiwalnymi informacjami diagnostycznymi, wskaźniki graficzne stanu i tekstowe wiadomości diagnostyczne, wsparcie tekstowe plików GSE, automatycznie generowane raporty oraz porównanie pomiarów bieżących z poprzednimi, • tryb telegramów: wydzielone informacje nagłówkowe i danych na ekranie telegramów, wyszukiwanie, filtrowanie i uruchomienia funkcji, Live List, a także eksport danych w formacie csv, • tryb rejestracyjny: nagrywanie i długoterminowe przechowywanie telegramów, • tryb sygnałowy (fot. 6): zapis danych procesowych (cykliczne dane wejść/ wyjść) i wyświetlanie ich na wykresach. Na bazie powyższych rejestracji, przypominających zaawansowane narzędzia rejestracji przebiegów elektromechanicznych znane z techniki napędowej i realizacji zadań technologicznych, można obserwować zmiany sygnałowe i podejmować stosowne środki zaradcze, pozwalające na szybką eliminację awarii, związanej już nie tylko z samym medium. Oprogramowanie PROFIBUS SCOPE pozwala na pracę z następującymi procesorami komunikacyjnymi: xEPI 2/TH LINK, CP5611 i CP5512. Oprogramowanie obsługuje protokoły: DP, DP-V1, FMS, FDL/ MPI oraz PA. Licencja i zabezpieczenie programu korzystają z klucza USB.

Fot. 6. Oprogramowanie PROFIBUS SCOPE do zaawansowanej diagnostyki sieci oraz rejestrator trybu sygnałowego, pozwalający na rejestrację i graficzną prezentację danych procesowych

Urządzenie ma wiele ciekawych funkcji, potrzebnych w sprawnym testowaniu komunikacji. Główne funkcje urządzenia to: połączenie między strukturą nadrzędną wyższego poziomu a poziomem polowym, dostęp do sieci PROFIBUS, biblioteki Trebing+Himstedt DTM, serwery OPC DP oraz TACC, zabezpieczenie dostępu przez zintegrowany system zarządzania użytkownikami, możliwość zapisu ponad 4 tys. komunikatów, analiza stanu sieci i urządzeń, wiadomości diagnostyczne z zaleconymi rozwiązaniami problemów, analiza dzienników zdarzeń urządzenia, Live List jako aktualna lista uczestników komunikacji, statystyki komunikacji, inwentaryzacja komunikacji, powiadomienia emailem, eksport danych, drukowanie raportów, określenie aktualnej konfiguracji i porównywanie badanej z konfiguracją odniesienia oraz sprawozdania

z odbiorów instalacji sieciowej z funkcją raportów odbiorczych. Na fot. 8 przedstawiono możliwości rejestracji statystyk awarii sieciowych uczestników komunikacji. Graficzna interpretacja zdarzeń i powtórzeń podawana jest dla każdej stacji o unikalnym numerze sieciowym, wraz z liczbą powtórzeń zapytań uczestników komunikacji. Narzędzie umożliwia też odczyt, analizę i wyświetlanie danych z urządzenia Diagnostic Repeater firmy Siemens. Urządzenie może pracować zarówno jako pasywne: transparentne, bez konieczności nadawania adresu sieciowego i instalacji w analizowanej strukturze komunikacyjnej, jak i aktywne.

Aplikacje i serwis SIMLOGIC. SIMLOGIC. działa w szerokim spektrum i realizuje kompleksowo prace, które obejmują: PLC, komunikację, magazyny falowników, naprawy, całodobowy

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2014

Temat numeru DIAGNOSTYKA PRZEMYSŁOWA

w podanym zakresie, dlatego SIMLOGIC. współpracuje z centrami badawczymi, jednostkami naukowo-badawczymi, normalizacyjnymi i notyfikowanymi, w kraju i za granicą.

Fot. 7. Statystyki komunikacji sieciowej z zaznaczeniem procentowej rezerwy proporcji dla protokołu i pasma przenoszenia do wymiany danych

serwis, pomiary czasów dobiegu, pomiary elektromagnetyczne, diagnostykę sieci przemysłowych, ich projektowanie i wykonawstwo, umowy serwisowe z określonym czasem reakcji oraz umowy szkoleniowe i szkolenia przystosowane do oczekiwań klienta. Firma ma doświadczenie praktyczne w zakresie programowania i serwisowania urządzeń automatyki, układów regulacji, wizualizacji SCADA, systemów napędowych, komunikacji w sieciach przemysłowych i jej skutecznej diagnostyki, algorytmów sterowania maszyn i rozwiązań Motion Control, a także dostosowania maszyn

do wymagań bezpieczeństwa wraz z audytami bezpieczeństwa i pomiarami czasów dobiegu. SIMLOGIC. oferuje: • diagnostykę komunikacji przemysłowej, • diagnostykę linii technologicznych, • dobór i uruchomienia technik sterowania i napędów, • całodobowy serwis i diagnostykę urządzeń sterowania, techniki napędowej i komunikacji firm: AMK, Beckhoff, EATON i Siemens. Swoim kontrahentom firma stara się oferować kompleksowe usługi

Fot. 8. Prezentacja graficzna statystyk awarii sieciowych uczestników komunikacji

Oferowane przez SIMLOGIC. szkolenia łączą wiedzę teoretyczną ze zdobywaną latami praktyką zawodową. Istnieje możliwość wyboru szkoleń ukierunkowanych wyłącznie na aspekty komunikacyjne, np. wymianę danych w sieciach przemysłowych, komunikację z napędami wykorzystującymi profil PROFIdrive, a także szkoleń z zakresu diagnostyki sieci, omawiających lokalizowanie awarii i zwracające szczególną uwagę na profilaktykę i zapobieganie wszelkim nieprawidłowościom. Firma proponuje również szkolenia ukierunkowane na rozwiązania zastosowane w maszynach klienta. Oferta SIMLOGIC. obejmuje szkolenia specjalistyczne oraz autoryzowane stacjonarne, realizowane w profesjonalnie przygotowanych laboratoriach dydaktyczno-technologicznych znajdujących się w siedzibie firmy w Łodzi, a także szkolenia wyjazdowe, odbywające się u klienta, np. szkolenia przeznaczone dla służb utrzymania ruchu. Firma prowadzi szkolenia według autorskich programów SIMLOGIC., które można dostosować do oczekiwań klienta. SIMLOGIC. dysponuje szeroką bazą w pełni wyposażonych sal szkoleniowych, obejmujących sterowniki programowalne Siemens oraz korzystające z platformy CoDeSys, technikę napędową Eaton, Beckhoff, Siemens, a także komunikację przemysłową i diagnostykę sieci PROFIBUS/PROFINET. Motto przewodnie szkoleń prowadzonych w SIMLOGIC. stanowią słowa Konfucjusza: „Powiedz mi, a zapomnę, pokaż mi, a zapamiętam, pozwól mi zrobić, a zrozumiem”. Oferta firmy obejmuje również organizację warsztatów technicznych stacjonarnych i wyjazdowych, konferencji, badań i opracowań naukowo-technicznych oraz imprez promocyjnych i targów. Oferowane szkolenia, przystosowane specjalnie do potrzeb klienta, wymagają dużej odpowiedzialności, gdyż często działamy na pracujących maszynach. Nie da się ich zrealizować bez ogromnej wiedzy praktycznej, znajomości podstaw budowy i działania maszyn, nie zaś jedynie produktów, doświadczenia i praktyki zawodowej, zgranego zespołu fachowców i ich zaangażowania w projekt oraz odpowiedniego

Fot. Simlogic.

Szkolenia z komunikacji i jej diagnostyki

Fot. 9. Przykłady niepoprawnie wykonanych instalacji okablowania dla sieci PROFIBUS: a) dwie wtyczki zamiast repeatera oraz kabel niespełniający wymagań, b) zastosowanie końcówek do przewodów elektrycznych na złącze sieciowe, złe ekranowanie, c) nieodpowiedni przewód, niepoprawne ekranowanie

nakładu pracy. O efekty warto zapytać uczestników prowadzonych szkoleń oraz firmy współpracujące z SIMLOGIC. – to najlepsza rekomendacja.

Podsumowanie Skuteczną diagnostykę, przy założeniu poprawnie zaprojektowanej i wykonanej sieci PPROFIBUS, może zapewnić połączenie wyboru właściwych narzędzi diagnostycznych z umiejętnością analizy informacji otrzymanych z zastosowanego urządzenia diagnostycznego. Wtedy można zarówno usunąć awarię, jak i przyczynę awarii, a nie tylko jej skutek, oraz opracować i wdrożyć właściwe działania prewencyjne. Na podstawie praktyki inżynierskiej SIMLOGIC., opartej na rozwijaniu własnej koncepcji diagnostyki oraz wielokrotnych opracowaniach i wdrożeniach rozwiązań pozwalających na zwiększanie niezawodności

instalacji przemysłowych, stwierdzamy, iż wskazane są: • okresowe przeglądy instalacji komunikacyjnej, • testy instalacji, • wymiana złącz i okablowania sieciowego. Do poprawy skuteczności nie wystarczy sam zakup urządzenia diagnostycznego – trzeba też odpowiednio przygotować zespół pracowników: przeszkolić ich oraz wprowadzić działania prewencyjne i długofalowe plany wymian. W przeciwnym przypadku wieloletnie instalacje dadzą o sobie znać w postaci nieprzewidywalnych przerw w produkcji w najbardziej niespodziewanych chwilach. Eksperci SIMLOGIC. mają zarówno doświadczenie dydaktyczne, jak i wdrożeniowe. Firma dysponuje bardzo dobrym wyposażeniem dydaktycznym i bazą lokalową oraz zapleczem

serwisowym i magazynowym. Prowadzi też regularny, całodobowy serwis i współpracuje z firmami zagranicznymi. Wszystko to tworzy obraz firmy SIMLOGIC., która jest wyspecjalizowaną jednostką inżynieryjno-techniczną. Obejmuje ona swoim zasięgiem zarówno krajowe zakłady przemysłowe, jak i zagraniczne. Zespół SIMLOGIC. aktywnie działa na terenie całego kraju oraz współpracuje z partnerami zagranicznymi. Z ofertą firmy można zapoznać się na stronach internetowych: www.simlogic.pl oraz należącego do niej sklepu internetowego: www.e-sklepy.simlogic.pl. Specjaliści SIMLOGIC. chętnie udzielą telefonicznie lub mailowo obszernych informacji i odpowiedzi na pytania techniczne: • numer całodobowy – serwis, infolinia i zgłoszenia awarii 24H – tel. 696 626 627, • e-mail do działu technicznego: serwis@simlogic.pl, • całodobowy magazyn przemienników 24/7: sprzedaz@simlogic.pl oraz tel. 696 626 627, • kontakt do działu szkoleń: szkolenia@simlogic.pl.

dr inż. Mariusz Jabłoński dyrektor SIMLOGIC. ul. Piłsudskiego 141, 92-318 Łódź tel. 42 648 66 77, fax 42 648 67 00 e-mail: zapytania@simlogic.pl

Fot. Simlogic.

www.simlogic.pl

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

Fot. 10. Szkolenie z zakresu komunikacji, projektowania i diagnostyki sieci przemysłowych

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2014

Aplikacje PRZEMYSŁ SAMOCHODOWY

W zakładach Volkswagen Motor

zakończyła się sukcesem i pozwoliła

Bardzo istotnym etapem procesu produkcji silnika jest kontrola jakości. W ramach tej kontroli losowo wybrane egzemplarze silników poddaje się różnym testom, aby potwierdzić, że spełniają one rygorystyczne wymogi jakościowe i mają parametry określone przez konstruktorów.

W trakcie wielogodzinnych testów symuluje się warunki, jakie występują podczas normalnej eksploatacji pojazdu. Hamownia silnikowa jest stacjonarnym stanowiskiem, na którym bada się silnik spalinowy podczas pracy. W trakcie tych badań mierzy się obroty, moment silnika, zużycie paliwa, temperaturę oleju i płynu chłodzącego. Pomiary te wykonuje się dla różnych obciążeń i prędkości obrotowych. Czas badań może wynosić od kilku minut do kilkudziesięciu godzin. Po zakończeniu testów niektóre silniki rozbierane są na części w celu zbadania zużycia elementów ruchomych, takich jak pierścienie, cylindry i zawory.

wyeliminować dotychczasowe

Testy na hamowni

Silnik elektryczny

W trakcie jednego z testów wykonuje się pomiary pod obciążeniem. W tym celu silnik jest montowany na specjalnym stanowisku testowym, zwanym hamownią.

Na hamowni silnik spalinowy połączony jest mechanicznie z silnikiem elektrycznym. Silnik elektryczny pełni w hamowni dwie funkcje. W początkowej fazie testów

Polska, producenta silników spalinowych dla aut osobowych, firmy Eaton i SIMLOGIC. przeprowadziły modernizację hamowni silników. Inwestycja związana z dostawą techniki napędowej ze zwrotem energii

problemy.

Promocja

Silnik jest sercem każdego pojazdu. Jego niezawodna praca to najważniejszy element warunkujący prawidłowe działanie innych podzespołów. Stabilne działanie silnika umożliwia bowiem niezakłócone funkcjonowanie całego pojazdu.

Kontrola produkcji – sytuacja w zakładzie

Fot. Eaton Electric

Eaton i Simlogic. zmodernizowały hamownię silników

rozpędza on silnik spalinowy, działając analogicznie do rozrusznika w samochodzie. Wynika to z faktu, że silnik spalinowy nie ma momentu przy zerowej prędkości i musi zostać uruchomiony przez elektryczny silnik pomocniczy. Po uruchomieniu silnika spalinowego, gdy podawane jest paliwo, a obroty są wyższe niż obroty biegu jałowego, silnik elektryczny przechodzi w tryb prądnicowy i zaczyna działać jak hamulec. Prędkość obrotowa wirnika silnika elektrycznego jest wówczas wyższa niż prędkość pola elektromagnetycznego, wzbudzanego w silniku przez zmienne napięcie zasilające.

Oszczędność energii i niezawodność System pomiarowy hamowni, sterując ilością paliwa oraz częstotliwością napięcia silnika elektrycznego, wymusza różne obciążenia silnika spalinowego. Nowoczesne hamownie wykorzystują do sterowania silnikiem elektrycznym czterokwadrantowe przemienniki częstotliwości. Dzięki temu energia elektryczna, wytworzona w silniku elektrycznym w trakcie pracy prądnicowej, jest oddawana do zakładowej sieci zasilającej. Poprawia to sprawność całej hamowni i umożliwia zmniejszenie kosztów. W zakładzie produkującym silniki spalinowe od wielu lat działały dwie hamownie. Ponieważ zostały zbudowane wiele lat temu w oparciu o technologię z początku lat 90., ich możliwości techniczne odbiegały od współczesnych wymagań. Kierownictwo zakładu podjęło więc decyzję o jak najszybszej modernizacji hamowni, również w tym celu, by uniknąć przestojów hamowni wskutek ich awarii. Modernizacja miała polegać na wymianie systemu pomiarowego, zarządzającego pracą hamowni oraz na wymianie układu napędowego, sterującego pracą silnika elektrycznego.

Fot. Eaton Electric

Wyzwania i rozwiązania – Wyzwaniem, które przed nami stanęło podczas realizacji tej inwestycji, była konieczność zaprojektowania i dostarczenia, w założonym przez inwestora terminie, gotowego rozwiązania przystosowanego do współpracy z istniejącym układem sterującym – mówi Piotr Zianio, menedżer projektu. Z kolei Mariusz Jabłoński, właściciel firmy SIMLOGIC. dodaje: – Realizacja zlecenia musiała być wykonana kompleksowo, z uwzględnieniem audytu bezpieczeństwa i dostosowaniem hamowni do aktualnych wymogów. Dużym wyzwaniem było odpowiednie zaprojektowanie i sparametryzowanie systemu.

Modernizacja hamowni Liczba szaf napędowych

2 sztuki

Moc silnika elektrycznego

220 kW 400 A

Prąd znamionowy Napędy

SPI, SPA

Konstrukcja szaf

xEnergy

Co więcej, na etapie projektowania szafy napędowej okazało się, że standardowe pokrywy dachowe nie zapewniłyby wystarczającej wentylacji dla urządzeń w niej zamontowanych. Dział R&D firmy Eaton sprostał zadaniu – zaprojektował i wyprodukował, a także dostarczył w ciągu dwóch tygodni dostosowane do potrzeb tej aplikacji, specjalnie wykonane, pokrywy dachowe o zwiększonej dwukrotnie powierzchni otworów wentylacyjnych.

Wdrożone urządzenia Firma SIMLOGIC., przy współudziale firmy Eaton, dostarczyła do modernizowanych hamowni dwie czteropolowe szafy napędowe, zawierające czterokwadrantowy przemiennik częstotliwości. Przemiennik został zbudowany na bazie falownika SPI i modułu prostownika aktywnego SPA z filtrem LCL. Moc znamionowa silnika elektrycznego współpracującego z szafą napędową wynosi 220 kW. Konstrukcja (obudowa) szafy została wykonana w oparciu o system xEnergy. Dostarczana szafa komunikuje się z nadrzędnym systemem pomiarowym za pomocą magistrali PROFIBUS DP.

w założonym terminie. Nowy układ pracuje sprawnie i bez zastrzeżeń. – Dotychczasowe rozwiązanie, które funkcjonowało u nas od dłuższego czasu, przestało spełniać nasze oczekiwania. Mam na myśli jakość i pewność regulacji oraz możliwość wizualizacji i dostępu do nastaw urządzeń z poziomu systemu automatyki. Dodatkowo, choćby z racji wieku pracującego sprzętu, zaczęły dokuczać nam coraz częstsze przerwy serwisowe. Przeprowadzona modernizacja na bazie układu napędowego, ze zwrotem energii do sieci firmy Eaton, pozwoliła nam wyeliminować dotychczasowe problemy. Po kilku miesiącach użytkowania mogę wyrazić pozytywną opinię dotyczącą funkcjonalności nowego rozwiązania, wykonanego przez firmę SIMLOGIC., przy współudziale firmy Eaton – podkreśla Robert Konieczny, specjalista-automatyk z Centrum Techniki i Innowacji.

EATON ELECTRIC Sp. z o.o. ul. Galaktyczna 30, 80-299 Gdańsk tel. 58 554 79 00, fax 58 554 79 09 www.eaton.com

Podsumowanie

SIMLOGIC.

Inwestycja zakończyła się sukcesem. Nowe rozwiązanie udało się zaadaptować do istniejących warunków

ul. Piłsudskiego 141, 92-318 Łódź tel. 42 648 66 77, fax 42 648 67 00 www.simlogic.pl

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2014

Aplikacje PRZEMYSŁ MASZYNOWY

Wdrożenie robota UR5 w Multi-Wing CZ przynosi coroczne oszczędności w wysokości 7 tys. euro oraz znaczny wzrost możliwości produkcyjnych

W czeskim zakładzie produkcyjnym Multi-Wing CZ robot UR5 pracuje ramię w ramię z ludźmi. Pozwala to na znaczne obniżenie kosztów oraz usprawnienie produkcji. Ze względu na swoją wszechstronność i łatwość użytkowania maszyna spełnia wymogi nowoczesnego i wydajnego miejsca pracy.

Multi-Wing CZ dostarcza zaawansowane technologicznie systemy HVAC klientom w Czechach i na Słowacji oraz w Skandynawii, Niemczech, Holandii, Rosji i innych krajach. Gama oferowanych systemów obejmuje m.in. technikę chłodzenia maszyn, wentylację przemysłową i wieże chłodnicze. Firma stara się elastycznie i szybko spełniać wymagania klientów zapewniając kompleksowe dostawy. Aby osiągnąć ten cel, jej nowoczesna fabryka w Novým Bydžovie, oprócz zatrudniania 50 pracowników, wykorzystuje robota UR5 firmy Universal Robots. – Wraz ze zwiększającą się liczbą zamówień i usprawnianiem produkcji musieliśmy zastosować rozwiązania z zakresu robotyki. W kwestii efektywności

UR5 – uniwersalny pomocnik Lekki, sześcioosiowy robot UR5 współpracuje z tokarką automatyczną Okuma, produkującą piasty z obrobionych odlewów aluminiowych. Zadaniem robota jest przekładanie niedokończonych odlewów z pojemnika do tokarki, wyjęcie ich po obróbce i przełożenie do przeciągarki, obrabiającej wyżłobienie. Przez większość dnia robot pracuje samodzielnie – jedynie na początku, przez

Fot. Universal Robots

Robot UR5 wspomaga obróbkę aluminium

produkcji roboty pomagają naszym pracownikom. Ludzie zatrudnieni u nas czują się silnie związani z firmą – niektórzy z nich pracują dla Multi-Wing od ponad 20 lat – tłumaczy David Hošek, menedżer ds. rozwoju produkcji w Multi-Wing CZ. Roboty w Novým Bydžovie zostały zainstalowane w działach montażu i obróbki. Ich użycie przynosi rezultaty w postaci wzrostu wydajności i wielkości produkcji. Zrobotyzowane miejsca pracy, ze względu na swoje wszechstronne zastosowanie, umożliwiają wytwarzanie różnych produktów, gwarantując długoterminowość inwestycji.

około godzinę, nad jego działaniem czuwa operator uruchamiający centrum. Późniejsza ingerencja w jego zadania nie jest konieczna. Zautomatyzowane centrum funkcjonuje nawet 24 godziny na dobę, także po zakończeniu pracy przez ludzi. Obsługiwane jest przez trzy osoby. – Głównymi zaletami robota UR5 Universal Robots jest wszechstronność i łatwość programowania. Maszyna spełnia także wymogi miejsca pracy bez ogrodzenia ochronnego, co pozwoliło nam na usunięcie siatki zabezpieczającej, zmianę układu centrum robotycznego i oszczędność cennej przestrzeni w naszym warsztacie obróbki. Możemy dowolnie programować robota, dzięki temu wykorzystujemy go do różnych zadań. Dzięki UR5 uzyskaliśmy szybszy zwrot z inwestycji niż w przypadku robotów innych producentów. Dodatkowo w tym przedziale cenowym jest to najbardziej uniwersalne rozwiązanie. Konkurencyjne maszyny nie są na tyle elastyczne, aby wykonywać różne rodzaje zadań. Kolejną zaletą jest szybkie szkolenie oraz wdrożenie robota, trwające jedynie trzy dni – dla porównania w przypadku konkurencyjnych maszyn zajmuje to od pięciu do dziesięciu dni – mówi David Hošek.

Do robota UR5 dołączy UR10

W fabryce w Novým Bydžovie robot Universal Robots wykorzystywany jest przy montażu i obróbce

Fot. Universal Robots

UR5 – oszczędność i większa wydajność Wdrożenie robota UR5 przyniosło Multi-Wing CZ oczekiwane korzyści – oszczędność czasu oraz pieniędzy: • 55 tys. części – tyle wynosi średnia roczna produkcja w centrum robotycznym. Każda z nich jest teraz o 10–20 proc. tańsza, co przekłada się na średnią oszczędność rzędu 7 tys. euro rocznie. Dodatkowo zdolności produkcyjne zwiększyły się o 336 godzin rocznie. • Efektywność robota wzrosła o 70 proc. w stosunku do jego poprzednika. • Wymiana obrobionych części przyspieszyła o 10 sekund (z pierwotnych 28 sekund). • Czas zamiany szczęk chwytających w robocie zmniejszył się z 4 do 1 minuty. • Nie ma konieczności wprowadzania programów, gdyż zapisywane są na dysku wewnętrznym maszyny. Pojemność poprzednich urządzeń była ograniczona jedynie do 10 pozycji, a ich modyfikacja znacznie utrudniała pracę. • Dzięki powtarzającym się w programach punktom operacyjnym można szybko stworzyć nowe układy przez przedefiniowanie ich ścieżki. Poprzednio każdy program musiał być napisany od podstaw, co trwało godzinę – obecnie ten czas został skrócony do 15 minut.

– Od początku wiedzieliśmy, czego chcemy – małego, niedrogiego robota, szybkiego i wszechstronnego, który pozwoliłby na usunięcie zabezpieczeń ochronnych i tym samym zaoszczędzenie miejsca w zakładzie. Nawet po dwóch przetargach nie potrafiliśmy wybrać satysfakcjonującego rozwiązania. Na szczęście nasz partner biznesowy polecił nam UR5 firmy Universal Robots, który okazał się najlepszym wyjściem. Nie mieliśmy żadnego problemu z jego wdrażaniem – jest naprawdę łatwy w obsłudze, elastyczny i niedrogi. Dzięki niemu nie tylko zaoszczędziliśmy czas i pieniądze, ale otworzyły się przed nami nowe możliwości. Z tego powodu planujemy poszerzenie naszej rodziny robotów o UR10, wraz z maszyną Okuma Genom i automatycznym podajnikiem prętów. Rozważamy także wykorzystanie tak zwanej siódmej osi, dzięki której robot mógłby obsługiwać każdą z maszyn osobno lub wszystkie naraz. Jesteśmy bardzo zadowoleni z robota Universal Robots – podsumowuje David Hošek.

Oprac. na podstawie mat. Universal Robots

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2014

Rozmowa PAR

Rozmowa z Rafałem Tutaj, szefem Działu Automatyki w firmie Elmark Automatyka. W ubiegłym roku firma Elmark Automatyka obchodziła jubileusz 30-lecia istnienia. Początkowo specjalizowaliście się Państwo w projektowaniu oraz produkcji modułowych sterowników mikroprocesorowych, ale w następnych latach postawiliście całkowicie na działalność dystrybucyjną. Jak wyglądały początki biznesu i z czego wyniknęła decyzja o zmianie profilu działalności? 30 lat temu zaczynaliśmy rzeczywiście od sterowników mikroprocesorowych.

Sprzedawaliśmy gotowe, opracowane i wykonane w naszej firmie moduły działające w standardzie Mikroster. Były to między innymi pakiety procesorów, sterowników dysków i karty graficznej, według autorskiego pomysłu Marka Sikory, współtwórcy i założyciela firmy Elmark Automatyka oraz Tomasza Olszewskiego, jego kolegi ze studiów. To była połowa lat 80. Proponowane przez nas rozwiązania były naprawdę dobre na miarę tamtych czasów, jednak po roku 1989 i transformacji nie mieliśmy szansy konkurować na dłuższą metę z takimi firmami, jak Siemens i inne duże koncerny. Przemysł w Polsce zaczął się wówczas bardzo szybko zmieniać, pojawiło się zapotrzebowanie na coraz bardziej nowoczesne rozwiązania i to był ten moment, kiedy uznaliśmy, że trzeba postawić na dystrybucję.

Zaczynaliśmy od sprzedaży produktów firmy Advantech. Później do tej listy dołączyły kolejne firmy – Moxa, Allen-Bradley (dzisiaj Rockwell Automation), Unitronics. Początkowo była to klasyczna dystrybucja, obejmująca sprzedaż produktu i zapewnienie jedynie podstawowego wsparcia dla niego: mamy magazyn, ktoś potrzebuje określonego urządzenia, dzwoni, a my dostarczamy produkt. Okazało się jednak, że część odbiorców potrzebuje wsparcia w szerszym zakresie – chcieli nie tylko kupić sprzęt, ale mieć także szersze wsparcie techniczne, na przykład przy określonych projektach lub w ramach dodatkowych warsztatów. W ten sposób w ofercie naszej firmy pojawiły się seminaria i szkolenia.

Fot. Elmark Automatyka

Naszą przewagę budują kompetencje, marki i logistyka

Fot. Elmark Automatyka

Można więc powiedzieć, że rozszerzenie oferty o szkolenia wymusił na Państwa firmie rynek i odbiorcy. Tak, wprowadzenie szkoleń było odpowiedzią na oczekiwania rynku. W ten sposób zaczęliśmy sprzedawać jednocześnie produkt i wiedzę, a nasza działalność zaczęła nabierać tempa. W tym roku, w marcu, minęło 20 lat od chwili, gdy przeprowadziłem pierwsze szkolenie – odbyło się ono w firmie Colgate, a dotyczyło zastosowań sterowników programowalnych SLC-500 firmy Allen-Bradley. Wśród naszych stałych klientów, dla których regularnie przeprowadzamy szkolenia, jest do dziś wiele wiodących światowych koncernów, takich jak Michelin, Mars czy Procter&Gamble. Organizujemy również seminaria, czyli krótszą i raczej teoretyczną wersję szkoleń. Na niektórych rynkach wsparcie funkcjonuje w jeszcze szerszym zakresie – przykładowo w przypadku firmy Rockwell Automation w USA pracownicy są nierzadko oddelegowani do określonej firmy celem wsparcia. Także u nas zdarzały się miesiące, kiedy więcej przebywałem w firmie, która kupiła dystrybuowany przez nas produkt niż w naszej własnej spółce. Podobne zasady próbowano wdrożyć w Niemczech, ale tam nie zyskały one popularności. To pokazuje, że na różnych rynkach zapotrzebowanie na wsparcie może kształtować się w różny sposób. Wiele też zależy od rodzaju urządzeń. Przykładowo w przypadku prostych sterowników szkolenia przeprowadzamy zwykle nie częściej niż raz na kwartał, ponieważ są to urządzenia bardzo intuicyjne i odbiorcy sami łatwo uczą się, jak się z nimi obchodzić. Jak często zdarza się, że oferowane przez Państwa wsparcie techniczne nie ogranicza się jedynie do dostarczenia urządzenia i zadbania o jego sprawność techniczną, ale obejmuje też jego wdrożenie w konkretnych rozwiązaniach? W przypadku większości dystrybuowanych urządzeń jesteśmy odpowiedzialni za to, by w razie, gdy odbiorca ma jakiś techniczny problem, sprzęt nie działa itp., być w stanie zapewnić pomoc i rozwiązanie problemu. Nasze obowiązki ograniczają się jednak do produktu, nie wchodzą zaś w obszar aplikacji. Inaczej jest w przypadku oferty Rockwell Automation: urządzenia tej firmy klienci kupują od nas w postaci gotowych projektów i aplikacji, ponieważ to nie są sterowniki do małych systemów, lecz średnich i dużych. Trzeba jednak

podkreślić, że w odniesieniu do całej działalności naszej firmy działalność polegająca na tworzeniu aplikacji i projektów, a nie jedynie sprzedaży urządzeń, stanowi jedynie niewielką część – kilka procent – i dotyczy wyłącznie urządzeń Rockwell Automation. Czy dokonując zamówień u dostawców musicie od razu zamrażać własny kapitał, czy też do momentu, gdy produkt jest w magazynie, nie musicie inwestować swoich środków? Najczęściej od razu negocjujemy niższe ceny, właśnie w zamian za to, że zamrażamy swój kapitał. Dzięki temu możemy też więcej zmagazynować. Jednocześnie rotacja w magazynie jest dość wysoka, toteż w rzeczywistości nie zamrażamy tego kapitału tak wiele. Czy produkty, które dystrybuuje Wasza firma, trafiają także do odbiorców spoza Polski? Eksport to tylko niewielki fragment naszej działalności. Część produktów możemy sprzedawać poza Polskę, ale do innych dystrybutorów, nie zaś bezpośrednio do klienta. Z większością firm mamy dżentelmeńskie, niepisane umowy, że jesteśmy jedynym reprezentantem na Polskę, rzadko jest to formalny zapis, bo też nie zabiegamy o to. Formalny zapis mamy jedynie z firmą Unitronics. Co postrzega Pan jako najważniejszy element Państwa przewagi konkurencyjnej? Zdecydowanie są nim kompetencje techniczne i logistyka. Przejawem pierwszego są – obok codziennego wsparcia technicznego – szkolenia aplikacyjne i produktowe. Dla niektórych działów – Moxa, Unitronics – są uzupełnieniem podstawowej działalności dystrybucyjnej. Nie są one dla nas istotnym źródłem dochodów – opłaty najczęściej są niewysokie, często na granicy ponoszonych przez nas kosztów, ale uznaliśmy, że w odróżnieniu od bezpłatnych seminariów, ta część – z uwagi na swój zakres – powinna być chociaż symbolicznie płatna. To kwestia czynnika psychologicznego – inne jest wtedy podejście klienta. Zupełnie inaczej jest w przypadku centrum szkoleniowego Rockwell Automation – tu mówimy o centrum, które jest nie tylko wsparciem sprzedaży, ale ma też przynosić zysk. Oferujemy szeroki zakres treningów: od produktowych, przez dedykowane, do aplikacyjnych, w których analizowane są konkretne rozwiązania.

Logistyka to przede wszystkim magazyn i sprawna, szybka dostawa. To wszystko mamy dopracowane w 100 procentach – można by powiedzieć: „mówisz i masz”. Na czas. O naszej przewadze konkurencyjnej decydują też marki, jakie mamy w portfolio oraz ich wzajemne uzupełnianie się. Przykładowo wiele z proponowanych przez nas rozwiązań łączy w sobie sterowniki Unitronics, switche Moxa, zasilacze Mean Well, napędy Rockwell Automation i bariery bezpieczeństwa Sunx. Dzięki temu odbiorca ma jednego dostawcę i jedno źródło wsparcia w przypadku problemów. Czy planujecie Państwo rozszerzenie portfolio o kolejne marki lub linie produktowe? Mamy o tyle dobrą sytuację, że oferujemy praktycznie pełne spektrum komputerów i serwerów przemysłowych, urządzeń do komunikacji oraz sterowników programowalnych i napędów. To pozwala nam spać spokojnie, aczkolwiek cały czas monitorujemy potrzeby rynku. Kilka lat temu brakowało nam w ofercie typowej sensoryki i związaliśmy się z firmą Sunx (obecnie część firmy Panasonic). Przyglądamy się cały czas możliwościom działania w tym segmencie rynku, jednak musimy pamiętać, że firm funkcjonujących w tej branży jest bardzo wiele. Niektóre z nich są ściśle wyspecjalizowane, inne działają na tak dużą skalę, że można mówić o sprzedaży hurtowej, a co za tym idzie – trudno byłoby z nimi na tym etapie konkurować, głównie w zakresie ceny. Dlatego staramy się wybrać z oferty te linie produktowe, które dają największe szanse na powodzenie – na przykład układy bezpieczeństwa – jednocześnie poszerzając naszą ofertę. Część produktów – przykładowo sterowniki firmy Unitronics – trafiła do portfolio Elmark Automatyka dzięki temu, że mieliście Państwo okazję zapoznać się z ofertą dostawców podczas międzynarodowych targów. Czy w Pana ocenie targi – przez niektórych postrzegane dziś jako imprezy mające coraz mniejszą rację bytu – pozostają cennym źródłem wiedzy dla odwiedzających i wystawców? Tak, ale bardzo wyraźnym zjawiskiem jest to, że targi branżowe biorą dziś górę nad wielobranżowymi. Jest to szczególnie widoczne w przypadku dużych i uznanych imprez. W mojej opinii niestety coraz bardziej tracą one na znaczeniu. Rośnie liczba wystawców – są wśród nich nasi

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2014

Rozmowa PAR

Które sektory przemysłu są największymi odbiorcami oferowanych przez Państwa rozwiązań? Współpracujemy praktycznie ze wszystkimi gałęziami przemysłu. Jednak najwięcej naszych odbiorców działa w branży automotive, FMCG, czyli w dobrach szybko zbywalnych oraz w przemyśle spożywczym. W tej chwili proporcje między tymi grupami są dość wyrównane, ale niewykluczone, że to się zmieni, ponieważ ta ostatnia branża bardzo dynamicznie rozwija się w zakresie automatyzacji.

otwiera przed nami kolejne szanse. Nie należy także zapominać o rosnącym rynku OEM czy twórców maszyn – tu widać dynamikę. Polska sukcesywnie staje się nie tylko miejscem przetwarzania dóbr, ale i producentem służących do tego celu narzędzi. Czy wraz z rozwojem rynku automatyki w Polsce zmieniają się również oczekiwania firm, do których trafiają dystrybuowane przez Państwa urządzenia? Dziś firmy oczekują przede wszystkim kompleksowości, a więc możliwości otrzymania w jednym miejscu wszystkiego, czego potrzebują do działania. Nawet gdy istnieje szansa kupienia części produktów taniej bezpośrednio od producenta, klient woli mieć jednego dostawcę. Wiele firm zwraca też uwagę na to, by produkt był łatwo dostępny na miejscu, a w razie problemów można było – także na miejscu – uzyskać pomoc. Pozytywnym zjawiskiem jest fakt, że cena sama w sobie nie odgrywa już decydującej roli na polskim rynku automatyki. Liczy się raczej stosunek jakości do ceny. Dziś w pierwszej kolejności ma znaczenie dostępność i wsparcie, a dopiero w następnej – koszty. To efekt edukacji i rosnącej świadomości.

Polska sukcesywnie staje się nie tylko miejscem przetwarzania dóbr, ale i producentem służących do tego celu narzędzi.

Jak widzi Pan przyszłość automatyki przemysłowej w Polsce i na świecie w najbliższych latach? Polska jest postrzegana jaka kraj stabilny. To wielka zaleta, która sprzyja lokowaniu tutaj różnych firm produkcyjnych. Rozwój automatyki przemysłowej będzie z całą pewnością postępował, nie przewiduję jednak, że będą to bardzo dynamiczne zmiany. Dość często ten rozwój jest też efektem wdrażania w innych krajach nowych przepisów, w wyniku których zakłady przemysłowe są zmuszone wymienić sprzęt. Wówczas nierzadko ten wycofywany, a jednocześnie nowoczesny, trafia do nas, co

Co postrzega Pan jako największą niedogodność w funkcjonowaniu na polskim rynku takich firm jak Elmark Automatyka oraz barierę dla bardziej dynamicznego rozwoju automatyki w naszym kraju? Niewątpliwie największą barierą pozostają koszty. Inna kwestia to widoczne niekiedy blokowanie inwestycji w automatyzację różnych procesów. Nierzadko dotyczy to dużych firm, w których to nie koszt jest podstawowym problemem, ale zachowawczość kadry kierowniczej. Czasem takie nastawienie wynika z braku wystarczającego doświadczenia oraz braku świadomości, że pewnych

pomysłów nie da się wprowadzić w życie ze względu na prawa fizyki czy inne ograniczenia. Menedżerowie w firmach rozważających automatyzację pewnych procesów nie zawsze są inżynierami, nie zawsze też mają świadomość możliwości, jakie daje automatyzacja. Pewne kwestie pozostają obiektywne. Przykładowo zupełnie inne jest zapotrzebowanie i odbiór automatyki w Polsce i w USA. Dziś nie jest to już taka przepaść, jak 10 czy 20 lat temu, ale w Polsce wciąż nie robi się równie zaawansowanych aplikacji, jak to ma miejsce w USA. Oczywiście stopniowo idziemy w tym kierunku, ponieważ i do nas przychodzą nowe technologie. Nawet wiekowe zakłady inwestują obecnie często w nowoczesne linie technologiczne, dając w ten sposób innym przykład i sygnał do myślenia o modernizacji. Najistotniejsze jest to, że widzimy coraz większą otwartość na nowe możliwości i rozwiązania oraz że liczba inwestycji w Polsce rośnie. Firma Elmark Automatyka prowadzi także sklep internetowy. Na ile istotną część sprzedaży on generuje i czy zauważacie Państwo wzrost zainteresowania tą drogą zaopatrzenia? Sklep internetowy działa od pięciu lat, a generowana przez niego sprzedaż rośnie w tempie dwucyfrowym w skali roku. Jego uruchomienie było więc strzałem w dziesiątkę, zwłaszcza że sprzedaż tą drogą dodatkowo odciąża naszych pracowników. Mamy przecież sporo sprzętu – produkty firm HMS, Moxa, Advantech, Unitronics – w przypadku którego nie jest potrzebna konfiguracja, ewentualnie jest ona konieczna tylko w niewielkim stopniu. W takiej sytuacji sprzedaż internetowa jest idealnym rozwiązaniem. Zauważamy, że coraz większa liczba integratorów korzysta z możliwości kupowania przez Internet. My dodatkowo zachęcamy do takiego działania, przyznając na wszystkie zamówienia dokonywane drogą internetową dodatkowy rabat. W ubiegłym roku zapowiedzieliście Państwo, że w najbliższych latach zamierzacie wprowadzić spółkę na GPW. Czy podtrzymujecie te plany i co zadecydowało o obraniu takiego kierunku rozwoju? Podtrzymujemy te zapowiedzi. W ubiegłym roku podnieśliśmy kapitał, aby wejść w pułap wymagany dla spółek akcyjnych. Obecnie nasi udziałowcy to cztery osoby, przy czym trzy to zarząd, zaś ja jestem prokurentem.

Fot. Elmark Automatyka

kooperanci – przenoszących się na targi branżowe. Symptomatyczny jest też fakt, że podczas gdy kiedyś wejściówki na targi otrzymywałem od wystawców, z którymi współpracujemy, dziś to organizatorzy dużych imprez wielobranżowych przysyłają bilety. Tak było w tym roku. Niedawno otrzymałem bilety od organizatora kolejnej imprezy targowej – myślę, że to wiele mówi o obecnej kondycji tego typu imprez w ogóle. Jeździmy jednak na targi, ponieważ dzięki temu mamy obraz tego, czego nam ewentualnie brakuje, jaki kierunek rozwoju warto brać pod uwagę i generalnie jak wygląda sytuacja na rynku automatyki oraz przemysłu jako takiego.

Rafał Tutaj urodził się w 1970 r. w Warszawie. Jest absolwentem liceum im. K. Gottwalda (dzisiaj S. Staszica) oraz Politechniki Warszawskiej na Wydziale Elektroniki i Technik Informacyjnych. Swoją przygodę z automatyką rozpoczął w Przemysłowym Instytucie Automatyki i Pomiarów PIAP, gdzie przez prawie dwa lata współpracował jako student przy tworzeniu systemów pomiarowych oraz sterowania.

Zdecydowaliśmy się na takie rozwiązanie, by uprościć pewne kwestie i przy tym pozostawaliśmy przez te wszystkie lata. W ciągu najbliższych dwóch, trzech lat chcemy jednak zbudować struktury odpowiednie do wejścia na giełdę, przekształcić firmę w spółkę akcyjną i w ciągu czterech, pięciu lat zadebiutować na GPW. Celem jest pozyskanie kapitału na różnego rodzaju inwestycje. Do tej pory rozwijaliśmy się organicznie – część zysku wkładaliśmy w bieżące inwestycje i przez lata taki model funkcjonowania się sprawdzał, a jednocześnie gwarantował stabilność firmy i pozwalał przejść przez zawirowania na rynku bez strat. Przy obecnej skali działania i wciąż rozwijającej się firmie ten sposób działania może jednak okazać się niewystarczający.

Fot. Elmark Automatyka

Czy nie obawiacie się Państwo – po wieloletnim funkcjonowaniu w dotychczasowych strukturach – ograniczeń i pewnej utraty niezależności, związanych z obecnością na GPW? Przyznaję, że jest to nasza największa obawa. Gdy zakładaliśmy firmę Elmark Automatyka, było nas dwóch – Marek Sikora i ja. W tej chwili mamy czteroosobową grupę właścicielską i są to osoby od lat bardzo mocno związane z firmą. Pozyskanie kapitału zewnętrznego przez GPW oznacza, że nie kontrolujemy, skąd pochodzi ten kapitał. Z drugiej strony przykłady innych spółek – producentów i dystrybutorów, na przykład firm Introl i Aplisens, które też zdecydowały się na ten krok – pokazują nam, że przy odpowiednio przygotowanej emisji akcji jest to dobra decyzja. Jakie – poza debiutem giełdowym – są Państwa najważniejsze plany na przyszłość? Bez wątpienia jest nim budowa nowego, własnego magazynu. To plan

minimum. Obecnie mamy dwa magazyny w Warszawie. Największa część towaru jest składowana w naszym budynku w Warszawie-Wesołej. Powoli jednak dostępna powierzchnia przestaje nam wystarczać. Prawdopodobnie jeszcze w tym miesiącu wynajmiemy magazyn, pozwalający nam zapewnić miejsce dla sprzętu, na który popyt wciąż rośnie. Nie mamy natomiast jeszcze skonkretyzowanego planu, kiedy powstanie nasz własny, nowy magazyn. Wiąże się to z dość znacznymi kosztami i nie wykluczamy, że ta inwestycja zostanie zrealizowana dopiero po naszym debiucie giełdowym. Część firm rezygnuje z tego typu inwestycji uznając, że dziś standardem jest sprowadzanie części zza granicy, zwykle w ciągu 48 godzin. Czy jest to więc rzeczywiście konieczna i opłacalna inwestycja? Plan stworzenia nowego magazynu wynika zarówno z oczekiwań naszych dostawców, jak i odbiorców. Klienci przyzwyczaili się, że dysponujemy magazynami, również producenci oczekują od nas możliwości przechowania towaru, który u nich zamawiamy. Przykładowo Unitronics nie ma żadnego magazynu na terenie Europy – wszystko jest składowane u dystrybutorów. Blisko 100 procent naszej sprzedaży sprzętu firm Unitronics, HMS czy Moxa to sprzedaż z magazynu, nie z dostawy. O tym, czy warto mieć magazyn, decyduje też strategia asortymentowa. Przykładowo nasz duży magazyn ze sprzętem trzymanym na potrzeby szkoleń rozwiązuje problem w sytuacjach awaryjnych – w przypadku, gdy potrzebny sprzęt nie jest nigdzie osiągalny, my możemy go natychmiast dostarczyć. Zdarza się, że otrzymujemy takie nagłe zamówienia nawet zza granicy, ponieważ odbiorcy wiedzą, że u nas

W grudniu 1992 r. zaczął budować dział dystrybucji produktów Allen-Bradley w firmie Elmark, rozbudowany w 1994 r. o autoryzowane centrum szkoleniowe Rockwell Automation. W 1998 r., wspólnie z Markiem Sikorą, założył spółkę Elmark Automatyka, w której do dzisiaj kieruje Działem Automatyki, zajmującym się produktami firm Unitronics, Rockwell Automation, HMS i Panasonic/Sunx.

mogą łatwo i szybko znaleźć brakujące urządzenia. Posiadanie rozbudowanego zaplecza logistycznego ma też dodatkowy walor – częściowo wizerunkowy, ale przede wszystkim budujący relacje między nami a dostawcą. Jeśli jesteśmy postrzegani jako firma o dużym potencjale logistycznym, dostawca nie szuka innych kooperantów. Czy nie kusi Państwa myśl o powrocie do własnej produkcji? Taka myśl jest zawsze kusząca, zwłaszcza gdy ma się już podobną tradycję w firmie. Nie wykluczamy więc w przyszłości takiego powrotu do korzeni, najpierw jednak trzeba mieć nie tylko pomysł, co zaoferować, ale i gwarancję, że znajdzie się rynek zbytu. W tej chwili rozwijamy własną markę komputerów – Elmatic. Składamy ją jednak z gotowych, wyprodukowanych przez inne firmy elementów – nie tworzymy elektroniki od podstaw, ponieważ oferta w tym zakresie jest dziś naprawdę szeroka i nie ma sensu wyważać otwartych drzwi. 30 lat obecności na rynku pozwala na prognozowanie nie tylko bliższej, ale i dalszej przyszłości. Gdzie widzi Pan firmę za 10 lat? Sądzę, że będziemy w podobnym miejscu, jak dziś i będziemy działać w podobnym kształcie, ale oczywiście na większą skalę. Przyglądamy się też rynkowi w zakresie zainteresowania naszym działem projektowo-szkoleniowym i nie wykluczamy jego dalszego rozwoju.

Rozmawiały Urszula Chojnacka Jolanta Górska-Szkaradek

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2014

PAR

Automatyka NAPĘDY I UKŁADY WYKONAWCZE

Synergia technologiczna koniecznością ekonomiczną Złożoność procesów produkcyjnych, będąca konsekwencją wysokich

względy ekonomiczne są obecnie głównymi czynnikami wpływającymi

nad rozwojem technologii chwytania i osprzętem do robotów. SCHUNK szybko stał się liderem rynku i już od wielu lat wyznacza standardy w obu tych dziedzinach.

na kształtowanie się nowych trendów w obróbce mechanicznej

Jeden producent, wiele technologii

oczekiwań klientów względem wytwarzanych produktów, oraz

i automatyzacji.

W procesie wytwarzania wykorzystuje się wiele technologii, przez co konieczne jest przemieszczanie detalu między różnorodnymi stanowiskami. Ekonomia wymusza optymalizację produkcji zarówno pod względem minimalizacji czasów obróbkowych, jak i czasów pomocniczych.

Promocja

Firma SCHUNK zauważyła już w latach 70. ubiegłego wieku, że 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

SCHUNK to jedyna firma na świecie, która oferuje równocześnie rozwiązania obejmujące mocowanie 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, a pochodzących od różnych dostawców. Nie bez znaczenia jest również możliwość obniżenia kosztów

Fot. Schunk

Efektywne i niezawodne rozwiązania firmy SCHUNK

oprzyrządowania, ponieważ odbiorca ma większą możliwość negocjacji cen z uwagi na wyższą wartość zamówienia. Firma SCHUNK, jako dostawca, minimalizuje własne koszty badań i rozwoju, korzystając z faktu, że technologie chwytania i mocowania są do siebie bardzo zbliżone. Rozwiązanie opracowane dla jednej technologii może po kilku modyfikacjach zostać wdrożone w drugiej. Jest to widoczny przykład synergii, dzięki której wspólne zastosowanie dwóch zaawansowanych technologii daje lepszy efekt ekonomiczny niż suma zysków z zastosowania każdej technologii osobno.

Technologie magnetyczne w wielu zastosowaniach

Fot. Schunk

W ofercie firmy SCHUNK technologie przenikają się, tworząc synergię – wydajne i ekonomiczne połączenie techniki mocowania oraz technologii chwytania i przemieszczeń. Przykładowo technologia magnesów permanentnych, wdrożona z sukcesem

w mocowaniu detali, została zaadoptowana do budowy chwytaka magnetycznego, stosowanego w robotyzacji procesów załadunku. Zarówno płyty mocujące, jak i chwytaki wykorzystują elektropermanentną technologię wytwarzania pola magnetycznego. Technologia mocowania magnetycznego umożliwia mocowanie detalu nawet przy obróbce zgrubnej. Należy jednak pamiętać, że wraz ze wzrostem błędów kształtu, siła mocowania maleje z uwagi na zwiększenie szczeliny między biegunem płyty a detalem. Wpływ na siłę mocowania ma również wysokość kostek, spełniających rolę przedłużenia biegunów. Jednak mimo że kostki dystansowe zmniejszają siłę mocowania, zastosowanie ruchomych elementów jest istotną zaletą, gdyż pozwala na obróbkę detali o nieregularnym kształcie. Do ważnych zalet magnetycznej technologii mocowania należą: jej prostota, szybkość zamocowania (pełna siła mocowania rozwijana jest w czasie poniżej 1,5 s) oraz uniwersalność

w odniesieniu do materiałów ferromagnetycznych. Nie bez znaczenia jest fakt, że dzięki takiemu mocowaniu mamy dostęp do detalu z pięciu stron. W przypadku chwytaka magnetycznego zasada aktywacji i dezaktywacji jest taka sama, jak w przypadku płyt mocujących. Chwytak magnetyczny jest bardzo uniwersalny, a jedyne ograniczenie jego użycia dotyczy przenoszonego materiału, który musi być ferromagnetyczny. Należy też zwrócić uwagę na temperaturę pracy i inne czynniki środowiskowe.

Minimalizacja czasów pomocniczych Jednym z czynników, które wpływają na koszty wytwarzania jest tzw. czas pomocniczy oraz czas przygotowawczo-zakończeniowy. Czasy pomocnicze i przygotowawcze można skrócić przez zastosowanie systemów bazująco-mocujących. W ofercie firmy SCHUNK takie rozwiązania opisane są jako systemy VERO-S.

System Vero-S pozwala na dużą dokładność i kompatybilność modułów mocujących detal

Płyty magnetyczne Magnos zapewniają dostęp do obrabianego detalu z pięciu stron

Mocowanie narzędzi i detali jest jednym z podstawowych zadań synergii SCHUNK

Automatyzacja załadunku detalu do uchwytu dzięki zastosowanemu chwytakowi

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2014

Automatyka NAPĘDY I UKŁADY WYKONAWCZE

System Vero-S wykorzystany do szybkiego i precyzyjnego zamocowania i wymiany modułu mocującego detal

Dzięki odpowiedniej geometrii powierzchni kształtowych dwóch zespołów współpracujących osiągnięto pięciokrotne zwiększenie siły mocującej w stosunku do siły zaciągu, generowanej przez sprężyny. Siła mocowania bez wspomagania wynosi 9 kN na moduł, ale w przypadku dostarczenia do komory pod tłokiem sprężonego powietrza siła mocowania może wzrosnąć do 40 kN! Elementy robocze stykają się płaszczyznami, toteż ich powierzchnia styku jest znacznie większa niż w systemach, w których elementami roboczymi są kulki, gdzie styk jest punktowy. Nie bez znaczenia jest wysoka powtarzalność mocowania. Producent gwarantuje dokładność do 5 µm, ale w praktyce nowe moduły charakteryzują się powtarzalnością mocowania na poziomie około 2–3 µm. Zastosowanie systemu VERO-S pozwala na zminimalizowanie czasów pomocniczych przez skrócenie np. czasu wymiany przyrządu mocującego. Zarówno przy paletyzacji zautomatyzowanej, jak i ręcznej, dzięki możliwości załadunku i mocowania przedmiotu obrabianego w przyrządzie podczas pracy maszyny, następuje skrócenie czasów przygotowawczych i zakończeniowych. Przykładowo wymiana imadła na inny przyrząd na stole obrabiarki, przy zastosowaniu paletyzacji z modułem VERO-S, jest ponad czterokrotnie

System szybkiej wymiany SWS zapewniający szybką zmianę narzędzia chwytającego na robocie

krótsza niż w przypadku mocowania oprzyrządowania za pomocą śrub i łap. Moduły VERO-S, powszechnie stosowane do mocowania detali lub palet na stołach bądź we wrzecionach obrabiarek, zostały zaadaptowane jako interfejs do chwytania palet przez roboty.

• obróbki – systemy mocujące detal lub palety oraz oprawki narzędziowe, • rozładunku lub przeniesienia detalu na inną obrabiarkę. Co bardzo ważne, omawiane rozwiązania firmy SCHUNK mogą być wdrożone 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 dobrodziejstw omawianej synergii w podstawowym zakresie. W efekcie firma SCHUNK, dzięki opracowanym technologiom mocowania i chwytania, umożliwia wykorzystanie ukrytych możliwości zarówno skomplikowanych, jak i prostych systemów obróbkowych, przynosząc klientom wymierne korzyści technologiczne oraz ekonomiczne.

SCHUNK Intec Sp. z o.o. ul. Puławska 40 A

Bogata oferta

05-500 Piaseczno

Firma SCHUNK oferuje oprzyrządowanie dla praktycznie każdej obrabiarki, które przydatne jest w trakcie całego procesu jej działania. Dotyczy to m.in.: • załadunku – np. za pomocą technologii magnetycznej lub chwytaków dla zrobotyzowanych gniazd, także z możliwością wyposażenia systemu w manipulatory kartezjańskie własnej produkcji,

tel. 22 726 25 00 fax 22 726 25 25 e-mail: info@pl.schunk.com www.pl.schunk.com

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

Silniki liniowe serii LMF firmy HIWIN HIWIN GmbH, córka firmy HIWIN Technologies Corporation, rozwija, produkuje i sprzedaje od 1993 r. elementy z zakresu techniki liniowej. Oferta urządzeń jest

Fot. Schunk, HIWIN

wyjątkowo bogata.

Paleta produktów, obok prowadzeń szynowych, napędów kulowych, siłowników elektrycznych i tulei łożyskowych, obejmuje także kompletne systemy pozycjonujące, osie liniowe, moduły liniowe, silniki planarne, stoły obrotowe, silniki Torque i systemy pomiarowe położenia. Dużym zainteresowaniem cieszą się nowe, wydajne silniki liniowe HIWIN serii LMF, które są optymalne do zastosowań w obrabiarkach. Promocja

Silniki liniowe LMF mają przyłącze do chłodzenia wodą, dlatego mogą być optymalnie wykorzystane w obrabiarkach. Jednostki LMF, dzięki siłom ciągłym do 7000 N oraz chwilowym do prawie 13 000 N, oferują dużą dynamikę i dokładność połączone z dużą gęstością siły.

Budowa silników Trójfazowe rdzeniowe silniki liniowe zasadniczo składają się z biegnika (forcer) z cewkami nawiniętymi na pakiet blach ze zintegrowanym systemem chłodzenia wodą oraz induktora (statora) z magnesami trwałymi. Chłodzenie wodą pomaga odprowadzić ciepło z biegnika. Dzięki temu taki silnik liniowy może być zasilany prądem o wysokim napięciu, co pozwala zwiększyć siły ciągłe o niemal 50 proc. Magnesy statorów zalane są warstwą żywicy epoksydowej, odpornej na wibracje i oleje, co chroni je przed uszkodzeniami mechanicznymi.

Wyposażenie dodatkowe i certyfikaty Do szczególnie trudnych warunków pracy firma HIWIN oferuje też opcjonalnie osłonę ze stali nierdzewnej o maksymalnej długości 3 m. Specjalne ułożenie magnesów trwałych redukuje moment szczątkowy do minimum, dzięki czemu silniki liniowe tej serii gwarantują dobre właściwości równobieżne. Silniki LMF mają certyfikaty CE i UL i są stosowane praktycznie na całym świecie.

HIWIN GmbH Biuro w Warszawie ul. Puławska 405 A 02-801 Warszawa tel. 22 544 07 05 fax 22 544 07 08 www.hiwin.pl

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2014

Automatyka OPROGRAMOWANIE SYMULACYJNE

Analiza danych w programie MATLAB

którymi stawiane są nowe wyzwania projektowe, mimo wielu oczywistych różnic wynikających ze specyfiki wyzwań, można znaleźć pewne ramy, wyznaczające schemat działania wielu z nich. Drogę do rozwiązania większości problemów, niezależnie od dziedziny nauki, której one dotyczą, można podzielić na kilka etapów.

Promocja

Pierwszy etap to zebranie odpowiednich informacji, które są fundamentem dalszej pracy. Dane mogą być różnego typu. Mogą to być np. informacje o zmianie wartości prądu pobieranego przez silnik, dobowe wahania temperatury lub wartości instrumentów finansowych na giełdzie papierów wartościowych. Kolejny etap to przetworzenie surowych danych wejściowych, ich wstępna selekcja i filtrowanie. Tak przetworzone dane podlegają analizie – na podstawie obserwowanych przebiegów i wyznaczonych statystyk inżynier poszukuje zależności między danymi i próbuje określić „przepis” objaśniający, jakie procesy doprowadziły do pozyskania takich, a nie innych wyników. Dalsza praca to stworzenie algorytmu przetwarzającego dane w pożądany sposób. Można przyjąć, że choć cele przyjęte przez inżynierów różnych specjalności bywają bardzo różne (od stworzenia algorytmu rozpoznawania ludzkiej mowy do wyznaczenia optymalnego napięcia sterującego pracą silnika), nieodmiennie wszyscy posługują się tym samym językiem matematyki. Ostatni etap pracy to stworzenie raportu z przeprowadzonej analizy lub – jeśli proces ma być powtarzany dla kolejnych porcji danych – stworzenie działającej aplikacji. Tak więc chociaż cele przyświecające inżynierom mogą

być całkowicie odmienne, droga do ich realizacji jest dość podobna. Różne są natomiast narzędzia, które mogą posłużyć do realizacji celu.

Zestawienie dostępnych narzędzi analizy Minęły czasy, gdy podstawowymi narzędziami pracy inżyniera były kartka i ołówek. Jakkolwiek te przedmioty są nadal użyteczne, dziś podstawowym narzędziem pracy inżyniera jest komputer wraz z odpowiednim oprogramowaniem. Choć mogłoby się wydawać, że nie sposób porównać ze sobą wszystkie dostępne na rynku narzędzia obliczeniowe, to można pokusić się o wskazanie kilku klas dostępnych rozwiązań.

Arkusz kalkulacyjny Patrząc na najprostsze rozwiązania można zauważyć, że do analizy danych niekiedy wystarcza zwykły arkusz kalkulacyjny. Ogromną zaletą tego narzędzia jest sposób przedstawienia danych. Wczytując plik do arkusza kalkulacyjnego otrzymuje się dość dobry podgląd wszystkich dostępnych tam danych. Informacje ułożone są w tabeli, którą można edytować, w dość łatwy sposób wyznaczyć podstawowe statystyki i uzyskać wykresy wskazanych przebiegów. Problem pojawia się, gdy niezbędne staje się stworzenie zaawansowanych procedur selekcjonujących dane oraz

Fot. ONT

W pracy inżynierów, przed

Przykładowe aplikacje wykorzystujące środowisko MATLAB

algorytmów przetwarzania. Choć jest to możliwe, to tworzenie takich procedur w arkuszu kalkulacyjnym nie jest proste, a ponadto wykonywanie obliczeń jest niestety bardzo powolne. W tej kwestii nie można spodziewać się w przyszłości znaczącej poprawy, ponieważ mimo że w ostatnich dekadach sprzęt komputerowy stawał się coraz szybszy i wydajniejszy, to ilość danych, jaką się dysponuje, stając przed kolejnymi problemami obliczeniowymi, również staje się wielokrotnie większa.

Fot. ONT

Specjalistyczne oprogramowanie Dla większości inżynierów arkusz kalkulacyjny będzie narzędziem niewydajnym. Na rynku dostępna jest jednak całkiem bogata oferta specjalistycznych programów obliczeniowych, które dzięki pewnej automatyzacji pomagają użytkownikowi łatwo przejść etapy importu i selekcji danych. Mają również zaimplementowane gotowe funkcje obliczeniowe, które są wykonywane z przyzwoitą szybkością. Niedogodnością tego rozwiązania jest to, że programy te są w pewnym sensie „szyte na miarę”. Świetnie nadają się do realizacji określonych zadań, ale jeśli okaże się, że wymagane jest nietypowe podejście do selekcji danych lub przeprowadzenie dodatkowych obliczeń, użytkownik jest skazany na sięgnięcie po kartkę i ołówek, ewentualnie arkusz kalkulacyjny.

W zasadzie prędzej czy później każdy inżynier natrafia na problem wymagający nieszablonowego podejścia, a wtedy taki gotowy program nie na wiele się zdaje.

Własny program Problem szablonowego podejścia do problemu nie istnieje wtedy, gdy zamiast sięgać po gotowe rozwiązania inżynier sam tworzy program, który może pomóc w rozwiązaniu problemu. W zasadzie nie można w tym przypadku mówić o ograniczeniach – program stworzony na potrzeby projektu będzie przetwarzał dane w dowolnie określony przez programistę sposób, przy maksymalnym wykorzystaniu dostępnych zasobów sprzętowych. Stworzenie aplikacji z użyciem tradycyjnych języków programowania, takich jak C, Fortan i Java, nie jest jednak proste, a z całą pewnością bardzo czasochłonne. Wynika to przede wszystkim z tego, że inżynier tworzący aplikację nie może skupić się na rozwiązaniu problemu, a na aplikacji, którą tworzy.

MATLAB – środowisko obliczeniowe Czy możliwe byłoby stworzenie środowiska obliczeniowego, które łączyłoby zalety przedstawionych wcześniej rozwiązań, przy jednoczesnej minimalizacji ich wad? W tym roku mija 30 lat od chwili, gdy inżynierowie firmy

Mathworks podjęli taką próbę. Udało się stworzyć środowisko MATLAB, które oferuje użytkownikowi automatyzację rutynowych czynności (wczytanie danych, tworzenie przejrzystych wykresów i raportów), umożliwia wygodny podgląd danych, będących przedmiotem analizy oraz pozwala na wykorzystanie nie tylko licznych gotowych funkcji obliczeniowych, ale również wygodne tworzenie własnych procedur. Korzyści z zastosowania środowiska MATLAB najlepiej zaprezentować w kontekście kolejnych etapów pracy inżyniera, przedstawionych na początku artykułu.

Wczytywanie danych W pierwszej kolejności należy pobrać do środowiska obliczeniowego dane podlegające analizie. Warto zaznaczyć, że chociaż w MATLAB zaimplementowano mechanizmy w pełni automatyzujące proces importu danych z popularnych formatów plików (XLS, CSV, WAV, BMP i wielu innych), z powodzeniem można w półautomatycznym procesie odczytać dane z pliku o dowolnym innym formacie, niezależnie od tego, czy jest to plik binarny, czy tekstowy. Nie stanowi również problemu wskazanie jako źródła bazy danych lub specjalistycznego sprzętu pomiarowego. Ten ostatni może być również skonfigurowany i nadzorowany w procesie akwizycji

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2014

Automatyka OPROGRAMOWANIE SYMULACYJNE

Modelowanie i tworzenie algorytmów

Oprogramowanie MATLAB i Simulink jest powszechnie wykorzystywane przez liderów z branży kolejowej

Kolejne etapy pracy, czyli modelowanie i opracowywanie algorytmów obliczeniowych, mogą być znacznie uproszczone dzięki zaimplementowanym w środowisku MATLAB i jego specjalistycznych przybornikach (Toolbox) algorytmom obliczeniowym. W zależności od tego, czy analiza jest związana np. z przetwarzaniem sygnałów, czy biostatystyką, użytkownik może sięgnąć po zestaw odpowiednich i sprawdzonych narzędzi, by przyspieszyć realizację zadania. Wszystkie dostępne funkcje obliczeniowe są szczegółowo udokumentowane, a ponadto każda ze znajdujących się w MATLAB funkcji jest w pełni przejrzysta dla użytkownika i może być przez niego w razie potrzeby edytowana.

Tworzenie raportów logicznemu poprzez wywołanie w MATLAB pojedynczego polecenia! Warto także poświęcić trochę miejsca na opis języka programowania dostępnego w MATLAB. O ile część operacji w środowisku można wykonać przy pomocy dostępnego interfejsu graficznego, o tyle najefektywniejszą pracę zapewnia wprowadzanie precyzyjnych poleceń przy pomocy klawiatury.

Obróbka i selekcja danych Wczytane dane wymagają zwykle wstępnej obróbki. Różne rodzaje wykresów pozwalają na błyskawiczny podgląd dostępnych danych, ich pierwszą ocenę i wybór dalszej ścieżki postępowania. Użytkownik może zdecydować się na usunięcie niekompletnych danych pomiarowych lub na ich uzupełnienie z wykorzystaniem jednej z zaimplementowanych metod aproksymacji. Kolejny etap to selekcja danych do dalszej analizy. Bardzo przydatna jest tutaj technika znana jako indeksowanie logiczne. W celu wyjaśnienia korzyści płynących z użycia tej techniki, nie wchodząc w szczegóły techniczne, warto posłużyć się przykładem. Wyobraźmy sobie zestawienie informacji dotyczących produkowanych współcześnie samochodów osobowych. W pliku z danymi znajdują się informacje o typie pojazdu, pojemności silnika, kolorze nadwozia, mocy itp. W przypadku zainteresowania np. zależnością między zużyciem paliwa a mocą silnika dla trzydrzwiowych pojazdów w kolorze czerwonym, o pojemności silnika większej niż 1400 cm3, można uzyskać pożądane informacje dzięki indeksowaniu

Język programowania Język programowania MATLAB umożliwia pracę na macierzach i wektorach – strukturach, z którymi w swoich obliczeniach spotyka się większość inżynierów. Uczynienie z macierzy podstawowego typu danych dostępnych w środowisku sprawia, że zarówno projektowanie obliczeń, jak i same obliczenia są mało czasochłonne. Ponadto, przy tworzeniu poleceń w języku MATLAB, od użytkownika nie wymaga się wykonywania niskopoziomowych operacji, takich jak deklaracja zmiennych czy określanie typu danych, co znacznie ułatwia sprawę. Możliwość dokonywania operacji na macierzach sprawia, że w wielu przypadkach linia kodu MATLAB zastępuje kilkanaście linii kodu, pisanych w językach C lub C++. Linie poleceń odpowiedzialne za poszczególne etapy pracy w MATLAB są zazwyczaj umieszczane w jednym pliku tekstowym, nazywanym skryptem. Mimo licznych uproszczeń, MATLAB w razie potrzeby oferuje wszystkie funkcje nowoczesnego języka programowania, tj. pętle, wyrażenia warunkowe, struktury danych i klasy.

Ostatni, wieńczący dzieło etap to stworzenie raportu z przeprowadzonych obliczeń. Jeśli użytkownik w poprzednich fazach pracy zadbał o wprowadzenie odpowiednich komentarzy tekstowych do swojego skryptu (co jest dobrym pomysłem, niezależnie od tego, w jakim środowisku obliczeniowym/programistycznym wykonywana jest praca), to może skorzystać z mechanizmu generującego raport z przeprowadzonych obliczeń. Odpowiednie efekty (pogrubienie czcionki, wypunktowanie itp.) można uzyskać wstawiając w tekście komentarza odpowiedni znacznik. Raport może zostać utworzony w postaci plików HTML, Word, LaTEX czy PDF.

Konkretne aplikacje Zdarza się, że to nie raport jest głównym celem prowadzonej analizy, a działająca aplikacja. Taką aplikację również można opracować w środowisku MATLAB, co wymaga najczęściej modyfikacji istniejącego skryptu i uzupełnienia go o mechanizmy interakcji programu z użytkownikiem. Pomocne okaże się w tym przypadku narzędzie GUIDE, służące do opracowywania graficznego interfejsu użytkownika. Dzięki temu końcowym efektem pracy może być wygodna aplikacja, która nie potrzebuje do działania oprogramowania MATLAB, a jedynie udostępnianej bezpłatnie biblioteki MRE. Miłosz Augustyński OPROGRAMOWANIE NAUKOWO-TECHNICZNE ul. Oboźna 11, 30-011 Kraków www.ont.com.pl

Fot. ONT

bezpośrednio ze środowiska MATLAB. Jeśli dane ograniczają się do danych numerycznych, najwygodniej jest przechowywać je jako macierze liczbowe. W sytuacji, gdy w danych znajduje się również tekst, można je zapisać jako tabele. Ich przeglądanie w środowisku MATLAB jest równie proste, jak w przypadku arkusza kalkulacyjnego.

MODELOWANIE PROJEKTOWANIE SYMULACJA

AUTOMATICON® 2014 27 marca 2014

godz. 15.00, sala A

Rafał Wędrychowicz, ONT MATLAB i Simulink narzędziem pracy

automatyka - automatyczna generacja kodu dla sterowników PLC

Oprogramowanie Naukowo-Techniczne wyłączny dystrybutor oprogramowania MATLAB® i Simulink® na terenie Polski

www.ont.com.pl

AUTOMATICON® 2014

27 marca 2014, godz. 14.00, sala A

Marcin Piątek, Technika Obliczeniowa

Symulatory sprzętowe w prototypowaniu i testowaniu układów sterujących

www.tobl.com.pl

Przy połączeniu sterownika PFC200 oraz wybranych modułów I/O, z liczącej ponad 400 wariantów oferty WAGO, można stworzyć indywidualne rozwiązania węzłów sieciowych

Automatyka procesowa – elastyczne rozwiązania WAGO Od lat WAGO-I/O-SYSTEM 750 znajduje zastosowanie w przemyśle procesowym – wszędzie tam, gdzie wymagane są niewielkie wymiary, elastyczność i stuprocentowe bezpieczeństwo inwestycji.

Interfejsy, sterowniki i komputery przemysłowe sprawdzają się zarówno w branży chemicznej, petrochemicznej czy w gazownictwie, jak i w uzdatnianiu wody pitnej. Nowy sterownik PFC200, dzięki różnorodności zastosowanych interfejsów, dużej wydajności i elastyczności, nadaje się w szczególności do

Promocja

zastosowania w przemyśle procesowym, który w coraz większym stopniu stawia na modularne, rozproszone systemy automatyki. Architektura sieci multi klient/serwer, z którą często spotykamy się w przemyśle procesowym, wymaga zaawansowanej komunikacji między poszczególnymi komponentami. Ponadto należy zapewnić możliwość synchronicznej obsługi wielu szeregowych bramek komunikacyjnych do agregatów, instrumentów, systemów ważących i innych urządzeń elektrycznych.

Rozproszone, inteligentne systemy w ofensywie Odpowiedzią na wszystkie te wyzwania jest sterownik PFC200. To wydajne i uniwersalne urządzenie realizuje zadania PLC, a dzięki zastosowaniu różnych interfejsów pozwala na elastyczną

komunikację z systemami podrzędnymi i nadrzędnymi. Sterownik PFC200 jest zatem uzupełnieniem rodziny sterowników Ethernet 750-88x, przeznaczonym do bardziej złożonych zadań. W efekcie wypełnia on lukę między klasycznymi, małymi sterownikami a zaawansowanymi komputerami przemysłowymi.

Skalowalność dzięki architekturze Linux PFC200 z procesorem Cortex A8 bazuje na systemie Linux RT i jest kompatybilny ze wszystkimi sterownikami i modułami WAGO-I/O-SYSTEM 750. Dzięki swojej modularnej strukturze i niezależności od typu sieci obiektowej, spełnia wszystkie wymogi stawiane obecnie systemom rozproszonego sterowania w przemyśle procesowym. Pozwala na tworzenie indywidualnie zaprojektowanych węzłów o skalowanej mocy,

Fot. Wago Elwag

Automatyka STEROWNIKI PLC

Fot. Wago Elwag

przy użyciu ponad 400 modułów. Mogą być one przeznaczone do różnych funkcji specjalnych, takich jak np. monitorowanie stanu urządzeń, pomiary energii oraz spełnienie wymagań dotyczących SIL i Ex. WAGO-I/O-SYSTEM spełnia najwyższe wymogi jakościowe i ma najważniejsze międzynarodowe certyfikaty (ATEX, IECEx, UL, GL, DNV itp.). Możliwość nieograniczonego migrowania istniejących projektów CoDeSys przy użyciu PFC200 z jednej strony pozwala zachować standardowe rozwiązania graficzne oprogramowania podczas prac projektowych, zaś z drugiej zapewnia długoterminowe bezpieczeństwo inwestycji. Zastosowanie platformy Linux daje użytkownikom – dzięki otwartej strukturze systemu – maksymalną swobodę programowania. Poza tym umożliwia stosowanie m.in. istniejących kodów źródłowych i algorytmów, np. procedur języka C, bez konieczności ich przekładania na język PLC.

Różnorodność interfejsów i bezpieczeństwo danych Sterowniki PFC200 standardowo są wyposażone w dwa złącza ethernetowe, a oprócz tego – w zależności od wersji

– w inne dodatkowe interfejsy: RS-232/ RS-485, CAN, CANopen lub PROFIBUS DP Slave. Narzędzia do konfiguracji CoDeSys i bezpłatne biblioteki funkcyjne pozwalają na obsługę licznych protokołów. W ten sposób część najważniejszych połączeń można zrealizować bez dodatkowych modułów, bezpośrednio przez sterownik. Podczas wymiany danych przez sieć i przez Internet, sterownik PFC200 wspiera wszystkie popularnie stosowane protokoły z rodziny TCP/IP, czyli: DHCP, DNS, SNTP, FTP, TELNET, HTTP oraz Modbus TCP/UDP. W celu zapewnienia bezpieczeństwa i integralności informacji, podczas łączenia z Internetem oraz w trakcie transferu danych, standardowo wykorzystywane są również protokoły SSH i SSL/TLS do nawiązywania bezpiecznych połączeń HTTPS i FTPS.

średnio z konsoli Linuksa. Nie jest w tym przypadku potrzebna znajomość specyficznego systemu operacyjnego. Brak wentylatora i baterii oraz zastosowanie pamięci SDHC czynią ze sterownika PFC200 urządzenie wytrzymałe w eksploatacji i niewymagające serwisowania. Oprócz szybkiego zapisu i odczytu danych użytkownika, takich jak receptury i pliki logowania, zapisanych przykładowo w plikach CSV na zintegrowanej karcie pamięci SD, umożliwia on także tworzenie kopii zapasowych i odtwarzanie systemu – wraz z programem, wizualizacją i danymi konfiguracyjnymi. Ułatwia to uruchamianie bądź klonowanie systemów, co jest szczególnie istotne w przypadku ich zastosowania w kilku identycznych aplikacjach, przykładowo w różnych krajach.

Łatwe wdrażanie, eksploatacja bez konserwacji Konfiguracja sterownika PFC200 następuje przez zintegrowany serwer WWW, środowisko programistyczne CoDeSys, zgodnie ze standardem IEC 61131-3, lub w oknie konfiguracyjnym, bezpo-

WAGO ELWAG ul. Piękna 58 a 50-506 Wrocław tel. 71 360 29 70 fax 71 360 29 99 e-mail: wago.elwag@wago.com www.wago.pl

REKLAMA

Imponująco szybki i inteligentny – sterownik PFC200 • duża prędkość przetwarzania • możliwość programowania zgodnie z IEC 61131-3 • konfiguracja i wizualizacja przez serwer WWW • wbudowane funkcje Security • eksploatacja bez serwisowania

www.wago.com

Automatyka SYSTEMY KOMUNIKACJI

Wysoka jakość i trwałość to cechy charakterystyczne produktów marki HARTING. Najnowsze switche niezarządzalne z linii produktowych eCon 2000 oraz eCon 3000 to również urządzenia o wysokiej jakości i wydajności, które są w stanie sprostać szerokiemu zakresowi aplikacji przemysłowych.

Dzięki wieloletniej działalności w branży przemysłowej firma HARTING dysponuje wiedzą i kompetencjami, pozwalającymi dostarczać produkty i rozwiązania odpowiadające na aktualne oraz przyszłe potrzeby aplikacji przemysłowych. Rozwój przemysłowej infrastruktury sieciowej postępuje coraz szybciej, szybko wzrasta też ilość danych koniecznych do przesyłania w aplikacjach przemysłowych. Jednocześnie różnorodność aplikacji oraz ich specyficznych wymagań jest bardzo rozległa. Odpowiadając na aktualne potrzeby rynkowe, firma HARTING znacznie rozszerzyła ofertę niezarządzalnych switchy ethernetowych – obecnie oferuje ponad 200 różnych urządzeń, co sprawia, że jest to najszersza oferta na rynku. Switche Ha-VIS eCon zostały zaprojektowane do pracy w trudnych warunkach środowiskowych, przy równoczesnym zachowaniu wysokiej wydajności i parametrów pracy. Rodzina Switchy eCon dzieli się na dwie linie produktowe:

Promocja

eCon 2000 – urządzenia w płytkich obudowach (27 mm) oraz urządzenia w obudowach wąskich (25 mm i 38 mm). Trwałe, aluminiowe obudowy zapewniają ochronę mechaniczną przy równoczesnym zachowaniu małej masy. Obydwie linie produktowe przeznaczone są do montażu na szynie DIN, przy czym na szczególną uwagę zasługuje zastosowane mocowanie na szynę, zapewniające bardzo łatwy oraz pewny montaż. Switche są dostępne w wersjach Fast Ethernet i gigabitowych. Urządzenia są oferowane z portami RJ45 lub z portami światłowodowymi SC i SFP, zarówno dla światłowodów jednomodowych, jak i wielomodowych. Kolejnymi wersjami dostępnymi w ofercie są switche pracujące w standardzie PoE oraz PoE+. Umożliwiają one zasilanie urządzeń końcowych bezpośrednio przez porty switcha, nawet do 34,2 W/port (PoE+), przy możliwości równoczesnej pracy nawet czterech portów w trybie PoE+.

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

Fot. Harting Polska

Switche ethernetowe HARTING Ha-VIS eCon

Tego typu urządzenia wpływają na obniżenie kosztów aplikacji, ze względu na redukcję urządzeń zasilających oraz na ilości koniecznego okablowania. Mogą one pracować np. w systemach dozoru przemysłowego, monitoringu wideo albo zasilania urządzeń systemowo powiązanych, takich jak np. systemy RFID. Portfolio switchy eCon to również urządzenia z wbudowanym konwerterem DC/DC. Switche te mogą być zasilane napięciem 24 V DC, równocześnie umożliwiając wykorzystanie PoE+. Wbudowany zasilacz jest galwanicznie izolowanym urządzeniem. Ze względu na indywidualne wymogi każdej aplikacji wszystkie urządzenia dostępne są zawsze w dwóch wykonaniach, różniących się pod względem możliwej temperatury pracy. Wersja podstawowa może pracować w temperaturze otoczenia od 0 °C do +55 °C, a wersja o poszerzonym zakresie temperatury – od –40 °C do +70 °C. Urządzenia we wszystkich wykonaniach wykorzystują m.in. zaawansowaną technologię efektywności energetycznej, polegającą na obniżeniu poboru mocy urządzenia w czasie obniżonej ilości transmisji danych, mają porty światłowodowe zawsze na przodzie urządzeń, obsługę QoS, wsparcie obsługi ramek typu jumbo, bardzo dobre charakterystyki EMC i certyfikację do różnych typów zastosowań: maszynowych, transportowych lub morskich.

Przemysłowe switche w technologii Green Ethernet Wielkość zużytej energii elektrycznej w sieciach domowych lub korporacyjnych jest często pomijana. W przypadku dużych projektów zastosowanie rozwiązań energooszczędnych może jednak przynieść znaczną redukcję kosztów związanych z eksploatacją, a co za tym idzie, skrócić czas amortyzacji i zwiększyć opłacalność.

Wspomniane rozwiązania promuje w swojej ofercie firma Advantech, światowej klasy wytwórca urządzeń automatyki przemysłowej. W najnowszej serii switchy przemysłowych EKI-3000 producent wprowadził technologię Green Ethernet, która dopasowuje zużycie energii do liczby wykorzystywanych portów oraz do długości podłączonych kabli.

Fot. Harting, Elmark Automatyka

Oszczędność energii Wszystkie switche z serii EKI-3000 spełniają standard IEEE 802.3az, czyli zaliczają się do urządzeń klasy Green Ethernet. Technologia ta pozwala na przejście nieużywanych portów w stan uśpienia, jeśli podłączone urządzenia są nieaktywne. Przykładowo switch EKI-3525 firmy Advantech, wyposażony w pięć portów Fast Ethernet, w przypadku podłączenia tylko jednego z portów zużyje aż o 60 proc. mniej mocy, czyli około 1 W. Wykrywana jest również długość kabla, co znacznie zmniejsza zużycie energii w przypadku mniejszych, kilkunastometrowych połączeń. Obecnie stosowany standard Ethernet z góry zakłada moc sygnału przełączników, która pozwala na transmisję na odległość 100 m i w efekcie bardzo często nie jest ona w pełni wykorzystywana. Dzięki takim rozwiązaniom nie tylko zmniejsza się koszty utrzymania, ale zapewnia dłuższą pracę przy korzystaniu ze źródeł odnawialnych. Promocja

Niezawodność Ważną cechą switchy, podnoszącą niezawodność pracy, jest funkcja Loop Detection, wyłączająca odpowiedni port Ethernet, gdy dojdzie do zapętlenia danych w sieci. Dzięki temu sieć jest zabezpieczona przed przypadkowymi połączeniami w kształcie pierścienia, które bardzo szybko mogą doprowadzić do zapchania łączy i w konsekwencji do zerwania transmisji. O ewentualnej awarii użytkownik jest informowany za pomocą diody LED, widocznej z boku obudowy. Pozwala to szybciej zdiagnozować problem, a przez to zmniejszyć czas przestojów. Switche mają również jeden lub dwa porty zgodne z technologią VIP, przeznaczone do transmisji danych z wysokim priorytetem. Są one szczególnie użyteczne w aplikacjach wymagających dużych szybkości, takich jak strumień wideo, gdzie obraz musi być przesyłamy w pierwszej kolejności.

Jakość wykonania i zabezpieczenia Omawiane urządzenia mają solidną, plastikową obudowę o stopniu ochrony IP40, 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 przed przepięciami (ESD) na linii ethernetowej (do 6 kV DC) oraz linii zasilającej (do 4 kV DC) skutecznie podwyższa bezpieczeństwo

oraz niezawodność użytkowanych sieci. W urządzeniu zamontowano alarmowe wyjście przekaźnikowe oraz diody LINK. Switche pracują w temperaturze od –10 °C do +60 °C. Są bardzo odporne na wibracje, przeciążenia i upadki, zgodnie z wymaganiami odpowiednich norm z serii IEC 60068. Ich współczynnik MTBF, określający czas bezawaryjnej pracy, wynosi około 1 500 000 godzin.

Podsumowanie Seria EKI-3000 to idealne rozwiązanie do zastosowań w trudnych warunkach przemysłowych. Switche zapewniają niskie koszty eksploatacji i cechują się dużą trwałością. Porty z priorytetami transmisji oraz ochrona przed zapętleniem sieci podnoszą bezpieczeństwo i pewność transmisji danych. Te cechy sprawiają, że są to bardzo dobre rozwiązania dla systemów automatyki przemysłowej, instalacji alarmowych czy systemów wideo. Wysoką jakość potwierdza pięcioletnia gwarancja producenta. Zachęcająca jest też wyjątkowo niska cena modeli EKI-3525 (pięć portów) oraz EKI-3528 (osiem portów). Jarosław Molenda ELMARK Automatyka ul. Niemcewicza 76 05-075 Warszawa-Wesoła tel. 22 773 79 37, fax 22 773 79 36 e-mail: elmark@elmark.com.pl www.elmark.com.pl

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2014

Pomiary CZUJNIKI I SYSTEMY POMIAROWE

Kontrola i sterowanie procesami produkcyjnymi wymagają kompleksowych i efektywnych rozwiązań. Niezależnie od tego, czy chodzi o obróbkę termiczną materiałów, czy ich kształtowanie, precyzyjne i wydajne działanie nie byłoby możliwe bez skutecznej kontroli temperatury. WObit proponuje kilka serii kontrolerów temperatury firmy Autonics, odpowiednich do różnych aplikacji.

Kontrolery temperatury są stosowane m.in. w piekarniach i różnego rodzaju suszarniach – np. do suszenia zboża, drewna, trocin, kukurydzy, warzyw lub owoców. Ciekawym obszarem zastosowań jest przemysł tworzyw sztucznych, w którym kontrolery są używane m.in. w procesie obróbki i formowania metodą wtryskową oraz w procesie kalandrowania.

Seria TK Standardowym rozwiązaniem są regulatory temperatury PID z serii TK. Wyróżniają się one 10-krotnie krótszym okresem próbkowania, w porównaniu do dotychczas oferowanych podobnych rozwiązań. Duży wyświetlacz oraz jasne diody, zamontowane w tych kontrolerach, zapewniają bardzo dobrą widoczność i komfort obsługi. Dostępne do wyboru funkcje, takie jak sterowanie ogrzewaniem/chłodzeniem, regulacja automatyczna/ręczna i wyjście SSR/prądowe, pozwalają dokładnie dopasować wybrane urządzenie do potrzeb realizowanego procesu regulacji. Regulatory TK, dzięki wyposażeniu ich w popularny interfejs RS-485 Modbus RTU, można łatwo implementować w istniejących układach.

Promocja

Kontrolery temperatury w ofercie WObit Parametry urządzenia można nastawiać i monitorować przez port USB komputera PC.

Seria TD Seria TD to regulatory PID z przełącznikiem cyfrowym. Łączą wygodę przełączników cyfrowych z niezawodnością regulacji PID. Przełącznik cyfrowy umożliwia użytkownikom łatwe ustawienie i sprawdzenie ustawianej temperatury, bez konieczności wchodzenia w tryb regulacji programowej. Algorytm sterowania PID i częstotliwość próbkowania 100 ms zapewniają precyzyjną kontrolę temperatury. Modele z tej serii są również wyposażone w wyświetlacze poprawiające widoczność, a ich nieduże wymiary pozwalają zaoszczędzić przestrzeń montażową.

Seria TC Najbardziej opłacalnym rozwiązaniem w zakresie regulacji temperatury jest seria TC. Urządzenia tej serii pozwalają realizować podstawowe funkcje regulacji oraz cechują się dużą wydajnością. Umożliwiają idealną regulację temperatury dzięki zmodyfikowanemu algorytmowi regulacji PID oraz szybkiemu

próbkowaniu (100 ms). Zarówno obsługa wyjścia SSRP, jak i wyjścia przekaźnikowego pozwala na skuteczną i szybką regulację. Ponadto ta seria kontrolerów charakteryzuje się kompaktową konstrukcją oraz wyraźnym wyświetlaczem.

Seria TM Poza seriami z wyświetlaczem WObit proponuje również wielokanałowe moduły PID serii TM. Mogą one wykonywać cztero- lub dwukanałową kontrolę z okresem próbkowania 100 ms. Boczne łączenie kontrolerów ogranicza liczbę potrzebnych przewodów oraz umożliwia montaż do 31 jednostek (124 kanały) bez dodatkowego zasilania czy kabli komunikacyjnych dla modułów rozszerzeń. Ustawienie parametrów oraz kontrola są możliwe za pomocą interfejsu RS-485 lub kabla USB. Dodatkowo, dzięki różnym dogodnym funkcjom, możliwe jest zwiększenie pewności kontroli i regulacji. PPH WObit E. K. J. Ober s.c. Dęborzyce 16, 62-045 Pniewy tel. 61 222 74 22, fax 61 222 74 39 e-mail: wobit@wobit.com.pl www.wobit.com.pl

Przenośne urządzenia pomiarowe rynek i technologie

Multimetry do różnych zastosowań Przegląd rynku

Najważniejszymi odbiorcami

wielkości elektrycznych.

Wśród wielkiej liczby urządzeń pomiarowych, takich jak mierniki cęgowe, oscyloskopy, kalibratory, kamery termowizyjne i inne, ważną rolę odgrywają multimetry. Producenci pracują nad poprawianiem dokładności ich pomiarów, zwiększeniem funkcji pomiarowych, funkcjonalnością obudowy i innymi parametrami. Aparatura przenośna zajmuje ważne miejsce na polskim rynku, ponieważ przenośne urządzenia pomiarowe są stosowane m.in. tam, gdzie wykonuje się pomiary w instalacjach rozproszonych.

Zapotrzebowanie na przyrządy

Oferowane produkty

przenośnych urządzeń pomiarowych są firmy z branży energetycznej, budowlanej oraz logistycznej. Wśród stosowanej przez nie aparatury pomiarowokontrolnej są m.in. multimetry

o dużych możliwościach

Fot. WObit, Limatherm Sensor

pomiarowych powoduje, że cieszą się one coraz większym zainteresowaniem.

Dystrybutorzy oferują wiele marek, zarówno europejskich, jak i tych produkowanych w USA lub na Dalekim Wschodzie. Wśród popularnych producentów przenośnych urządzeń do pomiarów wielkości elektrycznych w Polsce są m.in. firmy Agilent Technologies, Amprobe, Axiomet, Brymen, Extech Instruments, Flir Systems, Fluke, Gossen Metrawatt, Keithey, Sonel, Uni-t, Voltcraft i inne. Obecnie jakość urządzeń pomiarowych jest oceniana w oparciu o funkcjonalność

ich parametrów, a nie miejsce pochodzenia.

Podział multimetrów Multimetry są przyrządami służącymi do pomiaru kilku wielkości elektrycznych i elektronicznych. Podstawowe podziały klasyfikacyjne multimetrów wiążą się z ich strukturą wewnętrzną oraz z właściwościami ergonomicznymi. Wyróżnia się: • multimetry z przetwornikami analogowo-cyfrowymi integracyjnymi, które mają dość rozbudowane układy kondycjonowania sygnałów po stronie analogowej oraz proste przetwarzanie po stronie cyfrowej, • multimetry z przetwornikami analogowo-cyfrowymi próbkującymi, mające proste układy kondycjonowania i dość skomplikowane przetwarzanie po stronie cyfrowej. Druga bardzo ważna klasyfikacja to podział na: • multimetry podręczne serwisowe, zazwyczaj o wewnętrznym zasilaniu bateryjnym, • multimetry laboratoryjne o dużych możliwościach współpracy systemowej.

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2014

rynek i technologie Przenośne urządzenia pomiarowe

Obecnie z grupy multimetrów ogólnego zastosowania dodatkowo wyodrębnia się multimetry przeznaczone do specjalistycznych pomiarów, np. w energetyce, w branży motoryzacyjnej i innych. Wysoka dokładność pomiaru i wiele innych zalet przyczyniły się do tego, że od początku lat 70. rynek opanowały multimetry cyfrowe, aczkolwiek multimetry analogowe wciąż funkcjonują w wielu zastosowaniach. Multimetry cyfrowe mają wiele różnorodnych funkcji pomiarowych. Należą do najbardziej popularnych przyrządów elektronicznych. Obecnie mamy na rynku wiele rodzajów multimetrów cyfrowych, począwszy od prostych serwisowych (3 ½- lub 4 ½-cyfrowych) do bardzo precyzyjnych (8 ½-cyfrowych). Multimetry serwisowe wykonują pomiary napięcia i natężenia prądu stałego lub przemiennego oraz rezystancji. Dodatkowo służą też do pomiarów wielkości nieelektrycznych. Dziś coraz więcej multimetrów ma możliwość zapisu mierzonych wartości. Zapis ten może być wstrzymany, uruchamiany ponownie i kasowany. Zapisane dane mogą być przeglądane w mierniku lub przeniesione do PC. Dodatkowo pojawiają się multimetry oferujące wiele funkcji, łącznie z pomiarem przewodności, tłumienia, pętli prądowej i innymi. Niektóre multimetry mają innowacyjne funkcje, takie jak np. funkcja VFD V/Hz (ang. Variable Frequency Drive), która pozwala na jednoczesny pomiar częstotliwości z zakresu 5–440 Hz i napięcia z zakresu 5–1000 V w większości rodzajów falowników. Zauważalne jest dążenie do rozszerzania nie tylko funkcji multimetrów, ale także ich właściwości specjalnych, np. takich, które decydują o możliwości stosowania w energetyce. Dobrym przykładem w tym przypadku jest pomiar rezystancji izolacji. Nowocześniejsze multimetry są wyposażone w ciekłokrystaliczne ekrany graficzne, służące do wyświetlania wyniku pomiaru i przedstawienia przebiegów czasowych lub wykreślania trendu na podstawie pomiarów w dłuższym czasie, bez udziału użytkownika. Na rynku dostępne są też multimetry do bezkontaktowego pomiaru prądu w obwodach elektrycznych, zarówno przemiennego, jak i stałego. Multimetry laboratoryjne oferują wyższą rozdzielczość i lepszą dokładność niż proste multimetry. Wiele z nich

ma rozdzielczość odpowiadającą kilkudziesięciu nanowoltom i dokładność pomiarów rzędu 20 ppm. Multimetry laboratoryjne z reguły są programowane. Funkcje pomiarowe są zadawane z klawiatury znajdującej się na płycie czołowej przyrządu, która umożliwia programowanie pracy multimetru zgodnie ze znakami znajdującymi się na klawiaturze. Multimetry laboratoryjne są zazwyczaj przewidziane do pracy w systemach pomiarowych o złożonej strukturze. Odbywa się to za pośrednictwem wybranego interfejsu według standardu GPIB, RS-232 lub USB. Multimetry elektryczne służą przede wszystkim do kontroli instalacji elektrycznych i zapewnienia bezpieczeństwa ich działania, dlatego w ofercie firm można znaleźć mierniki do pomiaru rezystancji izolacji, pomiaru czasu i prądu zadziałania dla wyłączników różnicowoprądowych, ale także do pomiaru rezystancji uziemienia. W przypadku zapewniania bezpieczeństwa ważnym pomiarem ochronnym jest sprawdzenie impedancji i rezystancji pętli zwarcia. Widoczna jest ewolucja multimetrów na przestrzeni lat. Istotnym jej skutkiem jest np. zwiększanie rozmiarów wyświetlacza, który podaje coraz więcej informacji. Obecnie, obok alfanumerycznych wyświetlaczy ciekłokrystalicznych, w multimetrach pojawiają się kolorowe wyświetlacze dotykowe.

Zasady doboru multimetrów 1. Najważniejszymi kryteriami doboru multimetru są dokładność, rozdzielczość oraz czułość, przy czym większa dokładność przekłada się na większą precyzję podczas dokonywania pomiaru wielkości elektrycznych. 2. Zakres pomiarowy umożliwia wykonanie pomiaru ekstremalnie niskiej lub wysokiej wartości danej wielkości fizycznej oraz znacznie wpływa na funkcjonalność urządzenia. 3. Wysoka jakość wykonania multimetru oraz użytych komponentów znacznie wpływa na klasę multimetru, ponieważ właściwie zaprojektowane urządzenie, wykonane z dobrej jakości elementów, dłużej zachowuje swoje właściwości, a w rezultacie dłużej wskazuje prawidłowe wyniki pomiaru. W przypadku takich nieprawidłowości, jak nieszczelna obudowa, podatność elektroniki na wstrząsy, czy użycie najtańszych podzespołów, występuje

ryzyko rozregulowania układu i utraty zdolności do prawidłowych wskazań. 4. Istotna jest liczba funkcji pomiarowych oraz wyposażenie ułatwiające dokonanie pomiaru, analizę danych i ich archiwizację. Wszystkie te kryteria w znacznym stopniu decydują o wyborze multimetrów, a jednocześnie wpływają na ich cenę, która może kształtować się od kilkudziesięciu do kilku tysięcy złotych, a w przypadku sprzętu najwyższej klasy – nawet do kilkunastu tysięcy złotych.

Rynek multimetrów Wielu producentów i dystrybutorów twierdzi, że rynek multimetrów nie jest nasycony, ponieważ nawet sprawne przyrządy kupione w ostatnich 10–20 latach są stopniowo wymieniane na nowocześniejsze modele. Przede wszystkim najważniejszym czynnikiem sprzyjającym rozwojowi branży aparatury pomiarowej są wzrost i dobra koniunktura w gospodarce. To nowe inwestycje w przemyśle, energetyce, budownictwie i innych branżach przyczyniają się do rozwoju firm, które specjalizują się w okresowej kontroli, serwisie czy utrzymaniu ruchu. Z kolei te firmy napędzają wzrost sprzedaży aparatury pomiarowej – m.in. multimetrów. Dodatkowo rozwijają się przedsiębiorstwa świadczące usługi w zakresie pomiarów na zasadach outsourcingu, które regularnie zakupują sprzęt pomiarowy – wielu podwykonawców musi zaopatrzyć się w aparaturę potrzebną do pracy. Istotne jest również to, że wzrasta liczba zadań pomiarowych oraz inwestycji, przy których konieczne jest wykonanie pomiarów. Obecnie z regulacji prawnych wynika konieczność kontrolowania działania sieci telekomunikacyjnych, instalacji elektrycznych, systemów klimatyzacji i wentylacji, oświetlenia i wielu innych. Te okresowe kontrole wymagają od firm usługowych oraz właścicieli obiektów posiadania mierników elektrycznych, zapewniających wykonanie atestowanych i wykalibrowanych pomiarów, zgodnie z wymogami prawnymi. Dotyczy to szczególnie branży energetycznej. Innym wyraźnym trendem jest rosnąca popularność i zapotrzebowanie na mierniki o wysokich parametrach, często bardzo wyspecjalizowane. Oczekiwania klientów są dosyć zróżnicowane – jedni potrzebują prostych mierników, a inni aparatury najwyższej

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2014

rynek i technologie Przenośne urządzenia pomiarowe

Tab. Zestawienie parametrów przykładowych multimetrów Producent

Agilent Technologies

Amprobe

AM Technologies Polska

Semicon

oscyloskop/multimetr/Data Logger U1620A

multimetr U1253B

DM9C

bateria/zasilacz AC

baterie 2 × AA

Wyświetlacz

5,7” VGA TFT LCD, trzy tryby wyświetlania (wewnątrz, na zewnątrz, w nocy)

LCD, 4,5 cyfry, rozdzielczość 50 000

3 3/4 cyfry

Dopuszczenie

Warunki pracy

przemysłowe

–20…+70 °C

–40…+70 °C

–10…+60 °C

2000 m

0…+50 °C

–20…+55 °C

0…+50 °C

183 mm × 270 mm × 65 mm, 2,5 kg

203,5 mm × 94,4 mm × 59,0 mm, 0,53 kg

140 mm × 78 mm × 50 mm, 0,215 kg

IEC 60529

producenta

CAT III 600 Vrms

CAT III 1000 V/CAT IV 600 V

CAT II 600 V

nie dotyczy

sondy 10:1, kable pomiarowe, bateria, zasilacz

baterie, zestaw kabli pomiarowe

baterie, zestaw kabli pomiarowych, osłona ochronna

wodoodporny

nie dotyczy

tak

tak/nie

IEC 61010-1:2001/EN 61010-1:2001

EN/IEC 61010-1:2001, ANSI/UL 61010-1:2004 i CAN/CSA-C22.2 Nr 61010-1-04

CAT II 600 V, UL, CE, N10140

Bezwzględny maksymalny prąd AC

zakres do 100 A AC/DC w przedziale DC do 100 kHz

do 10 A

Bezwzględny maksymalny prąd DC

zakres do 100 A AC/DC w przedziale DC do 100 kHz

do 10 A

Bezwzględne maksymalne napięcie AC

Zakres do 1000 V ACV w przedziale DC do 200 MHz

1000 V

4 V

Bezwzględne maksymalne napięcie DC

CAT III 600 Vrms

1000 V

600 V

Bezwzględna maksymalna reaktancja pojemnościowa

brak danych

Dystrybutor Model produktu

Zasilanie

Warunki przechowywania Maksymalna wysokość pracy Zakres pracy Stopień zanieczyszczenia środowiska Wymiary i masa Certyfikaty Wytrzymałość elektryczna Rezystancja izolacji Wyposażenie standardowe Stopień ochrony Pomiar napięcia i częstotliwości Kategoria bezpieczeństwa

Inne

Axiomet

Brymen

Transfer Multisort Elektronik

Biall

AX-155

multimetr BM 525s

multimetr BM 869s

bateria 9 V

bateria 9 V 6F22

LCD 3,75 cyfry (3999) 21 mm

podwójny podświetlany LCD z 41-segmentowym bargarafem analogowym

przemysłowe

–30…+60 °C

–20…+60 °C

3000 m

2000 m

–10… +50 °C

0…+45 °C

182 mm × 82 mm × 55 mm, 0,375 kg

103 mm × 64,5 mm × 208 mm, 0,635 kg

CE, zgodne z IEC/UL/EN61010-1 Ed. 3.0, producenta

CAT III 1000 V/CAT IV 600 V

CAT IV 1000 V

nie dotyczy

przewody pomiarowe

przewody pomiarowe, bateria, holster ochronny, sonda temperatury

nie dotyczy

tak/tak

tak

EC 61010-1:2001 i IEC 61010-031:2002

CAT IV 1000 V IEC/UL/EN 61010-1 Ed. 3.0, IEC/ EN 61010-2-030 Ed 1.0, IEC/EN 61010-2-033 Ed. 1.0, IEC/UL/EN 61010-031 Ed. 1.1 i CAN/CSA-C22.2 Nr 61010-1-12 Ed. 3.0

CAT IV 1000 V IEC/UL/EN 61010-1 Ed. 3.0, IEC/ EN 61010-2-030 Ed. 1.0, IEC/EN 61010-2-033 Ed. 1.0, IEC/UL/EN 61010-031 Ed. 1.1 i CAN/CSA-C22.2 Nr 61010-1-12 Ed. 3.0

do 10 A

1000 V

40 mF

25 mF

bargraf, pomiar True RMS

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2014

rynek i technologie Przenośne urządzenia pomiarowe

Tab. Zestawienie parametrów przykładowych multimetrów (ciąg dalszy) Producent

CEM

Limatherm Sensor

Tomtronix

multimert DT-9929

miernik cęgowy DT-362

DT-9979

bateria 9 V

akumulator Li-ION 2400 mAh

Wyświetlacz

potrójny wyświetlacz LCD z bargrafem i podświetleniem

wyświetlacz LCD z podświetleniem

LCD licznik 50000 z podświetlaniem i linijką analogową

Dopuszczenie

Warunki pracy

przemysłowe

–20…+60 °C

2000 m

0…+45 °C

–20…+60 °C

183 ×82 × 55 mm, 0,447 kg

197 × 70 × 40 mm, 0,183 kg

220 × 96 × 60 mm, 0,631 kg

producenta

CAT IV 600 V, CAT III 1000 V

CAT III 600 V

CAT IV 600 V, CAT III 1000 V

nie dotyczy

futerał, przewody pomiarowe, bateria, sonda temperatury typ K

przewody pomiarowe, sonda temperatury typu K, oprogramowanie na cd, ładowarka sieciowa

wodoodporny

wodoszczelny ip67

tak/tak do 100 MHz

tak/tak do 10 kHz

tak

Kategoria bezpieczeństwa

EN 61010-1 IEC61010-1 i 2 CAT IV 600 V, CAT III 1000 V

EN 61010-1 CAT III 600 V

EN 61010 CAT IV 600 V, CAT III 1000 V

Bezwzględny maksymalny prąd AC

10 A, maksymalnie 20 A przez 30 s

400 A

do 10 A

Bezwzględny maksymalny prąd DC

10 A, maksymalnie 20 A przez 30 s

400 A

do 10 A

Bezwzględne maksymalne napięcie AC

1000 V

600 V

1000 V

Bezwzględne maksymalne napięcie DC

1000 V

600 V

1000 V

Bezwzględna maksymalna reaktancja pojemnościowa

40 mF

100 uF

10 mF

wysoka rozdzielczość pomiarów (0,01 mV, 0,01 µA, 0,01 W), pomiar wartości skutecznej True RMS (napięcia i prądu), pomiar wartości szczytowej, PEAK HOLD, pomiar składowej stałej DC i zmiennej AC, AC + DC, pomiar wartości minimalnej i maksymalnej, pomiar współczynnika wypełnienia, pomiar pętli 4…20 mA

bezkontaktowy detektor napięcia zmiennego NCV, pomiar prądu AC i DC do 400 A, pomiar wartości względnej – REL, pomiar temperatury (°C, °F), pomiar pojemności i częstotliwości

bluetooth, rejestracja 10 000 pomiarów do 200 h, wykres rejestracji na wyświetlaczu

Dystrybutor Model produktu

Zasilanie

Inne

Tra

183 m

bate temp

IEC

b dolno

niem

a wanie

1000 V

miarów na

Flir Systems

Fluke

Gossen Metrawatt

Transfer Multisort Elektronik

MERA

Semicon

Astat

DM93

289

113

Metrahit Energy

baterie 6 × AAA

baterie 6 × AA

bateria 9V

baterie 2 × AA

LCD (40 000)

VGA 1/2 cala, 50 k pikseli, jednoczesne wyświetlanie wielu zbiorów pomiarowych

3 3/4 cyfry

trójfunkcyjny LCD 65 × 36 mm rozdzielczość 60 000 cyfr 4 6/7 miejsc

przemysłowe

przemysł

–30…+60 °C

–40…+60 °C

–30…+60 °C

–25…+70 °C

2000 m

–10…+50 °C

–20…+55 °C

–10…+50 °C

–10…+ 50 °C

brak danych

183 mm × 83 mm × 52 mm, 0,465 kg

222 mm ×102 mm ×60 mm, 0,871 kg

160 mm × 96 mm × 46 mm, 0,350 kg

200 mm × 87 mm × 45 mm, 0,4 kg

UL (3111), CE, CSA, TUV, VDE, N10140

DAAkS zgodnie z ISO 17025

CAT III 1000 V/CAT IV 600 V

CAT III 600 V

CAT III 600 V, CAT IV 300 V

nie dotyczy

baterie, przewody pomiarowe, sonda temperatury typu K, wieszak – pasek magnetyczny

baterie, silikonowe przewody pomiarowe, uchwyt do sond, podręcznik użytkownika

baterie, zestaw kabli pomiarowych

baterie, zestaw kabli, certyfikat kalibracji, gumowy holster

nie dotyczy

IP52

tak/tak

tak

IEC 61010-1 CAT IV 600 V, CAT III 1000 V, IEC 61010-2-033

CAT III 600 V UL (3111), CE, CSA, TUV, VDE, N10140

IEC 61010-1:2010/VDE 0411-1:2011

do 10 A

1000 V

600 V

do 600 V

1000 V

600 V

do 600 V

40 mF

100,00 mF

10 mF

600 mF

bargraf, pomiar True RMS, filtr dolnoprzepustowy, funkcja LoZ (niskiej impedancji wejściowej)

pomiar częstotliwości do 10 kHz, pomiar przewodności do 50,00 nS, pomiar temperatury w zakresie –200…+1090 °C przy użyciu sondy zewnętrznej, funkcja LoZ, filtr dolnoprzepustowy True RMS, pamięć wewnętrzna, kompunkacja z komputerem: przez port USB

pomiar mocy czynnej biernej pozornej, analiza harmonicznych do 15, pomiar energii

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2014

rynek i technologie Przenośne urządzenia pomiarowe

Tab. Zestawienie parametrów przykładowych multimetrów (dokończenie) Producent

Keithley

PROTEC.class

Helmar Jacek A. Dobrowiecki

FEGA Poland

3706A

2450

cyfrowy miernik uniwersalny PMMM

100/240 V 50/60 Hz

2 1,5 V AAA MICRO

Wyświetlacz

wyświetlacz alfanumeryczny

5” wyświetlacz dotykowy (rozdzielczość 800 × 480)

cyfrowy, trójsegmentowy

Dopuszczenie

Warunki pracy

przemysłowe i laboratoryjne

laboratoryjne

przemysłowe

–40…+ 70 °C

–25…+65 °C

–10…+50 °C

do 2000 m

2000 m

dla 0–50 °C, wilgotność £80 % rh dla 35 °C

dla 0–50 °C, wilgotność £70 % rh dla 35 °C

0…+4 °C

brak danych

Dystrybutor Model produktu

Zasilanie

Warunki przechowywania Maksymalna wysokość pracy Zakres pracy Stopień zanieczyszczenia środowiska Wymiary i masa Certyfikaty

104 mm ×483 mm ×457 mm, 13 kg 106 m ×255 mm ×425 mm, 4,04 kg

170 × 90 × 38 mm, 0,295 kg z bateriami

IEC/EN 61010-1 (DIN VDE 0411)

300 V na wszystkich zakresach

nie dotyczy

CAT IV 600 V

nie dotyczy

>1 GW, <1000 pf

200 W ±1 %, 20 kW, 200 kW, 2 MW ±1 %, 20 MW

oprogramowanie, kabel zasilający, kabel sieciowy, sterowniki, instrukcja

oprogramowanie, kabel zasilający, kabel sieciowy, przewód USB, sterowniki, instrukcja, przewód bezpieczeństwa

instrukcja obsługi, czujnik temperatury, przewody pomiarowe oraz tester tranzystorów

IP30

IP44

DC i AC do 300 V, 500 Hz

tak

brak danych

IEC/EN 61010-1/DIN VDE 0411

Bezwzględny maksymalny prąd AC

nie dotyczy

do 10 A

Bezwzględny maksymalny prąd DC

do 10 A

Bezwzględne maksymalne napięcie AC

300 V

brak danych

600 V

Bezwzględne maksymalne napięcie DC

300 V

200 V

600 V

Bezwzględna maksymalna reaktancja pojemnościowa

brak danych

nie dotyczy

brak danych

Wytrzymałość elektryczna Rezystancja izolacji

Wyposażenie standardowe

Stopień ochrony Pomiar napięcia i częstotliwości

Kategoria bezpieczeństwa

Inne

TSP procesor, możliwość programowa TSP procesor, możliwość programowa pro w TSP-Script, LAN LXI, webserver pro w TSP-Script, LAN LXI, webserver

dzięki funkcji automatycznego wyboru zakresu pomiarowego Auto Range nie jest potrzebne żmudne ustawianie zakresu; funkcja testu tranzystorów hFE, pomiar temperatury w zakresie pomiarowym –20...+1000 °C

LCD ws

zgod 1:2004

przewo 9 V, son

PNPN-EN

pomiar cyklu wzglę test di

ami

±1 %,

ry, torów

kresu ebne estu ry °C

Sonel

Voltcraft

Sonel

Conrad Electronic

CMM-10

CMM-40

VC 890 OLED

VC611BT

bateria 9 V typ 6LR61

bateria 9 V

6 baterii C/zasilacz AC

LCD, 3 7/8 cyfry, zakres do 5000 ze wskaźnikami funkcji, podświetlany

LCD z bargrafem, 4 i 3/4 cyfry, zakres do 40000 ze wskaźnikami funkcji, podświetlany

wyświetlacz OLED – maksymalne wskazanie 60000

wyświetlacz 6000

przemysłowe

–20… +60 °C

–10…+50 °C

2000 m

0…+50 °C µ

0…+40 °C

–10… +50 °C

–10…+50 °C

138 × 68 × 37 mm, 0,210 kg

187 × 81 × 55 mm, 0,342 kg

185 × 91 × 43 mm, 0,380 kg

305 × 105 × 242 mm, 2 kg

zgodność z normami PN-EN 610101:2004, PN-EN 61010-2-032, IEC 61557, CE producenta

zgodność z normami PN-EN 610101:2004 PN-EN 61010-2-032, IEC 61557, CE producenta

producenta

CAT II 600 V

CAT III 1000 V, CAT IV 600 V

CAT IV 600 V/CAT III 1000 V

CAT II 600 V

nie dotyczy

przewody pomiarowe (dwie sztuki), bateria 9 V, sonda temperaturowa typu K, instrukcja obsługi, karta gwarancyjna

przewody pomiarowe (dwie sztuki), bateria 9 V, sonda temperaturowa typu K, zatyczka zabezpieczająca gniazda pomiarowe (dwie sztuki), futerał, instrukcja obsługi, karta gwarancyjna

bateria, przewody, zaciski krokodylowe, kabel USB, czujnik temperatury

zasilacz, przewody, zaciski krokodylowe, czujnik temperatury

IP40

IP67

nie dotyczy

tak/tak

tak

PN-EN 61010-1:2004 CAT II 600 V PN-EN 61010-2-032 PN-EN 60529, IP40

PN-EN 61010-1:2004 CAT IV 600 V PN-EN 61010-2-032 PN-EN 60529, IP67

EN 61326-1:2006; EN 613262-2:2006; EN 61010-1:2010; EN 61010-2-030:2010, EN 61010-031:2002+A1:2008

EN 61326-1:2006; EN 613262-2:2006; EN 61010-1:2010; EN 61010-2-030:2010; EN 61010-031:2002+A1:2008

do 10 A

do 10 A TRMS (do 20 A do 30 s)

do 10 A

do 10 A (do 20 A do 30 s)

do 10 A

do 600 V

do 1000 V TRMS

1000 V

600 V

do 600 V

do 1000 V

1000 V

600 V

100 µF

40 mF

nie dotyczy

pomiar częstotliwości do 10 MHz, pomiar cyklu roboczego, test ciągłości, pomiary względne, AutoOFF, pomiar temperatury, test diody, pomiar rezystancji do 40 MW

pomiar True RMS, pomiar częstotliwości do 100 MHz, pomiar cyklu roboczego, test ciągłości, wskazanie wartości PEAK, funkcja MAX/MIN, pamięć do 2000 wyników, pomiary względne, AutoOFF, pomiar temperatury, test diody, pomiar rezystancji do 40 MW

funkcja rejestracji danych do 1000 wartości, filtr dolnoprzepustowy (1 kHz)

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2014

rynek i technologie Przenośne urządzenia pomiarowe

Duża konkurencja na rynku przenośnej aparatury pomiarowej, tendencja do obniżania cen, a także liczna grupa dostawców mierników elektrycznych utrudniają rozwój rynku, szczególnie w przypadku multimetrów. Obecnie utrzymuje się tendencja do zmniejszania cen multimetrów, w efekcie czego za mniejszą cenę niż przed laty można kupić miernik o dobrych parametrach. Jednocześnie do wyboru jest wiele przyrządów tanich, które często nie spełniają właściwych parametrów, a ich sprzedaż odbiera klientów, jeśli chodzi o sprzedaż mierników dobrych jakościowo.

W stronę klienta Niemal wszyscy użytkownicy przywiązują szczególnie dużą wagę do precyzyjnego dostosowywania mierników do potrzeb pomiarowych, czego wynikiem są prosta obsługa i przystępna cena. Jednak każda branża ma dodatkowe specjalistyczne oczekiwania. Przykładowo w branży energetycznej rośnie zapotrzebowanie na zwiększanie funkcji pomiarowych wielkości elektrycznych i rozwijanie uniwersalności urządzenia. W wielu gałęziach przemysłu istotną właściwością jest m.in. wysoki stopień ochrony przeciwprzepięciowej i przeciążeniowej. Pozwala to na stosowanie ich w przemyśle i energetyce nawet w najbardziej ekstremalnych warunkach, np. w strefach zagrożonych wybuchem, zapewniając przy tym bezpieczeństwo pomiarów i pełną ochronę przed uszkodzeniami. Wiele firm serwisowych poszukuje przede wszystkim mierników uniwersalnych, które pozwalają ograniczyć prace pomiarowe do posługiwania się jednym urządzeniem. Serwisanci zajmujący się konserwacją instalacji przemysłowych przywiązują wagę do szybkości dokonywania pomiarów, parametrów urządzeń oraz ich wytrzymałości mechanicznej. Wyraźnie utrzymuje się zapotrzebowanie na mierniki wielofunkcyjne, ale w tej grupie panuje bardzo ostra konkurencja, zwłaszcza wśród dostawców z Unii Europejskiej. Obserwując rynek można zauważyć, że sprzedaż przenośnej aparatury pomiarowej jest znaczącym źródłem dochodów ich dostawców. Oferta multimetrów stale wzrasta, ponieważ są one bardzo popularną grupą produktową, trafiającą do różnych odbiorców. Duże zainteresowanie tymi produktami

na rynku przyczynia się do zwiększenia sprzedaży, ale jednocześnie dostępność wielu marek powoduje, że konkurencja w tej branży jest bardzo silna. W opinii polskich dostawców ważnym trendem jest znaczący wzrost możliwości komunikacyjnych urządzeń przenośnych. W przypadku wielu produktów standardem staje się transmisja informacji przez USB oraz Ethernet. Upowszechnia się również komunikacja bezprzewodowa, szczególnie Bluetooth i Wi-Fi. Dzięki zastosowaniu ekranów dotykowych coraz bardziej zwiększa się łatwość użytkowania multimetrów. Rośnie też bogactwo funkcji aparatury przenośnej, która umożliwia wykonanie pomiarów coraz większej liczby wielkości fizycznych z dużą dokładnością. Ułatwia to przetwarzanie i analizę zebranych danych oraz automatyzację wykonywania pomiarów. Wielu dostawców zajmujących się sprzedażą aparatury przenośnej ma w ofercie zarówno mierniki elektryczne, jak i nieelektryczne. Niektórzy specjalizują się w sprzedaży wyłącznie mierników elektrycznych, przeznaczonych dla określonej branży (np. energetycznej), niemniej jednak dominują firmy sprzedające różnego rodzaju

Fot. Limatherm Sensor

jakości, o wysokich możliwościach pomiarowych. Ważną ostatnio funkcją urządzeń pomiarowych jest możliwość współpracy z komputerem i oprogramowaniem do tworzenia dokumentacji. Bardzo ważnym czynnikiem przy doborze multimetrów jest zapewnienie bezpieczeństwa eksploatacji, potwierdzone deklaracją zgodności CE oraz certyfikatami kalibracji. Istotnym trendem w rozwoju multimetrów jest również zwiększanie ich uniwersalności przez łączenie wielu funkcji pomiarowych w jednym mierniku. – Coraz bardziej zauważalna jest rosnąca świadomość i wiedza użytkowników aparatury pomiarowej, mających wyraźnie ukształtowane wymagania w zakresie dokonywania pomiarów, dlatego bardzo często poszukują oni urządzeń wysokiej jakości. Szczególne miejsce zajmują mierniki stosowane w pracy zawodowej. Tutaj najważniejsze są parametry oraz dodatkowe, coraz lepsze zabezpieczenia, chroniące miernik przy silnych przeciążeniach. Wybór droższych multimetrów wysokiej jakości jest oczywiście bardzo istotnym aspektem dla dostawców aparatury pomiarowej – mówi Wanda Chruścińska, menedżer produktu z firmy Transfer Multisort Elektronik. Liczne modernizacje instalacji przemysłowych i nowe inwestycje przemysłowe w Polsce przyczyniają się do wzrostu zainteresowania zakupem mierników elektrycznych, w tym multimetrów służących do właściwego utrzymania urządzeń oraz sprzętu niezbędnego do wykonywania okresowych kontroli. Przez wiele lat sytuacja na rynku w tym zakresie była mniej korzystna, ale obecnie, dzięki inwestycjom realizowanym z dotacji z funduszy europejskich dla nowych podmiotów gospodarczych, wzrasta popyt na różnego rodzaju produkty, w tym także aparaturę pomiarową. Niemniej sytuacja gospodarcza nie jest taka jednoznaczna, ponieważ liczne przesunięcia w czasie inwestycji, oszczędności i cięcia w programach funduszy europejskich wyraźnie wpłynęły na całą gospodarkę, a szczególnie branżę budowlaną. Kolejna fala kryzysu w gospodarce miała negatywny wpływ na inne branże, w tym również na rynek aparatury pomiarowej, co było widoczne szczególnie w pierwszej połowie ubiegłego roku. Początek 2014 r. według wielu dostawców nie należał do najłatwiejszych, ale wiosna zdaniem przedstawicieli firm przyniosła ożywienie rynku urządzeń pomiarowych.

Jednostka kalibracyjna WIKA CPU6000

aparaturę pomiarową. Natomiast klienci poszukują przede wszystkim mierników elektrycznych, zwracając uwagę na niską cenę, dokładność pomiarów, markę, łatwość użytkowania i długi okres gwarancji.

Fot. Limatherm Sensor

Nowości rynkowe Multimetr stołowy Voltcraft VC611BT Voltcraft zaprezentował niedawno najnowszy model multimetru stołowego wysokiej jakości – VC611BT. Charakteryzuje się on dużą dokładnością pomiaru i wysoką niezawodnością. Urządzenie umożliwia pomiar rzeczywistej wartości skutecznej (True RMS AC) i pomiar temperatury przez zewnętrzną termoparę typu K. Jest wyposażone w wyświetlacz, którego maksymalne wskazanie wynosi 6000. Urządzenie ma opcję automatycznego wyboru zakresu pracy i ręcznie ustawiane standardowe zakresy pomiarowe dla pomiarów prądu, napięcia, rezystancji, pojemności, częstotliwości itd. Ponadto multimetr ma takie funkcje, jak: hold, min/max, test diody czy test ciągłości. VC611BT może być zasilany za pomocą baterii lub z sieci. Duży, podświetlany wyświetlacz umożliwia odczyt wartości nawet w ciemnym pomieszczeniu.

Urządzenie standardowo wyposażone jest w termoparę typu K, o zakresie pomiarowym od –40 °C do +400 °C, zaciski krokodylkowe i bezpieczne przewody pomiarowe.

Multimetry przemysłowe Agilent U1273AX Ręczny multimetr przemysłowy Agilent serii U1273AX charakteryzuje się stopniem ochrony IP54, maksymalnym wskazaniem wyświetlacza 30 000 oraz specjalnymi funkcjami, jak: LPF (ang. low pass filter, filtr dolnoprzepustowy), Zlow (tryb niskiej impedancji) SmartΩ (kompensacja niechcianych napięć do 1000 mV) czy Qik-V (ustala istnienie napięcia AC/DC). Odpowiednio wyprofilowana obudowa, duże przyciski oraz pokrętło funkcyjne sprawiają, iż przyrząd jest bardzo wygodny w użytkowaniu. Ostrzeżenia dźwiękowe oraz wizualne zwiększają bezpieczeństwo oraz ułatwiają pomiary w hałaśliwym otoczeniu. Ułatwiony dostęp do bezpieczników zmniejsza czas potrzebny na naprawę oraz zwiększa efektywność pracy. Multimetr ma wbudowany amperomierz i woltomierz. Może on pracować w temperaturze od –40 °C do +55 °C.

WIKA wprowadziła niedawno na rynek nowej generacji jednostkę kalibracyjną do pomiaru ciśnienia. Model CPU6000 działa w oparciu o technologię Bluetooth oraz nową wersję oprogramowania kalibracyjnego WIKA-CAL i wymaga użycia tabletu. Zwiększa tym samym jakość i efektywność procesów kalibracyjnych, przez pozyskiwanie danych i wystawianie certyfikatów. Nowa seria urządzeń obejmuje trzy warianty. Model CPU6000-W zapewnia pomiar wartości środowiskowych w laboratorium (ciśnienia, wilgotności i temperatury). Rozwiązanie w postaci stacji pogodowej nie wymaga dodatkowego sensora barometrycznego. Model CPU6000-S określa temperaturę cylindra i położenie tłoka z obciążnikami. Kalkulacja odważników potrzebnych do wytworzenia ciśnienia może być zoptymalizowana przez użycie iPada z aplikacją WIKA CPB-CAL. Wykorzystując technologię Bluetooth, iPad łączy wartości pomiaru z sensora i stacji pogodowej z ustalonymi parametrami urządzenia, pobranymi z internetowej bazy danych i jest niezależny od producenta czujnika. Uzupełnieniem tego zestawu jest multimetr CPU6000-M, z wbudowanym źródłem zasilania elektronicznych urządzeń testowych. Pozwala on mierzyć wartości sygnałów prądowych i napięciowych. Wszystkie dane z jednostki kalibracyjnej rejestrowane są w pamięci komputera za pomocą oprogramowania WIKA-CAL, dzięki czemu mogą być one równocześnie wykorzystane w kilku zadaniach kalibracyjnych.

Podsumowanie Najważniejszym odbiorcą multimetrów jest przemysł. Polscy dostawcy tych urządzeń poszukują klientów m.in. w branży energetycznej, spożywczej, budowlanej oraz w innych gałęziach przemysłu. Multimetry są bardzo popularną grupą produktową wśród mierników, a ich producenci ciągle zwiększają funkcjonalność oraz dokładność produktów. Z kolei klienci multimetrów stawiają głównie na jakość, trwałość i dokładność parametrów tych urządzeń. Nowości produktowe w grupie przenośnej aparatury profesjonalnej spełniają ważną rolę, ponieważ przyczyniają się do rozwoju technologicznego.

Anna Kropiewnicka-Mielko

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2014

PAR

Polecane książki

Zygmunt Dobrowolski, Ryszard Tadeusiewicz, Barbara Glazar, Wiktor Dobrowolski

Robotyka urologiczna

do transfuzji i mniejszej ilości lekarstw, wyleczenia chorego i jego szybkiego powrotu do pracy. Niestety, robotyka urologiczna rozwija się w Polsce bardzo wolno. Obecnie w jedynego robota medycznego da Vinci jest wyposażony Wojewódzki Szpital Specjalistyczny we Wrocławiu. Twórcy robota da Vinci sprzedali w 2011 r. w Europie ponad 300 robotów (w tym we Francji, Niemczech i we Włoszech po około 50, w Hiszpanii – około 25, a nawet w Czechach i w Rumunii – po około 10). Autorzy publikacji chcieliby, aby efektem lektury książki było powstanie kilku centrów robotycznych, w których swoje umiejętności urologiczno-chirurgiczne doskonaliliby polscy urolodzy, a pacjenci korzystaliby z najnowszych osiągnięć techniki. Apelują do ekonomistów, by zajęli się rzeczywistym rachunkiem kosztów i zysków robotyki urologicznej oraz do prawników i polityków o odpowiednie inicjatywy legislacyjne. Książkę polecamy nie tylko studentom kierunku Inżynieria Biomedyczna. Powinni się z nią zapoznać także inni jej adresaci: lekarze – urolodzy i chirurdzy, a także robotycy – projektanci i konstruktorzy robotów. Będzie ona również ciekawą lekturą dla fanów robotyki i miłośników literatury popularno-naukowej. Na uwagę zasługuje też poprzedzający zasadniczą część publikacji spis skrótów, wyjaśniający blisko 200 akronimów i haseł w języku angielskim. Wydawnictwo Lettra-Graphic, Kraków 2014 (ISBN: 978-83-89937-70-4), 143 s., 2 tab., 135 rys., 4 wykresy, bibl. 321 poz.

dr. inż. Małgorzata Kaliczyńska PAR

Fot. Elmark Automatyka

W pierwszym kwartale 2014 r. ukazała się najnowsza publikacja sfinansowana przez AGH Akademię Górniczo-Hutniczą w ramach wspierania kształcenia na kierunku Inżynieria Biomedyczna. Książka „Robotyka urologiczna” została wydana pod patronatem naukowym Komitetu Biocybernetyki i Inżynierii Biomedycznej PAN. Promocja tej pięknie wydanej książki odbyła się 5 marca 2014 r. w auli Polskiej Akademii Umiejętności w Krakowie. Jej autorzy – prof. Zygmunt Dobrowolski (wybitny lekarz urolog z Collegium Medicum Uniwersytetu Jagiellońskiego) oraz prof. Ryszard Tadeusiewicz (wybitny inżynier automatyk z Akademii Górniczo-Hutniczej, jeden z pionierów inżynierii biomedycznej w Polsce) przybliżyli czytelnikom oferowane medycynie nowoczesne rozwiązania techniczne, do których należą roboty chirurgiczne. O popularności robotów decyduje ich precyzja, powtarzalność i przewidywalność działania. Autorzy przedstawili drogę robotów do sal operacyjnych, funkcje przez nie pełnione, ze szczególnym uwzględnieniem zaangażowania nowoczesnych robotów w urologii.

Na łamach książki zaprezentowano wiedzę dotyczącą podstaw robotyki (również chirurgicznej), ze szczególnym uwzględnieniem robotyki urologicznej – dziedziny, która gwarantuje małoinwazyjne operacje, w tym operacje onkologiczne prostatektomii radykalnej. Wiedzę tę zawarto w 16 bogato ilustrowanych rozdziałach: 1. Roboty chirurgiczne – wprowadzenie techniczne. 2. Początki systemów robotycznych w urologii. 3. Urologiczne systemy zintegrowane z komputerem. 4. Robotyka urologiczna. 5. Umiejscowienie portów w robotycznych operacjach urologicznych. 6. Podstawy anatomii robotycznej miednicy mniejszej. 7. Radykalna prostatektomia wykonywana metodą Instytutu Vattikuti. 8. Radykalna prostatektomia wykonana przy użyciu robota – doświadczenia europejskie. 9. Leczenie raka stercza metodą HIFU. 10. Robotyczne operacje nerek. 11. Pieloplastyka robotyczna: technika operacyjna i wynik operacji. 12. Radykalna cystektomia robotyczna. 13. Porównanie skuteczności cystektomii laparoskopowej i robotycznej. 14. Porównanie cystektomii otwartej i robotycznej. 15. Aspekty finansowe prostatektomii robotycznej. 16. Technologia robotyczna: podróż w przyszłość. Stosowanie robotów medycznych stanowi postęp w rozwoju ochrony zdrowia i jest rozwiązaniem ze wszech miar opłacalnym. Znaczne oszczędności sprowadzają się do zmniejszenia kosztów społecznych, co jest wynikiem krótszej hospitalizacji (mała urazowość i szybkie gojenie się ran pooperacyjnych) oraz rekonwalescencji pacjenta, mniejszego zapotrzebowania na krew

UTWARDZARKI Nowości

Skuteczność utwardzania za pomocą naświetlania ultrafioletowego takich materiałów jak tusze, farby, kleje, czy inne tworzywa, zauważono już dawno temu. Standardowo używano lamp ultrafioletowych, ale wraz z rozwojem przemysłu w procesach produkcyjnych coraz bardziej zaczęły nabierać znaczenia szybkość działania, oszczędność energii i precyzja.

Fot. Elmark Automatyka

Aicure UJ30/35 – utwardzarki ultrafioletowe Panasonic Lampy ultrafioletowe długo się nagrzewają, w związku z czym są one po prostu włączone na stałe podczas procesu, powierzchnia naświetlania jest niezbyt precyzyjnie regulowana i w konsekwencji często obejmuje o wiele za duże obszary w stosunku do potrzeb. Oprócz tego lampy powodują znaczne nagrzewanie nie tylko utwardzanego materiału, ale i tego, na którym przebiega utwardzanie. Możliwość wystąpienia odkształceń przy nagrzewaniu eliminuje lampy ultrafioletowe z aplikacji, w których jest to niepożądane. Wszystkie te wady zostały uwzględnione w trakcie projektowania nowych rozwiązań do utwardzania przemysłowego ultrafioletem. Firma Panasonic Electric Works swój pomysł na naświetlarki oparła na diodach UV-LED dużej mocy, emitujących tylko fale z zakresu ultrafioletu (365 nm lub 385 nm), które nie powodują nagrzewania materiałów podłoża. Głowice z soczewkami pozwalają uzyskać średnicę plamki w zakresie 3–10 mm, co Promocja

umożliwia zastosowanie ich w bardzo precyzyjnym utwardzaniu. Brak potrzeby nagrzewania diod LED sprawia, że można z nich korzystać natychmiast po uruchomieniu lub podczas szybkich, chwilowych naświetleń. Panasonic oferuje dwa modele wzmacniaczy, UJ30 i UJ35, do których można podłączyć do czterech niezależnie programowalnych głowic. Pozwalają one na niezależne naświetlanie czterech powierzchni – z różną intensywnością i różnym czasem świecenia diod. Każda z głowic ma swój czujnik, zapewniający utrzymanie stabilnego natężenia promieniowania, z dokładnością ±3 %. Model UJ35 dodatkowo umożliwia podłączenie testera promieniowania, tak aby przed naświetleniem materiału można było ustalić optymalną wartość mocy promieniowania. Proces utwardzania staje się dzięki temu bardzo powtarzalny i dokładny, gdyż pozwala na dozowanie takiej ilości promieniowania, jaka jest potrzebna.

Używając głowicy ANUJ6174 i soczewki skupiającej ANUJ6423, uzyskuje się gęstość promieniowania rzędu 12 800 mW/cm2, co w zupełności zaspokaja zapotrzebowanie większości aplikacji, w których utwardzarki mają zastosowanie. W celu uzyskania dokładniejszych informacji o utwardzarkach Panasonic Electric Works SUNX warto skontaktować się z pracownikami Elmark Automatyka. Istnieje możliwość bezpłatnego wypożyczenia utwardzarki na okres dwutygodniowych testów, tak aby można było przekonać się o jej niezawodności i użyteczności.

Grzegorz Święcicki ELMARK Automatyka Sp. z o.o. ul. Niemcewicza 76 05-075 Warszawa-Wesoła tel. 22 773 79 37, fax 22 773 79 36 e-mail: elmark@elmark.com.pl www.elmark.com.pl

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2014

Forum młodych wydarzenia

Młodzi jeszcze bardziej innowacyjni młodzi młodzi

Ocenie konkursowej, jak co roku, poddano innowacyjność prac doktorskich oraz dyplomowych w trzech dziedzinach: automatyki, pomiarów i robotyki, ze szczególnym uwzględnieniem ich walorów poznawczych i naukowych, a przede wszystkim praktycznych wdrożeń. W tym roku do konkursu zakwalifikowano 45 prac – 6 prac doktorskich, 18 prac magisterskich i 21 prac inżynierskich. Znaczna liczba prac (11) została obroniona na Politechnice Warszawskiej, poza tym reprezentowane były uczelnie z Białegostoku (Politechnika Białostocka), Gdańska (Politechnika Gdańska), Gliwic (Politechnika Śląska), Koszalina (Politechnika Koszalińska), Krakowa (AGH Akademia Górniczo-Hutnicza), Łodzi (Politechnika Łódzka), Opola (Politechnika Opolska), Poznania (Politechnika Poznańska), Rzeszowa (Uniwersytet Rzeszowski), Szczecina (Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny), Torunia (Uniwersytet Mikołaja Kopernika), Wrocławia (Politechnika Wrocławska), Uniwersy-

innowacyjni innowacyjni yj yj

Ogólnopolski Konkurs Prac Doktorskich i Dyplomowych „Młodzi Innowacyjni”, zorganizowany przez Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP już po raz szósty, jest doskonale rozpoznawaną marką. Z roku na rok rośnie liczba ośrodków akademickich, których absolwenci zgłaszają swoje prace do konkursu.

Uczelnia

2009

2010

2011

2012

2013

2014

AGH Akademia Górniczo-Hutnicza

Akademia Morska w Gdyni

–

Akademia TechnicznoHumanistyczna w Bielsku-Białej

–

Instytut Badań Systemowych PAN

–

Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Sanoku

–

Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Tarnowie

–

Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Zamościu

tetu Zielonogórskiego oraz Wojskowej Akademii Technicznej. Po raz pierwszy w konkursie swoją pracę zaprezentował absolwent Państwowej Wyższej Szkoły Zawodowej w Zamościu. Członkowie komisji konkursowej, w składzie niezmienionym od pierwszej edycji konkursu: • prof. dr hab. inż. Janusz Kacprzyk – Instytut Badań Systemowych PAN – przewodniczący, • prof. dr inż. Stanisław Kaczanowski – z-ca dyrektora ds. badawczo-rozwojowych PIAP, • dr inż. Małgorzata Kaliczyńska – redakcja miesięcznika PAR, • prof. dr hab. inż. Andrzej Masłowski – Wydział Mechatroniki Politechniki Warszawskiej, • prof. dr inż. Tadeusz Missala – Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP, • prof. dr hab. inż. Zbigniew Nahorski – Instytut Badań Systemowych PAN, • prof. nzw. dr hab. inż. Mariusz Olszewski – Wydział Mechatroniki Politechniki Warszawskiej,

Uczelnia

2009

2010

2011

2012

2013

2014

Politechnika Rzeszowska

–

Politechnika Śląska

–

Politechnika Świętokrzyska

–

Politechnika Warszawska

–

Politechnika Wrocławska

–

Polsko-Japońska Wyższa Szkoła Technik Komputerowych

–

Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu

–

Uniwersytet Rzeszowski

–

Politechnika Białostocka

–

Politechnika Częstochowska

–

Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy w Bydgoszczy

–

Politechnika Gdańska

Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie

–

Politechnika Koszalińska

–

Uniwersytet Zielonogórski

–

Politechnika Krakowska

–

Wojskowa Akademia Techniczna

–

Politechnika Łódzka

–

Politechnika Opolska

–

Wyższa Szkoła Informatyki Stosowanej i Zarządzania w Warszawie

Politechnika Poznańska

–

Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie

–

• prof. dr hab. inż. Piotr Tatjewski – Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych Politechniki Warszawskiej, • prof. dr hab. inż. Wiesław Winiecki – przewodniczący POLSPAR, • prof. nzw. dr hab. inż. Cezary Zieliński – Komitet Automatyki i Robotyki PAN, jak co roku przyznali autorom najlepszych prac nagrody pieniężne oraz wyróżnienia (roczne prenumeraty miesięcznika naukowo-technicznego „Pomiary Automatyka Robotyka” oraz kwartalnika „Journal of Automation, Mobile Robotics & Intelligent Systems”). Wybrane spośród zgłoszonych do konkursu prac zaprezentowano 26 marca 2014 r. podczas XVIII Konferencji Naukowo-Technicznej „Automatyzacja – Nowości i Perspektywy” AUTOMATION 2014. Sesje młodych absolwentów cieszyły się ogromnym zainteresowaniem i towarzyszyły im burzliwe dyskusje. Było to doskonałe forum wymiany myśli i doświadczeń, a także sposób na nawiązanie nowych znajomości i przyjaźni. Tematyka zaprezentowanych prac była ukierunkowana na zrobotyzowane systemy automatyki i roboty mobilne. Zainteresowaniem cieszyły się prace na temat systemów pomiarowych wspomagających diagnostykę medyczną, diagnostykę sieci energetycznych oraz złożone badania naukowe. Dr inż. Monika Danielewska w pracy zatytułowanej „Pomiar i analiza sygnałów tętna gałkowego i ich zależności od

Prace doktorskie Nagroda

dr inż. Monika Danielewska – Pomiar i analiza sygnałów tętna gałkowego i ich zależności od aktywności sercowo-naczyniowej – Politechnika Wrocławska, Wydział Podstawowych Problemów Techniki, promotor – prof. dr hab. inż. D. Robert Iskander

Nagroda

dr inż. Tomasz Kornuta – Design of Structures and Behaviours of Robot Control Systems Using Active Vision – Politechnika Warszawska, Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych, promotor – prof. dr hab. inż. Cezary Zieliński

Wyróżnienie

Prace dyplomowe magisterskie Nagroda I

Nagroda II

Wyróżnienie

mgr inż. Krzysztof Danielewski – Zdalnie sterowana łódź do badań zanieczyszczenia wody w jeziorze – Politechnika Warszawska, Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych, promotor – prof. dr hab. inż. Jerzy Weremczuk mgr inż. Mohssen Hosseini – Design and Development of a Robotic Armrest for a Surgical Simulator System and Validation with a Neuroscience Experiment – Politechnika Gdańska, Wydział Elektroniki, Telekomunikacji i Informatyki, promotor – prof. dr hab. inż. Zdzisław Kowalczuk mgr inż. Damian Pakulski – Projekt i sterowanie manipulatora planarnego pracującego w warunkach braku grawitacji – Politechnika Łódzka, Wydział Elektrotechniki, Elektroniki, Informatyki i Automatyki, promotor – prof. dr hab. inż. Edward Jezierski mgr inż. Jan Tarka – Nitrogen Dioxide Detection Using External Cavity Quantum Cascade Laser Based Faraday Rotation Spectroscopy – Politechnika Wrocławska, Wydział Elektroniki, promotor – prof. dr hab. inż. Krzysztof M. Abramski mgr inż. Marta Zagórowska – Projektowanie sprzężenia zwrotnego z wykorzystaniem kryterium koła – AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Inżynierii Biomedycznej, promotor – prof. dr hab. inż. Wojciech Mitkowski Prace dyplomowe inżynierskie

Nagroda I

Nagroda II

Wyróżnienie

aktywności sercowo-naczyniowej” zbadała wpływ sygnałów aktywności sercowo-naczyniowej na charakterystykę sygnału pulsowania rogówki oka przy wykorzystaniu analizy fazowej i kształtu tych sygnałów oraz określiła te zależności u osób zdrowych, w procesach starzenia się i u osób chorych na jaskrę. Mgr inż. Krzysztof Danielewski w pracy pt. „Zdalnie sterowana łódź do badań zanieczyszczenia wody w jeziorze” zaprezentował system realizujący auto-

dr inż. Tomasz Kryjak – Implementacja zaawansowanych algorytmów przetwarzania, analizy i szyfrowania obrazów w układach reprogramowalnych – AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Inżynierii Biomedycznej, promotor – prof. dr hab. inż. Marek Gorgoń

inż. Krzysztof Giełdziński, inż. Robert Przystalski – Projekt i budowa robota mobilnego poruszającego się po napowietrznych liniach energetycznych średniego i wysokiego napięcia – Politechnika Gdańska, Wydział Elektrotechniki i Automatyki, promotor – dr inż. Mariusz Dąbkowski inż. Karol Jabłoński – System do pomiaru parametrów umożliwiających ocenę jakości powietrza w pomieszczeniach – Politechnika Śląska, Wydział Elektroniki, Automatyki i Informatyki, promotor – dr inż. Tomasz Grychowski inż. Karol Katerżawa – Wykorzystanie wnioskowania probabilistycznego w percepcji robota usługowego – Politechnika Warszawska, Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych, promotor – dr inż. Tomasz Kornuta inż. Bartłomiej Kozdraś – Projekt i realizacja zautomatyzowanego stanowiska laboratoryjnego do badań efektów relaksacyjnych w szkłach chalkogenidkowych – Politechnika Wrocławska, Wydział Elektroniki, promotor – dr inż. Andrzej Jabłoński inż. Karol Rungo – Opracowanie algorytmów i oprogramowania dla automatycznego sterowania stanowiskiem laboratoryjnym do badań efektów relaksacyjnych w szkłach chalkogenidkowych – Politechnika Wrocławska, Wydział Elektroniki, promotor – dr inż. Andrzej Jabłoński

matycznie misje patrolowe na zaprogramowanych trasach, z pomiarami parametrów wody w wybranych miejscach, umożliwiający kontynuowanie misji po utracie zasięgu komunikacji radiowej, wizualizację i zapis wyników do późniejszej analizy oraz prostą metodę definiowania punktów pomiarowych. System jest uzupełnieniem stacjonarnych platform pływających na Jeziorze Dobczyckim (ujęcie wody dla Krakowa). Inż. Krzysztof Giełdziński oraz inż. Robert Przystalski zrealizowali pracę zatytułowaną „Projekt i budowa robota mobilnego poruszającego się po napowietrznych liniach energetycznych średniego i wysokiego napięcia”, której efektem jest robot mobilny umożliwiający inspekcję stanu technicznego przewodów na-

powietrznych, izolatorów i osprzętu elektroinstalacyjnego linii energetycznej, odszranianie i odladzanie przewodów napowietrznych, sprawdzanie potencjalnych kolizji linii energetycznych z elementami otoczenia oraz badanie rentgenowskie stanu rdzeni przewodów. dr inż. Małgorzata Kaliczyńska

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2014

PAR

Nauka

Zezwala się na korzystanie z artykułu na warunkach licencji Creative Commons Uznanie autorstwa 3.0

Adaptive binarization with non-uniform image illumination Roman Lishchuk*, Volodymyr Kucheruk**, Igor Piotr Kurytnik*** *Uman National University of Horticulture, Ukraine **Vinnytsia National Technical University, Ukraine ***Department of Electrical Engineering and Automation, University of Bielsko-Biała, Poland

Abstract: The article considers the image binarization process for its further recognition. During binarization of the image with non-uniform illumination some noise appears which makes it impossible to select features in the image. Considering the QR-code image as an example, Otsu method, Niblack method and Bernsen method were analyzed. Some errors in binarization of the image with non-uniform illumination were detected in the process of application of these methods. Therefore, the necessity of finding a better method arose. The presented method of adaptive binarization is a simple extension of Bernsen method, the main idea of which is the comparison of each pixel with arithmetical mean of pixels in its environment and simultaneous application of integral presentation of the image. Keywords: integral image, binarization, Otsu method, Niblack method, Bernsen method, QR code

2. Analysis of current state of knowledge Fig. 1 shows QR-code. QR-code is a matrix code developed and presented by the Japanese company “DensoWave” in 1994. The main advantage of QR-code is easy recognition by scanning equipment (digital camera) which facilitates its application in different areas. For applying non-uniform illumination, this image was purposely processed with the help of a graphic editor using “Gradient” instrument. Global binarization is one of the easiest methods of binarization. To use this method it is necessary to set the binarization threshold, to compare brightness indexes of each pixel with the fixed threshold and refer the pixel to the image object or background object.

DOI: 10.14313/PAR_208/72

1. Introduction Image binarization is the process of transformation of image color palette into two colors. Compared with the original, binary image is distorted and noise appears. As a result continuity failure of the structure of objects on the binary image appears. The object structure disintegration also appears as a result of the non-uniform image illumination, superposition of objects, etc. Image binarization consists in subsumption of every image pixel to one of the two classes. Pixel’s class depends on the specific features of the problem solved, the pixel’s character and its environment. In the particular problem, it is necessary to select the area on the image which, according to certain characteristics, differs from the others, however, these characteristics are not always clearly shown.

Fig. 1. QR-code with non-uniform illumination Rys. 1. Nierównomiernie oświetlony kod QR

ω0 (k ) =

∑p ,

μ1 =

i= 1

ipi i=k+1 ωl L

∑

Further, the maximum value of the quality of the image division into two parts is evaluated.

η(k ) =

 σ k2 (k )     σ 2f   

l −1 max k=1

where σ k2 = ω 0 ω1 (μ 1 − μ 0 )2 – interclass dispersion; σ 2f – total dispersion of the whole image. The drawback of the Otsu method is the line diffusion which is mostly caused by the non-uniform illumination of the binarization object. In the Niblack method, the T threshold value is chosen within a particular environment (mask) of the pixel size N × N under (N = 2k+1), which is binarized according to the correlation

Fig. 2. Result of global binarization Rys. 2. Wynik binaryzacji globalnej

The drawback of such method is that it focuses the current pixel characteristic only and uses the global one for the whole image threshold which makes it impossible to use it in practice (fig. 2). In addition, it is necessary to sort out all points of the image and this operation needs time. To set the object apart from the background it is necessary to carry binarization out of the whole array of image pixels. To achieve this, the analysis of the most frequently applied binarization methods such as Otsu method, Niblack method and Bernsen method should be considered and applied. One of the most efficient methods of global binarization by both the quality and speed of operation is the Otsu method [1]. The method uses the histogram of allocation of brightness indices of a bit image. The histogram is built according to the values pi = ni / N

where N is the total amount of pixels on the image; ni is the quantity of pixels by the level of brightness i. The range of brightness is divided into two classes with the help of the threshold value of the brightness level k (k is the integer value from 0 to L). Relative frequencies w0 and w1: correspond to each class:

where m is the average brightness value I; is the mean square deviation within the mask; k is a constant which is selected in order to ensure the most qualitative binarization. The size of the environment must be minimal but at the same time it must retain the local image details. However its size must be big enough to reduce the noise influence on the result. The value k determines which part of the object edge can be taken as an object. Under k = –0.2 quite good object detection is set if they are represented by the black color, and under k = +0.2 – if the objects are represented by the white color. In the areas with gradual changes of the grey levels this method results in artifacts and noises. Bernson’s method [3] is based on the idea of comparing the brightness level of the modified pixel with the mean local value which is evaluated in its environment. The image pixels are processed in turn by comparing their intensity with the mean brightness value in the windows (masks) with centers in points Pl (l = 0, 1, …, 7) (fig. 3). With symbol “1” meaning object element and “0” meaning background element in the resulting binary image, the modified pixel value (m, n) equals 1 when for all l = 0, 1, .., 7 the following equation is carried out

ω0 (k ) =

∑p, i= 1

ω1(k) =

∑

i=k+ 1

pi = 1 − ω0 (k )

Average levels for each of the two image classes are calculated according to the formulae:

T = m +k ⋅σ

Pl − f (m, n ) > t ,

where t – parameter; Pl =

(2K + 1)2

∑

− K ≤ i,j ≤ K

f (ml + i,nl + j )

– mean local brightness; f(ml, nl) – brightness in point Pl with coordinates (ml, nl). Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2014

Nauka

5. If Δfmax = Δfmin, the window size should be enlarged to (2K+3) × (2K+3) and it is necessary to repeat the operations, beginning with the first step. If even in this case Δfmax = Δfmin, pixel f(m, n) is referred to the background (or the desired parameter is selected as t = αP). However, the speed of the given algorithm performance appeared to be low. Therefore, the necessity of searching more fast-acting decisions arose.

3. Main contests

Fig. 3. Processing of pixel Rys. 3. Przetwarzanie danych piksela

Automatic and adaptive evaluation of the local t parameter value instead of applying the global value makes it possible to eliminate the mistakes of the thresholding modification. Parameter t is evaluated by means of such algorithm. 1. In the window (2K+1) × (K+1) with the center in modified pixels f (m, n) such indices are evaluated:

f max =

max − K ≤ i, j < K

f (m + i , n + j ) ;

f min =

min − K ≤ i, j < K

f (m + i , n + j )

2. The indices are evaluated:

Δfmax = |fmax − P | ;

Δf min = |f min − P | .

3. With Δf max > Δf min, the local window (2K+1) × (2K+1) includes more local low brightness, that is why 1  2 t = α f min + P  , 3  3

where α – constant of the range [0.3, ..., 0.8]. 4. With Δf max < Δf min, the local window (2K+1) × (2K+1) includes more local high brightness, that is why

2  1 t = α fmin + P  . 3  3

The decision was made to present the processed image as an integral one to optimize the algorithm. The integral image can be used with the available function f(x, y), which is a certain interdependence between pixels and real numbers, for example, pixels’ brightness, and the necessity to estimate the sum of this function on some areas of the image. To estimate the integral image, for each of the square image areas it is necessary to save number I(x, y) which is the sum of values f(x, y) for the pixels, located to the left and higher than pixel (x, y). For each pixel the following formula is true: I(x, y) = f(x, y) – I(x–1, y–1) + I(x, y–1) + I(x–1, y). With the available estimated integral image, the sum of function f(x, y) for any square area with the top lefthand corner in pixel (x1, y1) and lower right-hand corner in pixel (x2, y2) can quickly be estimated with the help of the expression:

The presented method of adaptive thresholding is a simple extension of Bernsen’s method, the main idea of which is based on the comparison of each pixel with the arithmetic mean of the pixels around it. During the first step on the image an integral image is assessed. During the second step the mean in the square, sized s × s, is assessed by using the integral image for each pixel and then the comparison is made. If the value of the current pixel is t percent lower than the mean, it is set in the black color on the binary image, in the other case it is set in the white color. The results of application of an integral matrix for adaptive binarization of the image with non-uniform illumination is presented in fig. 4.

4. Conclusions By applying the integral image presentation we received a considerable reduction of time of the algorithm’s per-

stosowania tych metod. Pojawiła się w związku z tym konieczność znalezienia lepszej metody. Przedstawiona metoda adaptacyjnego obcinania (binaryzacji) jest prostym rozszerzeniem metody Bernsena, której główną ideą jest porównanie każdego piksela ze średnią arytmetyczną pikseli w jego środowisku i zastosowanie jednoczesnej integralnej prezentacji obrazu. Słowa kluczowe: obraz integralny, binaryzacja, metoda Otsu, metoda Niblacka, metoda Bernsena, kod QR

Artykuł recenzowany, nadesłany 15.01.2014 r., przyjęty do druku 13.05.2014 r.

Fig. 4. Results of application of an integral matrix for adaptive binarization of the image with non-uniform illumination Rys. 4. Wynik zastosowania integralnej macierzy do adaptacyjnej binaryzacji nierównomiernie oświetlonego obrazu

Roman Lishchuk

formance due to the fact that all the evaluation components are retained in the integral matrix and the estimation takes four appeals to the array and three arithmetic operations. The suggested method helps to avoid sharp contrast lines and ignores small gradient changes.

Applicant for a scientific degree of a candidate of technical sciences at the department of metrology and industrial automation of Vinnytsia National Technical University. Teacher of computer sciences at the department of economic cybernetics and information systems of Uman National University of Horticulture.

Bibliography 1. Otsu N., A threshold selection method from gray-level histograms, “IEEE Trans. Sys., Man.,” Cyber. 9/1979, 62–66. 2. Niblack W., An introduction to digital image processing, Englewood Cliffs Prentice Hall, N.J. 1986, 115–116. 3. Bernsen J., Dynamic Thresholding of Grey-Level Images, [in:] Proc. of the 8th Int. Conf. on Pattern Recognition, 1986. 4. Crow F., Summed-area tables for texture mapping. SIGGRAPH, 1984, 207–212. 5. Viola P., Jones M., Rapid object detection using a boosted cascade of simple features, [in:] IEEE Computer Vision and Pattern Recognition, 2001, 511–518.

Adaptacyjna binaryzacja przy nierównomiernym oświetleniu obrazu Streszczenie: Artykuł prezentuje proces binaryzacji obrazu dla jego późniejszej analizy. Podczas binaryzacji nierównomiernie oświetlonego obrazu pojawia się szum, który uniemożliwia przetwarzanie obrazu. Na przykładzie kodu QR przeanalizowano metody Otsu, Niblacka i Bernsena. Błędy w binaryzacji obrazu z nierównomiernym oświetleniem wykryto w procesie

e-mail: roma_lir@mail.ru

prof. Volodymyr Kucheruk, DSc, PhD Eng. Head of the Department of Metrology and Industrial Automatics in Vinnytsia National Technical University (Ukraine). In 1995 received PhD, and in 2006 DSc degree. Main scientific interests: energy technologies, systems engineering diagnostics and control, metrology and measuring equipment. Published more than 130 articles in scientific journals, 14 patents. e-mail: volodymyr.kucheruk@gmail.com

prof. Igor Piotr Kurytnik, DSc, PhD Eng. He received the MSc in 1968 in the Faculty of Electronics and Automation of the Lvov Polytechnic. In 1973 received PhD, and in 1987 DSc degree. In 2000 he worked at the Faculty of Mechanical Engineering and Computer Sciences of the University of BielskoBiała (Poland). At present he is a Head of Department of Electrical Engineering and Automation. His research activities focus on signal processing and measurements with particular interests in system analysis. e-mail: ikuritnyk@ath.bielsko.pl

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2014

Nauka

Zezwala się na korzystanie z artykułu na warunkach licencji Creative Commons Uznanie autorstwa 3.0

Rozwój podejścia dotyczącego opracowania danych pomiarowych w międzynarodowych dokumentach metrologicznych Paweł Fotowicz Główny Urząd Miar

Streszczenie: Przedstawiono podejście w dziedzinie opracowania danych pomiarach dla modeli wielowymiarowych. Podstawową metodą obliczeniową jest propagacja niepewności oparta na rachunku macierzowym. Alternatywnym sposobem obliczeniowym jest zastosowanie numerycznej metody Monte Carlo. Wynikiem obliczeń jest wyznaczenie obszaru rozszerzenia w postaci hiper-elipsy lub hiper-prostokąta. Słowa kluczowe: niepewność pomiaru, model pomiaru DOI: 10.14313/PAR_208/76

1. Wprowadzenie Współczesne podejście w dziedzinie opracowania danych pomiarowych kształtuje pakiet dokumentów [1–3] wydanych pod egidą BIPM (Międzynarodowe Biuro Miar) przez JCGM (Wspólny Komitet ds. Przewodników w Metrologii). Ostatnim z nich jest Suplement 2 do Przewodnika [4], dotyczącego wyrażania niepewności pomiaru. Przedstawia wielowymiarowy model pomiaru, bazujący na rachunku macierzowym i numerycznej metodzie Monte Carlo. Rozszerza zastosowanie dokumentu [1], gdy wielkość wyjściowa zdefiniowana jest wieloma funkcjami pomiaru i nazywana menzurandem wektorowym.

2. Zasady postępowania Zasady postępowania dzielą się na trzy etapy: opis wielkości, obliczenia i zapis wyniku. Opis wielkości dotyczy: 1) definicji wielkości wyjściowej Y jako menzurandu wektorowego, 2) określenia wielkości wejściowej X, od której zależy wielkość wyjściowa Y, 3) zbudowania modelu pomiaru lub funkcji pomiaru f określającej relacje między X i Y, 4) przyjęcia rozkładów prawdopodobieństwa (na ogół normalnych lub prostokątnych) dla składowych wielkości wejściowej X, a dla skorelowanych par składowych X wspólnych funkcji gęstości prawdopodobieństwa. Obliczenia polegają na realizacji zasady propagacji rozkładów składowych wielkości wejściowej X poprzez model pomiaru w celu otrzymania wspólnego rozkładu dla wielkości wyjściowej Y. Natomiast zapis wyniku polega na przedstawieniu:

1) wartości oczekiwanej Y jako estymaty y wielkości wyjściowej, 2) macierzy kowariancji Uy wielkości Y, 3) obszaru rozszerzenia dla wielkości wyjściowej Y przy określonym prawdopodobieństwie.

3. Propagacja niepewności Propagacja niepewności jest uogólnieniem prawa propagacji niepewności [4] stosowanego w dziedzinie jednowymiarowych modeli pomiaru. Opiera się na rachunku macierzowym. Propagacja niepewności dla jawnych wielowymiarowych modeli pomiaru polega na określeniu relacji pomiędzy wielkością wyjściową Y = (Y1, …, Ym)T a wielkością wejściową X = (X1, ..., XN)T w postaci Y = f (X), gdzie f = (f1, …, fm)T oznacza wielowymiarową funkcję pomiaru. Dla estymaty x = (x1, …, xN)T wielkości wejściowej X estymata wielkości wyjściowej Y dana jest zależnością y = f(x). Macierz kowariancji, związana z estymatą y, ma postać

(1) i jest obliczana na podstawie równania

U y = C xU xC xT

(2)

gdzie Ux to macierz kowariancji związaną z estymatą x zawierającą kowariancje u(xi,xj) wielkości xi, xj, a Cx jest macierzą wrażliwości, dana zależnością

(3)

Propagacja niepewności dla niejawnych wielowymiarowych modeli pomiaru polega na określeniu relacji pomiędzy wielkością wyjściową Y = (Y1,…,Ym)T, a wielkością wejściową X = (X1,...,XN)T w postaci h(Y, X) = 0, gdzie h = (h1,…,hm)T. Estymata x wielkości X i estymata y wielkości Y spełnia równanie h(y, x) = 0. Macierz kowariancji o wymiarze m×m, związana z estymatą y, jest obliczana z równania

C yU yC yT = C xU xC xT

(4)

gdzie Cy jest macierzą wrażliwości o wymiarze m×m zawierającą pochodne cząstkowe ¶hl/¶Yj, a Cx jest macierzą wrażliwości o wymiarze m ×N zawierającą pochodne cząstkowe ¶hl/¶Xi. Wszystkie pochodne będą obliczane dla X = x i Y = y.

4. Obszar rozszerzenia Miarą niepewności są obszary rozszerzenia: a) hiper-elipsa lub elipsa wielowymiarowa o liczbie wymiarów m, b) hiper-prostokąt lub prostokąt wielowymiarowy o liczbie wymiarów m, centrowany estymatą y z bokami równymi długości oddzielnie określanych przedziałów rozszerzenia dla wymiarów Yj. Istnieje wiele dowolnych obszarów rozszerzenia dla Y o określonym prawdopodobieństwie. Każdy z nich oparty jest na dystrybuancie G, czyli zbiorze M punktów losowanych z rozkładu dla wielkości Y, które mogą być otrzymane przy zastosowaniu metody Monte Carlo: a) hiper-elipsoidalny, który będzie najmniejszym obszarem rozszerzenia dla Y, gdy dobrym przybliżeniem Y jest rozkład normalny, b) hiper-prostokątny, który jest najprostszą interpretacją tego obszaru, ale zbyt pesymistyczny, c) najmniejszy obszar rozszerzenia, który ogólnie nie ma szczególnej geometrycznej definicji i jest otrzymywany jako stopień przybliżenia zależny od M. Postępowanie przy wyznaczaniu najmniejszego obszaru rozszerzenia polega na: a) zbudowaniu hiper-prostokątnego obszaru w przestrzeni wielkości wyjściowej, b) podzieleniu tego obszaru na sieć najmniejszych prostokątów, c) przypisaniu każdej wartości wielkości wyjściowej do tych najmniejszych prostokątów, d) użyciu części wartości wielkości wyjściowych przypisanych do każdego prostokąta jako przybliżenia prawdopodobieństwa, że Y należy do tego prostokąta, e) wylistowaniu prostokątów w porządku malejącego prawdopodobieństwa, f) utworzeniu skumulowanej sumy prawdopodobieństw dla tych wylistowanych prostokątów, gdy suma ich nie jest mniejsza od prawdopodobieństwa p, g) przyjęciu zbioru odpowiednich prostokątów do zdefiniowania najmniejszego obszaru rozszerzenia.

5. Metoda Monte Carlo Metoda Monte Carlo może być realizowana podobnie, jak w przypadku wielkości jednowymiarowych [1], przez: a) wybór liczby próbkowań M, b) wygenerowanie M wektorów poprzez losowanie z funkcji gęstości prawdopodobieństwa przypisanych wielkościom wejściowym Xi, c) dla każdego takiego wektora utworzenie odpowiadających mu wartości Y, uzyskując M wartości wektorowej wielkości wyjściowej,

d) przyjęcie reprezentacji dystrybuanty G jako zbioru M wartości wektorowych Y, e) użycie G do utworzenia estymaty y wielkości Y i macierzy kowariancji Uy związanej z y, f) użycie G do utworzenia odpowiedniego obszaru rozszerzenia dla Y z określonym prawdopodobieństwem.

6. Podsumowanie Przedstawione rozwiązania wyznaczają nowy standard postępowania przy opracowaniu danych pomiarowych dla wielowymiarowych modeli pomiaru. Są twórczym i logicznym rozwinięciem podejścia, opracowanego dla jednowymiarowych (klasycznych) modeli pomiaru, omówionego już w międzynarodowych dokumentach metrologicznych.

Bibliografia 1. Supplement 1 to the Guide to the expression of uncertainty in measurement – Propagation of distributions using a Monte Carlo method. JCGM 101:2008. 2. An introduction to the Guide and related documents. JCGM 104:2009. 3. Supplement 2 to the Guide – Extension to any number of output quantities. JCGM 102:2011. 4. Guide to the expression of uncertainty in measurement. JCGM 100:2008.

Development of the approach to evaluation of measurement data in international metrology documents Abstract: The approach considering the evaluation of measurement data for multivariate measurement model is presented. The basis method is a propagation of uncertainty basis on a matrix calculus. The alternative calculation manner is the use of a Monte Carlo method. The result of calculation is a coverage region presented in the form of hyper-ellipsoidal or hyper-rectangular. Keywords: measurement uncertainty, measurement model Artykuł recenzowany, nadesłany 21.11.2014 r., przyjęty do druku 05.03.2014 r.

dr inż. Paweł Fotowicz Absolwent Politechniki Warszawskiej. Studia ukończył na Wydziale Mechaniki Precyzyjnej w 1981 roku. Do 1999 roku pracował w Instytucie Metrologii i Systemów Pomiarowych PW, specjalizując się w problematyce laserowych technik pomiarowych, będąc współautorem sześciu patentów. Od 1999 roku pracuje w Głównym Urzędzie Miar, zajmując się zagadnieniami teoretycznymi metrologii, głównie teorią niepewności pomiaru. Jest autorem ponad stu publikacji – referatów i artykułów w czasopismach krajowych i zagranicznych. e-mail: uncert@gum.gov.pl

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2014

Nauka

Zezwala się na korzystanie z artykułu na warunkach licencji Creative Commons Uznanie autorstwa 3.0

Optymalizacja nastaw regulatorów PID do sterowania suwnicą 3D Tomasz Dziendziel, Michał Gruk, Robert Piotrowski Wydział Elektrotechniki i Automatyki, Politechnika Gdańska

Streszczenie: Suwnica stanowi ciekawy, a zarazem skomplikowany obiekt sterowania, który znajduje zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu. W artykule przedstawiono obiekt sterowania wraz z jego układami sterowania wykorzystującymi regulatory PID. Następnie dobrano parametry regulatorów stosując wybrane metody inżynierskie i optymalizacyjne. Przeprowadzono szczegółową analizę porównawczą zaproponowanych rozwiązań. Słowa kluczowe: suwnica 3D, dobór nastaw regulatorów, regulator PID, optymalizacja, układ sterowania DOI: 10.14313/PAR_208/78

1. Wprowadzenie Suwnice 3D są urządzeniami często stosowanymi w różnych gałęziach przemysłu. Służą one do wielokrotnego transportu dużych gabarytowo i wagowo przedmiotów na niewielkich odległościach, np. w halach produkcyjnych, montażowych, w zautomatyzowanych terminalach kontenerowych do selekcji i układania kontenerów. Celem jest optymalizacja przenoszenia ładunku między dwoma dowolnymi punktami znajdującymi się w przestrzeni roboczej urządzenia w taki sposób, aby minimalizować wahania zawieszonego obiektu podczas poruszania się suwnicy. Celem artykułu jest prezentacja wyników sterowania suwnicą. Analizie poddano model fizyczny suwnicy 3D wykonany przez firmę INTECO [1] i zakupiony przez Katedrę Inżynierii Systemów Sterowania (Wydział Elektrotechniki i Automatyki, Politechnika Gdańska). W układzie regulacji zastosowano pięć regulatorów PID. Trzy z nich służą do sterowania poruszaniem się karetki po odpowiednich osiach (X, Y i Z). Kolejne dwa regulatory sterują kątami wychylenia ciężarka (względem osi X i Y). Rozpatrywane zagadnienie jest ciekawe, aktualne i badane w różnych ośrodkach naukowych. W pracy [2] przedstawiono automatyczny układ strojenia regulatorów. Problem sterowania suwnicą 3D został podjęty również w pracy [3], gdzie autorzy zaproponowali sterowanie suwnicą za pomocą regulatora rozmytego. W artykule [4] zaprojektowano sterowanie krzepkie, zaś [5] przedstawia wykorzystanie oprogramowania LabVIEW, w którym

zbudowano panel sterujący oraz zaimplementowano sterowanie rozmyte suwnicą. W artykule zaprezentowano działanie układów regulacji z nastawami regulatorów dobranymi metodami inżynierskimi. Następnie, dla kilku wybranych metod, dokonano optymalizacji nastaw regulatorów. Przeprowadzono analizę porównawczą uzyskanych wyników.

2. Obiekt sterowania 2.1. Model fizyczny

Obiektem sterowania jest model fizyczny suwnicy 3D (rys. 1). Część mechaniczną tworzy stalowa rama nośna w kształcie sześcianu o krawędziach równych 1,5 m, na której zamontowano szyny zapewniające ruch wózka wzdłuż osi X i Y. Opuszczanie i podnoszenie ciężarka realizowane jest przez wyciągarkę zamontowaną bezpośrednio na wózku. Układ jezdny i wyciągarka napędzane są przez silniki DC zintegrowane z przekładnią.

Rys. 1. Widok suwnicy 3D [6] Fig. 1. View of 3D crane [6]

Ruch obrotowy silników zamieniany jest na ruch posuwisty przez przekładnie pasowe przytwierdzone do pomostu suwnicy w osi X i do wózka w osi Y. Odczyt położenia ciężarka realizowany jest przez pięć enkoderów o rozdzielczości 2048 lub 4096 impulsów na obrót. Impulsy zapisywane są w rejestrze przesuwnym znajdującym się we wzmacniaczu mocy. Pozwalają one

na odczyt położenia wózka w osiach X i Y oraz położenie ciężaru w osi Z, a także jego odchylenie a i b, odpowiednio w osiach X i Y. Na obiekcie zamontowane są trzy czujniki krańcowe, po jednym dla każdej osi, do bazowania położenia oraz zabezpieczenia układu przed uszkodzeniem, w przypadku wysterowania suwnicy poza obszar roboczy. Elektroniczną część systemu stanowi wzmacniacz mocy będący interfejsem do podłączenia enkoderów, silników, przycisku awaryjnego zatrzymania oraz karty akwizycji danych zamontowanej w komputerze PC. Jest ona wykorzystywana bezpośrednio do zbierania i przesyłania danych do wzmacniacza mocy. Układ stanowi kompletne urządzenie służące do projektowania i testowania układów sterowania działających w czasie rzeczywistym. Sygnały sterujące, generowane w środowisku obliczeniowym MATLAB/Simulink przesyłane są za pośrednictwem karty akwizycji i wzmacniacza mocy do silników, a przemieszczenie elementów suwnicy mierzone jest za pomocą enkoderów, z których sygnał analogiczną ścieżką powraca do aplikacji tworząc zamkniętą pętlę wymiany danych (rys. 2). Komputer z oprogramowaniem MATLAB/Simulink

Wzmacniacz mocy

Karta RT-DAC/PCI

rejestrze przesuwnym i zliczającego impulsy generowane przez enkodery. Rejestrowane są także trzy sygnały dyskretne, z czujników krańcowych zabezpieczających suwnicę przed wyjechaniem poza obszar roboczy.

2.2.3. Zmienne w środowisku MATLAB/Simulink

Liczba inkrementerów, zliczana w rejestrze przesuwnym, odwzorowująca przesunięcie kątowe tarczy enkodera, rejestrowana jest w środowisku MATLAB/Simulink w postaci wektorów o wymiarach [1 × 5]. Są one przeskalowane (patrz tab. 1), jako wartości rzeczywiste mierzone w [m] dla położenia karetki i w [rad] dla odchylenia ciężarka. Tab. 1. Współczynniki skali dla enkoderów Tab. 1. Scale factors for encoders

Model suwnicy

Rys. 2. Wymiana informacji Fig. 2. Information exchange

Oś X

5,8157·10–5

Oś Y

5,8157·10–5

Oś Z

2,2150·10–5

Kąt a

1,534·10–3

Kąt b

1,354·10–3

Rozpatrywany obiekt jest przykładem obiektu wielowymiarowego MIMO (ang. Multiple Input Multiple Output), z tego powodu w układzie można wyróżnić kilka rodzajów sygnałów, oddziałujących na obiekt i pochodzących z obiektu oraz sygnały i związane z nimi zmienne występujące w układzie sterowania.

Wartości uchybu wyliczane są jako skalary, dla każdego regulatora osobno. Następnie wielkości te zostają przesłane do odpowiednich regulatorów PID, które wypracowują sygnał sterujący, ograniczony od dołu i góry przez blok nasycenia do wartości z przedziału <–1; 1>. Sygnały sterujące, po wcześniejszym przeskalowaniu, w postaci skalarów zamieniane są na wektor o wymiarach [1 × 3]. Jest on przesyłany do karty akwizycji danych. Każda wartość reprezentuje wypełnienie sygnału PWM w jednej z osi – zależność (2).

2.2.1.Sygnały wejściowe

2.2. Opis zmiennych

Wejściem do obiektu jest pięć sygnałów sterujących silnikami DC, za pośrednictwem wzmacniacza mocy. Zmiana wypełnienia sygnału wywołuje zmianę średniego napięcia podawanego na silnik zgodnie z zależnością (1), dzięki czemu możliwa jest regulacja prędkości obrotowej silnika [7].

U sr =

1 T

t 0 + tz

∫

Udt

(1)

gdzie: Uśr – napięcie średnie [V], U – napięcie chwilowe [V], t0 – czas początkowy [s], tz – czas załączenia [s].

2.2.2. Sygnały wyjściowe

Sygnałami wyjściowymi z obiektu, rejestrowanymi przez środowisko MATLAB/Simulink, są położenia ciężarka w każdej z osi (x, y, z) oraz odchylenia (a i b) rozważane w sferycznym układzie współrzędnych. Wartości tych wielkości przesyłane są jako pięć liczb o wartościach z zakresu 0–65 535. Jest to zakres 16-bitowego licznika opartego na

PWM = a ⋅ 1023

(2)

gdzie: a – wyznaczone sterowanie z zakresu <–1; 1>. Z poziomu środowiska MATLAB/Simulink wyznaczana jest też wersja struktury logicznej karty RT-DAC/PCI oraz adres bazowy, od którego zaczynają się dane zapisywane i odbierane przez kartę. Ponadto wysyłane są wartości graniczne położenia dla enkoderów oraz kasowane wartości zapisane w pamięci liczników. Dodatkowo odczytywane i kasowane są stany czujników krańcowych.

2.3. Badania obiektu

Badania symulacyjne są jednym z etapów modelowania. Służą one przede wszystkim poznaniu właściwości obiektu. Pozwala to w dalszej kolejności na zaprojektowanie układu regulacji, jego strojenie oraz testowanie [8]. Pierwszym etapem testów była identyfikacja podstawowych właściwości obiektu. W tym celu zbadano ruchy elementów suwnicy w odpowiadających im płaszczyznach. Na podstawie uzyskanych wyników stwierdzono, że obiekt Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2014

Nauka

cechuje się astatyzmem. Jego dynamikę można przybliżyć modelem obiektu całkującego rzeczywistego z opóźnieniem. Zadaniem było wyznaczenie przybliżonej dynamiki, która posłużyłaby jedynie do eliminacji metod niewłaściwych danej klasie obiektów. Dokładny opis modelu w postaci transmitancji przedstawiono w sekcji 4.2. Ze względu na bardzo ogólny charakter identyfikacji parametry regulatorów były dobrane dla metod inżynierskich, z wykorzystaniem modelu fizycznego. Podczas optymalizacji użyto modelu matematycznego w postaci równań różniczkowych opisujących dynamikę ruchu w trzech osiach, opracowany przez firmę INTECO [1].

4. Dobór nastaw regulatorów

3. Układy sterowania

Dobór parametrów regulatorów dla metod inżynierskich prowadzony był na modelu fizycznym. W pierwszej kolejności nastawy regulatorów PID wyznaczono na podstawie pierwszej i drugiej metody Zieglera-Nicholsa [9]. W pierwszym przypadku, za pomocą metody cyklu granicznego wyznaczono nastawy dla wszystkich pięciu regulatorów (tab. 2). Druga metoda: odpowiedzi na skok wartości zadanej, umożliwiła tylko wyznaczenie nastaw trzech regulatorów sterujących poruszaniem się karetki w trzech osiach (możliwe było zadanie skoku jednostkowego). Niestety, niemożliwe okazało się to w przypadku dwóch regulatorów sterujących wychyleniem ciężarka.

Układ regulacji suwnicą 3D zawiera pięć regulatorów PID. Trzy z nich odpowiadają za sterowanie każdą z osi (X, Y, Z), a dwa pozostałe sterują kątami wychylenia obciążenia (względem osi X i Y). Do sterowania suwnicą użyto regulatorów ciągłych PID. Struktura systemu została podzielona na trzy niezależne układy (rys. 3). Założono, że wpływ sprzężeń skrośnych jest pomijalnie mały. Każdy podukład składa się z regulatora położenia, którego wartość wyjściowa jest ograniczona przez blok nasycenia. Sygnał sterujący jest sygnałem napięciowym z modulacją PWM. Zastosowanie ograniczenia na wartość sygnału sterującego było konieczne ze względu na dopuszczalny zakres napięć zasilających silniki wykonawcze oraz możliwości zastosowanego wzmacniacza. Wartości wyjściowe z regulatorów odchylenia również zostały ograniczone ze względu na możliwości układu wykonawczego. Zakłócenia wpływające na pracę układu mogą wynikać np. z drgań podłoża, na którym stoi suwnica.

Nastawy regulatorów zostały dobrane dla regulatora PID opisanego transmitancją operatorową w postaci (3). K   GR (s ) = e (s )  K p + i + K d s    s

(3)

gdzie: e – uchyb regulacji, Kp – wzmocnienie proporcjonalne, Ki – wzmocnienie całkowe, Kd – wzmocnienie różniczkujące.

4.1. Metody inżynierskie

Tab. 2. Nastawy regulatorów PID: metoda Zieglera-Nicholsa Tab. 2. Settings of PID controllers: Ziegler-Nichols method Regulator

PIDx

168

0,048

PIDy

34,8

0,036

6,67

PIDz

384

0,168

1,43

PIDα

14,4

0,072

3,33

PIDβ

10,8

0,036

6,67

Następną metodą była metoda Passena, w wktórej wykorzystywany jest cykl graniczny obiektu [9]. Wyznaczono nastawy dla wszystkich regulatorów (tab. 3). Tab. 3. Nastawy regulatorów PID: metoda Passena Tab. 3. Settings of PID controllers: Passen method

Rys. 3. Schematy układów regulacji suwnicą 3D Fig. 3. Schemes of the 3D Crane control systems

gdzie: xzad, yzad, zzad – zadane pozycje w poszczególnych osiach; x, y, z – wyjściowe pozycje w poszczególnych osiach; a, b – kąty wychylenia ciężarka w osiach X i Y; e – uchyb regulacji; u – sygnał sterujący; d – zakłócenia.

Regulator

PIDx

56,00

10,10

6,67

PIDy

11,60

10,10

6,67

PIDz

128,00

5,05

3,33

PIDα

4,80

15,15

10,00

PIDβ

3,60

7,58

5,00

Kolejną metodą była metoda Astroma-Hagglunda (metoda przekaźnikowa) [10]. Nie pozwoliła ona na wyznaczenie nastaw dla wszystkich regulatorów (tab. 4). Tab. 4. Nastawy regulatorów PID: metoda Astroma-Hagglunda Tab. 4. Settings of PID controllers: Astrom-Hagglund method Regulator

PIDx

120,25

0,05

PIDy

21,47

0,125

PIDz

322,11

0,028

18,18

Tab. 5. Nastawy regulatorów PID: metoda Hassena-Offereissena Tab. 5. Settings of PID controllers: Hassen-Offereissen method Regulator

Kp kor.

PIDx

62,0

6,0

0,317

0,233

PIDy

26,1

9,0

0,247

0,300

PIDz

288,0

28,0

0,444

0,167

PIDα

10,8

7,0

0,741

0,100

PIDβ

8,1

7,0

0,317

0,233

Ostatnią z badanych metod inżynierskich była metoda Hassena-Offereissena, właściwa do wyznaczania nastaw dla regulatorów PI oraz PID. Bazuje ona na kilkukrotnym doprowadzeniu układu regulacji do granicy stabilności, w trakcie realizacji sekwencji kroków [9].

Rys. 4. Wyniki sterowania – nastawy regulatorów PID: metoda Hassena-Offereissena Fig. 4. Results of the control systems – settings of PID controllers: Hassen-Offereissen method

W przypadku większości inżynierskich metod doboru nastaw otrzymane wartości nastaw regulatorów znacznie przekraczały możliwości układu sterowania (zbyt duże wartości Kp) i jakość sterowania była niezadowalająca. W związku z tym konieczne było zmniejszenie wpływu członu proporcjonalnego. Najlepsze wyniki sterowania uzyskano dla metody Hassena-Offereissena (patrz tab. 5 i rys. 4).

4.2. Optymalizacja nastaw Mając wiedzę ilościową, zdobytą w czasie doboru nastaw metodami inżynierskimi o granicach dopuszczalnych zmian nastaw regulatorów, przystąpiono do optymalizacji ich wartości z wykorzystaniem modelu matematycznego obiektu i środowiska MATLAB/Simulink. Na potrzeby procesu optymalizacji obiekt został podzielony na trzy niezależne osie X, Y, Z, których dynamikę opisano modelem całkującym rzeczywistym z opóźnieniem postaci: G (s ) =

K e − τs s (Ts + 1)

(4)

Dokonano identyfikacji wszystkich parametrów modeli (patrz tab. 6). Tab. 6. Wyniki identyfikacji parametrów modelu Tab. 6. Results of model parameters identification

Parametr

Wartość

0,298

τX

0,187

0,298

τy

0,085

0,136

0,023

τZ

0,018

Zastosowanie metod numerycznych do szukania minimum funkcji kryterialnej pozwala na znalezienie nastaw regulatorów każdego z osobna. Możliwe jest także przeprowadzenie procesu optymalizacji dwóch regulatorów jednocześnie (w osi X i Y). Pozwala to na lepszy dobór nastaw, ale zwiększa rozmiar problemu. W strukturze układu regulacji (rys. 3) dwa sygnały sterujące zostają zsumowane i podane na wejście w osi X lub Y. Rozważanie każdego regulatora oddzielnie prowadzi do doboru parametrów regulatorów w sposób zapewniający najlepsze sterowanie Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2014

Nauka

danej części systemu. Nie uwzględnia się jednak, że dwa regulatory pracują na jeden sygnał sterujący, co prowadzi do sytuacji, w której drugi regulator pełni rolę zakłócenia o znaczącym wpływie. W pracy dokonano analizy obu rozwiązań. Zmiennymi decyzyjnymi w procesie optymalizacji są nastawy regulatorów. Po analizie wybrano kryteria oceny jakości regulacji (zależności (5)–(10)). Bazują one na uchybie dynamicznym będącym sumą uchybu położenia i kąta odchylenia zamienionego na położenie względem osi wózka suwnicy. –– całka uchybu: ∞

I = ∫ e (t ) dt

(5)

–– całka kwadratu uchybu: ∞

I = ∫ e 2 (t ) dt

(6)

–– całka iloczynu uchybu i czasu: ∞

I = ∫ te (t ) dt

(7)

∫ e (t ) dt

(8)

0 –– całka modułu z uchybu:

I =

∞

Rys. 5. Wyniki sterowania, dobór nastaw: funkcja lsqnonlin, kryterium: zależność (8), dobór każdego regulatora osobno Fig. 5. Control results, settings of PID controllers: lsqnonlin function, criteria: equation (8), single controller optimization

Tab. 7. Nastawy regulatora PID: funkcja lsqnonlin optymalizująca wskaźnik (8) Tab. 7. Settings of PID controllers: lsqnonlin function which optimizes equation (8) Kp

Dobór nastaw dla każdego regulatora osobno

PIDx

3,404

9,989

–0,881

PIDx

171,095

–0,025

–0,047

PIDy

4,188

3,877

–2,852

PIDy

69,348

0,002

–0,014

PIDz

1,487

0,067

–0,067

PIDz

5,160

0,001

PIDα

1,645

0,002

–0,207

PIDα

429,489

–0,096

0,023

PIDβ

2,185

0,002

–0,244

PIDβ

253,659

–0,042

–0,057

Dobór nastaw dla dwóch regulatorów razem

Tab. 8. Nastawy regulatora PID: funkcja fminsearch optymalizująca wskaźnik (9) Tab. 8. Settings of PID controllers: fminsearch function which optimizes equation (9)

Dobór nastaw dla dwóch regulatorów razem

PIDx

1,886

1,98

–0,419

PIDx

12,809

–0,001

0,007

PIDα

1,025

–0,047

0,09

PIDα

8,854

–0,003

0,000

PIDy

3,533

4,079

–2,432

PIDy

8,923

0,001

PIDβ

1,867

–0,248

0,131

PIDβ

2,604

–0,001

0,001

Fig. 6. Control results, settings of PID controllers: lsqnonlin function, criteria: equation (8), for both controllers working in one axis

Rys. 7. Wyniki sterowania, dobór nastaw: funkcja fminsearch, zależność (9), dobór dwóch regulatorów pracujących w jednej osi razem Fig. 7. Control results, settings of PID controllers: fminsearch function, criteria: equation (9), for both controllers working in one axis

Tab. 9. Nastawy regulatora PID: funkcja fmincon optymalizująca wskaźnik (10), waga 1,5 Tab. 9. Settings of PID controllers: fmincon function which optimizes equation (10), weight 1.5

Tab. 10. Nastawy regulatora PID: funkcja fminimax optymalizująca wskaźnik (6) Tab. 10. Settings of PID controllers: fminimax function, which optimizes equation (6)

Rys. 6. Wyniki sterowania, dobór nastaw: funkcja lsqnonlin, kryterium: zależność (8), dobór dwóch regulatorów pracujących w jednej osi razem

Dobór nastaw dla każdego regulatora osobno

PIDx

6,985

7,300

0,000

PIDx

10,000

189,818

0,000

PIDy

15,000

7,407

0,088

PIDy

10,000

158,302

0,000

PIDz

2,529

0,442

0,000

PIDz

10,000

30,209

0,000

PIDα

2,549

0,000

0,422

PIDα

10,000

0,006

0,000

PIDβ

2,507

0,001

0,003

PIDβ

10,000

0,000

Dobór nastaw dla dwóch regulatorów razem

PIDx

3,474

6,458

0,127

PIDx

6,585

11,680

0,005

PIDα

3,557

0,059

0,001

PIDα

10,000

0,000

PIDy

2,572

0,945

0,000

PIDy

4,876

44,750

0,037

PIDβ

2,500

0,000

0,003

PIDβ

7,215

1,746

0,000

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2014

Nauka

Rys. 8. Wyniki sterowania, dobór nastaw: funkcja fmincon, kryterium: zależność (10), masa 1,5; dobór dwóch regulatorów pracujących w jednej osi razem Fig. 8. Control results, settings of PID controllers: fmincon function, criteria: equation (10), weight 1.5, for both controllers working in one axis

–– całka iloczynu modułu uchybu i czasu: ∞

I = ∫ t e (t ) dt

(9)

–– całka sumy kwadratu uchybu i kwadratu pochodnej uchybu z wagą:

I =

∞

∫ (e (t ) + ae& (t )) dt 2

(10)

Dokonano analizy następujących funkcji optymalizacyjnych: –– lsqnonlin – funkcja znajduje minimum funkcji za pomocą algorytmu Levenberga-Marquardta, który dokonuje liniowego przybliżenia, przy dużej odległości od minimum, oraz przybliżenia kwadratowego w okolicy minimum [11]. –– fminsearch – funkcja wyznacza minimum funkcji celu bez ograniczeń z wykorzystaniem metody Nelder-Mead, zwanej simpleksową metodą spadku, która nie korzysta z pochodnych funkcji. Może być wykorzystywana dla funkcji nieciągłych nieposiadających pochodnych [11]. –– fmincon – funkcja znajduje minimum funkcji z ograniczeniami wykorzystując algorytm quasi-Newtona, w którym dokonywane jest kwadratowe przybliżenie funkcji w każdej kolejnej iteracji [11]. –– fminimax – funkcja minimalizuje największą wartość funkcji wielu zmiennych startując z punktu począt-

Rys. 9. Wyniki sterowania, dobór nastaw: funkcja fminimax, zależność (6), dobór dwóch regulatorów pracujących razem w jednej osi Fig. 9. Control results, settings of PID controllers: fminimax function, criteria: equation (6), for both controllers working in the one axis

kowego. Metoda ta wykorzystuje metodę SQP (ang. Sequential Quadratic Programming), która rozwiązuje, w kolejnych krokach, sekwencję podproblemów programowania kwadratowego [11]. W tab. 7–10 zaprezentowano wybrane najlepsze wyniki optymalizacji. Otrzymane nastawy regulatorów zostały zaimplementowane w układach regulacji. Wybrane wyniki sterowania pokazano na rys. 5–9.

5. Analiza wyników Stosując optymalizację nastaw, można zauważyć znaczną poprawę w sterowaniu suwnicą 3D. Najgorsze wyniki uzyskano dla funkcji fminsearch, ze względu na brak możliwości uwzględnienia ograniczeń. Najlepsze rozwiązania otrzymano używając funkcji lsqnonlin. Osiągnięto znaczną redukcję błędów wychylenia, których amplituda zmalała nawet do około 0,05 m, ale wydłużył się czas regulacji (około 10 s). Najwyższą jakość sterowania, czyli najmniejsze błędy wychylenia, uzyskano dla kryterium całki iloczynu wartości bezwzględnej uchybu regulacji i czasu. Niemniej jednak, występują oscylacje wywołane pracą zakłócających się regulatorów. Okazało się, że nie wszystkie kryteria pasowały do obiektu. W kilku przypadkach występowało przeregulowanie w osiach X, Y i Z, co wiązało się przede wszystkim ze zbyt dużym wzmocnieniem czło-

nów proporcjonalnych i działaniem zakłócającym drugiego regulatora wypracowującego sygnał dla tej samej osi. Układ prawie zawsze ustalał się na wartości zadanej. W kilku przypadkach widać stały niewielki uchyb w stanie ustalonym. Przyczyną może być prawdopodobnie dryft parametrów enkoderów i rejestru przesuwnego zbierającego odczyty. We wszystkich przeprowadzonych badaniach symulacyjnych, najmniejsze wartości nastaw uzyskano dla regulatora związanego z położeniem w osi Z. Znaczna część kryteriów zminimalizowała wpływ regulatora położenia w osi Z. Dlatego też w wielu przypadkach nie nadążał on za trajektorią zadaną. Niektóre wyliczone nastawy spowodowały niegasnące oscylacje karetki. Dotyczyło to głównie położenia w osi Y. Oscylacje te wynikały głównie z pracy regulatora odchylenia, którego sygnał sterujący sumował się z sygnałem sterującym regulatora położenia.

6. Podsumowanie W artykule przedstawiono układ sterowania suwnicą 3D oraz dokonano analizy wybranych metod doboru nastaw regulatorów PID. Zbadano kilka metod inżynierskich ioptymalizacyjnych. Dokonano oceny uzyskanych wyników sterowania. Najlepszą metodą doboru nastaw regulatorów okazała się metoda wykorzystująca funkcję optymalizacji lsqnonlin.

Bibliografia 1. 3DCrane User’s Manual, www.inteco.com.pl, dostęp: 11.10.2013. 2. Chanchal D., Rajani K.M., An improved auto-tuning scheme for PI controllers, “ISA Transactions” 48(4) 2009, 396–409. 3. Antić D., Jovanović Z., Perić S., Nikolić S., Milojković M., Milosević M., Anti-Swing Fuzzy Controller Applied in a 3D Crane System, “Engineering Technology & Applied Science Research”, Vol. 2, No. 2, 2012, 196– 200. 4. Thuan N.Q., Vesely V., Robust decentralized controller design for 3D crane [w:] Proc. of the 18th International Conference on Process Control, June 14–17, Tatranská Lomnica, Slovakia 2011. 5. Kuck R., Pauluk M., Pakiet LabVIEW w sterowaniu suwnicą 3D, „Pomiary Automatyka Robotyka”, 6/2010, 17–22. 6. 3DCrane Installation Manual, www.inteco.com.pl, dostęp: 11.10.2013. 7. Zawirski K., Deskur J., Kaczmarek T., Automatyka napędu elektrycznego, Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań 2012. 8. Gutenbaum J., Modelowanie matematyczne systemów, Wydawnictwo PWN, Warszawa 1987. 9. Holejko D., Kościelny W.J., Automatyka procesów ciągłych, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2012.

10. Åström K.J., Wittenmark B., Adaptive control, 2 edi-

tion, Prentice Hall, New York 1994. 11. Coleman T., Branch M.A., Grace A., Optimalization toolbox, www.mathworks.com/help/pdf_doc/optim/ optim_tb.pd, dostęp: 22.10.2013.

Optimization of settings of PID controllers for 3D crane control Abstract:. A crane is an interesting and difficult object for control, which is used in various industries. The paper presents an object and its control system using PID controllers. Next, the chosen parameters of these controllers using different methods: engineering and optimization. A detailed comparative analysis of the proposed solutions was realized. Keyword: 3D Crane, controller tuning, PID controller, optimization, control system

Artykuł recenzowany, nadesłany 17.02.2014 r., przyjęty do druku 05.05.2014 r.

inż. Tomasz Dziendziel Absolwent studiów inżynierskich kierunku Automatyka i Robotyka, spec. Automatyka i Systemy Sterowania na Wydziale Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej. Zainteresowania: automatyka jachtowa, żeglarstwo. e-mail: tomek.dziendziel@gmail.com

inż. Michał Gruk Absolwent studiów inżynierskich na Wydziale Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej (kierunek: Automatyka i Robotyka, Automatyka i Systemy Sterowania). Zainteresowania: elektronika, technologie informacyjne, systemy sterownia. e-mail: michal.gruk@gmail.com

dr inż. Robert Piotrowski Absolwent kierunku Automatyka i Robotyka na Wydziale Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej (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 6/2014

Nauka

Zezwala się na korzystanie z artykułu na warunkach licencji Creative Commons Uznanie autorstwa 3.0

Modelowanie dwurotorowego systemu aerodynamicznego z wykorzystaniem systemu neurorozmytego Piotr Woźnica Instytut Automatyki i Informatyki, Politechnika Opolska

Streszczenie: W artykule przedstawiono propozycję modelu neurorozmytego dla złożonego obiektu nieliniowego. Ze względu na osobliwości modeli analitycznych, zasugerowano strukturę rozmytą z adaptacyjnym doborem parametrów. Opracowano koncepcję adaptacyjnego obserwatora rozmytego, działającego na podstawie stworzonego modelu neurorozmytego. Dokonano oceny efektywności modelu i estymatora adaptacyjnego pod względem złożoności konstrukcji i nakładu obliczeniowego. Procedura implementacji modelu została przeprowadzona z użyciem środowiska obliczeniowego MATLAB.

W artykule opisano i przedstawiono metodę modelowania z wykorzystaniem technik sztucznej inteligencji. Przesłanką do realizacji modelu w postaci struktury neurorozmytej jest wykorzystanie w nieliniowym estymatorze stanu pełnego rzędu. Zaproponowano strukturę estymatora stanu pełnego rzędu o właściwościach adaptacyjnych. Ideą estymatora adaptacyjnego jest implementacja macierzy korekcyjnej w strukturze neurorozmytej.

Słowa kluczowe: TRAS, dwurotorowy system aerodynamiczny, system neurorozmyty, estymacja stanu

Na złożoność modelu obiektu wpływa w istotny sposób jego statyka. Właściwe odwzorowanie właściwości statycznych zaraz obok dynamiki obiektu jest kluczowym działaniem dla uzyskania wysokiej efektywności modelu. W dalszej części zostanie przedstawiony uproszczony model w przestrzeni stanu dla wybranego obiektu mechatronicznego, którym jest dwurotorowy system aerodynamiczny w celu dokonania analizy porównawczej. Ze względu na silne nieliniowości wprowadzane przez zespoły napędowe oraz tarcia związane z dwustopniowym ruchem belki, modelowanie prezentowanego obiektu jest złożonym zadaniem. Omawiany obiekt można analizować jako nieliniowy układ MIMO o dwóch wejściach i dwóch wyjściach. Sygnałami sterującymi są napięcia doprowadzone do silników napędowych uh oraz uv, sygnałami wyjściowymi kąty nachylenia ah, av oraz prędkości obrotowe wirników zespołów napędowych rpmh i rpmv. Dla uproszczenia analizy rozłożono system wielowymiarowy na człony/tory jednowymiarowe i dla tak rozdzielonej struktury przeprowadzono syntezę modelu analitycznego.

DOI: 10.14313/PAR_208/86

odele procesów w problemach sterowania i diagnostyki są istotnym elementem w przebiegu poznawania zjawisk zachodzących w tych procesach. Przydatność modelu do określonego celu wyznacza się arbitralnie na podstawie szeregu kompromisów uzyskując model o wysokiej efektywności dla wyznaczonego zadania. W zaawansowanych układach regulacji modele analityczne często stają się mało efektywne pod względem szybkości przetwarzania, a także czasochłonności implementacji. Wyznaczenie równań opisujących zjawiska zachodzące w rzeczywistym obiekcie wymaga przeprowadzenia dokładnego procesu poznawczego. Konieczna jest też znajomość odpowiedniego aparatu matematycznego. Alternatywą dla modeli analitycznych może być model neurorozmyty utworzony w trakcie identyfikacji procesu. Model z wykorzystaniem technik neuronowych pozwala na szybką implementację oraz odznacza się wysoką efektywnością w zastosowaniach do diagnostyki i sterowania złożonych obiektów. Badania modelowe przeprowadzono na bazie modelu laboratoryjnego dwurotorowego systemu aerodynamicznego TRAS (ang. Two Rotor Aerodynamical System) stanowiącego wyposażenie laboratorium podstaw automatyki w Instytucie Automatyki i Informatyki Politechniki Opolskiej. Badany obiekt jest kompletnym stanowiskiem laboratoryjnym. Obsługa programowa systemu jest realizowana w środowisku MATLAB/Simulink [2].

1. Wprowadzenie

Rys. 1. Dwurotorowy system aerodynamiczny Fig. 1. Two rotor aerodynamical system

Rys. 2. Model strukturalny dwurotorowego systemu aerodynamicznego Fig. 2. Structural model of two rotor aerodynamical system

Model analityczny jednego z członów jednowymiarowych składa się z czterech równań różniczkowych zwyczajnych (1) [1]. Równania opisują stan dla zerowych warunków początkowych. Poszczególne zmienne stanu reprezentują następujące wielkości: x1 – zmienna stanu silnika prądu stałego, x2 – prędkość obrotowa wału silnika, x3 – moment obrotowy belki, x4 – położenie kątowe belki. Pozostałe tory systemu opisano analogicznie.

(1)

Na rys. 2 przedstawiono model strukturalny obiektu w postaci układu MIMO uwzględniający sprzężenie skrośne. Nieliniowość obiektu została przedstawiona w postaci prędkości obrotowej w funkcji napięcia zasilającego oraz siły ciągu w zależności od prędkości obrotowej wirnika.

2. Koncepcja modelu neurorozmytego system TRAS

Model analityczny obiektu nie jest wystarczająco efektywny podczas realizacji układu regulacji. Model matematyczny w postaci równań różniczkowych zwyczajnych wzbogacono o statyczne modele neurorozmyte. Systemy oparte na logice rozmytej, znajdują zastosowanie szczególnie tam, gdzie konstrukcja modelu jest złożona. Przy rosnącej złożoności modelowanych procesów zwiększa

się zbiór rozmytych reguł i funkcji przynależności. Powyższe wady doprowadziły do wprowadzenia systemów neurorozmytych. Systemy rozmyte mają zdolność do interpretacji nieprecyzyjnych i niepełnych danych, a sieci neuronowe mają zdolność uczenia się i tworzenia nowych reguł, które uzupełniają brakujące dane. Hybryda złożona z obu systemów znalazła obecnie szerokie zastosowanie w procesach modelowania. Strukturę sieci neuronowej odzwierciedlającej system rozmyty przedstawiono na rys. 3. Sieć taką można interpretować jako perceptron wielowarstwowy, w którego strukturze nieliniowe węzły neuronów można przyjąć jako nieliniowe funkcje przynależności [4]. Sieć składa się z ośmiu warstw: trzy pierwsze warstwy odnoszą się do funkcji przynależności i realizują wyznaczenie poziomów aktywacji wi(x), gdzie w węzłach warstwy drugiej zaimplementowane są funkcje nieliniowe g(z). Kolejna czwarta warstwa, której węzły oznaczone są symbolem „Π” realizuje funkcję mnożenia. Węzły warstwy piątej realizują proces obliczania wartości funkcji fi(x) następników reguł. Warstwy od szóstej do ósmej realizują konkluzję wg wzoru (2). Wykorzystana sieć neuronowa jest statyczną strukturą pozwalającą na aproksymację dowolnych zależności nieliniowych interpretowanych w strukturze rozmytej. Wyjście systemu neurorozmytego opisane jest zależnością (2), gdzie (x) oznacza unormowane poziomy aktywacji reguł, R jest liczbą reguł.

(2)

Ideą stosowania sieci neurorozmytych jest możliwość adaptacji parametrów i struktury systemu rozmytego dzięki wykorzystaniu metod znanych z uczenia sieci Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2014

Nauka

Rys. 3. Reprezentacja systemu rozmytego z jedną zmienną wejściową i trzema regułami w postaci rozmytej sieci neuronowej [4] Fig. 3. Representation of fuzzy system with one input variable and the three rules in the form of fuzzy neural network

neuronowych. Uczenie i optymalizacja parametrów sieci neuronowych jest zadaniem mniej złożonym w porównaniu do procesu uczenia i optymalizacji struktury i parametrów systemu rozmytego. Powyższa metoda jest stosowana jedynie w przypadku znanego zbioru danych uczących lub znanej zależności nieliniowej, co jednocześnie ogranicza stosowalność prezentowanego działania. System ANFIS (ang. Adaptive Neuro Fuzzy Inference System) wymaga zdefiniowania liczby i postaci funkcji przynależności oraz postać konkluzji, tzn. wartości stałej lub funkcji liniowej.

Rys. 4. Początkowe funkcje przynależności zbiorów rozmytych modelu charakterystyki nieliniowej Fig. 4. The initial membership functions of nonlinear characteristics

W przeprowadzonych eksperymentach przyjęto funkcje przynależności o postaci sigmoidalnej definiowanej wzorem:

(3)

Zależność (3) opisuje funkcję przynależności jednostronną, gdzie parametry ai i ci określają kształt zbioru rozmytego Xi.

Rys. 6. Wynik procesu modelowania nieliniowej charakterystyki statycznej systemu TRAS (kropki – charakterystyka rzeczywista, diamenty – odwzorowanie przez strukturę neurorozmytą) Fig. 6. Results of modelling process of nonlinear static characteristic of TRAS system (dots – real characteristic, diamond – mapping by neurofuzzy structure)

Rys. 7. Model rozmyty systemu TRAS Fig. 7. Fuzzy model of TRAS system

Rys. 5. Funkcje przynależności zbiorów rozmytych modelu charakterystyki nieliniowej po procesie optymalizacji Fig. 5. The membership functions of fuzzy model nonlinear characteristic after optimization process

Funkcja dwustronna jest tworzona z dwóch funkcji jednostronnych przez odjęcie od siebie dwóch funkcji lewostronnie lub prawostronnie otwartych odpowiednio usytuowanych względem siebie. W wyniku przeprowadzonej syntezy z początkową postacią funkcji przynależności z rys. 4 oraz uczenia modelu neurorozmytego otrzymano funkcje przynależności przedstawione na rys. 5. W efekcie działania algorytmu optymalizacji funkcji przynależności, otrzymano trzy funkcje sigmoidalne o różnych położeniach i kształtach. Optymalizacji podlegają współczynniki ai i ci; ai określa stromość funkcji, gdzie dla ai > 0 funkcja jest prawostronnie otwarta, dla ai < 0 funkcja jest lewostronnie otwarta, natomiast ci wyznacza położenie funkcji. Na rys. 6 przedstawiono wynik modelowania charakterystyki statycznej omawianego obiektu. W realizacji procesu uczenia sieci neurorozmytej wykorzystano algorytm hybrydowy uczenia sieci neuronowych składający się z dwóch współdziałających metod, tzn. metody wstecznej propagacji błędu oraz metody najmniejszych kwadratów. Wyboru takiego algorytmu dokonano ze względu na szybkość zbieżności oraz wysoką efektywność. Model systemu dla jednego z torów przedstawiono na rys. 7. Struktura systemu składa się z macierzy A, B, C oraz struktur neurorozmytych wyznaczonych w procesie adaptacji neuronowej, które oznaczono jako funkcje f(x) oraz g(x). Należy zaznaczyć, że funkcja oznaczona f(x) (rys. 7) nie jest tożsama z funkcją fi(x) następnika reguły rozmytej. Na rys. 8 zamieszczono przebiegi otrzymanych położeń kątowych belki systemu TRAS dla rzeczywistego obiektu oraz modelu neurorozmytego, z którego wynika dobra dokładność estymowanego położenia kątowego. Największy błąd występuje w fazie rozruchu lub zmiany kierunku obrotu. Mimo obecności zakłóceń wynikających z różnych etapów pracy systemu i wynikających z tego ograniczeń, efektywność modelu neurorozmytego umożliwia stosowanie go w modelowaniu systemów nieliniowych.

Rys. 8. Wykresy położenia belki systemu dla obiektu rzeczywistego i modelu neurorozmytego Fig. 8. Charts beam position of system for real plant and neurofuzzy model

4. Estymator rozmyty Estymator stanu stanowi technikę odtwarzania zmiennych stanu, które nie są dostępne pomiarowo. Obserwatory liniowe, zaprojektowane ściśle do wybranego liniowego lub zlinearyzowanego systemu, nie są wystarczająco efektywne w przypadku wykorzystania w rzeczywistych systemach silnie nieliniowych [10, 11]. Z tego względu powstaje przesłanka do realizacji nieliniowego estymatora stanu o dużej efektywności w zastosowaniu do systemu nieliniowego. Zarówno w procesach sterowania, jak i diagnostyki systemu nieliniowego istnieje potrzeba precyzyjnej estymacji stanu ze względu na konieczność zapewnienia wysokiej efektywności pracy ww. układów [8, 9]. Obserwator liniowy Luenbergera opisywany jest równaniem (4). W przypadku systemu liniowego macierz I jest macierzą o stopniu równym rzędowi modelu opisującego obiekt. Dobór współczynników wektora wzmocnień sprowadza się do ustalenia wartości własnych macierzy (A–IC) [7].

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2014

(4)

Nauka

W członie rozmytym I zaimplementowano wartości uzyskane w procesie syntezy obserwatorów rozmytych, które stanowią wartości współczynników konkluzji struktury rozmytej. Następniki ww. struktury mają postać stałych wartości. Baza reguł struktury korektora I składa się z dwunastu elementów o postaci: R1 : JEŻELI u jest Obszar1 TO i1=a01 R2 : JEŻELI u jest Obszar1 TO i2=a02 R3 : JEŻELI u jest Obszar1 TO i3=a03 R4 : JEŻELI u jest Obszar1 TO i4=a04 R5 : JEŻELI u jest Obszar2 TO i1=a11 : :

R12 : JEŻELI u jest Obszar3 TO i4=a24

Rys. 9. Podział obszarowy charakterystyki nieliniowej Fig. 9. Territorial division of non-linear characteristic

Dobór współczynników korektora jest kompromisem między odpornością estymatora na zakłócenia (szumy), wówczas przyjmuje się duże wzmocnienie korektora, a wzmocnieniem zakłóceń, w przypadku małego wzmocnienia korektora.

Rys. 11. Schemat struktury korektora rozmytego Fig. 11. Schematic structure of fuzzy corrector

Rys. 10. Rozmyty estymator stanu Fig. 10. Fuzzy state estimator

Podczas realizacji obserwatora nieliniowego (rys. 10) należy analizować cały przedział zmienności wartości zmiennych stanu i wejścia. Współczynniki korektora I dla wybranych punktów pracy systemu wyznaczono arbitralnie dzieląc na podstawie doświadczeń obszar pracy systemu na podprzedziały (rys. 9), dla których przeprowadzono oddzielnie syntezy liniowych obserwatorów Luenbergera. Uzyskane wartości macierzy korekcji wykorzystuje się w realizacji rozmytego obserwatora nieliniowego. Dla przypadku obserwatora nieliniowego macierz I zastąpiono strukturą rozmytą. Struktura ta składa się z dwóch wejść oraz n wyjść, gdzie n jest rzędem modelu opisującego obiekt (rys. 11). Korektor składa się z dwóch zbiorów rozmytych dla funkcji błędu estymacji oraz wartości sygnału wymuszenia, który determinuje punkt pracy systemu.

System rozmytego obserwatora stanu dokonuje adaptacji współczynników wzmocnienia korektora I do aktualnego punktu pracy obiektu. Błąd obserwacji (y − yˆ) podawany na wejście korektora rozmytego jest rozwiązaniem klasycznym, natomiast dodatkowo informacja o wartości sygnału wejściowego pozwala na adaptację obserwatora oraz zwiększa szybkość jego działania. W zaproponowanym rozwiązaniu etap parametryzacji struktury rozmytej można rozpocząć od zera z równoczesnym zachowaniem stabilności układu zamkniętego, wynikającej z odpowiedniego doboru poszczególnych macierzy wzmocnień I. Zastosowanie układu z logiką rozmytą wprowadza formę liniową aproksymowanej macierzy korekcyjnej przez wprowadzenie podstawowych składowych macierzy liniowych [6]. Na rys. 12 przedstawiono wyniki symulacji rozmytego estymatora stanu dla dwurotorowego systemu aerodynamicznego.

5. Wnioski Dzięki wykorzystaniu metody adaptacyjnego doboru parametrów struktury rozmytej (ANFIS), poprawiono efektywność modelu dwurotorowego systemu aerodynamicznego pod względem przydatności w systemie obserwacji

2 0 -2 0

100

200

300

400

500

600

700

100

200

300

400

500

600

700

100

200

300

400

500

600

700

100

200

300

400

500

600

700

0.2

0.1 0 -0.1 -0.2 0 0.3

0.2 0.1 0 -0.1 0 0.3

0.2 0.1 0 -0.1 0

Czas

Rys. 12. Wykres przebiegów zmiennych stanu obiektu (niebieski) oraz zmiennych estymowanych (czerwony) Fig. 12. Chart of courses state plant variables (blue) and the estimated variables (red)

stanu [1]. Istotnym problemem w implementacji modelu rozmytego jest wymagana duża liczba dobieranych parametrów. Wykorzystując metody znane z uczenia sieci neuronowych, automatyzuje się proces doboru struktury i wyznaczenia parametrów, co istotnie przyśpiesza proces strojenia modelu, a także zwiększa efektywność pod względem jakości odwzorowania. Metoda automatycznej identyfikacji modelu neurorozmytego pozwala na uproszczenie procesu konstrukcji modelu oraz skraca czas implementacji modelu przy zachowaniu wysokiej efektywności. Odwzorowanie macierzy korekcyjnej estymatora stanu w strukturze rozmytej pozwala uwzględnić wpływ nieliniowości obiektu na efektywność estymacji pod względem wartości uchybu wartości mierzonej i estymowanej.

Bibliografia 1. Woźnica P., Problemy sterowania rozmytego wybranym obiektem nieliniowym na przykładzie dwurotorowego systemu aerodynamicznego – wybrane zagadnienia, praca magisterska, Wydział Elektrotechniki, Automatyki i Informatyki, Politechnika Opolska, Opole 2013. 2. INTECO, Two rotor aero-dynamical system. User’s manual, Kraków 2009. 3. Korbicz P., Kościelny J.M., Modelowanie, diagnostyka i sterowanie nadrzędne procesami. Implementacja w systemie DiaSter, WNT, Monografie, Tom 14, Warszawa 2009. 4. Tatjewski P., Sterowanie zaawansowane obiektów przemysłowych. Struktury i algorytmy, EXIT, Monografie, Tom 5, Warszawa 2002.

5. Łęski J., Systemy neuronowo-rozmyte, WNT, Warszawa 2008. 6. Giergiel M.J., Hendzel Z., Żylski W., Modelowanie i sterowanie mobilnych robotów kołowych, PWN, Warszawa 2013. 7. Byrski W., Obserwacja i sterowanie w systemach dynamicznych, UWND AGH, Kraków 2007. 8. Wiktorowicz K., Sektorowo ograniczony uczący się rozmyty regulator stanu z modelem odniesienia, XVII Krajowa Konferencja Automatyki 2011, Kielce-Cedzyna 2010, 470–480. 9. Wiktorowicz K., Regulator rozmyty jako korektor nieliniowy, „Pomiary Automatyka Kontrola” 58(3)/2012, 288–293. 10. Szabat K., Model obserwatora stanu dla układu z nieliniowym wałem mechanicznym, Prace Naukowe Instytutu Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych Politechniki Wrocławskiej, nr 63, 355–368. 11. Jamoussi K. i in., Robust Fuzzy Sliding Mode Observer for an Induction Motor, “Journal of Electrical Engineering: Theory and Application”, Vol. 1, Issue 1, 2010, 42–51. DOI: 10.1109/SSD.2009.4956657.

Modeling of Two Rotor Aerodynamical System Using the Neuro-Fuzzy System Abstract: The paper presents a proposal neurofuzzy model for complex nonlinear plant. Due to the peculiarities of analytical models, suggested fuzzy structure with adaptive selection of parameters. The concept of adaptive fuzzy observer, operating on the basis of created of neurofuzzy model. An evaluation of the effectiveness of the model and adaptive estimator in terms of the complexity of the design and computational effort has been made. Implementations of the model were carried out based on MATLAB environment tools. Keywords: TRAS, Two Rotor Aerodynamical System, NeuroFuzzy System, state estimation, ANFIS

Artykuł recenzowany, nadesłany 30.01.2014 r., przyjęty do druku 11.04.2014 r.

mgr inż. Piotr Woźnica Doktorant w Instytucie Automatyki i Informatyki Politechniki Opolskiej. Zainteresowania: metody sztucznej inteligencji w zastosowaniu do sterowania. e-mail: pp.woznica@gmail.com

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2014

Indeks firm zestawienie reklam i materiałów promocyjnych

AutomatykaOnLine

tel. 22 874 00 66 www.automatykaonline.pl

Automatyka-PomiarySterowanie SA

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

Balluff Sp. z o.o.

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

Conrad Electronic Polska

tel. 12 622 98 16 www.conrad.pl

Eaton Electric Sp. z o.o.

tel. 58 554 79 00 www.eaton.com www.moeller.pl

36–37

PPUH Eldar

tel. 77 442 04 04 www.eldar.biz

Elmark Automatyka Sp. z o.o.

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

7, 19, 55, 69

HARTING Polska Sp. z o.o.

tel. 71 352 81 71 www.HARTING.pl

I okł., 18, 54

HIWIN GmbH

tel. +49 781 93278-0 48 22 544 07 05 www.hiwin.de

Langas Group

tel. 22 696 80 20 www.langas.pl

Oprogramowanie Naukowo-Techniczne

tel. 12 630 49 56 www.ont.com.pl

48–51

PELTRON TPH Sp. z o.o

tel. 22 615 63 56 fax 22 615 70 78

PHOENIX CONTACT

tel. 71 39 80 410 www.phoenixcontact.pl

Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP

tel. 22 874 00 00 www.piap.pl

8, 47

Radwag Wagi Elektroniczne

tel. 48 384 88 00 www.radwag.pl

RS Components GmbH

tel. +49 (0) 610 540 18 03 www.rs-components.com

SCHUNK Intec Sp. z o.o.

tel. 22 726 25 00 www.schunk.com

44–46, III okł.

SIMLOGIC.

tel. 42 648 66 77 www.simlogic.pl

28–35, 36–37

Wago Elwag Wrocław

tel. 71 360 29 70 www.wago.pl

52–53

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

tel. 61 222 74 22 www.wobit.com.pl

9, 56

IV okł.

REKLAMA

Rozkładamy na części pierwsz

Pomiary Automatyka Robotyka nr 5/2014

www.AutomatykaOnline.pl

REDAKCJA

Rok 18 (2014) nr 6 (208) ISSN 1427-9126, Indeks 339512 Redakcja Al. Jerozolimskie 202, 02-486 Warszawa tel. 22 874 00 66, fax 22 874 02 02 e-mail: redakcja@par.pl www.par.pl Redaktor naczelny dr inż. Jan Jabłkowski Zastępca redaktora naczelnego mgr Seweryn Ścibior, sscibior@par.pl Sekretarz redakcji mgr Urszula Chojnacka 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 – redaktor językowy prof. nzw. dr hab. inż. Mateusz Turkowski – metrologia mgr inż. Jolanta Górska-Szkaradek mgr inż. Elżbieta Walczak Marketing mgr inż. Jolanta Górska-Szkaradek, jgorska@par.pl tel. 22 874 01 91 Paulina Siódmak, psiodmak@par.pl tel. 22 874 02 02 Skład i redakcja techniczna Ewa Markowska, emarkowska@par.pl EDIT Sp. z o.o.

Rada programowa dr inż. Mariusz Andrzejczak, Bumar Sp. z o.o. prof. dr hab. inż. Jan Awrejcewicz, Katedra Automatyki, Mechatroniki i Biomechaniki, Politechnika Łódzka dr inż. Janusz Berdowski, Polskie Centrum Badań i Certyfikacji SA prof. dr inż. Milan Dado, University of Žilina (Słowacja) 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. Igor P. Kurytnik, Akademia Techniczno-Humanistyczna prof. dr hab. inż. Andrzej Masłowski, Wydział Inżynierii Produkcji, Politechnika Warszawska prof. dr inż. Tadeusz Missala, Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP prof. dr hab. inż. Zdzisław Mrugalski, Instytut Mechanizacji, Budownictwa i Górnictwa Skalnego prof. dr hab. inż. Joanicjusz Nazarko, Wydział Zarządzania, Politechnika Białostocka prof. dr inż. Eugeniusz Ratajczyk, Wydział Zarządzania, Wyższa Szkoła Ekologii i Zarządzania w Warszawie 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. Peter Švec, Slovak Academy of Sciences (Słowacja) 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

Miesięcznik PAR jest indeksowany w bazach BAZTECH oraz INDEX COPERNICUS (2,93) oraz w bazie naukowych i branżowych polskich czasopism elektronicznych ARIANTA. Punktacja MNiSW za publikacje naukowe w miesięczniku PAR wynosi 4 pkt (poz. 1643). Wersją pierwotną (referencyjną) jest wersja papierowa.

Wydawca Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP Al. Jerozolimskie 202, 02-486 Warszawa

PRENUMERATA miesięcznika naukowo-technicznego „Pomiary Automatyka Robotyka” Prenumeratę zamówią Państwo u następujących kolporterów: Zakład 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. Annopol 17a, 03-236 Warszawa infolinia: 801 443 122 prenumerata@ruch.com.pl www.prenumerata.ruch.com.pl KOLPORTER Spółka z o.o. S.K.A. 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 tel./fax 22 817 20 12 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. Prenumeratę zamówić można także w siedzibie redakcji: Redakcja PAR Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP, Al. Jerozolimskie 202, 02-486 Warszawa, tel. 22 874 03 51, fax 22 874 02 02, oraz 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 zakupioną w redakcji oraz na par.pl rozpocząć można od dowolnego numeru i na dowolny okres. Koszt przesyłki pokrywa dostawca. Wszystkie ceny są kwotami brutto.

Najszybszy rzut karny: 0,60 sekund Jens Lehmann, legendarny bramkarz niemiecki

Najszybszy zmierzony cykl: 0,63 sekund Moduły PPU-P i Pick&Place firmy SCHUNK

Günter Weiß, Systemy chwytakowe, Dział montażu

Superior Clamping and Gripping

SCHUNK_PPU-P_mitJL_PL_205x295.indd 1

07.04.14 09:55