PAR 7-8/2013

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

7-8/2013 ISSN 1427-9126 Indeks 339512 Cena 10,00 zł w tym 8 % VAT

www.par.pl

Temat Numeru

rozmowa par

rynek i technologie

Napędy i zasilanie

Michał Ochmański, kierownik Działu Handlowego Comau Poland

Przepływomierze elektromagnetyczne w procesach przemysłowych PAC i PLC

22

46

72

2

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+

2

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

3

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

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

FACEBOOK

VIDEO

Spis treści

12

34

Nowe odmiany reduktorów bezluzowych

36

Bezpieczeństwo użytkowania maszyn według Festo

38

Napędy PowerFlex 4M

39

RSD – seria przetwornic DC/DC do zastosowań w kolejnictwie

40

Przekładnie hipoidalne THF i THFB

Wydarzenia

Aplikacje

Roboty w szpitalu i w domu?!

Relacja z konferencji RYTRO 2013

42

System ERTMS na polskich torach

45

Digitalizacja zbiorów Biblioteki Watykańskiej

Zastosowanie robotów w medycynie i w pracach domowych oraz kierunki rozwoju systemów pomiarów i automatyki – to tylko niektóre tematy poruszane podczas XVII Konferencji Automatyków RYTRO 2013, która

Automatyka

odbyła się w maju.

50

Programowanie sterowników PLC zgodnie z normą IEC 61131-3. Część 5

62

Automatyka modułowa SCHUNK. Różnorodna oferta komponentów dla automatycznego transportu i montażu

Nowości 6

Nowe produkty

Wydarzenia 8

Aktualności

16

EMO Hannover 2013. Nowe trendy w technologiach produkcyjnych

18

SEW-EURODRIVE szkoli menadżerów i inżynierów

21

BALLUFF buduje Centrum Inżynieryjno-Aplikacyjne

88

Kalendarium

22 Temat numeru

Temat numeru

Napędy i zasilanie

Napędy BLDC w zastosowaniach przemysłowych Rosnące wymagania stawiane napędom elektrycznym

30

Niezawodne napędy BUEHLER MOTOR

stosowanym w przemyśle wymuszają dość dynamiczny

31

Małe silniki elektryczne

rozwój tej dziedziny. Pewne rozwiązania, ze względu

32

Zdecentralizowane systemy napędowe – nowoczesne rozwiązanie

4

na swoje cechy, zyskują na znaczeniu, inne są wypierane.

Do grona tych pierwszych z całą pewnością można zaliczyć silniki bezszczotkowe prądu stałego.

46

85

Pomiar „lepkiego” ciśnienia

87

EKatech – termopary do zadań specjalnych

Nauka 90

Nowe konstrukcje i metody projektowania zewnętrznych osi do lokomocji robotów przemysłowych

dr inż. Paweł Cegielski*, dr hab. inż. Dariusz Golański, prof. PW*, dr hab. inż. Andrzej Kolasa*, dr inż. Tadeusz Sarnowski** *Zakład Inżynierii Spajania, Politechnika Warszawska **ZAP-Robotyka Sp. z o.o.

Rozmowa PAR

Robotyka w Polsce: duży potencjał i duży problem Wywiad z Michałem Ochmańskim, kierownikiem Działu Handlowego Comau Poland.

64

Zintegrowane systemy bezpieczeństwa firmy BECKHOFF

66

Brama komunikacyjna MOXA MGate 4101-MB-PBS

Robotyka 67

Optymalizacja robotów UNIVERSAL ROBOTS

Pomiary 68

Pirometry LAB-EL – nie ma się czego bać.

Część II

70

Automatyzacja pomiarów masy

96

Randomizacja odchylenia pomiarowego przy ocenie zdolności pomiarowej przyrządu

dr inż. Paweł Fotowicz – Główny Urząd Miar

100

Bezprzewodowy system automatyki domowej pracujący w standardzie sieci Z-Wave

dr inż. Marek Długosz, Jacek Chronowski, dr inż. Jerzy Baranowski, dr inż. Paweł Piątek, prof. dr hab. inż. Wojciech Mitkowski, dr inż. Paweł Skruch – AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Inżynierii Biomedycznej

107

Robot mobilny o zmiennym sposobie lokomocji – wyniki badań

mgr inż. Dawid Seredyński, dr inż. Tomasz Winiarski – Instytut Automatyki i Informatyki Stosowanej, Politechnika Warszawska

Forum Młodych 116

II Noc Robotów PIAP – entuzjazm i pomysłowość studentów

119

Podwójny sukces polskich łazików

120

Indeks firm

122

Prenumerata

Rynek i technologie 72

Przepływomierze elektromagnetyczne w procesach przemysłowych. Przegląd rynku

78

Czujniki poziomu Cynergy3

80

Jumo AQUIS touch P do analizy fizykochemicznej cieczy

82

Iskrobezpieczny przetwornik ciśnienia EXNT 8292

83

Przepływ pod kontrolą

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

7-8/2013 ISSN 1427-9126 Indeks 339512 Cena 10,00 zł w tym 8 % VAT

www.par.pl

Rok 17 (2013) nr 7– 8 (197–198) ISSN 1427-9126, Indeks 339512

Na okładce: falowniki i softstarty zintegrowane z napędem

TEMAT NUMERU

ROZMOWA PAR

RYNEK I TECHNOLOGIE

Napędy i zasilanie

Michał Ochmański, kierownik Działu Handlowego Comau Poland

Przepływomierze elektromagnetyczne w procesach przemysłowych PAC i PLC

22

46

Pomiary Automatyka Robotyka nr 7–8/2013

72

5

Nowości Nowe produkty

Inklinometry 3D z pełną parametryzacją

B2N-360-Q42 to pierwszy w ofercie firmy Turck inklinometr 3D, który za pomocą IO-Link może być ustawiany przez

użytkownika indywidualnie i precyzyjnie pod daną aplikację. Dzięki podwójnemu zakresowi pomiarowemu 360° czujnik nie jest ograniczony do maksymalnego zakresu ±85°, jak ma to miejsce w innych, porównywalnych wykonaniach.

Użytkownik ma możliwość ustawienia filtrów wibracji, które maskują częstotliwość wibracji maszyny, punktu zerowego, punktów przełączania lub okna

detekcji – wszystko to zgodnie z pozycją montażową oraz własnymi wymaganiami. Oprócz wibracji czujnik tłumi źródła potencjalnych błędów wynikających z przyspieszenia lub wstrząsów. Szeroki zakres ustawianych parametrów oraz maksymalny zakres detekcji do 360° i to w dwóch osiach umożliwiają dostosowanie czujnika do niemal każdej aplikacji, co redukuje liczbę

magazynowanych typów do jednego. Turck oferuje dwie wersje urządzenia: pierwszą, przemysłową o temperaturze pracy od –25 °C do +75 °C i drugą, zgodną ze specyfikacją e1, przeznaczoną do stosowania w pojazdach użytkowych i maszynach budowlanych.

TURCK Sp. z o.o. tel. 77 443 48 00 www.turck.pl

Wskaźniki procesowe firmy Kuebler: Codix 566 sterownik czujników tensometrycznych Przyjazny dla użytkownika, duży zakres możliwości aplikacyjnych i wysoka dokładność przetwarzania danych to główne zalety rodziny Codix. Nowa generacja wskaźników Codix 566 oferuje wejścia dla czujników tensometrycznych, także z wyjściami analogowymi dla wersji z zasilaniem DC. Sterownik Codix 566 przy użyciu wejścia z czujników tensometrycznych mierzy ciśnienie albo wagę. Wartości te mogą być skalowane i są wyświetlane na 6-cyfrowym, 14-segmentowym jasnym wyświetlaczu LED.

Łatwość obsługi zapewnia dostępny w każdej chwili ruchomy tekst pomocy na wyświetlaczu, a także programowanie za pomocą czterech klawiszy na froncie wskaźnika.

Pomiary są dokonywane w 12 punktach pomiarowych/kontrolnych. Zmierzone wartości minimalne i maksymalne są przechowywane i mogą być wyświetlane na życzenie.

Sumator sumuje mierzone wartości, dopóki nie zostanie naciśnięty klawisz lub wysterowane odpowiednie

wejście sterujące w celu wskazania całkowitej wartości.

Wyjście analogowe przekształca zmierzone wartości na standardowe sygnały 0/4…20 mA lub 0/2…10 V DC i przesyła te skalowane wartości na wyższy poziom, np. do PLC. Dodatkowo dzięki dwóm wyjściom przekaźnikowym

kontroler może niezależnie sterować aplikacją stosując dwupunktową regulację.

Wysoki stopień ochrony IP65, szeroki zakres temperatury pracy od –20 °C do +65 °C i zasilanie zarówno w zakresie 10…30 V DC, jak i 90…260 V AC – to niewątpliwe dodatkowe zalety sterownika Codix 566.

KUBLER Sp. z o.o. ul. Dąbrowskiego 441 60-451 Poznań tel. 61 849 99 02 fax 61 849 99 03 e-mail: info@kubler.pl www.kuebler.com

Firma HARTING rozszerzyła ofertę złączy M12 har-speed o złącza wytwarzane w technologii MID. Nowe złącza mają zoptymalizowany kształt i wysoką jakość charakterystyczną dla produktów HARTING. Są przeznaczone do

6

Promocja

integracji w takich urządzeniach jak m.in. switche i routery. Technologia MID umożliwiła zastosowanie nowego konceptu ekranowania krzyżowego, dzięki czemu masa złącza została zredukowana o 30 proc. w porównaniu z rozwiązaniami obecnie stosowanymi na rynku. Złącza wersji M12 MID spełniają wymogi

dotyczące złączy dla PCB pod względem kategorii 6A oraz klasy parametrów EA.

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. Turck, Kubler, Harting, Elesa+Ganter

Złącze M12 har-speed w technologii MID

Trzpień montażowy GN 214.2/GN 214.3

Trzpień montażowy GN 214.2/GN 214.3

Oferta trzpieni montażowych firmy Elesa+Ganter została wzbogacona o nowy model dostępny w wykonaniu ocynkowanym (GN 214.2) lub nierdzewnym (GN 214.3).

Nowy produkt został zaprojektowany z myślą o aplikacjach, w których ograniczona przestrzeń utrudnia dostęp do ważnych elementów

urządzeń. Niewielkie gabaryty uchwytu i łatwy system odwodzenia blokady są najważniejszymi atutami nowego trzpienia. Dodatkowo istnieje możliwość

zamocowania do niego linki zabezpieczającej.

Podobnie jak w pozostałych trzpieniach montażowych, naciśnięcie przycisku umieszczonego w osi części

Linki i łańcuszki zabezpieczające do stosowania z trzpieniami montażowymi:

Linka spiralna GN 111.4

chwytnej (czerwony przycisk) powoduje schowanie się metalowych płetw zainstalowanych w części roboczej. Pozwala to na łatwe i szybkie wsunięcie/ wysunięcie trzpienia do lub z otworu.

Typowe zastosowanie trzpienia montażowego to ustalanie, blokowanie i pozycjonowanie elementów względem siebie, szczególnie tam, gdzie czynność ta jest często powtarzana.

ELESA+GANTER Polska Sp. z o.o. tel. 22 737 70 47 fax 22 737 70 48 e-mail: egp@elesa-ganter.com.pl www.elesa-ganter.pl

Łańcuch kulkowy GN 111

Linka GN 111.2

www.elesa-ganter.info.pl

Fot. Turck, Kubler, Harting, Elesa+Ganter

Uchwyt rurowy GN 334.1 Elesa+Ganter rozszerzyła ofertę uchwytów rurowych o model GN 334.1.

Nowy produkt jest wyposażony we wsporniki mocujące, które zapewniają większą stabilność i ułatwiają montaż. GN 334.1 można stosować do różnego rodzaju osłon, drzwi i elementów przesuwnych, a ich mocowanie może odbywać się zarówno od frontu, jak i od spodu.

Nowe uchwyty oferowane są w kilku standardowych długościach, od 200 mm do 800 mm. Możliwe jest także wykonanie uchwytu w innych wymiarach.

Profil owalny uchwytu dostępny jest w dwóch kolorach: czarnym – powłoka z żywicy epoksydowej i naturalnym – anodowane

pomocą samogwintujących wkrętów, jak w modelu GN 334.

Dla poprawienia estetyki wkręty mocujące zostały zasłonięte pokrywkami z tworzywa.

ELESA+GANTER Polska Sp. z o.o. tel. 22 737-70-47 fax 22 737-70-48 e-mail: egp@elesa-ganter.com.pl www.elesa-ganter.pl www.elesa-ganter.info.pl

REKLAMA

Nowy uchwyt o profilu owalnym GN 334.1

aluminium. Również wsporniki uchwytu oferowane są w dwóch kolorach: czarnym i szarym.

W obu przypadkach wsporniki są pokryte żywicą epoksydową. Maskownice w jasnoszarym kolorze zapewniają atrakcyjny efekt wizualny. Wsporniki mocowane są do owalnego profilu uchwytu za Pomiary Automatyka Robotyka nr 7–8/2013

7

Wydarzenia AKTUALNOŚCI

CSI nowym partnerem w dystrybucji produktów Apacer Technology w Polsce Apacer Technology BV, lider w dziedzinie modułów pamięci i rozwiązań pamięci masowej rozpoczyna współpracę z CSI (Computer Systems for Industry) jako partnerem w dystrybucji w Polsce modułów pamięci Industrial Flash Solutions & DRAM. Apacer Technology oferuje szeroką gamę dysków przemysłowych SSD, modułów pamięci oraz urządzeń cyfrowej pamięci masowej. Apacer Technology BV – z szeroką działalnością badawczo-rozwojową, projektową, produkcyjną i skutecznym marketingiem – stał się jednym z wiodących producentów w tej branży na skalę światową.

CSI, oprócz przemysłowych dysków SSD, modułów USB i kart pamięci, oferuje kompleksową gamę komputerów do niezawodnej pracy w wymagającym środowisku przemysłowym. Poza dystrybucją CSI zapewnia pełne wsparcie sprzętowe (integracje, modyfikacje, rozwiązania „pod klucz”) oraz programowe, serwis i doradztwo techniczne.

X edycja Konkursu o Nagrodę ABB W maju miała miejsce X edycja Konkursu o Nagrodę ABB – obecnie jednego z najważniejszych konkursów naukowych w Polsce. Każdego roku konkurs przyciąga rzesze magistrantów, inżynierów i doktorantów, którzy chcą rozwijać swoje nowatorskie pomysły i idee. Zarówno liczba zgłaszanych prac, jak i uczelni, z których wywodzą się uczestnicy może sugerować, że z polską nauką nie jest źle. Zwycięzca tegorocznej edycji, Tomasz Cieśla z Politechniki Śląskiej, opracował metody umożliwiające łatwą, bezprzewodową transmisję energii elektrycznej. Pod względem liczby laureatów Konkursu o Nagrodę ABB na pierwszym miejscu jest Politechnika Śląska (sześciu), następnie Politechnika Wrocławska (pięciu) i Politechnika Gdańska (czterech).

Prace nadsyłane są z kilkudziesięciu najlepszych polskich uczelni oraz z zagranicy, m.in. z Danii, Szwecji i Holandii, a ich tematyka jest bardzo różnorodna: od energoelektroniki przez nanotechnologię aż po psychologię. Konkurs organizuje Korporacyjne Centrum Badawcze ABB (CRC) w Krakowie, placówka naukowo-badawcza, która tworzy innowacyjne technologie na potrzeby całej Grupy ABB. Kandydaci do Nagrody ABB oceniani są przez gremia wybitnych specjalistów, m.in. w zakresie elektroenergetyki, automatyki przemysłowej, energoelektroniki, nanotechnologii i inżynierii materiałowej.

Medal Europejski BCC dla ASTOR Consulting ASTOR Consulting znalazł się w gronie firm nagrodzonych Medalem Europejskim BCC w 2013 r. Eksperci ASTOR Consulting wspierają przedsiębiorstwa w przeprowadzaniu analizy potrzeb inwestycyjnych, proponują optymalną strategię rozwoju systemów w obszarze produkcji, a także pomagają w metodycznym zarządzaniu projektem, wspierając organizację przy zarządzaniu zmianą i optymalizacji procesów w obszarach produkcji, logistyki, jakości, utrzymania ruchu oraz IT. Medal Europejski przyznawany corocznie przez BCC, przy wsparciu Ministerstwa Spraw Zagranicznych i honorowym patronacie Komitetu Ekonomiczno-Społecznego w Brukseli, jest jedną z najważniejszych nagród dla przedsiębiorców i instytucji Unii Europejskiej, a jednocześnie rekomendacją dla wyróżnionych produktów i usług nagrodzonych firm. Firma ASTOR już wielokrotnie była nagradzana Medalem Europejskim za swoje usługi i produkty przeznaczone dla przemysłu.

Firma Volvo złożyła zamówienie na 1,2 tys. robotów firmie ABB. Roboty mają być dostarczone w najbliższych kilku latach do zakładów Volvo w Torsandzie, Gent oraz Olofström. Będą pracować przy procesach przenoszenia, spawania oraz montażu części nadwozia w nowym programie Volvo SPA. – Jesteśmy zadowoleni i dumni z tego, że zostaliśmy wybrani przez Volvo do realizacji tego zamówienia.

Nie możemy doczekać się asystowania firmie Volvo w osiąganiu ich celu dotyczącego stworzenia najbezpieczniejszych samochodów na świecie, oczywiście przy pomocy robotów ABB, które wybrał producent – mówi Per Vegard Nerseth, szef ABB Robotics podkreślając również, że producenci samochodów chętnie inwestują w robotykę na każdym etapie cyklu produkcyjnego.

8

Fot. ABB, ASTOR, APS, Targi Kielce, GLINTT

Roboty ABB będą pracowały dla Volvo!

GM System i Akademicki Klub Lotniczy Politechniki Wrocławskiej rozpoczęły współpracę Firma GM System, jeden z największych polskich dostawców rozwiązań CAD/CAM/CAE dla przemysłu i partner Siemens Industry Software, podpisała umowę z Akademickim Klubem Lotniczym Politechniki Wrocławskiej (www.akl.pwr.wroc.pl).

Wspólne działania GM SYSTEM oraz Akademickiego Klubu Lotniczego (AKL) mają na celu: wspieranie przyszłych inżynierów lotniczych w zakresie praktycznego wykorzystania rozwiązania CAD Solid Edge Student Edition, oferowanego przez GM SYSTEM, organizowanie specjalistycznych szkoleń 3D CAD dla studentów z Akademickiego Klubu Lotniczego Politechniki Wrocławskiej, a także wspólną realizację projektów dotyczących wybranych zakresów techniki lotniczej.

APS zmodernizuje kocioł w ciepłowni Kawęczyn Firma APS wygrała kontrakt na zmodernizowanie systemu sterowania kotła w elektrociepłowni Kawęczyn. To kolejny znaczący kontrakt, który trafił w ostatnim czasie do białostockiej spółki APS. Spółka otrzymała zadanie wykonania modernizacji systemu sterowania pracą kotła i jego palników rozpałkowych.

Wartość kontraktu netto to blisko 5 mln zł i jest to trzeci w ostatnim czasie kontrakt z PGNiG Termika. APS wcześniej wykonała dla tego samego inwestora modernizację układu nawęglania Elektrociepłowni Siekierki w Warszawie. – Pozyskaliśmy kontrakt w wyniku przetargu publicznego, a o tego typu prace starają się najlepsze firmy. Zawsze analizujemy przyczyny zarówno wygranej, jak i porażki – na tym poziomie najistotniejsza jest doskonała oferta, spełniająca wymagania warunków przetargu, a do wygranej zawsze potrzebny jest łut szczęścia i w tym przypadku szczęście nam sprzyjało – mówi Bogusław Łącki, prezes APS.

Inno-Tech Expo – trzy dni zaawansowanych technologii Inteligentne miasta, wirtualizacja, bioinżynieria, druk 3D – tego wszystkiego już w drugiej połowie października będzie można doświadczyć w Kielcach, podczas Inno-Tech Expo. Będzie to pierwsze w Polsce wydarzenie łączące pod jednym dachem biznes, naukę i inwestycje, mające na celu ekspozycję i promocję najciekawszych projektów technologicznych.

Targi rozpoczną się 17 października i potrwają trzy dni.

Pierwszy dzień targów poświęcony będzie sieciowaniu – łączeniu pomysłów i zaawansowanych projektów, doświadczenia i kapitału. Celem jest stworzenie platformy współpracy, która pozwoli na efektywny rozwój poszczególnych projektów i synergię w działaniu uczestników. Drugi i trzeci dzień targów obfitować będzie w tematyczne konferencje, pokazy i warsztaty przygotowane zarówno przez organizatorów targów, jak i wystawców. Poszczególne wystąpienia służyć mają nie tylko wymianie wiedzy i informacji, ale także zapoczątkują szerszą dyskusję na temat innowacji, rozwoju technologicznego i ciekawych projektów w Polsce i na świecie.

Raport Frost & Sullivan: Europejski rynek maszyn do pakowania

Fot. ABB, ASTOR, APS, Targi Kielce, GLINTT

Farmacja: korzyści płynące z automatyzacji Potrzeba rozwiązań do pakowania produktów o różnych kształtach i rozmiarach, wraz z naciskiem producenta na automatyzację w celu zwiększenia efektywności procesów w różnych branżach, będzie stale rosła – to główna konkluzja analizy Frost & Sullivan z Rynku Europejskiego Packaging Machinery.

Badanie objęło maszyny do: napełniania, zamykania, napełniania i zamykania (FCFC) maszyn, form-fill-seal (FFS), maszyny do pakowania, maszyny do pakowania grupowego i paletyzacji. W raporcie podkreślono, że dostawcy maszyn muszą koncentrować się na regionach, które nie zostały dotknięte przez kryzys gospodarczy. Rynki w Skandynawii, Europie Środkowej i Wschodniej, a także Wielkiej Brytanii mają najwyższą chłonność ze względu na ich stabilne gospodarki.

Zapotrzebowanie na tego typu maszyny jest związane m.in. ze zmianami demograficznymi, takimi jak starzenie się społeczeństwa i coraz większa liczba małych gospodarstw domowych w Europie. Procesy te nie omijają Polski i prowadzą do zwiększonego zapotrzebowania na opakowania, a to z kolei zwraca szczególną uwagę na wyspecjalizowane linie maszyn i robotów pakujących.

Wśród błędów związanych z dostarczeniem pacjentowi niewłaściwego leku 39 proc. pojawia się już na etapie przygotowania recepty, kolejne 12 proc. podczas jej przepisywania i dalszego obiegu w szpitalu. Błędy te są często spowodowane czynnikiem ludzkim – źle wypełnionym drukiem czy błędnym odczytaniem recepty. Do podobnych wypadków dochodzi w szpitalach, gdzie każdy pacjent otrzymuje inne rodzaje i dawki medykamentów. Nowoczesne roboty medyczne są w stanie znacznie zredukować liczbę wypadków związanych z błędnym podaniem leków pacjentom, a także usprawnić pracę oddziału szpitalnego i zmniejszyć wydatki związane z dodatkowym leczeniem bądź marnowaniem leków. Leki trafiają do oddziałowych stacji medycznych, takich jak Pyxis firmy Glintt, wyposażonych w skanery kodów, do których przypisani są konkretni pacjenci. Urządzenia wydają medykamenty tylko upoważnionym do tego pracownikom szpitala, którzy zajmą się dostarczeniem ich do poszczególnych pacjentów. Znacznie skraca się czas, jaki pracownicy poświęcają przygotowaniu dawek leków. Zmniejsza się też ryzyko pomyłek.

Pomiary Automatyka Robotyka nr 7–8/2013

9

Wydarzenia aktualności

Aplikacja Eplan Data Portal dla iPhona i iPada Czy wybór komponentów w trakcie naprawy maszyny lub przeprowadzania czynności serwisowych jest możliwy? Teraz już tak, dzięki nowej aplikacji Eplan Data Portal dostępnej w dwóch wersjach językowych w sklepie iTunes. Zapewnia ona dostęp do 230 tys. komponentów w portalu i ułatwia przeszukiwanie zasobów. Ponadto inteligentny koszyk pozwala na transfer danych bezpośrednio do oryginalnego projektu Eplan, pod warunkiem posiadania umowy serwisowej przez użytkownika. Jedną z ważniejszych zalet aplikacji jest podgląd w trybie 3D. Inżynierowie zajmujący się konfiguracją szaf sterowniczych otrzymują wsparcie wizualne dostarczające informacji o położeniu komponentu wewnątrz obudowy. Zwiększa to łatwość i efektywność konfiguracji w procesie inżynieryjnym. Nowa aplikacja zapewnia również korzyści dla producentów podzespołów. Pracownicy sprzedaży mogą bezpośrednio uzyskać dane techniczne komponentów i zaprezentować je klientom.

W Japonii powstał bardzo silny detektor obrazu oparty na nanomateriałach. Nowy materiał może zrewolucjonizować branżę detektorów i czujników. W Nanyang Technological University (NTU) stworzono detektor obrazu tysiąckrotnie bardziej światłoczuły niż czujniki znajdujące się we współczesnych kompaktowych aparatach fotograficznych. Sensor jest w stanie wykryć szerokie spektrum świetlne, od pasma widzialnego po średnią podczerwień. Po wdrożeniu do produkcji znajdzie zastosowanie nie tylko w klasycznych aparatach fotograficznych czy smartfonach, ale także m.in. w aparatach na podczerwień, fotoradarach i w satelitach.

Robot barman chętnie przygotuje drinka Współpraca uczelni MIT oraz koncernów Coca-Cola i Bacardi zaowocowała stworzeniem aplikacji mobilnej, która pozwala zatrudnić robota w charakterze barmana mieszającego drinki.

Firmy stworzyły aplikację mobilną dla robota pozwalającą mu na samodzielne mieszanie i przyrządzanie drinków. Robot zwany MakrShakr zaprojektowany przez Senseable MIT ma trzy pomarańczowe ramiona, które mogą mieszać i wstrząsać drinki z dokładnością i gracją prawdziwego barmana. Robot przyrządza drinki wg własnych lub podanych przez klientów receptur. Klient robota-barmana może zamówić swojego drinka za pomocą aplikacji pobranej na smartfona.

Zbudowana głównie z materiałów kompozytowych i duraluminium dwustopniowa rakieta eksperymentalna Amelia 2 to najnowsze dzieło studentów Politechniki Warszawskiej. Rakieta mierzy niewiele ponad 2 m, a jej masa startowa to 7,5 kg. Amelia 2 ma konstrukcję dwustopniową – każdy z dwóch stopni wyposażony jest w oddzielny silnik o nowatorskiej konstrukcji na paliwo stałe. Budowa rakiety Amelia 2 jest kolejnym elementem na drodze do budowy niewielkiej rakiety nośnej, umożliwiającej wynoszenie tzw.

CanSatów w niskie partie atmosfery.

Park NaukowoTechnologiczny w Opolu Budowany przy ul. Wrocławskiej w Opolu Park Naukowo-Technologiczny ma być miejscem rozwoju nowoczesnych i innowacyjnych technologii. Park Technologiczny w Opolu będzie składał się z pięciu budynków. W pierwszym etapie zostaną wybudowane dwa. W jednym będzie mieścił się inkubator przedsiębiorczości z salami konferencyjnymi, w drugim – laboratoria oraz hale wdrożeniowe, każda z indywidualnym wjazdem. Hale mają mieć 9 m wysokości, aby mogły w nich działać urządzenia przenoszące duże elementy.

Budynki będą energooszczędne. Koszt inwestycji jest szacowany na ok. 40 mln zł.

Kto kupuje roboty?

Przemysł motoryzacyjny jest głównym motorem wzrostu popytu na roboty przemysłowe – wynika z danych Międzynarodowej Federacji Robotyki. W 2011 r. w tym sektorze zainstalowano 59,7 tys. nowych robotów – o 55 proc. więcej niż rok wcześniej.

Oznacza to, że na przemysł motoryzacyjny przypadło 36 proc. rocznej globalnej sprzedaży robotów przemysłowych. Drugim co do znaczenia sektorem jest szeroko pojęta produkcja sprzętu elektrycznego i elektronicznego, zaś trzecim – produkcja wyrobów metalowych wraz z przemysłem maszynowym. Od strony regionalnej najważniejszym rynkiem dla producentów robotów przemysłowych jest rynek azjatycki – w 2011 r. sprzedano na nim 88,7 tys. robotów, co stanowiło ponad 53 proc. całej światowej sprzedaży. Polska, z wartością wskaźnika na poziomie 14, znajduje się pod koniec rankingu. Wyższą gęstością robotyzacji mogą pochwalić się m.in. Węgry czy Słowacja.

10

Fot. Eplan, Politechnika Warszawska, ASTOR

Amelia 2 – rakieta z Politechniki Warszawskiej

Super światłoczuły nanomateriał

Dzień Dziecka w firmie ASTOR

Fot. Eplan, Politechnika Warszawska, ASTOR

ASTOR w gronie finalistów konkursu Lider Wsparcia IT 2012 Firma ASTOR znalazła się w gronie czterech finalistów konkursu Lider Wsparcia IT, którego celem jest promocja najlepszych praktyk służących zapewnianiu wysokiej jakości i efektywności działań w obszarze wsparcia użytkowników usług informatycznych. Firma stworzyła innowacyjny system wsparcia integrujący 23-letnie doświadczenie w trzech specyficznych, wymagających segmentach – automatyki, oprogramowania i robotów przemysłowych. – System Pomocy Technicznej ASTOR jest unikalny na skalę branży.

Zrewolucjonizował system pracy działu wsparcia technicznego, zmotywował klientów do racjonalnego gospodarowania czasem przeznaczonym na pomoc techniczną i dzięki temu wytyczył nowe, wysokie standardy współpracy – podsumowuje Andrzej Garbacki, członek zarządu operacyjnego ASTOR ds. wsparcia sprzedaży.

Misją konkursu jest aktywizowanie przedstawicieli branży wsparcia informatycznego do ustawicznego rozwoju i podnoszenia jakości świadczonych usług.

3 czerwca Stefan Życzkowski, prezes firmy ASTOR, zrezygnował na jeden dzień z pełnionej funkcji i oddał swój fotel podopiecznym Stowarzyszenia WIOSNA. To już kolejny rok, kiedy z okazji Dnia Dziecka uczniowie „wiosennej” Akademii Przyszłości przejmują we władanie tę krakowską firmę i jej oddziały. Pomysł cyklicznej akcji pojawił się cztery lata temu. Co roku kilkudziesięciu adeptów Akademii Przyszłości otrzymuje wizytówki jednodniowego prezesa ASTOR, ma możliwość zwiedzenia całej firmy i spotkania z pracownikami każdego działu. Ale to nie wszystko: po zaznajomieniu się z „mocą pracy” przychodzi czas na „moc technologii”. – Staramy się, aby pobyt u nas był dla dzieci atrakcyjny – dlatego zwiedzanie kończymy w jednej z naszych sal szkoleniowych, gdzie każde z nich może samo spróbować sterować robotem przemysłowym – mówi Marcin Woźniczka z firmy ASTOR. W tym roku na delegację Akademii Przyszłości czekała dodatkowa atrakcja: jako jedni z pierwszych mogli wejść do ASTOR Innovation Room – wyjątkowej przestrzeni pokazowej, w której buduje się i testuje innowacyjne rozwiązania podnoszące efektywność firm produkcyjnych.

Dział powstaje we współpracy z portalem

REKLAMA

Rozkładamy na części pierwsz

e

Pomiary Automatyka Robotyka nr 7–8/2013

www.AutomatykaOnline.pl

11

Wydarzenia Relacje

Roboty w szpitalu i w domu?!

Relacja z konferencji RYTRO 2013

Zastosowanie robotów

W konferencji udział wzięło ok. 250 osób

w medycynie i w pracach domowych oraz kierunki rozwoju systemów pomiarów i automatyki – to tylko niektóre tematy poruszane podczas XVII Konferencji Automatyków RYTRO 2013,

Inicjatorem i głównym organizatorem Konferencji Automatyków jest firma Skamer-ACM z siedzibą w Tarnowie.

W tym roku współorganizatorami konferencji były firmy: ABB, Danfoss, Eaton Electric, Emerson Process Management, Jumo, Limatherm Sensor, Pepperl+Fuchs, Siemens, Technokabel, Turck oraz WIKA Polska. Konferencja odbyła się w dniach 21–22 maja.

Pierwszy dzień konferencji prowadził Andrzej Turak – wiceprezes zarządu, dyrektor techniczny firmy Skamer-ACM, który powitał licznie przybyłych uczestników konferencji, a wśród nich przede wszystkim przedstawicieli nauki z uczelni technicznych: AGH Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie, Politechnik: Warszawskiej, Rzeszowskiej i Śląskiej oraz z Akademii Techniczno-Humanistycznej w Bielsku-Białej; kadrę inżynierską największych zakładów przemysłowych i biur projektowych, głównie z regionu Polski południowo-wschodniej, przedstawicieli organizatorów – prezesów, dyrektorów oraz przedstawicieli prasy technicznej i portali internetowych.

12

Konferencję, a ściślej część naukową, rozpoczął patron konferencji prof. dr hab. inż. Ryszard Tadeusiewicz, kierownik Katedry Automatyki Wydziału Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Inżynierii Biomedycznej AGH Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie. Profesor przygotował referat „Roboty dla potrzeb chirurgii”, który wszyscy wysłuchali z dużym zaciekawieniem.

Roboty pracujące w przemyśle są nam dobrze znane od wielu lat. Obecnie zbliża się czas robotów przeznaczonych do prac biurowych i inteligentnej rozrywki, a następnie tych, które będą nam towarzyszyły w domach przy wykonywaniu różnych prac domowych.

I tu nasuwa się pytanie – czy jest miejsce dla robota np. w szpitalu. Szybko można odpowiedzieć, że na pewno tak, np. w roli informatora lub jako środek transportu, ale czy w bezpośrednim leczeniu pacjenta robot może być pomocny? Technika jest dziś kluczem do większości sukcesów współczesnej medycyny, a roboty medyczne stają się coraz ważniejszą dziedziną techniki

i coraz ważniejszym narzędziem medycyny. Okazuje się, że chirurgia, spośród wszystkich działów medycyny, jest najbardziej inspirującym działem do zastosowania robotów. Kolejne pytanie, jakie się nasuwa to: czy robot może zastąpić chirurga? Na to pytanie odpowiedź twierdząca padła już w XV w., kiedy Leonardo da Vinci zaprojektował pierwszego robota. Robot chirurgiczny może pracować w dwóch wariantach: pełnej automatyzacji, tak jak to funkcjonuje w przemyśle, lub jako robot sterowany przez chirurga.

Z zastosowania robota chirurgicznego wynika wiele korzyści, a przede wszystkim: pacjent jest mniej okaleczony (elementy wykonawcze robota działają wewnątrz ciała pacjenta przy minimalnym rozcięciu powłok ciała), chirurg jest mniej zmęczony, a zabiegi przeprowadzane są z większą precyzją. Mogą być też przeprowadzane przez chirurga zdalnie. Oczywiście na sali operacyjnej zawsze powinien być zespół lekarzy, który będzie interweniował w sytuacji, gdyby zawiodła technika. Profesor Ryszard Tadeusiewicz zaprezentował

Fot. J. Górska-Szkaradek/PAR, Skamer-ACM

która odbyła się w maju.

kilka praktycznych rozwiązań w zakresie robotów chirurgicznych, z wyróżnieniem rozwiązań opracowanych przez AGH Akademię Górniczo-Hutniczą w Krakowie i Politechnikę Łódzką.

Robot chirurgiczny, zanim zostanie użyty w prawdziwej operacji, przechodzi zwykle gruntowne testy. Odpowiedni

Fot. J. Górska-Szkaradek/PAR, Skamer-ACM

Prof. dr hab. inż. Ryszard Tadeusiewicz – AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków

trening wymagany jest też od lekarzy.

Dotychczas w sferze zastosowań praktycznych dominuje robot da Vinci firmy Intuitive Surgical. Obecnie na świecie pracuje ponad 2,5 tys. tych robotów, z czego w Europie ponad 350.

W Polsce, jak dotychczas, jest tylko jeden robot da Vinci – w Wojewódzkim Szpitalu Specjalistycznym we Wrocławiu. Pracuje tam od grudnia 2010 r., a z jego użyciem wykonano zaledwie 68 operacji.

Kolejnym prelegentem był prof. dr hab. inż. Leszek Trybus, kierownik Katedry Informatyki i Automatyki Wydziału Elektrotechniki i Informatyki Politechniki Rzeszowskiej. Tytuł wygłoszonego referatu to: „Porównanie prototypu sterownika FPGA z klasycznymi sterownikami PLC”. Profesor dokonał porównania sterownika PLC z prototypem sterownika wykonanego na bazie programowalnego układu logicznego FPGA (ang. Field Programmable Gate Array) w Katedrze Informatyki i Automatyki Politechniki Rzeszowskiej. Opracowany prototyp można programować, zgodnie

z normą PN-EN 61131-3: 2004/E, tzn. w językach tekstowych ST, IL, graficznych FBD, LD oraz mieszanym SFC, korzystając ze środowiska CPDev. CPDev (ang. Control Program Developer) jest zintegrowanym środowiskiem programistyczno-uruchomieniowym przeznaczonym do programowania sterowników

Prof. dr hab. inż. Leszek Trybus – Politechnika Rzeszowska

nujące w przypadku sterownika FPGA, którego czas obliczeń wynosi 10,3 µs, przy innych wynoszących odpowiednio: 36 700 µs, 2383 µs i 139,20 µs.

Prof. dr hab. inż. Jan Maciej Kościelny z Instytutu Automatyki i Robotyki Wydziału Mechatroniki Politechniki Warszawskiej wygłosił refe-

Prof. dr hab. inż. Jan Maciej Kościelny – Politechnika Warszawska

PLC/PAC zgodnie z ww. normą.

Głównym elementem sterownika jest specjalizowany procesor sprzętowy, zastępujący maszynę wirtualną VMCPDev wykonującą skompilowany program na standardowych procesorach.

Sterownik FPGA-PLC wykonuje taki program przynajmniej o rząd wielkości szybciej niż klasyczne sterowniki PLC. Ponadto układ FPGA pozwala na łatwą implementację kilku procesorów, które współbieżnie jeszcze szybciej wykonują obliczenia. Profesor Leszek Trybus przedstawił proces projektowania, realizacji sprzętowej i programowania sterownika FPGA. Wykazał łatwość programowania i podobieństwo z programowaniem klasycznych sterowników PLC. Dla porównania funkcjonalności wyników końcowych przedstawił sterowanie pompami w wieży ciśnień. Na zakończenie dokonał porównania czasu obliczeń programu przez prototyp sterownika FPGA-PLC, sterowniki konwencjonalne VersaMax GE Fanuc i S7-1200 Siemens oraz sterownik klasy soft-PLC – CP6607 Beckhoff. Wyniki są impo-

rat „Pomiary w diagnostyce on-line procesów przemysłowych”. Wprowadzając w temat prelekcji prof. Jan Maciej Kościelny przypomniał zebranym etapy diagnostyki procesów, a na przykładzie katastrofy z grudnia 2005 r. w Buncefield w Anglii, gdzie awaria czujnika poziomu w zbiorniku paliwa była przyczyną największego pożaru w Europie, podkreślił jej znaczenie.

Profesor zwrócił uwagę na szereg problemów i dokonał ich analizy: np. czy można rozdzielić diagnostykę procesu od diagnostyki torów pomiarowych?

Jakie wielkości fizyczne mierzyć? Czy możliwe są pomiary uszkodzeń? Jaka jest rola sensorów wirtualnych w diagnostyce? W jaki sposób projektować zbiór pomiarów dla potrzeb diagnostyki on-line? Ostatecznie wysunął tezę, że optymalnym rozwiązaniem jest system diagnostyczny, w którym wykorzystywane są sensory pojedynczych uszkodzeń.

W dalszej części przedstawił różnego rodzaju pomiary i urządzenia do ich realizacji. Omówił m.in. pomiary procesów korozyjnych i sensory uszkodzeń,

Pomiary Automatyka Robotyka nr 7–8/2013

13

Wydarzenia Relacje

przedstawił detektory: płomienia, gazów palnych, wybuchowych i toksycznych oraz metody pomiarowe, sensory akustyczne przecieków, sensor wycieku medium przez dławicę i detekcje wycieku oraz pokazał, jak są wykorzystywane obrazy z kamer do monitorowania jakości wyrobów i diagnostyki procesów.

Kolejny wniosek to: im więcej zmiennych procesowych mierzymy, tym wyższe mamy wskaźniki wykrywalności i rozróżnialności uszkodzeń. Jak powiedział profesor: miarą dokładności diagnozowania jest wskaźnik rozróżnialności uszkodzeń, którego wartość nie zależy od dokładności pomiarów.

Dokładność danej diagnozy zależy od liczby uszkodzeń przez nią wskazywanych – im mniejsza liczba, tym dokładniejsza diagnoza. Ostatecznie profesor podsumował swój referat konkluzją: pomiary to podstawa bieżącej diagnostyki urządzeń i procesów, realizowanej w sposób automatyczny.

Z kolei prof. dr hab. inż. Tadeusz Skubis z Instytutu Metrologii, Elektroniki i Automatyki Wydziału Elektrycznego Politechniki Śląskiej wygłosił referat „Minimalizacja zniekształceń prądu wprowadzanych przez przekładnik prądowy”.

Prądy mierzone w zastosowaniach przemysłowych osiągają bardzo duże wartości przy coraz bardziej odkształconym przebiegu. W przypadku pomiaru prądu zmiennego o dużym natężeniu musi być stosowany przekładnik prądowy, który powinien tylko zmienić skalę przebiegu, zachowując jego kształt.

Niestety, przekładniki prądowe zniekształcają dodatkowo postać przebiegu.

14

wdrożenia (część oferty można znaleźć w nr 5/2013 miesięcznika „Pomiary Automatyka Robotyka”). Wystąpienia przedstawicieli poszczególnych firm zyskały na atrakcyjności, gdyż specjalnie dla uczestników konferencji przygotowano filmy promocyjno-instruktażowe.

Prof. dr hab. inż. Piotr Kurytnik – Akademia Techniczno-Humanistyczna w Bielsku-Białej

Pierwszy dzień konferencji zakończony został uroczystym bankietem, który pozwolił wszystkim uczestnikom szybko zrelaksować się po kilkugodzinnych prelekcjach. Jedną z gwiazd wieczoru była znana osobowość kabaretowa Andrzej Poniedzielski – poeta, autor tekstów piosenek, humorysta, twórca scenariuszy, który rozpoczynając swój występ zaznaczył, że dobrze rozumie zebranych, bo sam studiował na politechnice i ukończył kierunek „auto-

Atrakcją wieczoru był występ Kayah ze zwycięzcą 2. edycji programu „Mam talent” – Marcinem Wyrostkiem

Fot. J. Górska-Szkaradek/PAR, Skamer-ACM

Prof. dr hab. inż. Tadeusz Skubis – Politechnika Śląska

Przekładniki prądowe są znane od ponad 130 lat i od tej pory prowadzone są badania w celu zredukowania liczby ich błędów. Udało się to uzyskać dzięki postępom w inżynierii materiałowej. W wyniku rozwoju powstały m.in. blachy transformatorowe anizotropowe, permaloje, taśmy amorficzne. Opracowano także różne układy połączeń przekładników prądowych pozwalające zmniejszyć błędy pomiarowe, takie jak przekładnik dwurdzeniowy Brooksa i Holtza. Zmniejszono błąd pomiarowy przez korekcję uzwojeń, domagnesowanie rdzenia, zminimalizowanie błędów środkami zewnętrznymi itd.

Zniekształcenia prądu wtórnego zależą głównie od zawartości harmonicznych w prądzie pierwotnym oraz zniekształceń wprowadzanych przez rdzeń ferromagnetyczny. Profesor Tadeusz Skubis w wygłoszonym referacie przedstawił, jak zminimalizować zniekształcenia przebiegu prądu wtórnego wprowadzane przez przekładnik, przy pozostawieniu zniekształceń przebiegu prądu pierwotnego. Zminimalizowanie zniekształceń wprowadzanych przez rdzeń przekładnika nie polega na idealizacji parametrów rdzenia, ale na opracowaniu algorytmu przetwarzania próbek przebiegu, przy wykorzystaniu parametrów przekładnika znanych z tabliczki znamionowej oraz z pomiarów przekładnika możliwych do wykonania bez ingerencji w jego wnętrze. Profesor Tadeusz Skubis przedstawił cały proces obliczeń i zaprezentował wyniki badań. Wnioski są bardzo zadowalające i potwierdzają fakt, że metoda opracowana przez pracowników Politechniki Śląskiej jest skuteczna i może być stosowana zarówno do przekładników nowo projektowanych, jak i już będących w eksploatacji.

Część naukową konferencji zakończył prof. dr hab. inż. Piotr Kurytnik, kierownik Katedry Elektrotechniki i Automatyki Akademii TechnicznoHumanistycznej w Bielsku Białej, który był członkiem delegacji firmy Limatherm Sensor. Profesor w swojej prelekcji przedstawił rolę czujników w rozwoju automatyki.

Po zakończeniu części naukowej rozpoczęła się prezentacja firm, tj. organizatorów i sponsorów spotkania. Każda z firm miała do wykorzystania trzy bloki czasowe, w których przedstawiano firmę, ofertę wybranych produktów/usług, zrealizowane

matyka przemysłowa”. Drugą gwiazdą wieczoru była Kayah i towarzyszący jej zwycięzca drugiej edycji programu „Mam talent”, Marcin Wyrostek.

Drugi dzień konferencji każdy z uczestników mógł sobie zaplanować zgodnie ze swoimi zainteresowaniami.

Wszyscy, którzy chcieli porozmawiać z przedstawicielami organizatorów mogli to uczynić w głównej sali konferencyjnej przy stoiskach poszczególnych firm. Tutaj można było otrzymać materiały informacyjne, zapytać o szczegóły techniczne konkretnego produktu lub przedyskutować nurtujące problemy techniczne. W tym samym czasie, równolegle w dwóch salach konferencyjnych, odbywały się prezentacje firm będących organizatorami oraz panele dyskusyjne.

W pierwszej sali prezentowały się firmy z następującymi tematami: • Limatherm Sensor: Grzałki elektryczne w ofercie Limatherm Sensor – budowa i dobór; • Eaton Electric: Jak rozwiązania kasetowe xEnergy z komunikacją SW-DT firmy Eaton rewolucjonizują zdalne lub automatyczne sterowanie silnikami i procesem produkcyjnym; • Turck: Najciekawsze aplikacje w gazownictwie i energetyce; • Emerson Process Management: Bezpieczni z Emersonem;

• WIKA Polska: Przegląd urządzeń do testowania i kalibracji; • Technokabel: Nowe konstrukcje kabli i przewodów do układów elektroniki i automatyki przemysłowej.

Wystąpienia zamknął blok dyskusyjny na temat aparatury kontrolno-pomiarowej i systemów sterowania.

W drugiej sali konferencyjnej tematami poszczególnych wystąpień były: • Danfoss Poland: 1. Przetwornice częstotliwości Danfoss zainstalowane w trudnych warunkach środowiskowych; 2. Przetworniki ciśnienia i presostaty elektroniczne – nowości w ofercie Danfoss; • Jumo: 1. System automatyki mTRON T; know-how Jumo w postaci nowoczesnej i elastycznej kompilacji sprzętu i oprogramowania; 2. Zapowiedzi technologicznych nowości w ofercie Jumo; • Pepperl+Fuchs: Nowoczesne rozwiązania na hali produkcyjnej; • Skamer-ACM: Pomiar wilgotności gazów; technologie i ich zastosowanie; • Siemens: Nowości w aparaturze kontrolno-pomiarowej i w komunikacji przemysłowej firmy Siemens; • ABB: 1. Nowy kompaktowy przepływomierz Coriolisa o wielkich możliwościach; 2. Nowe, energooszczędne zestawy napędowe od ABB – ACS850 z silnikiem reluktancyjnym.

Spotkanie zakończyła dyskusja, której przedmiotem były napędy i instalacje elektryczne. Poruszono m.in. temat zastosowania przetwornic częstotliwości w układach pompowych i wentylatorowych oraz czas zwrotu takiej inwestycji.

Konferencję zakończył obiad serwowany przy góralskiej muzyce.

Przedstawiciele głównego organizatora spotkania, w osobach prezesa zarządu Skamer-ACM Zygmunta Jarosza i wiceprezesa Andrzeja Turaka, żegnając gości zapraszali do udziału w konferencji w przyszłym roku, a wcześniej, w dniach 3–4 października 2013 r., do udziału w konferencji naukowotechnicznej pt. „Techniczne, prawne i ekonomiczne aspekty poprawy efektywności energetycznej w wybranych sektorach gospodarki”. Organizatorem konferencji jest Małopolsko-Podkarpacki Klaster Czystej Energii, AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, firma S&P Group oraz Skamer-ACM. Konferencja odbędzie się również w Rytrze.

Jolanta Górska-Szkaradek PAR

Fot. J. Górska-Szkaradek/PAR, Skamer-ACM

Stoiska firm – organizatorów konferencji były miejscem dyskusji i prezentacji ofert poszczególnych firm

Pomiary Automatyka Robotyka nr 7–8/2013

15

Wydarzenia ZAPOWIEDZI

EMO Hannover 2013 Świat obróbki metali – tak inaczej można powiedzieć o Międzynarodowych Targach Obróbki Metali EMO Hannover 2013, które odbędą się w dniach 16–21 września 2013 r. w niemieckim Hanowerze. Targi EMO są miejscem, w którym prezentowane są przełomowe innowacje na najwyższym poziomie i które daje całej branży impuls do rozwoju na kolejne lata. Hasłem tegorocznej imprezy jest „Produkcja inteligentna”.

Targi EMO Hannover odbywają się w cyklu dwuletnim. Podczas poprzedniej edycji, w 2011 r., targi odwiedziło 1711 specjalistów z Polski. Organizatorzy liczą, że w tym roku do Hanoweru przyjedzie podobna liczba ekspertów związanych z branżą obróbki metali.

Tegoroczna impreza zapowiada się równie ciekawie jak miniona, bo – jak poinformował podczas konferencji prasowej w Warszawie, która odbyła się 12 czerwca 2013 r. Christoph Miller, dyrektor zarządzający targów EMO Hannover 2013 – do 21 maja 2013 r. swój udział w EMO Hannover 2013 zgłosiło 1969 firm z 39 krajów. Wśród wystawców są 63 firmy z Europy Wschodniej, w tym 13 z Polski. Dla porównania: w poprzedniej edycji targów w 2011 r. produkty i usługi prezentowało ponad 2000 firm z 40 krajów, wśród których było 68 firm z Europy Wschodniej.

Christoph Miller stwierdził, że każdy producent obrabiarek powinien zaprezentować się na tej imprezie targowej, aby zaistnieć na międzynarodowym rynku, a z kolei użytkownik maszyn zwiedzając targi zyska aktualną wiedzę na temat nowości i możliwości dobrania stosownej technologii. Podczas poprzedniej edycji EMO Hannover z tej oferty skorzystało 140 tys. osób z ponad 100 krajów. Goście zagraniczni stanowili 36 proc. ogółu zwiedzających, z czego dwie trzecie – specjaliści z Europy. Zwiedzający targi to reprezentanci firm z sektora budowy pojazdów, lotnictwa i technologii kosmicznych, budowy maszyn i urządzeń, elektrotechniki,

16

mechatroniki i optyki, obróbki metali, technologii medycznych i innych branż.

Imponująca powierzchnia wystawy i zgromadzone eksponaty (w 2011 r.

– 180 tys. m² powierzchni netto i 47 tys. ton eksponatów) są gwarancją wygodnego dostępu do bogatej oferty inteligentnych technologii produkcyjnych, maszyn do obróbki skrawaniem i obróbki plastycznej, linii technologicznych, narzędzi precyzyjnych, technik pomiarowych, zautomatyzowanego przepływu materiałów, technologii CAx, technologii napędów i sterowania oraz oprzyrządowania. Doskonałe rozplanowanie i podział na kategorie tematyczne pozwala łatwo znaleźć poszukiwane rozwiązanie i zorientować się w ofercie rynkowej.

Obecnie największymi odbiorcami obrabiarek jest branża budowy maszyn i urządzeń oraz branża samochodowa (66 proc. sprzedaży ogółem). Koncerny samochodowe na całym świecie zwiększają inwestycje w bardziej wydajne technologie do produkcji nowych modeli aut, silników i technologii napędowych. Przed podobnymi wyzwaniami stają dziś firmy produkcyjne.

Ich odbiorcy oczekują bogatej oferty produktów wysokiej jakości w możliwie najniższej cenie oraz stosowania technologii przyjaznych środowisku.

Producenci obrabiarek muszą więc zwiększać elastyczność działania, poprawiać jakość, opracowywać nowe koncepcje produktowe (np. obróbka takich materiałów, jak tytan czy kompozyty) oraz oszczędzać surowce. Wiąże

się to często ze zmianą całej koncepcji konstrukcji urządzenia. Optymalizację działania zwiększa odpowiednie zaprojektowanie łańcucha technologicznego i dostosowanie pracy obrabiarki do wykonywanych zadań.

Motto tegorocznej edycji targowej brzmi „Produkcja inteligentna”, dlatego wystawcy z całego świata zaprezentują inteligentne rozwiązania pozwalające dostosować proces produkcji do specyficznych wymagań konkretnych klientów i uwarunkowań dowolnych lokalizacji. Zwiedzający będą mogli zobaczyć takie technologie wytwórcze, które gwarantują pełną elastyczność działania. Rosnące wymagania dotyczące oszczędności kosztów, zwiększenia wydajności i ochrony środowiska sprawiają, że w przyszłości przy wyborze technologii produkcyjnych jeszcze większy nacisk trzeba będzie położyć na te właśnie aspekty. Wystawcy targów, którzy pomagają klientom odnosić sukcesy na globalnym rynku, mogą liczyć na uznanie i zaufanie firm. Tak dzieje się w przypadku producentów oferujących produkty umożliwiające wydajną i efektywną produkcję inteligentną.

Przedsiębiorstwa wdrażają nowoczesne rozwiązania informatyczne wspierając obszar planowania i zarządzania produkcją czy kontrolowania jakości wyrobów. Ponadto dbają o integrację sterowania linii technologicznej z innymi systemami IT dostępnymi w firmie. Właśnie koncepcja inteligentnego zarządzania produkcją pozwala na sprawną komunikację między modułami sterującymi a halą produkcyjną. Jak taki system funkcjonuje w praktyce oraz jakie innowacje wspierające produkcję inteligentną dostępne są już na rynku, można będzie dowiedzieć się we wrześniu na EMO Hannover 2013.

Tradycyjnie targom towarzyszyć będą liczne imprezy, a wśród nich m.in.: • Kongres pod hasłem „Inspired by Technology – Zainspirowani technologią” organizowany przez Związek Niemieckich Producentów Maszyn

Fot. J. Górska-Szkaradek/PAR

Nowe trendy w technologiach produkcyjnych

Fot. J. Górska-Szkaradek/PAR

Konferencja prasowa w Warszawie z udziałem przedstawicieli targów. Od lewej: Christoph Miller – dyrektor zarządzający targów EMO Hannover, Andreas Graubner – Deutsche Messe, Hannover oraz Ewa Samkowska – przedstawiciel w Polsce Deutsche Messe, Hannover

i Urządzeń VDMA. Kongres prowadzony będzie w językach niemieckim i angielskim.

• Branżowy kongres „Blue Competence – Engineering a better world”, organizowany przez przedstawicieli europejskich producentów obrabiarek i niemieckiego sektora budowy maszyn, który uzupełniać będzie w ramach EMO Hannover specjalne stoisko „Blue Competence”. Na stoisku pokazane zostaną produkty i rozwiązania, które pozwolą oszczędzić energię w procesie produkcyjnym.

• XIII konferencja „Nowe technologie produkcyjne w lotnictwie i przemyśle kosmicznym” organizowana przez Instytut Technik Produkcyjnych i Obrabiarek (IFW) z Uniwersytetu Leibniza w Hanowerze oraz Grupę Roboczą Innowacji w Obrabiarkach (MIN) z Varel. Konferencja będzie okazją do dyskusji przedstawicieli nauki i przemysłu na temat dostępnych rozwiązań i wyzwań, które niesie przyszłość. W ramach konferencji odbędzie się specjalny pokaz innowacyjnych i kompleksowych rozwiązań, dzięki którym już dziś możliwe jest wytwarzanie części i podzespołów najwyższej jakości w sposób wydajny i ekonomiczny.

W ramach targów EMO Hannover 2013 szczególnie dużo uwagi poświęcone zostanie Indiom, ponieważ w ciągu ostatnich pięciu lat w tym kraju o ponad 25 proc. wzrosło zapotrzebowanie na obrabiarki. Indie zajmują 6. miejsce na świecie w rankingu największych rynków obrabiarek. W czasie targów będzie można dowiedzieć się o możliwościach nawiązania relacji

gospodarczych, konkretnych uwarunkowaniach indyjskiego rynku, a także zyskać cenną wiedzę na temat specyfiki sprzedaży, usług oraz struktury grup docelowych.

Związek Niemieckich Fabryk Obrabiarek VDW we współpracy z firmami, szkołami, uczelniami i urzędami ds. zatrudnienia organizuje inicjatywę edukacyjną, promującą zawody inżynierskie, pod hasłem „Inżynier budowy maszyn – zawód z potencjałem”. Długofalowym celem tych działań jest pozyskanie wykwalifikowanych pracowników dla sektora budowy maszyn.

Wzrost poziomu życia rodzi zapotrzebowanie na coraz doskonalsze i lepsze jakościowo produkty, do wytworzenia których firmy przemysłowe potrzebują nowoczesnych obrabiarek.

Dodatkowo popyt na nowe maszyny wzrasta w związku z wieloma trendami widocznymi we współczesnym świecie (rozwój infrastruktury, mobilność, przemiany w energetyce, przemyśle spożywczym i sektorze zdrowia), które wymagają od przedsiębiorstw produkcyjnych coraz większej wydajności. Zapotrzebowanie na obrabiarki wzrasta, a prym wśród importerów wiedzie Azja.

Wg prognoz w 2013 r. szacowany jest wzrost zakupu obrabiarek na poziomie 2 proc.

Zdaniem specjalistów wzrost gospodarczy w Polsce będzie w bieżącym roku nieco niższy niż w ostatnich latach, ale znacząco wyższy od średniej europejskiej. W które technologie i obrabiarki powinny zainwestować polskie przedsiębiorstwa i jakie nowe procesy wdrożyć w zakładach? Odpowiedzi na te pytania – wraz z doradztwem oraz

ofertą konkretnych rozwiązań – przedstawiciele firm z Polski znajdą na targach EMO Hannover 2013.

Na uwagę zasługuje fakt, iż najwięcej obrabiarek Polska importuje z Niemiec.

Targi są więc okazją do spotkań z producentami, ponieważ niemieccy producenci stanowią największą grupę wśród wystawców. Polska jest też eksporterem obrabiarek. W 2012 r. tylko do krajów europejskich sprzedano maszyny za 129 milionów EUR, co oznacza wzrost o 22 proc. w porównaniu z 2011 r.

– Wizyta na EMO powinna więc stać się ważnym punktem w kalendarzu wszystkich osób, które mają w życiu zawodowym kontakt z obrabiarkami – powiedział Christoph Miller. Natomiast Andreas Graubner, przedstawiciel gospodarza targów EMO – Deutsche Messe AG przedstawił podczas konferencji prasowej m.in. szereg usług dodatkowych, które przygotowują organizatorzy dla zwiedzających targi, w tym codzienne wycieczki tematyczne po targach z uwzględnieniem kluczowych tematów, opieka nad członkami delegacji czy pakiety podróżne. Podkreślił przy tym, jak bogatą bazę noclegową znajdą przyjezdni w Hanowerze oraz jak wygodne jest położenie miasta, które leży w samym sercu Europy.

Wszystkich zainteresowanych targami i towarzyszącymi wydarzeniami zapraszam po szczegółowe informacje do Przedstawicielstwa Targów Hanowerskich w Polsce (tel. 22 639 72 53) lub na stronę www.emo-hannover.de.

Jolanta Górska-Szkaradek PAR Oprac. na podst. mat. prasowych

Pomiary Automatyka Robotyka nr 7–8/2013

17

Wydarzenia SZKOLENIA

Powstanie Centrum Techniczno-Szkoleniowego SEW-Eurodrive w Tychach pozwoliło firmie na rozszerzenie oferty szkoleniowej.

W ofercie są m.in. szkolenia z zakresu techniki napędowej SEW-Eurodrive, szkolenia dla inżynierów i menadżerów.

18

Promocja

Świat stawia dziś przed pracownikami wielu firm nie tylko wyzwania w zakresie posiadania wiedzy produktowej, ale również umiejętności pełnienia funkcji menadżerskich i posługiwania się dostępnymi narzędziami Microsoft Office.

Duże doświadczenie w projektowaniu i budowaniu systemów napędowych oraz wiele rozwiązań przygotowanych dla różnych zastosowań przez inżynierów firmy SEW-Eurodrive gwarantują wysoką jakość i kompleksowość przekazywanej w ramach szkoleń wiedzy.

Wiedza przedstawicieli firmy to nie tylko informacje o cechach produktów, z którymi można zapoznać się w katalogach i broszurach, ale także wiedza o ich funkcjach w systemach napędowych oraz wzajemnych oddziaływaniach pomiędzy urządzeniami. Każdy z trenerów SEW jest praktykiem. Na co dzień wykorzystują swoją wiedzę jako inżynierowie aplikacyjni, doradzając optymalne rozwiązania dla różnych aplikacji.

Uczestnicy szkolenia mają możliwość skorzystania z tej wiedzy, a praktyczne przykłady motywują ich do zrozumienia zagadnień napędowych.

Wieloletnie doświadczenie i współpraca pomiędzy SEW-Eurodrive a firmą Metrum umożliwiły stworzenie wspólnego programu szkoleń menadżerskich,

który jest wynikiem połączenia świata techniki i świata psychologii w biznesie.

Projekt ten integruje doświadczenia biznesowe obu firm tworząc niepowtarzalną ofertę szkoleń miękkich, które zapewnią firmie inwestującej w szkolenie pozycję lidera w branży.

Centrum Techniczno-Szkoleniowe będzie w najbliższym czasie pełniło także rolę laboratorium egzaminacyjnego ECDL (ang. European Computer Driving Licence – Europejskie komputerowe prawo jazdy). ECDL to certyfikat opracowany z myślą o rozwoju pracowników, a przede wszystkim – wymierna informacja dla ich pracodawców. Pozyskanie przez pracownika certyfikatu ECDL daje pracodawcy wiedzę o szczegółowym zakresie jego umiejętności posługiwania się wybranymi narzędziami pakietu Microsoft Office.

Firma oferuje: • Szkolenia otwarte adresowane do wszystkich zainteresowanych tematyką i zakresem szkoleń. Harmonogram szkoleń ustalany jest z trzymiesięcznym wyprzedzeniem.

• Szkolenia zamknięte, które oprócz sztandarowych tematów, zawierają programy szkoleń dostosowane do indywidualnych potrzeb klientów. Wskazane programy mogą być

Fot. SEW-Eurodrive

SEW-EURODRIVE szkoli menadżerów i inżynierów

Zobacz więcej

Pobierz bezpłatną aplikację PAR+ App Store | Google Play

modyfikowane. Możliwe jest łączenie modułów z kilku programów, dokładanie nowych elementów – wszystko w granicach wiedzy i kompetencji naszych trenerów.

Szkolenia inżynierskie

Fot. SEW-Eurodrive

Szkolenia SEW-Eurodrive przygotują pracowników w najlepszy możliwy sposób do podejmowania zadań i rozwiązywania problemów w pracy. Opracowane programy szkoleniowe zawierają podstawowe zasady teoretyczne, które wraz z dużą ilością ćwiczeń praktycznych zapewnią przyswojenie wiedzy.

Podczas szkoleń inżynierskich jest rozwijana wiedza kursantów w zakresie oferowanych przez SEW-Eurodrive produktów: • motoreduktory, • falownik Movitrac B i Movidrive B, • programowanie IPOS, • system wieloosiowy Moviaxis, • Graphical Workbench – dobór napędów do aplikacji, • technika decentralna.

Oferta szkoleń dostosowywana jest na bieżąco do potrzeb rynku.

Od początku roku wprowadzona została nowa tematyka szkoleń inżynierskich z zakresu:

• techniki napędowej do pracy w atmosferze zagrożonej wybuchem, • falowników MOVIPRO SDC, • siłowników elektrycznych – Elektrocylindry CMS. Ponadto w przygotowaniu są następne tematy: • falowniki SEW – komunikacja z sieciami Profibus, • Profinet, sterowanie nadrzędne dla typowych aplikacji, • mechatroniczne systemy napędowe MOVIGEAR. Szkolenia inżynierskie kierowane są do osób zajmujących się utrzymaniem ruchu w przedsiębiorstwie, projektantów, konstruktorów, osób przeprowadzających uruchomienia instalacji bądź modyfikację istniejących aplikacji.

Dostęp do wysokiej klasy specjalistów daje SEW-Eurodrive możliwość oferowania szerokiego pakietu szkoleń pozwalającego zaspokoić potrzeby najbardziej wymagających klientów z wielu branż, takich jak m.in.: przemysł motoryzacyjny, budowlany, produkcji napojów, żywności i dóbr konsumpcyjnych, przetwórstwo metali lub drewna, transport i logistyka, systemy obsługi w portach i na lotniskach.

Szkolenia menadżerskie Unikalność szkoleń miękkich realizowanych w Centrum Szkoleniowym jest wynikiem połączenia doświadczeń biznesowych SEW-Eurodrive i Metrum.

W oparciu o przekonanie, że ludzie nie potrzebują produktów, tylko rozwiązań SEW-Eurodrive zbudowało strategię rozwoju biznesu, która zapewniła firmie pozycję światowego lidera w technice napędów. Firma Metrum z kolei od ponad 12 lat rozwija potencjał ludzi biznesu poprzez szkolenia, coaching i mentoring. 10 lat wspólnych doświadczeń zaowocowało unikalną ofertą szkoleń miękkich dedykowanych specjalnie dla pracowników tych sektorów biznesu, które związane są z techniką. Współczesność stawia nam wiele wyzwań, jednym z nich jest pełnienie funkcji menadżerskich przez inżynierów. Oferowane szkolenia budują kompetencje, które sprawiają, że inżynier staje się również efektywnym menadżerem.

Tematyka szkoleń: • Inżynier menadżerem – droga od specjalisty do menadżera.

• Budowanie zaangażowania – jak zmotywować inżynierów.

• „Kwestia czasu” – organizacja pracy i efektywne wykorzystanie czasu pracy.

Pomiary Automatyka Robotyka nr 7–8/2013

19

Wydarzenia SZKOLENIA

Ścieżki szkoleniowe dla pracowników

Nowoczesne szkolenia Microsoft Office SEW-Eurodrive proponuje też nowy pakiet szkoleń z zakresu obsługi programów Microsoft Office – najbardziej popularnego pakietu biurowego. Obecnie każdy z pracowników firmy ponad połowę czasu pracy spędza nad przygotowaniem różnego rodzaju dokumentacji, raportów, czy też pozyskiwaniem i przekazywaniem informacji. Wiele osób swoją wiedzę na temat aplikacji biurowych wyniosło ze szkoły – kilka, kilkanaście lat temu – lub są samoukami. To zdecydowanie za mało, by efektywnie wykorzystywać możliwości Microsoft Office i pracy grupowej.

SEW-Eurodrive proponuje rozbudowany program kursów Microsoft Office, utworzony na bazie wieloletnich doświadczeń zawodowych, dzięki któremu praca w aplikacjach biurowych na pewno będzie efektywniejsza,

20

przyjemniejsza i szybsza. Na życzenie klienta program jest dopasowywany do jego specyficznych potrzeb, a szkolenie przeprowadzane jest w oparciu o przykładowe dane.

Cel szkoleń Microsoft Office to zbudowanie jednolitej platformy wiedzy wszystkich pracowników, umożliwiającej: • bardziej efektywną, grupową pracę nad dokumentami firmy, • stworzenie spójnych szablonów dokumentacji firmowej, • nadążanie za nowościami, • korzystanie z bardziej zaawansowanych narzędzi, usprawniających i ułatwiających pracę w programach Microsoft Office.

Dlaczego warto rozwijać się z firmą SEW-Eurodrive?

• jest blisko klientów, toteż zna i rozumie ich potrzeby, • uczy przez doświadczenie – przekazuje tyle teorii, ile wymaga jej praktyka, • trenerzy to sprawdzeni praktycy z wieloletnim doświadczeniem, • w szkoleniach stosowane są atrakcyjne gry edukacyjne, • oferta jest bardzo szeroka, a szkolenia idealnie dopasowane do potrzeb klienta, • firma ma doskonale wyposażone zaplecze szkoleniowe.

Ścieżki szkoleniowe dla pracowników

Szczegółowe informacje dostępne są na stronie www.sew-szkolenia.pl.

Tematyka szkoleń: • analiza danych z wykorzystaniem Microsoft Office, • prezentacja biznesowa w Microsoft PowerPoint, • system zarządzania bazami danych na przykładzie Microsoft Access, • zarządzanie projektami z wykorzystaniem Microsoft Project,

• tworzenie schematów biznesowych z wykorzystaniem Microsoft Visio.

SEW-EURODRIVE Polska Sp. z o.o.

Centrum Techniczno-Szkoleniowe ul. Strzelecka 66, 43-109 Tychy tel. 32 32 32 610 e-mail: szkolenia@sew-eurodrive.pl www.sew-eurodrive.pl

Fot. SEW-Eurodrive

• Skuteczna komunikacja w zespole pracowniczym w oparciu o Insights Discovery.

• Skuteczna realizacja zadań w sytuacji presji.

• Asertywność inżyniera.

AKTUALNOŚCI Wydarzenia

BALLUFF buduje Centrum Inżynieryjno-Aplikacyjne W 2014 r. we Wrocławiu zostanie oddane do użytku Centrum Inżynieryjno-Aplikacyjne firmy Balluff.

Na powierzchni blisko 800 m² mieścić się będą

Fot. SEW-Eurodrive, Balluff

Fot. Balluff

m.in. zaplecze laboratoryjne i sale szkoleniowe.

Kamień węgielny pod inwestycję, której wartość wynosi 6 mln zł, został wmurowany w maju 2013 r. W uroczystości wzięli udział Florian Hermle, właściciel Balluff GmbH, Paweł Stefański, prezes Balluff Sp. z o.o., Damian Kosarewicz, prezes spółki PM Holding, będącej wykonawcą projektu, oraz przedstawiciele firm partnerskich i reprezentanci pracowników przedsiębiorstwa.

– Polska spółka jest ważną częścią międzynarodowej grupy, ponieważ rynek w tej części Europy ma ogromne znaczenie dla firmy Balluff. Korzystna lokalizacja pomiędzy Wschodem i Zachodem, bliskość wielu krajowych inwestycji oraz duże zaangażowanie polskiej załogi zdecydowały o budowie Centrum Inżynieryjno-Aplikacyjnego właśnie we Wrocławiu. Tym samym inwestycja ta wpisuje się w globalną wizję firmy – dążymy do tego, aby zyskać pozycję światowego lidera w dziedzinie kompletnych rozwiązań dzięki innowacyjnym sposobom automatyzacji – mówi Florian Hermle, właściciel Balluff GmbH. Prace budowlane i wykończeniowe mają się zakończyć w ciągu sześciu miesięcy. Wiosną 2014 r. firma Balluff będzie już w pełni działać w nowej siedzibie. Dwukondygnacyjny budynek wyróżnia się nowoczesną, ascetyczną architekturą. Centralną część będzie stanowił obszar zaprojektowany z myślą o klientach firmy. Większość powierzchni parteru zajmą: zaplecze laboratoryjne, show-room oraz duża sala treningowa, którą będzie można dzielić na mniejsze pomieszczenia, w zależności od potrzeb i wielkości przygotowywanego projektu. Klienci będą mogli

w tym miejscu poszerzać wiedzę, znaleźć optymalne rozwiązania wspomagające procesy produkcji, a także zobaczyć w praktyce, jak działa Balluff.

Usługi doradcze i prezentacyjne będzie świadczył zespół inżynierów, którzy stanowią 85 proc. zatrudnionych w spółce. – Na rynku jesteśmy świetnie rozpoznawalni jako dostawca komponentów.

Rozwijamy i dostarczamy również bardziej zaawansowane produkty, wspomagające procesy nowoczesnych systemów produkcji i logistyki. Obecnie są one w centrum naszej strategii rozwoju.

Aby dostarczać innowacyjne produkty, konieczna jest odpowiednia wiedza inżynierska, a także umiejętność zastosowania projektowanych rozwiązań w praktyce, czyli ich zaaplikowanie.

Temu celowi ma służyć właśnie nowe Centrum – podkreśla Paweł Stefański, prezes Balluff Sp. z o.o.

W budynku, oprócz zaplecza laboratoryjnego i sal szkoleniowych, mieścić się będą również pomieszczenia biurowo-administracyjne, które zostaną usytuowane na pierwszym piętrze.

Całkowita powierzchnia obiektu wynosi blisko 800 m², z czego ponad 200 m² zajmuje obszar szkoleniowo-aplikacyjny. – Realizacja projektu Centrum Inżynieryjno-Aplikacyjnego będzie dla nas interesującym wyzwaniem, ponieważ budynek może służyć jako modelowe rozwiązanie nowoczesnej siedziby przedsiębiorstwa, które w odpowiedni sposób uwzględnia oczekiwania rynku i adaptuje sposób oraz styl funkcjonowania firmy. Dbałość o detale, przemyślane rozplanowanie przestrzeni, wyraźny podział na przestrzeń koncepcyjną

dopasowaną do potrzeb klientów i jej logiczne połączenie z częścią biurową, zastosowane energooszczędne rozwiązania oraz materiały przyjazne środowisku podkreślają fakt, że Balluff jest firmą innowacyjną – mówi Damian Kosarewicz, prezes PM Holding, wykonawcy projektu.

Centrum zostało zaprojektowane w taki sposób, aby zapewnić optymalny dopływ światła naturalnego, a jednocześnie uniknąć nagrzewania się pomieszczeń w słoneczne dni. Pozwoli to na ograniczenie intensywności używania klimatyzacji: fasada budynku będzie w większości biała, z ograniczonymi przeszkleniami od południa, a na pozostałych oknach zamontowany zostanie zewnętrzny system osłon przeciwsłonecznych. W większości pomieszczeń stosowane będzie oświetlenie LED, przy czym lampy zawisną punktowo w miejscach pracy, co umożliwi wyraźne zmniejszenie zużycia energii elektrycznej. Aby oszczędzać zasoby naturalne, w budynku będzie zbierana woda deszczowa do ponownego wykorzystania. W pobliżu wejścia pracowniczego do Centrum zaplanowano ulokowanie stojaków rowerowych. Wszystkie pomieszczenia, przejścia, windy zaprojektowano tak, aby były dostępne dla osób niepełnosprawnych. Na projekt obiektu mieli wpływ również pracownicy, którzy w specjalnych ankietach mogli wyrazić swoje oczekiwania odnośnie udogodnień w przyszłym miejscu pracy.

Mat. pras. BALLUFF

Pomiary Automatyka Robotyka nr 7–8/2013

21

Temat numeru Napędy i zasilanie

Napędy BLDC w zastosowaniach przemysłowych

napędom elektrycznym stosowanym w przemyśle wymuszają dość dynamiczny rozwój tej dziedziny.

Pewne rozwiązania, ze względu na swoje cechy, zyskują na znaczeniu, a inne są wypierane.

Do grona tych pierwszych z całą pewnością można zaliczyć silniki bezszczotkowe prądu stałego.

22

Podstawowymi czynnikami branymi obecnie pod uwagę przy opracowywaniu procesów wytwórczych są niezawodność działania oraz wysoka sprawność energetyczna. Każdy przestój związany z awarią jakiegoś komponentu generuje straty. Jeśli chodzi o napędy, silnik prądu stałego o klasycznej budowie (tzn. ze szczotkami) nie może być uznany za rozwiązanie sprzyjające ciągłości procesu wytwórczego. Zarówno łuk elektryczny, jak i siła tarcia, towarzyszące współpracy komutatora mechanicznego oraz szczotek, powodują stopniowe zużywanie się tych elementów i w konsekwencji konieczność częstej ich regeneracji bądź wymiany. Co więcej, iskrzenie powoduje m.in. straty energii, a zatem obniżenie sprawności urządzenia. Problemy te okazały się możliwe do wyeliminowania dzięki zastąpieniu silników komutatorowych bezszczotkowymi silnikami prądu stałego, znanymi jako silniki BLDC (ang. Brushless Direct Current), które nie mają szczotek oraz komutatora mechanicznego.

Historia W przeciwieństwie do większości innowacyjnych rozwiązań technicznych, które przed osiągnięciem dojrzałości pozwalającej na ich szersze wykorzystanie wymagają wielu lat udoskonalania, pierwsze silniki BLDC (mimo licznych niedoskonałości) niemal natychmiast znalazły zastosowanie, również w branżach high-tech. Pierwszy ogólnodostępny model silnika BLDC powstał w 1962 r. i został określony mianem rewolucyjnego ze względu na brak wspomnianego już kłopotliwego mechanicznego komutatora. Dzięki temu od razu testowano je np. na robotach w celu sterowania w osiach pozycjonowania. Ponadto, ze względu na dobrą odporność na specyficzne warunki środowiskowe, pierwowzór używany był również w lotnictwie, a więc tam, gdzie właściwie nie ma miejsca na pomyłki. Ograniczenie zastosowań silników bezszczotkowych wynikało wówczas z małej generowanej przez nie mocy.

Fot. Dunkermotoren

Rosnące wymagania stawiane

a)

b)

Fot. Dunkermotoren

Rys. 1. Budowa silnika BLDC z wirnikiem a) wewnętrznym oraz b) zewnętrznym

Przełom nastąpił około 1980 r., kiedy to wprowadzono na rynek magnesy trwałe. W połączeniu z wysokonapięciowymi tranzystorami pozwoliły one na znaczny wzrost mocy silnika BLDC. Badanie tego typu napędów stało się wówczas priorytetem wielu potentatów rynkowych i zaowocowało burzliwym rozwojem, którego efekty można obserwować od wielu lat. Jednak rozwój silników BLDC nie szedł w parze z ich wykorzystaniem, szczególnie w przemyśle. Mimo dużej żywotności, koszt elektroniki niezbędnej do sterowania silnikiem bezszczotkowym okazywał się zbyt wysoki, w związku z czym bardziej ekonomicznym wyborem były wciąż silniki z komutatorem mechanicznym.

Malejące ceny elementów elektronicznych (np. tranzystorów MOSFET) oraz gotowych rozwiązań sterowników współpracujących z silnikami BLDC spowodowały nową falę zainteresowań napędami tego typu, dzięki czemu zrodziły się kolejne pomysły na wdrożenie

ich w nowoczesnych aplikacjach przemysłowych.

BLDC – podstawowe informacje Podział Ze względu na różnorodność rozwiązań, trudno jednoznacznie określić właściwy podział bezszczotkowych silników prądu stałego. Podstawowa klasyfikacja wynika z liczby uzwojeń silnika oraz z faktu obecności czujnika położenia wirnika. Wyróżniamy silniki dwufazowe, trójfazowe, czterofazowe i pięciofazowe.

Dodatkowe podziały: • ze względu na rodzaj zasilania uzwojeń: – unipolarne, – bipolarne, • ze względu na konstrukcję wirnika: – wewnętrzny, – zewnętrzny, • ze względu na liczbę biegunów wirnika.

Różnice wynikające z tych podziałów zostaną przedstawione w dalszej części artykułu.

Budowa i sposób działania Podstawowymi elementami wyróżniającymi silniki bezszczotkowe są: nieruchomy, uzwojony stojan oraz magnesy trwałe. Jest to konstrukcja odwrotna do silnika szczotkowego, gdzie przeważnie uzwojony jest wirnik. Rolę mechanicznego komutatora spełnia układ elektroniczny generujący sygnał sterujący w zamkniętej pętli sprzężenia zwrotnego, zależny od położenia wirnika względem uzwojeń. W celu uzyskania informacji o położeniu wirnika używa się enkoderów hallotronowych, elektromagnetycznych lub optoelektronicznych, jednak najczęściej stosowane są czujniki Halla. Warto wspomnieć, że można spotkać również silniki BLDC niewyposażone w sensor odpowiedzialny za sprzężenie zwrotne.

Odpowiednik komutatora mechanicznego, nazywany często komutatorem elektronicznym, łączy odpowiednie uzwojenia z zasilaniem za pomocą łączników tranzystorowych. W celu uzyskania jak najlepszej sprawności,

Pomiary Automatyka Robotyka nr 7–8/2013

23

Temat numeru Napędy i zasilanie

Rys. 2. Przykładowy cykl zmian komutacji trójfazowego silnika BLDC połączonego w gwiazdę

rozmieszczenie cewek uzwojeń powinno być równomierne, tzn. powinny one dzielić kąt 360° na równe części. Przykładowo optymalne rozmieszczenie faz dla silnika trójfazowego wynosi 120°.

W związku z tym, że tego typu silniki są najczęściej stosowane, to na ich przykładzie zostanie omówione działanie i uproszczony system sterowania.

Warto zauważyć, że silniki te należą do silników synchronicznych ze względu na jednakową prędkość wirowania wirnika oraz pola magnetycznego, wytwarzanego przez uzwojenia stojana.

Wirnik silnika BLDC ma parzystą liczbę naprzemiennie rozmieszczonych biegunów N i S. Z biegiem czasu stosowanie klasycznego rozwiązania w postaci magnesów ferrytowych było stopniowo wypierane przez stopy charakteryzujące się mniejszą masą, a co za tym idzie mniejszym momentem bezwładności. W przypadku silnika trójfazowego liczba biegunów

magnetycznych stojana jest wielokrotnością liczby trzy.

Liczba biegunów, zarówno stojana, jak i wirnika, znacząco wpływa na zachowanie i działanie silnika. Jednym z podstawowych parametrów, który jest bezpośrednio związany z liczbą biegunów, jest krok silnika.

Przy wyborze napędu warto pamiętać, że liczba faz wpływa bezpośrednio na tętnienia momentu obrotowego ze względu na inne przesunięcie w fazie.

Im więcej faz silnika, tym mniejsze tętnienia.

Jednym ze sposobów niwelacji tętnień jest właśnie zwielokrotnienie liczby uzwojeń stojana oraz zwiększenie liczby biegunów wirnika.

Przykładowe działanie i uproszczony sposób sterowania zostanie omówiony dla trójfazowego silnika BLDC, ze względu na fakt, iż jest to obecnie najbardziej powszechne rozwiązanie.

Podobnie, jak w szczotkowym silniku prądu stałego, uzwojenie stojana

dla napędu trójfazowego może zostać połączone w trójkąt lub gwiazdę. Porównanie obu tych konfiguracji zostało zamieszczone w tab. 1.

Ruch silnika występuje, gdy na stojanie zostanie wytworzone pole elektromagnetyczne wirujące wokół osi silnika. Aby tego dokonać, należy użyć odpowiedniego dla ruchu algorytmu sterowania komutacją silnika.

W uproszczeniu, za pomocą łączników tranzystorowych, należy podać zasilanie na uzwojenia w określonej sekwencji. Zadanie to realizowane jest za pomocą kolejnych kombinacji bitów.

Należy pamiętać, że przy połączeniu uzwojenia w gwiazdę, prąd może płynąć jednocześnie tylko przez dwie fazy, trzecia powinna pozostać nieobciążona. W przeciwnym przypadku dojdzie do zwarcia źródła zasilania.

Sposób działania powszechnie stosowanej komutacji sześciostopniowej pokazano na rys. 2.

24

Parametry silnika

Konfiguracja gwiazda

Konfiguracja trójkąt

Moc

mniejsza

większa

Prędkość obrotowa

mniejsza

większa

Moment obrotowy

większy

mniejszy

Zasilanie faz

dwie fazy zasilone, jedna faza nieobciążona

trzy fazy zasilone

Fot. ????

Tab. 1. Porównanie konfiguracji silnika trójfazowego gwiazda/trójkąt

a)

b)

Rys. 3. Porównanie sterowania bipolarnego (a) i unipolarnego (b)

Sterowanie unipolarne i bipolarne Jednym z istotnych czynników wpływających na sterowanie trójfazowym silnikiem BLDC jest rodzaj zasilania uzwojeń. Wyróżnia się dwie klasyczne metody sterowania: unipolarne oraz bipolarne.

W sterowaniu unipolarnym, w danym momencie funkcję regulacyjną pełni jeden tranzystor. Zaletą tego rozwiązania jest uproszczony układ elektroniczny, natomiast wadą – nierówna częstotliwość przełączania.

W sterowaniu bipolarnym dwa przewodzące aktualnie tranzystory elektronicznego układu zasilania pełnią funkcję regulacyjną. W tym przypadku plusem jest jednakowa częstotliwość przełączania. Minusem jest wielkość strat sterowania.

Należy pamiętać, że w przypadku sterowania unipolarnego sekwencja składa się z trzech bitów, a w przypadku sterowania bipolarnego – z sześciu.

Fot. ????

Konstrukcja wirnika W konstrukcji bezszczotkowych silników prądu stałego występują dwa warianty położenia wirnika: zewnętrzny oraz wewnętrzny. Główną różnicą wynikającą ze sposobu umiejscowienia wirnika są cechujące silnik momenty obrotowe i momenty bezwładności.

Wirnik wewnątrz uzwojenia wytwarza mniejszy moment obrotowy, ale jednocześnie jego bezwładność jest również mniejsza, dzięki czemu stosunkowo łatwo zmieniać jego prędkość obrotową (gwałtowne przyspieszanie, gwałtowne hamowanie), co jest szczególnie istotne w zastosowaniach wymagających dynamiki. Jeśli ważniejsze jest

utrzymywanie możliwie stałej prędkości obrotowej, wirnik zewnętrzny o dużym momencie bezwładności sprawdzi się dużo lepiej. Obszarem zastosowania, który szczególnie przychodzi tu na myśl są podajniki, zwłaszcza taśmowe, poruszające się ze sporą prędkością.

Dzięki tej konstrukcji stabilizacja prędkości obrotowej przy zmiennym obciążeniu będzie na znacznie wyższym poziomie niż w przypadku wirnika wewnętrznego. Może to mieć szczególny wpływ chociażby na synchronizację zautomatyzowanych systemów produkcyjnych w przemyśle (np. spożywczym), w automatyzacji montażu lub w coraz bardziej popularnym ważeniu automatycznym (dynamicznym).

Silniki BLDC bez czujników położenia wirnika Większość silników BLDC ukierunkowanych na zastosowanie w przemyśle jest wyposażona w hallotrony, dzięki czemu praca napędu odbywa się w układzie ze sprzężeniem zwrotnym.

Okazuje się, że sterowanie bezszczotkowym silnikiem z nieprzewidzianymi w konstrukcji czujnikami położenia wirnika może być całkiem efektywne przy prowadzeniu z uwzględnieniem siły przeciwelektromotorycznej BEMF (ang. Back Electromotive Force), która wzrasta wraz ze wzrostem liczby obrotów silnika. Wyróżnia się również drugą metodę sterowania bezczujnikowego, polegającą na szacowaniu i przewidywaniu pozycji wirnika za pomocą nieokreślonych ściśle parametrów silnika oraz napięcia i prądu.

Wymaga ona jednak skomplikowanego systemu obliczeniowego, przez co

jest zdecydowanie mniej powszechna od poprzednio opisanego sposobu.

Podstawowa zaleta to brak czujników Halla, dzięki czemu zmniejszane są gabaryty silnika oraz koszty napędu.

Co więcej, prawidłowa praca hallotronów jest ograniczona wpływem temperatury, tak więc poszerzamy możliwości związane z zastosowaniem w specyficznych warunkach środowiskowych. Wadą, o której warto pamiętać jest utrudnione sterowanie, zwłaszcza przy małych prędkościach obrotowych (wtedy, kiedy BEMF jest stosunkowo niskie). Ponadto nagłe zmiany obciążenia mogą negatywnie wpłynąć na sterowanie, które wymknie się spod kontroli. Praktyka pokazuje, że przedsiębiorcy często korzystają z rozwiązań opartych na oczujnikowanym napędzie, a silniki bez czujników ewentualnie stosuje się tam, gdzie nie jest wymagany duży moment rozruchowy (np. pompy).

Cechy silników bezszczotkowych Zalety Po zapoznaniu z elementarnymi zagadnieniami związanymi z silnikami BLDC, należy skupić się na czynnikach decydujących o coraz większym zapotrzebowaniu na tego typu urządzenia.

Wyjątkowo długa lista zalet sprawia, że zainteresowanie napędami bezszczotkowymi w zastosowaniach przemysłowych systematycznie rośnie.

Brak szczotek – niezawodność Pierwszym skojarzeniem, jakie przychodzi na myśl, po braku łuku elektrycznego wynikającego z pracy komutatora

Pomiary Automatyka Robotyka nr 7–8/2013

25

Temat numeru Napędy i zasilanie

Wysoka sprawność Współpraca szczotek i komutatora jest jednym z czynników powodujących straty sprawności. Silniki bezszczotkowe charakteryzują się znacznie wyższą sprawnością w porównaniu do zwykłych silników DC. W niektórych rozwiązaniach parametr ten sięga nawet 95 %.

Praca w środowisku łatwopalnym/ zagrożonym wybuchem Ze względu na brak iskry towarzyszącej silnikom szczotkowym, większość elektrycznych napędów bezszczotkowych jest przystosowana do pracy w specyficznych warunkach, szczególnie takich, gdzie występuje ryzyko zaprószenia ognia. Toruje to drogę do zastosowań w gałęziach przemysłu, w których standardowe silniki prądu stałego bywały rzadkim gościem i umożliwia pracę silnika w pobliżu układów, gdzie czynnikiem roboczym jest olej.

Cicha praca Kolejnym ważnym atrybutem silników BLDC jest niskie natężenie hałasu. Pozwala to na łatwiejsze dostosowanie się do norm dotyczących tego parametru strefy roboczej oraz znacznie ułatwia pracę w otoczeniu stanowiska pracy wyposażonego w dany silnik.

Precyzyjna regulacja prędkości obrotowej w szerokim zakresie Jest to kolejna zaleta, szczególnie w przypadku silników wyposażonych w czujnik położenia wirnika oraz obsługiwanych przez zaawansowany modułowy sterownik. Zaleta ta jest szczególnie istotna w przypadku maszyn i aplikacji wymagających dokładnego

26

pozycjonowania w osiach ruchomych, np. obrabiarkach sterowanych numerycznie lub robotach przemysłowych.

Przykładowo napęd osiągający 4000 obr./min i możliwość regulacji w zakresie 3–100 % jest standardem, dzięki czemu silniki BLDC zaczynają wypierać silniki krokowe w coraz większej liczbie aplikacji.

Stosunek momentu do masy Wysoki stosunek momentu obrotowego do masy jest bez wątpienia wyjątkową właściwością. Ze względu na niewielkie wymiary omawianych napędów, osiągane są duże wartości gęstości mocy.

Niski poziom zakłóceń elektrycznych Brak komutatora mechanicznego zmniejsza poziom zaburzeń radioelektrycznych, mniejsze jest też ryzyko zaburzeń pracy innych podzespołów elektronicznych pracujących w pobliżu silnika.

elektrycznych. Wady te zostały omówione poniżej.

Tętnienia momentu elektromagnetycznego Im mniej faz silnika BLDC, tym większe tętnienia momentu elektromagnetycznego. Jest to związane z mniejszym kątem przesunięcia w fazie. Tętnienia te mogą wywoływać duże wibracje podczas pracy przy obciążeniu, a to prowadzi do braku stabilizacji prędkości obrotowej. Ich wielkość może być jednak redukowana przez zwielokrotnianie uzwojeń stojana oraz zwiększanie liczby biegunów magnetycznych, ale wiąże się to ze wzrostem kosztów i bardziej złożonym sterowaniem.

Koszty związane z zaawansowanym sterowaniem

Dotyczy to szczególnie silników z wirnikiem wewnętrznym i pozwala na gwałtowne zmiany prędkości obrotowej oraz szybki start.

Znaczna liczba produkowanych obecnie silników ma zintegrowany układ elektroniczny odpowiedzialny za sterowanie, ale pozwalają one na niezbyt skomplikowane prowadzenie silnika i nie zawsze gwarantują osiągnięcie optymalnych parametrów napędu.

W bardziej wymagających aplikacjach należy stosować zewnętrzne moduły sterowania, co wiąże się z dodatkowymi kosztami.

Niski koszt silnika

Kontrola położenia wirnika

Uproszczona budowa oraz spadek cen materiałów (chociażby magnesów trwałych) powoduje, że same silniki, a często również silniki z wbudowanym układem sterowania, można zakupić po bardzo atrakcyjnej cenie.

Jak widać, bezszczotkowe silniki prądu stałego charakteryzują się unikatowymi właściwościami, których na próżno można szukać w szczotkowych konstrukcjach. Na uwadze należy mieć również fakt, że wymienione wyżej plusy nie są wszystkimi możliwymi, a jedynie kilkoma wybranymi z szerokiej gamy atutów.

Co prawda metoda BEMF jest konsekwentnie rozwijana i kładziony jest duży nacisk na jej usprawnianie, jednak wciąż brakuje ogólnodostępnych produktów pozwalających na podobnie wydajne sterowanie silnikiem BLDC, jak w przypadku silnika z enkoderami (w silnikach trójfazowych zwykle występują trzy czujniki Halla). Odnosi się to szczególnie do zastosowań stricte przemysłowych, gdzie wymagany jest precyzyjny ruch przy małych prędkościach obrotowych lub spodziewane są nagłe zmiany obciążenia.

Mały moment bezwładności i wysoki moment rozruchowy

Wady Silniki BLDC nie są pozbawione wad, w związku z tym nie mogą całkowicie zdominować innych napędów

W przeciwieństwie do silników szczotkowych, lista zalet ich bezszczotkowych braci jest wyraźnie dłuższa od wykazu wad. Świetne parametry energetyczne tych silników oraz

Fot. ????

mechanicznego i szczotek, jest znacznie wydłużona żywotność napędu. Nic dziwnego, że przy zakupie urządzenia wyposażonego w silnik BLDC uzyskuje się coraz dłuższe okresy gwarancyjne (gwarancja często nie obejmuje zużycia łożysk). Oczywiście jest to bardzo istotny, o ile nie najważniejszy atut, jednak nie wolno zapominać o innych walorach wynikających z użycia komutatora elektronicznego.

oszczędności wynikające z ich niezawodności sprawiają, że mimo stosowania kosztownych i zaawansowanych elektronicznie układów sterowania, koszt inwestycji związanej z ich instalacją zwraca się dość szybko.

Fot. ????

Zastosowanie Liczba zastosowań silników bezszczotkowych rośnie z zawrotną szybkością.

Pierwszą zdominowaną przez nie dziedziną były podzespoły komputerowe, np. CD-ROM, dysk HDD czy wentylator. Umożliwiło to łatwy dostęp do tego rodzaju silników elektronikom hobbystom, co w pewien sposób wpłynęło na rosnącą popularność i wykorzystanie ich np. w modelarstwie.

Szczególnym zainteresowaniem w tej grupie cieszy się sterowanie BLDC metodą BEMF przy wykorzystaniu mikrokontrolerów. Co więcej, notuje się coraz większą liczbę urządzeń codziennego użytku wyposażonych w te właśnie napędy, np. sprzęt AGD lub elektronarzędzia.

Postęp związany z zaawansowaniem i jednoczesnym spadkiem cen sterowników pozwolił na ich skuteczne implementowanie w pojazdach elektrycznych (samochody hybrydowe, Segway), medycynie i wreszcie w szeroko pojętym przemyśle. Przykładami przemysłowych zastosowań silników bezszczotkowych są: • HVAC (ang. Heating, Ventilation, Air Conditioning) – urządzenia związane z kontrolą warunków środowiskowych, wykorzystujące sprężarki zaopatrzone w silniki BLDC – istotne dla produkcji prowadzonej w specyficznych warunkach środowiskowych.

• Technologie produkcyjne (obrabiarki CNC) – coraz częściej korzysta się z bezszczotkowych napędów do sterowania osiami maszyn technologicznych.

• Pompy – w tym przypadku silnik wymaga dobrej szczelności. Spotyka się rozwiązania ze stopniem ochrony IPx6, czyli ochroną przed silnym strumieniem wody lub zalewaniem z dowolnego kierunku.

• Podajniki taśmowe – dziedzina warta dodatkowej uwagi. Stosowanie silników BLDC do napędzania taśmy jest bardzo ciekawym i efektywnym rozwiązaniem, szczególnie wtedy, kiedy priorytetem jest wydajna produkcja. Poza osiągnięciem bardzo dobrego wyniku pod względem liczby przeniesionych produktów w określonej jednostce czasu, można zapewnić również regularność ich dostarczania, niekiedy pomijaną w rozważaniach. Ma to ogromne znaczenie w przypadku automatycznych lub zrobotyzowanych stanowisk, np. sortujących. Użycie napędu z odpowiednio niską wartością tętnień momentu elektromagnetycznego poprawia również aspekty metrologiczne, np. przy bezdotykowych pomiarach wymiarów przedmiotu lub pomiarach masy w trakcie przemieszczania przedmiotu.

• Układy chłodzące – kolejne zespoły wymagające niezawodnej pracy napędu. Nagła przerwa w chłodzeniu może zakończyć się awarią całej linii technologicznej ze względu na uszkodzenie jednego z jej elementów. Wiąże się to ze znacznymi stratami materialnymi.

• Roboty przemysłowe – precyzja regulacji prędkości obrotowej w szerokim jej zakresie plus wysoki moment rozruchowy i mały moment bezwładności sprzyjają dokładności i powtarzalności ruchów ramion robotów przemysłowych i prowadzi do wykorzystywania silników bezszczotkowych w robotach wykonujących zarówno proste operacje manipulacyjne (np. przenoszenie obiektów), jak i bardziej skomplikowane, do których można zaliczyć spawanie konstrukcji o skomplikowanych kształtach.

Wymienione wyżej przykłady stanowią jedynie wycinek możliwych zastosowań silników BLDC, a duża konkurencja na rynku prowadzi do przełamywania kolejnych barier i w konsekwencji do poszerzania zakresu gałęzi przemysłu, w których te silniki występują.

Kierunki rozwoju W kwestii przyszłego rozwoju bezszczotkowych silników pewni możemy być dziś jednego. Producenci bezsprzecznie będą nadal dążyć do opracowania sterowania, które sprawi, że napędy bez czujnika położenia wirnika będą tak samo efektywne, jak te z czujnikami. Dalsze zmniejszenie gabarytów tych silników obniży koszty wdrożenia nowych napędów do fabryk. Niewykluczone, że już niedługo dostępne będą sterowniki, które pozwolą na sterowanie za pomocą BEMF w całym zakresie prędkości obrotowych silnika. Obecnie mówi się jedynie o sterownikach, które przed występowaniem sygnału BEMF (czyli przed osiągnięciem odpowiedniej wartości prędkości obrotowej) określają położenie wirnika na podstawie jego wpływu na indukcyjność cewek stojana. Podejście to nie daje jeszcze pełnych możliwości kontrolnych, jednak pozwala już na operowanie w coraz szerszych zakresach regulacji (w dodatku niezależnie od obciążenia silnika), co daje pewne nadzieje na rozwiązanie wieloletniego problemu.

Istnieje też wiele ciekawych koncepcji związanych nie tyle z modernizacją samego napędu, a wykorzystaniem go do nietypowych rozwiązań. Jednym z takich pomysłów jest użycie BLDC jako alternatorów pełniących funkcję rozrusznika w motoryzacji.

Przegląd silników W tab. 2. i 3. zestawiono parametry kilku przykładowych silników BLDC dostępnych na polskim rynku.

Przeglądając te tabele należy zwrócić uwagę nie tylko na parametry silników, ale też na ich dodatkowe funkcje. Przed zakupem warto zapoznać się z dokładnymi możliwościami oferowanymi przez dany model.

Ciekawym rozwiązaniem są silniki z możliwością wyboru połączenia gwiazda/trójkąt. Porównując właściwości silników przedstawionych w tab. 3. warto zwrócić uwagę na tab. 1.

Pomiary Automatyka Robotyka nr 7–8/2013

27

Temat numeru Napędy i zasilanie

Tab. 2. Porównanie trójfazowych silników BLDC z wbudowanym czujnikiem hallotronowym Znamio- Prędkość ZnamioNapięcie nowa obrotowa nowy zasilające prędkość maksymoment [V DC] obrotowa malna obrotowy [obr./min] [obr./min] [Nm]

Moment obrotowy maksymalny [Nm]

Prąd znamionowy [A]

Moc [W]

Bezwładność Masa [kg] wirnika 2 [gcm ]

Producent

Model

Allied Motion Premotec

BLDC58-50L

24

3000

3650

0,17

b.d.

2,9

50

b.d.

0,5

Parvalux

PBL42-107

24

b.d.

4000

0,2

0,75

4,3

84

104

0,9

Parvalux

PBL60-138

24

b.d.

4000

0,44

1,32

8,8

184

215

1,6

DPM

42BL61-IE

24

4000

b.d.

0,12

0,38

b.d.

b.d.

48

0,6

Bühler Motor

1.25.058.401

24

4200

4600

0,4

b.d.

8,6

360

b.d

2,2

Bühler Motor

1.25.037.403

24

4400

6500

0,2

b.d.

5

170

52

0,5

Dunkermotoren

BG45x15PI

24

3300

b.d.

0,13

b.d.

2,8

40

24

0,5

Dunkermotoren

BG75x25SI

24

3900

b.d.

1,95

b.d.

12,2

220

240

1,6

DPM

57BL54

36

4000

b.d.

0,11

0,35

b.d.

b.d.

75

0,7

Dunkermotoren

BG75x75MI

40

3700

b.d.

1,16

b.d.

12,7

450

620

2,8

Tab. 3. Porównanie trójfazowych silników BLDC z możliwością konfiguracji trójkąt/gwiazda DPM

Model

86BL58

86BL71

86BL98

86BL125

Liczba par biegunów

4

4

4

4

Napięcie znamionowe [VDC]

48

48

48

48

Bezwładność [gcm2]

400

800

1600

2400

Masa [kg]

1,5

1,85

2,6

4

Rodzaj połączenia

gwiazda

trójkąt

gwiazda

trójkąt

gwiazda

trójkąt

gwiazda

trójkąt

Znamionowa prędkość obrotowa [obr./min]

3000

6000

3000

6000

3000

6000

3000

6000

Znamionowy moment obrotowy [Nm]

0,35

0,175

0,7

0,35

1,4

0,7

2,1

1,05

Moment obrotowy maksymalny [Nm]

1,05

0,52

2,1

1,05

4,2

2,1

6,3

3,2

28

Fot. WObit, Parvalux, Büehler Motor, Farnell

Producent

Tab. 4. Porównanie sterowników SIB195 i PBLCB60-138-24 SIB195

PBLCB60-138-24

Zasilanie

12–36 V DC

16–32 V DC

Maksymalny prąd ciągły

2,5 A

15 A

Maksymalny prąd

5 A

30 A

Częstotliwość PWM

20 kHz

18 kHz

Dopuszczalna temperatura otoczenia

0–40 °C

b.d.

Stopień ochrony

IP66

b.d.

Parametry

Sterowniki

Silnik Bühler Motor 1.25.058.401

Wiele silników dysponuje zintegrowanym z nimi układem sterowania. Niestety, przeważnie działają one w prosty sposób i nie oferują klientowi niczego poza zwyczajną regulacją obrotów silnika. Rozbudowa o zewnętrzne układy sterowania, tj. gotowe moduły lub mikroprocesory, których zaletą jest możliwość wprowadzania własnych modyfikacji, pozwala często na wprowadzenie dodatkowych funkcji i zapewnia bardziej wydajną pracę silnika. Poniżej opisano kilka podstawowych możliwości dwóch przykładowych sterowników.

Fot. WObit, Parvalux, Büehler Motor, Farnell

SIB195 Regulacja obrotów za pomocą tego sterownika odbywa się przy użyciu sygnału analogowego w zakresie 0–10 V. Wejścia cyfrowe DIR i ENABLE służą do określania odpowiednio kierunku obrotów napędu oraz zezwolenia na pracę. Możliwa jest kontrola poprzez magistralę Modbus-RTU RS-485. Regulacja zachodzi poprzez regulator PID wykorzystujący wartość zwrotną położenia wirnika z czujników Halla.

zmianach obciążenia. Jest zbudowany na aluminiowej podstawie z dołączonym do niej radiatorem. Sterowanie za pomocą sygnału analogowego w zakresie 0–10 V lub potencjometru.

Możliwa zmiana kierunków obrotu silnika.

Podsumowanie Porównując właściwości silników bezszczotkowych z silnikami szczotkowymi można dojść do wniosku, że postęp, jaki został poczyniony w ostatnich latach, zdecydowanie wyniósł silniki BLDC na wyżyny i zaowocował zwiększonym ich zastosowaniem w aplikacjach przemysłowych. Na bieżąco można śledzić urozmaicany zakres ofert z nimi związanych, a jednocześnie spodziewać się po producentach kolejnych działań mających na celu tworzenie jeszcze doskonalszych napędów. Może się okazać, iż obecny moment jest najlepszym z możliwych na zainteresowanie się tego typu napędami, tak aby być dobrze przygotowanym na użycie bezszczotkowego silnika, gdy już całkowicie zdominuje on rynek silników prądu stałego.

Parvalux PBLCB60-138-24

Silnik BLDC58-35L – Allied Motion Premotec

Zawiera sześć tranzystorów MOSFET. Wykorzystując sprzężenie zwrotne z hallotronów może utrzymać stałą prędkość obrotową nawet przy

Piotr Bazydło Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP

Pomiary Automatyka Robotyka nr 7–8/2013

29

Temat numeru NAPĘDY I ZASILANIE

Napędy firmy Buehler Motor od lat są stosowane w wielu maszynach, w różnych gałęziach przemysłu: poczynając od automatyki przemysłowej, przez automaty sprzedażowe i napędy drzwiowe, aż po sprzęt medyczny oraz automatykę pojazdów.

Oferta napędów Buehler Motor

30

Promocja

Podstawową grupą napędów Buehler Motor są silniki szczotkowe o zakresie mocy od 1 W do 240 W. Dzięki kompaktowej budowie oraz długiej żywotności można je łatwo implementować w wielu aplikacjach. Często wybieranym rozwiązaniem są silniki szczotkowe ze zintegrowaną przekładnią planetarną, ślimakową lub zębatą, których przełożenia pozwalają na uzyskanie znamionowych momentów obrotowych ponad 60 Nm. Należy jednak pamiętać, że silniki z przekładniami produkowane przez Buehler Motor nie są przystosowane do pracy ciągłej, dlatego maksymalny moment w ciągłej pracy powinien mieścić się w granicach 50 proc. momentu znamionowego napędu.

Buehler Motor oferuje nie tylko sprawdzone silniki DC, ale od kilku lat systematycznie rozszerza ofertę o znakomite silniki BLDC, które zdobyły już sobie wiernych klientów. Silniki z elektroniczną komutacją są coraz chętniej stosowane ze względu na brak mechanicznie zużywających się szczotek, dzięki czemu żywotność tych urządzeń jest znacznie dłuższa niż silników DC. Jednym z najbardziej popularnych silników BLDC firmy Buehler Motor jest 1.25.037.203. Silnik o masie 400 g ma średnicę 39 mm, charakteryzuje się dużą prędkością znamionową 5700 obr./min i momentem 8 Ncm.

Wał silnika o średnicy 6 mm jest osadzony w łożyskach kulkowych. Na wale w odstępach co 120° rozmieszczone są trzy czujniki Halla, dzięki którym ustalana jest pozycja kątowa rotora. Silnik ma przewody o długości 300 mm, które mogą być wyprowadzone równolegle lub pod kątem prostym w stosunku do osi symetrii napędu. Silnik można doposażyć w przekładnię planetarną o wysokiej sprawności lub w sterownik SIB195 produkcji firmy WObit, przeznaczony do silników bezszczotkowych. Mniej znaną grupą produktów firmy, poza silnikami DC i BLDC, są pompy wody, których podstawowym zastosowaniem jest wymuszanie przepływu płynu w układzie chłodzenia silnika. Charakteryzują się one wysoką żywotnością, nie potrzebują sterowania, a do ich uruchomienia wystarczy zasilanie.

Silniki Buehler Motor mogą zostać przystosowane do wymagań klienta przez montaż enkodera lub hamulca, dostosowanie prędkości obrotowej przez zmianę uzwojenia, a także modyfikację długości wału z obu stron, inne łożyskowanie, dodanie kółek zębatych, czy też dodatkowe uszczelnienie zwiększające stopień ochrony.

PPH WObit E. K. J. Ober s.c. e-mail: wobit@wobit.com.pl www.wobit.com.pl

Fot. WObit

REKLAMA

Niezawodne napędy BUEHLER MOTOR

Małe silniki elektryczne W ostatnich latach w wielu dziedzinach nastąpił znaczący wzrost

Silniki BLDC (bezszczotkowe) z wbudowanymi czujnikami Halla

zastosowania małych silników. Wśród branż wykorzystujących rozwiązania tego rodzaju są m.in. automatyka domowa i przemysłowa,

Produkty TRINAMIC pomagają kontrolować wszystkie rodzaje systemów sterowania ruchem. Szeroka wiedza inżynierów w połączeniu z konstrukcjami opartymi na zintegrowanych aplikacjach sprawiają, że klienci nie muszą dogłębnie znać budowy silników ani układów sterowania.

Jednym z przykładów takich realizacji są silniki BLDC (bezszczotkowe) z serii QMOT, stosowane w różnych układach. Ich niezawodność gwarantuje zastosowanie łożysk kulkowych oraz brak zużywających się części zewnętrznych.

Cała rodzina silników BLDC jest przeznaczona do pracy z modułami o średnim lub wysokim natężeniu prądu. Silniki te charakteryzują się większą żywotnością mechaniczną, wynikającą z wyeliminowania z konstrukcji urządzenia szczotek, które stanowią najszybciej zużywający się element mechaniczny silnika i są najczęstszą przyczyną jego awarii. Dodatkowo wyeliminowanie szczotek zapewnia cichszą pracę oraz wyższą sprawność silnika.

Ze względu na niezawodność oraz możliwość sterowania prędkością silniki BLDC są stosowane w napędach dysków optycznych (CD, DVD, BD), w dyskach twardych, w gramofonach, w większości pojazdów o napędzie elektrycznym, wentylatorach komputerowych i urządzeniach, w których powstające na szczotkach iskry mogłyby doprowadzić do zaprószenia ognia czy wybuchu.

Kolejnym przykładem są urządzenia z rodziny PANdrive. Są to kompaktowe rozwiązania mechatroniczne z silnikiem krokowym i modułem TMCM. Urządzenia mogą pracować z różnymi interfejsami szeregowymi w trybie zdalnym lub autonomicznym. Ponieważ wszystkie krytyczne obliczenia są wykonywane przez zintegrowaną elektronikę, obciążenie magistrali jest bardzo niskie. Niespotykana precyzja oraz ciche i szybkie pozycjonowanie są możliwe dzięki wysokiej rozdzielczości MicroStep (maksymalnie 256 jednakowych mikrokroków na pełen krok) oraz dzięki zastosowaniu opatentowanej technologii SpreadCycle Chopper. Ponadto wszystkie elementy sterujące zostały wyposażone w funkcję stallGuard2, czyli bezczujnikowe wykrywanie obciążenia i przeciążenia. Mają także sterowanie coolStep, czyli funkcję automatyczną, która reaguje na poziom obciążenia w celu obniżenia temperatury systemu i zmniejszenia zużycia energii.

Coraz częściej w nowoczesnych systemach napędowych stosowane są elektryczne siłowniki liniowe, zwane napędami liniowymi. Są to małe, lekkie siłowniki DC z silnikiem prądu stałego ze śrubą trapezową i mikroprzełącznikami końcowymi. Napędy mają wewnętrzną diodę, która pozwala na zmianę kierunku przez proste odwrócenie biegunowości przyłożonego napięcia.

Użycie silnika krokowego, BLDC lub liniowego może być trafnym wyborem w przypadkach, gdy wymagany jest ruch kontrolowany oraz duża sprawność i niezawodność. Wszystkie typy silników znajdują zastosowanie zwłaszcza tam, gdzie ważne jest precyzyjne sterowanie kątem (silniki krokowe i BLDC), prędkością lub pozycją.

www.conrad.pl

Promocja

Silniki krokowe ze zintegrowanym sterowaniem

Siłowniki elektryczne

REKLAMA

Fot. WObit

urządzenia transportowe lub CCTV.

31

Temat numeru NAPĘDY I ZASILANIE

Niewątpliwym sukcesem ostatnich dwóch lat w zakresie przetwornic częstotliwości firmy Nord jest seria SK 200E. Rozwiązanie integrujące napęd z przetwornicą częstotliwości w jeden zespół napędowy staje się coraz bardziej pożądanym rozwiązaniem, zarówno ze względów technicznych, jak i cenowych.

Zobacz więcej

Pobierz bezpłatną aplikację PAR+

Nowa seria napędów NORDBLOC wraz z softstartem SK 135E

Zdecentralizowane systemy napędowe – nowoczesne rozwiązanie Brak konieczności prowadzenia okablowania ekranowanego, sterowanie magistralowe, w połączeniu z takimi właściwościami przetwornic częstotliwości jak stopień ochrony IP66 i zakres temperatury pracy od –25 °C do +50 °C stawia firmę Nord na czele producentów przetwornic częstotliwości w tzw. rozwiązaniu zdecentralizowanym.

Uniwersalna koncepcja produktu pozwala na jego dostosowanie do konkretnej aplikacji – od prostych układów ze sterowaniem lokalnym do najbardziej zaawansowanych, gdzie przetwornica pracuje w trybie serwo i realizuje funkcje pozycjonowania.

Technika serwo zapewnia z jednej strony precyzję regulacji prędkości i momentu obrotowego, z drugiej zaś bardzo dużą dynamikę. W praktyce tylko część aplikacji wymaga tak dużej dynamiki, gdyż ograniczenia wynikające np. z właściwości transportowanego materiału sprawiają, że rzeczywista dynamika aplikacji jest znacznie poniżej możliwości serwo. Tutaj doskonale sprawdza się opracowany przez Nord system Serwo/Posicon bazujący na silniku asynchronicznym. Rozwiązanie zapewnia pełną kontrolę prędkości i momentu obrotowego przy dynamice

32

Promocja

właściwej dla silników asynchronicznych. W połączeniu z oferowanymi modułami magistralowymi do komunikacji w sieciach szeregowych oraz ethernetowych Nord oferuje proste w obsłudze i atrakcyjne cenowo narzędzie alternatywne do drogiego i trudnego w programowaniu serwo, idealnie sprawdzające się w urządzeniach pakujących i systemach transportu.

Maszyna pakująca z SK 200E w miejsce serwo

Przykładem rewolucji w podejściu do techniki napędowej jest holenderski potentat w budowie maszyn paletyzujących i systemów transportu – firma Symach. Dotychczas stosowaną technikę serwo, w której serwokontrolery umieszczano w szafach elektrycznych zastąpiono systemem zdecentralizowanym łącząc silniki i przetwornice częstotliwości Posicon w jeden zespół.

– W nowych paletyzatorach motoreduktory z przetwornicami częstotliwości serii SK 200E, montowane bezpośrednio na silniku, wykonują złożone sekwencje ruchowe manipulatora i urządzenia centrującego. Zgodnie z zaleceniem specjalistów Nord, zdecydowano się użyć asynchronicznych silników zamiast technologii serwo. Zalety tego rozwiązania to nie tylko mniejsze koszty zakupu, ale także większe możliwości wyboru dla konstruktorów maszyn, jako że asynchroniczne silniki

Fot. Nord Napędy

App Store | Google Play

Fot. Nord Napędy

indukcyjne są powszechnie dostępne, łatwe do konserwacji i mogą być łatwo łączone z różnymi rodzajami przekładni. Jednostki napędowe, zawierające motoreduktory i zdecentralizowane przetwornice częstotliwości Nord dostarczają wymaganą dynamikę oraz nowe możliwości projektowania dla twórców maszyn, co skutkuje większą niezawodnością oraz dużymi oszczędnościami. Ten zaawansowany projekt inżynieryjny został poprzedzony długotrwałymi próbami i analizami. Pierwsza seria paletyzatorów ze zintegrowanym sterowaniem silnika jest teraz z sukcesem stosowana w firmach na całym świecie – tak skomentował przeprowadzoną modernizację Sacha Bakker, dyrektor zarządzający Symach.

W Polsce do tego rewolucyjnego podejścia do techniki systemów transportu przekonała się firma HKS Projekt Sp. z o.o. Tworząc rozległy system transportu wewnętrznego zdecydowano się na technikę zdecentralizowaną i sterowanie po sieci Profibus. Mariusz Kołakowski z firmy ELEKTRO-MAR Automatyka, który obsługiwał projekt od strony elektrycznej i automatyki komentuje: – W pierwszej kolejności dokonaliśmy wyceny projektu, która wykazała, iż mimo wyższej ceny samego falownika nabudowanego na silnik w odniesieniu do popularnych falowników do szafy, koszt samych szaf, ich wentylacji, przewodów ekranowanych oraz koszt robocizny ujęte całościowo dają przewagę rozwiązaniom zdecentralizowanym, jako tym nie tylko bardziej elastycznym, ale również tańszym. Dodatkowe możliwości w postaci podłączenia czujników i siłowników bezpośrednio na programowalne wejścia

Rodzina SK 200E: zakres 0,55...22 kW

falowników zamiast do lokalnych wysp profibusowych doprowadziły do kolejnych ułatwień w budowie i sterowaniu, nie wspominając o oczywistych oszczędnościach w sprzęcie i okablowaniu. Dobre wsparcie techniczne ze strony zespołu Nord sprawiło ponadto, że szybko zapomnieliśmy o niepokoju, jaki istnieje zawsze przy wdrażaniu nowego rozwiązania.

Szereg sukcesów rynkowych i ciepłe przyjęcie serii SK 200E zmotywowały firmę Nord do dalszej rozbudowy koncepcji sterowania zdecentralizowanego. Obserwacja statystyczna i wywiad rynkowy doprowadziły do stworzenia dwóch nowych serii produktów zdecentralizowanych. Dotychczas znane SK 200E obsługuje zakres mocy od 0,25 kW do 22 kW. Dla potrzeb transportu wewnętrznego wystarczający jest zakres do 2,2 kW i z reguły minimalna liczba funkcji falownika. SK 180E

obejmuje więc zakres do 2,2 kW, pozbawiona jest trybów serwo i Posicon oraz ma mniejsze gabaryty i – co najważniejsze – niższą w stosunku SK 200E cenę nawet o 30 proc. Z kolei na potrzeby zastosowań, w których nie wymaga się sterowania prędkością, a jedynie łagodnego rozruchu i zatrzymania, firma Nord przygotowała kompaktowy softstarter o mocy do 4,0 kW lub do 7,5 kW. Zgodnie z koncepcją zdecentralizowaną softstarty przeznaczone są do zabudowania wprost na silniku. Dodatkowo spełniają funkcję zabezpieczenia silnika przed przeciążeniem, przegrzaniem i zapewniają kontrolę hamulca.

Sterowanie zdecentralizowane to jeden z elementów nowej oferty firmy Nord. Aby propozycja była kompletna, stworzono motoreduktory i silniki konstruowane od podstaw dla potrzeb przemysłu spożywczego, farmaceutycznego itp. Wymogiem tych branż jest to, aby powierzchnia napędu uniemożliwiała zaleganie wody i zanieczyszczeń, a dzięki konstrukcji silnika bez własnego przewietrzania nie powstawał ruch powietrza unoszący zanieczyszczenia z posadzki. Opatentowana przez Nord powłoka Nsd tupH zmienia właściwość powierzchni metalu w sposób zapewniający lepszą ochronę niż typowe lakierowanie. Tym sposobem, oferta Nord staje się pełna i – jak to zwykle bywa w historii produktów tej firmy – pozwala wyprzedzić o krok konkurencję.

mgr inż. Jarosław Nowak NORD NAPĘDY Sp. z o.o. ul. Krakowska 58, 32-020 Wieliczka tel. 12 288 99 00, fax 12 288 99 11 System transportowy sterowany SK 200E

www.nord.pl

Pomiary Automatyka Robotyka nr 7–8/2013

33

Temat numeru NAPĘDY I ZASILANIE

Sposoby montażu

Firma Sumitomo Drive Technologies wprowadziła na rynek nową odmianę przekładni bezluzowych Fine Cyclo.

Jest to duża jednostka bezluzowa przeznaczona do napędu głównej osi robotów spawalniczych i paletyzujących oraz wszystkich innych, które wymagają precyzyjnego przemieszczania i pozycjonowania mas o dużych momentach bezwładności.

34

Promocja

Fine Cyclo F4CFS-UA115 to konstrukcja oparta na znanym z wcześniejszych serii F2C-T rozwiązaniu, polegającym na połączeniu stopnia cykloidalnego z planetarnym w taki sposób, aby następowało samoczynne i ciągłe kasowanie luzów wewnętrznych. Dwa koła zębate o uzębieniu cykloidalnym są wprowadzane w ruch czterema łożyskami mimośrodowymi napędzanymi stopniem planetarnym. Taki układ kinematyczny pozwala na długotrwałe utrzymanie wewnętrznego, kasującego luzy naprężenia. Dla wspomnianej przekładni całkowity brak luzu wewnętrznego zachowywany jest nawet w warunkach osiągnięcia momentu T2max = 60 000 Nm (60 kNm). Jest to maksymalny moment awaryjnego zatrzymania ograniczony do wystąpienia 3000 powtórzeń w całym życiu napędu. W przypadku przekładni bezluzowych, przy znanej charakterystyce sztywności skrętnej w funkcji wartości momentu obrotowego wyrażonej w jednostkach [Nm/arcmin], dość łatwe jest obliczenie obciążeń wynikających z nagłego zatrzymania układu, czy to przez „wypad” zasilania, czy też awaryjne zablokowanie ramienia robota. Uwzględnienie tych parametrów w fazie projektowej pozwala na osiągnięcie wysokiej precyzji przy dużej niezawodności robota, co oczywiście przekłada się na konkretne wyniki finansowe.

Przekładnia UA-115 pozwala na uzyskanie momentu rozruchowego T2A = 30 000 Nm, co stanowi 200 % wartości momentu znamionowego. Sztywność skrętna, ważny parametr decydujący o stabilności przy zmianach kierunku lub obciążenia to 6000 Nm/arcmin w zakresie od 3 % do 100 % momentu znamionowego. Standardowo przewiduje się stosowanie przełożenia na stopniu cykloidalnym i = 59:1, powiększonego o dodatkową redukcję na stopniu planetarnym. Jej wartość zależy od przyjętego rozwiązania konstrukcyjnego i ustalana jest indywidualnie. Maksymalne możliwe przełożenie stopnia cykloidalnego to ~160:1, maksymalne całkowite to ~250:1. Przekładnie zaprojektowane są do pewnej i trwałej eksploatacji przy prędkości wyjściowej nie większej niż 20 obr./min (T2N,20 = 11 000 Nm). Wszystkie parametry należy traktować jako średnie ważone w jednym cyklu pracy.

Przewiduje się dwa tryby pracy rzutujące na sposób montażu. Standardowy to taki, w którym korpus przekładni jest nieruchomy a prędkość obrotowa przekazywana jest przez tarczę wyjściową. Drugi – opcjonalny – to taki, w którym tarcza wyjściowa połączona jest z elementem stałym robota, a korpus reduktora wykonuje obrót. Uwzględniając zastosowane

Fot. Zeva Creator

Nowe odmiany reduktorów bezluzowych

Fot. Zeva Creator

Połączenie z silnikiem

łożyskowanie, możliwa jest łatwiejsza realizacja węzła napędowego konkretnego ramienia.

Napęd może zostać dostarczony z silnika serwo przez dodatkową przekładnię planetarną, przekładnię kątową lub o osiach równoległych. Możliwa jest realizacja wału drążonego, szczególnie przydatnego przy realizacji napędu za pośrednictwem paska zębatego.

Całość stanowi zwarty element o średnicy 570 mm (niezależnej od przełożenia) i masie ~260 kg. Całkowity, zredukowany do wału wejściowego moment bezwładności reduktora to J = 0,21 kgm2.

Ze względu na skomplikowaną budowę i bardzo wysokie parametry, przekładnie te dostępne są na specjalne zamówienie. Każdorazowo wymagany

jest proces przygotowania konkretnego wyrobu pod kątem specyfiki robota, w którym zostanie zastosowany.

ZEVA CREATOR s.c. ul. Prof. Olescha 6 47-154 Góra Św. Anny tel. 77 461 54 53 www.zevacreator.com

REKLAMA

Pomiary Automatyka Robotyka nr 7–8/2013

35

Temat numeru NAPĘDY I ZASILANIE

Bezpieczeństwo użytkowania maszyn według Festo Ciągła kontrola silników, pozycjonerów i mechanicznych elementów napędów elektrycznych

Dziś odbiorcy żądają produktów, których obsługa jest intuicyjna, dostępnych „od ręki” i zapewniających bezpieczeństwo użytkowania. Inżynierowie oraz projektanci maszyn i systemów oczekują ponadto od swoich partnerów kompleksowego wsparcia. Koncepcja bezpieczeństwa Festo obejmuje nie tylko silniki i pozycjonery,

W zastosowaniach, w których nie są używane osłony zabezpieczające a ludzie mogą mieć bezpośredni kontakt z różnymi elementami wyposażenia maszyn, wszystkie systemy elektromechaniczne muszą zapewniać odpowiednie ograniczenie zagrożenia poprzez zastosowanie zintegrowanych funkcji bezpieczeństwa.

– Chociaż temat bezpieczeństwa w zakresie użytkowania maszyn nie jest

Fot. 1. Decentralizacja bezpieczeństwa – funkcje bezpieczeństwa związane z ruchem zintegrowane przez moduł bezpieczeństwa CAMC-G-S3 w pozycjonerze CMMP-AS-…-M3

36

Promocja

nowy, będzie nadal odgrywał kluczową rolę w budowie maszyn i zakładów produkcyjnych. Dzieje się tak dlatego, że na rynku panuje wysoki poziom niepewności – wielu użytkowników nie radzi sobie z tak złożonymi problemami bez wsparcia ze strony swoich partnerów systemowych – mówi Fredrik Stal, dyrektor Działu Napędów Elektrycznych w firmie Festo.

Fot. 2. Zapewnienie pełnego bezpieczeństwa: funkcje bezpieczeństwa obsługujące napędy można monitorować za pomocą certyfikowanego modułu bezpieczeństwa CMGA dla pozycjonerów

Fot. Festo

lecz także mechaniczne elementy napędów.

Projekt1

Wsparcie ze strony partnerów systemowych – Użytkownikom trzeba zaoferować pełną koncepcję bezpieczeństwa, obejmującą zarówno monitorowanie mechaniki napędów, jak i bezpieczne systemy zaciskowe oraz hamulcowe – podkreśla Fredrik Stal. W przeszłości użytkownicy często byli zmuszeni do „wstecznego” wdrażania systemu bezpieczeństwa. Wielu z nich po prostu podłącza jakiekolwiek urządzenie wyłączające z funkcją STO (ang. Safe Torque Off, bezpieczne wyłączenie momentu obrotowego). Ponadto silniki serwo były zastępowane silnikami z hamulcem. – Wielu producentów maszyn uważa, że to wystarczy – dodaje dyrektor działu Napędów Elektrycznych Festo.

Jednak w takim rozwiązaniu nie są uwzględniane wszystkie błędy – usterka zespołu sprzęgła lub pęknięty pasek zębaty w module napędowym mogą spowodować, że hamulec silnika będzie bezużyteczny. Takie usterki mogą spowodować upadek modułu napędowego i ładunku, a w rezultacie poważne obrażenia ciała. Co więcej, niewykryte uszkodzenie łożyska może spowodować naprężenie paska zębatego, a uszkodzenie prowadnicy z łożyskowaniem

S B

Fot. Festo

napędów, a także bezpieczne działanie systemów zaciskowych oraz hamulcowych. Taką właśnie funkcję pełni bezpieczny napęd elektryczny EGC firmy Festo, z dwukanałowym enkoderem położenia i modułem zaciskowym. Układ mechaniczny może być monitorowany za pomocą enkodera silnika – kanał pierwszy – oraz liniowego enkodera położenia – kanał drugi (EGC-M). Jedno- lub dwukanałowe moduły zaciskowe EGC-HPN zabezpieczające przed przesunięciem umożliwiają stosowanie środków bezpieczeństwa, np. w przypadku napędów Fot. 3. Bezpieczne napędy EGC – w pełni zintegrowane rozwiązanie umożliwia pionowych. monitorowanie mechaniki napędu, Dzięki modułowi bezpieczeństwa a także bezpieczne działanie systemów CAMC-G-S3 istnieje możliwość decenzaciskowych oraz hamulcowych tralizacji funkcji bezpieczeństwa dla aplikacji pozycjonerów silników serwo typu CMMP-AS-…-M3. Ten moduł kulkowym – w przypadku awarii opuszbezpieczeństwa integruje w pozycjoneczenie napędu o kilka milimetrów. Narze silnika wszystkie funkcje związane pęd liniowy może wówczas spowodoz bezpieczeństwem i zatrzymaniem zawać przygniecenie. leżnym od prędkości ruchu, dzięki czemu często można pominąć nadrzędny Podejście w pełni zintegrowane sterownik bezpieczeństwa całego urząW pełni zintegrowane rozwiązanie Projekt1:Makieta 1 2013-06-26 Stronadzenia.

1 umożliwia monitorowanie15:13 mechaniki

Ze względu na to, że nie wszystkie funkcje bezpieczeństwa można zintegrować w pozycjonerach silników, w ofercie Festo jest certyfikowany moduł CMGA dla zapewnienia bezpieczeństwa całego urządzenia. Do modułu można podłączyć konwencjonalne urządzenia zabezpieczające, takie jak wyłączniki awaryjne, wyłączniki monitorujące otwieranie drzwi, bariery świetlne czy skanery laserowe. Po zadziałaniu takich urządzeń aktywowany jest poprzez moduł bezpieczeństwa CMGA wyłącznik awaryjny (np. SS1 lub SS2), ewentualnie obniżana jest prędkość do bezpiecznego limitu zdefiniowanego w trybie konfiguracji. W celu zapewnienia łatwości użytkowania dla wielu maszyn dostępne są wstępnie przetestowane programy – konfiguracje modułu CMGA. Dzięki temu złożoność obsługi programowalnego systemu bezpieczeństwa zostaje zredukowana do prostoty przekaźnika ochronnego.

Festo Sp. z o.o.

Janki k. Warszawy ul. Mszczonowska 7, 05-090 Raszyn tel. 22 711 41 00, www.festo.pl

REKLAMA

Safety@Festo Bezpieczeństwo w automatyce

Festo Sp. z o.o.

Janki k/Warszawy ul. Mszczonowska 7 05-090 Raszyn Contact Center tel. +48 22 711 41 00 fax +48 22 711 41 02 festo_poland@festo.com www.festo.pl Pomiary Automatyka Robotyka nr 7–8/2013 37

Temat numeru NAPĘDY I ZASILANIE

Napędy PowerFlex 4M Firma Elmark Automatyka oferuje napędy PowerFlex 4M w nowych, atrakcyjnych cenach.

Napędy tej klasy to przede wszystkim ekonomiczne sterowanie silnikami maszyn.

Mocowanie na szynie DIN, łatwość programowania i prowadzenie kabli na wtyk sprawiają, iż przetwornica ta może być stosowana w konfiguracji standardowej, zarówno w miejsce dotychczasowych, jak i w nowych aplikacjach. W obu tych przypadkach PowerFlex 4M okazuje się idealnym rozwiązaniem do sterowania silnikami z regulowaną częstotliwością.

Klienci używający tej przetwornicy szczególnie doceniają lepszą wydajność i ochronę silników.

PowerFlex 4M występuje w trzech rozmiarach ramy: A (174´72´136 mm), B (174´100´136 mm) oraz C 260´130´180 mm). W ramach A i B możemy w prosty sposób montować przetwornice na zatrzask na szynie DIN, co w porównaniu z tradycyjnym montażem przy użyciu śrub jest znacznie szybsze. We wszystkich ramach wykorzystano właściwość Zero-Stacking, która pozwala wyeliminować puste miejsca między przetwornicami dzięki montażowi bezpośrednio obok siebie. Dla napięcia 240 V jednofazowego mamy zakres REKLAMA

mocy od 0,25 kW do 2,2 kW, natomiast dla trójfazowego zasilania PowerFlex 4M może być stosowany dla mocy z zakresu od 0,25 kW do 11 kW. W napędzie wykorzystywane jest sterowanie V/Hz. Do dyspozycji mamy dwa wejścia cyfrowe, trzy wyjścia przekaźnikowe i dwa wejścia analogowe (4–20 mA i 0–10 V). Oprócz sterowania przetwornicą standardowo z klawiatury możemy wybrać sterowanie dwuprzewodowe lub trójprzewodowe oraz oczywiście sterowanie po sieci z wykorzystaniem portu komunikacyjnego. Mimo małych wymiarów w PowerFlex 4M można znaleźć filtr przeciwzakłóceniowy EMC i klawiaturę do programowania z potencjometrem. Opcjonalnie jest możliwe podłączenie zewnętrznego rezystora hamowania (5-proc. cykl obciążenia). Wbudowany interfejs RS-485 umożliwia połączenie typu Multi Drive do czterech dodatkowych napędów PowerFlex 4M. W efekcie, używając przykładowo jednego modułu ethernetowego i stosując połączenie Multi Drive, w sieci Ethernet/IP będzie widocznych do pięciu napędów. To ciekawe i ekonomiczne rozwiązanie sprawdzi się w przypadku konieczności rozbudowy aplikacji o kolejne napędy. W celu ułatwienia udostępniania informacji i konfiguracji w PowerFlex 4M zastosowano, oprócz wewnętrznej sieci RS-485, która pozwala inżynierom na wielogałęziowe konfigurowanie sieci, również szeregowy moduł konwertera. Dzięki niemu można podłączyć przetwornicę do każdego sterownika używającego protokołu DF1. Dodatkowe możliwości programowania i łatwe sterowanie zapewniają: popularna funkcja CopyCat, zdalny panel z wyświetlaczem LCD o stopniu ochrony IP66 (NEMA/UL typ 4X) i panel typu handheld z wyświetlaczem LCD o stopniu ochrony IP20 (NEMA/UL typ 1). Użytkownik może w łatwy sposób programować, monitorować oraz sterować przetwornicami PowerFlex 4M za pomocą oprogramowania DriveExplorer i DriveTools SP. Zalecany zakres temperatury, w jakim może bez problemu pracować PowerFlex 4M, to od –10 °C do +50 °C dla montażu przetwornic z przerwą między nimi powyżej 25 mm w poziomie. Natomiast przy montażu bez przerw między przetwornicami (Zero-Stacking) zakres ten wynosi od –10 °C do +40 °C. Napędy PowerFlex 4M są zaprojektowane zgodnie ze standardami UL, IEC, CE, VDE i C-Tick. Dla doświadczonych użytkowników przetwornic PowerFlex 4M jest wydajnym, zajmującym niewiele miejsca i łatwym w obsłudze urządzeniem do sterowania U/f. Prosta instalacja i konfiguracja oraz, co najważniejsze, bardzo atrakcyjna cena z pewnością przyczynią się do jeszcze większej popularności PowerFlex 4M. W bardzo dobrych cenach oferujemy także napędy PowerFlex 400.

Zapraszamy do kontaktu.

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

38

Promocja

RSD – seria przetwornic DC/DC do zastosowań w kolejnictwie Mean Well to światowy lider w produkcji urządzeń zasilających. Obecnie firma wkracza na rynek kolejowy oferując przetwornice serii RSD, które spełniają

Fot. Elmark Automatyka

wymagania normy kolejowej EN 50155.

Bazując na ponad 30-letnim doświadczeniu Mean Well dostarcza niezawodne produkty, wyróżniające się jakością oraz bardzo dobrymi parametrami. W bogatej ofercie występują m.in. zasilacze AC/DC, przetwornice DC/DC, inwertory DC/AC, ładowarki akumulatorów do zastosowań w automatyce, elektronice, telekomunikacji oraz systemach alarmowych i kontroli dostępu. W poszukiwaniu nowych rozwiązań Mean Well postanowił wkroczyć na rynek kolejowy. Nowością w ofercie producenta są przetwornice serii RSD, które spełniają wymagania normy kolejowej EN 50155. Dotychczas pojawiły się modele o mocy 100 W, 150 W, 200 W i 300 W, a docelowo w serii mają znaleźć się modele o mocy 25 W i 50 W. Urządzenia mają szeroki zakres napięcia wejściowego 14,4…33,6 V, 28,8…67,2 V, 57,6…154 V (oraz 21,6…50,4 V i 43,2…100,8 V w modelu RSD-300), co pozwala na podłączanie do źródeł zasilania, w których występują wahania napięcia. Na wyjściu dostępne jest napięcie 5 V, 12 V, 24 V lub 48 V. W porównaniu do standardowych przetwornic DC/DC, modele RSD mają zwiększoną izolację między wejściem i wyjściem, aż do 4000 V DC. Odporność na wibracje do 5 g umożliwia stosowanie ich w trudnych warunkach, gdzie często wstępują wstrząsy lub drgania. Do budowy przetwornicy wykorzystano kondensatory o długiej żywotności i wytrzymałości do 105 °C, co znacznie wydłuża czas bezawaryjnej i stabilnej pracy. Standardowo modele RSD wyposażone są w zabezpieczenia przeciwzwarciowe, przeciążeniowe, termiczne (brak w RSD-100), przed odwrotną polaryzacją na wejściu oraz ograniczenie stałoprądowe na wyjściu. Wszystkie urządzenia wyróżniają się niskim profilem <40 mm oraz wąską podłużną obudową, przez co produkt zajmuje mało miejsca i umożliwia zabudowanie wewnątrz gotowego urządzenia (np. poprzez przykręcenie do powierzchni płaskiej).

Przetwornice charakteryzują się wysoką sprawnością, aż do 92 %, przy jednoczesnym niskim poziomie tętnień i szumów (poniżej 150 mV). Elementy elektroniczne urządzeń pokryte są specjalną warstwą ochronną, która zabezpiecza je przed wilgocią, kurzem oraz wstrząsami. Takie rozwiązanie umożliwia Promocja

także lepsze rozpraszanie ciepła, dzięki czemu urządzenia mogą pracować w temperaturze od –40 °C do +70 °C przy otwartym obiegu powietrza. Modele serii RSD spełniają wymagania norm IEC 60950-1 i EN 55022, a także są zgodne ze standardami kolejowymi EN 50155, IEC 60571, IEC 61373, EN 50121-3-2. Przetwornice przeznaczone są do stosowania w pociągach, metrze, tramwajach oraz aplikacjach ze źródłem napięcia stałego. Urządzenia posiadają niezbędne certyfikaty oraz objęte są trzyletnią gwarancją.

Produkty firmy Mean Well znane z niezawodności, jakości wykonania i długiej bezawaryjnej pracy, z pewnością znajdą zastosowanie nie tylko w aplikacjach kolejowych, ale również w instalacjach przemysłowych, gdzie występują trudne warunki środowiskowe.

Więcej informacji oraz możliwość zamówienia bezpłatnego katalogu pełnej oferty firmy Mean Well na stronie: www.meanwell.elmark.com.pl.

Wojciech Gościniak ELMARK Automatyka Sp. z o.o.

REKLAMA

Pomiary Automatyka Robotyka nr 7–8/2013

39

Temat numeru NAPĘDY I ZASILANIE

Przekładnie hipoidalne THF i THFB W odpowiedzi na potrzeby rynku maszynowego oferta firmy HF Inverter Polska została poszerzona o przekładnie hipoidalne THF oraz THFB o lepszych parametrach technicznych, pozwalające uzyskać

Producenci maszyn poszukiwali alternatywy dla przekładni ślimakowej, która mimo wielu korzystnych cech technicznych ma jedną istotną wadę – niską sprawność. Dodatkowo oczekiwali oni produktu, który będzie miał wszystkie zalety techniczne przekładni ślimakowej przy zachowaniu istotnych wymiarów montażowych przekładni ślimakowych (wznos wału, średnica wału, rozstawy śrub montażowych), a ponadto stosunek ceny do przenoszonej mocy z wału czynnego na bierny będzie korzystny.

Firma HF Inverter Polska podjęła to wyzwanie, poszerzając swoją ofertę produktową o przekładnie hipoidalne serii THF i THFB. Przekładnie hipoidalne to rodzina rozwiązań o osiach nierównoległych, do której należą przekładnie: • stożkowe – przesunięcie a = 0, • hipoidalne – przesunięcie a ≤ 0,5 R, • spiroidalne – przesunięcie a > 0,5 R, • śrubowe (ślimakowe) – przesunięcie a = R, gdzie R – średnia długość tworzącej stożka podziałowego koła.

Zaprezentowany podział przekładni zależy od przesunięcia osi zębnika względem osi koła talerzowego (rys. 1).

Przesunięcie to nazywane jest przesunięciem hipoidalnym.

Poszukując kompromisu między funkcjonalnością i wysoką sprawnością przekładni stożkowej a prostą budową i dobrą relacją ceny do mocy przenoszonej z wału czynnego na bierny, wzięto pod uwagę dwie konstrukcje – przekładnie spiroidalne i przekładnie hipoidalne.

Wybór HF Inverter Polska to przekładnie hipoidalne, nie tylko ze względu na

40

Promocja

poprawę efektywności energetycznej.

funkcjonalność, sprawność, prostą budowę i cenę, ale także dostępne technologie produkcji – amerykańską technologię Gleasona i niemiecką technologię Klingelnberga. Obie są z powodzeniem stosowane w przemyśle samochodowym, w którym najpopularniejsze są obecnie przekładnie hipoidalne w przekładni różnicowej (dyferencjał) (fot. 1).

Największym problemem, nad którym najdłużej pracowano, było pogodzenie cech technicznych z funkcjonalnością, rozumianą jako łatwa zamiana przekładni ślimakowej na przekładnię hipoidalną, bez kosztownych przeróbek mechanicznych. Udało się to uzyskać i obecnie użytkownik przekładni ślimakowej może bez zmian konstrukcyjnych łatwo wymienić przekładnię ślimakową na przekładnię hipoidalną.

Dlaczego warto wymienić przekładnię ślimakową na przekładnię hipoidalną THF firmy HF Inverter? Odpowiedź na to pytanie dotyczy trzech aspektów: • cechy techniczne przekładni hipoidalnych THF,

Rys. 1. Przesunięcie hipoidalne w przekładniach o osiach nierównoległych

• cechy funkcjonalne przekładni hipoidalnych THF, • znacząca poprawa efektywności energetycznej układu napędowego.

Najważniejsze cechy techniczne przekładni hipoidalnych THF: • większa obciążalność w porównaniu z przekładnią stożkową o takich samych wymiarach, dzięki wydłużeniu czynnej długości zęba (przesunięcie hipoidalne), • większy moment wyjściowy niż w przekładniach ślimakowych o takich samych wymiarach gabarytowych, • wysoka cichobieżność w porównaniu z innymi przekładniami o tych samych przełożeniach (dzięki zębom łukowo-skośnym), • równomierność przekazywania momentu obrotowego (wydłużenie czynnej długości zębów), • wysoka sprawność w stosunku do innych przekładni o tych samych przełożeniach (sprawność 94 % dla przekładni dwustopniowych i 92 % dla przekładni trójstopniowych), • szeroki zakres dostępnych przełożeń dla jednej wielkości mechanicznej przekładni (od i = 7,5 do i = 300), • korzystne warunki smarowania łożysk, zębnika wynikające z przesunięcia hipoidalnego, • moment wyjściowy do 500 Nm, • korzystny stosunek gabarytów przekładni do przenoszonej mocy.

Materiały zastosowane w budowie przekładni hipoidalnych THF: • Koła zębate są wykonane ze stali konstrukcyjnej stopowej chromowomanganowej z dodatkiem tytanu – 20CrMnTiH1. Ta stal sprawdza się

Fot. Wikipedia, HF Inverter

Fot. 1. Dyferencjał

Fot. Wikipedia, HF Inverter

w częściach maszyn silnie obciążonych i narażonych na siły udarowe.

W cyklu produkcyjnym koła zębate zostały poddane precyzyjnemu szlifowaniu, aby uzyskać nie tylko idealną powierzchnię styku zębów, ale także aby zachować równomierną warstwę nawęgloną o grubości od 0,3 mm do 0,5 mm. Dzięki temu zwiększono odporność na ścieranie kół zębatych oraz uzyskano twardość w zakresie od 56 HRC do 62 HRC (twardość Rockwella).

• Obudowy przekładni wykonano z odlewu aluminiowego wysokiej jakości i dodatkowo pokryto je powłoką lakierniczą w kolorze RAL9022 (jasnoszara perła).

• Łożyska renomowanych firm, cechujące się bardzo dużą nośnością w stosunku do innych łożysk o podobnych wymiarach, wpływają znacząco na dłuższą żywotność i poprawną pracę przekładni.

• Uszczelnienia wykonane z materiałów wysokiej jakości, takich jak NBR (kauczuk butadienowo-akrylowy) charakteryzujący się wysoką odpornością termiczną, odpornością na działanie olejów oraz wysoką wytrzymałością na zerwanie.

Cechy funkcjonalne przekładni hipoidalnej THF: • wymiary montażowe są identyczne jak w przypadku przekładni ślimakowych dostępnych na rynku, • pasują takie same akcesoria montażowe (wałki zdawcze, kołnierze wyjściowe, ramiona reakcyjne) jak do przekładni ślimakowych dostępnych na rynku, • mają wyższą sprawność niż przekładnia ślimakowa o takim samym przełożeniu,

Fot. 3. Przekrój przekładni hipoidalnej THF dwustopniowej (dla przełożeń od i = 7,5 do i = 60)

Fot. 2. Cechy obudowy przekładni hipoidalnej THF

• uzyskuje się większy moment wyjściowy na wale biernym niż w przekładni ślimakowej o takim samym przełożeniu, • dużo większa żywotność kół zębatych zastosowanych w przekładni hipoidalnej niż ślimak i ślimacznica zastosowane w przekładni ślimakowej, • wyższa cichobieżność przekładni hipoidalnej niż przekładni ślimakowej, • wyższe przełożenie (i > 100, max. i = 300) bez konieczności łączenia dwóch przekładni lub stosowania dodatkowego stopnia walcowego, tak jak w przypadku przekładni ślimakowej,

Fot. 4. Przekrój przekładni hipoidalnej trzystopniowej (dla przełożeń od i = 50 do i = 300)

• przekładnia hipoidalna, dzięki korzystnym warunkom smarowania podczas pracy, nie nagrzewa się w takim stopniu, jak przekładnia ślimakowa o takim samym przełożeniu.

Zamieniając nieefektywne przekładnie ślimakowe na przekładnie hipoidalne THF, klient uzyskuje poprawę efektywności energetycznej, a także lepsze parametry techniczne.

Pozwala to obniżyć roczne koszty eksploatacji, i to bez dodatkowej pracy związanej z przeróbkami mechanicznymi. Dodatkowo producenci maszyn mogą zmniejszyć koszty stosując silnik o mniejszej mocy niż dotychczas stosowany z przekładnią ślimakową.

Optymalizacja procesów przemysłowych na wielu płaszczyznach znacząco wpływa na poprawę efektywności wykorzystania energii elektrycznej, a tym samym, w perspektywie czasu, na poprawę wyników ekonomicznych przedsiębiorstwa. Specjaliści pracujący w firmie HF Inverter Polska, dzięki swojemu wieloletniemu doświadczeniu, mogą optymalnie dobrać układ napędowy bezawaryjnie pracujący w warunkach procesu technologicznego w dowolnej branży.

Mariusz Snowacki HF INVERTER POLSKA

Pomiary Automatyka Robotyka nr 7–8/2013

41

Aplikacje PRZEMYSŁ KOLEJOWY

Spółka PKP Polskie Linie Kolejowe realizuje w Polsce wdrożenie systemu ERTMS, który obejmuje zunifikowaną europejską kolejową łączność radiową GSM-R oraz system bezpiecznej kontroli jazdy pociągu ETCS.

42

ERTMS, czyli Europejski System Zarządzania Ruchem Kolejowym, jest kompatybilny w różnych krajach Europy i zapewnia interoperacyjność transportu kolejowego. Oznacza to, że pociągi mogą poruszać się swobodnie w sieciach kolejowych poszczególnych państw bez konieczności zatrzymywania się na granicach oraz wymiany lokomotyw lub maszynistów. Inwestycja PKP PLK, współfinansowana ze środków Unii Europejskiej, jest istotnym krokiem w realizacji europejskiej polityki likwidacji barier w transporcie. Nie tylko w zakresie barier technicznych w sieciach kolejowych wewnątrz granic UE, ale i w wymiarze budowania wspólnego rynku produktów i usług na rzecz kolei. Zastosowane technologie gwarantują komfort podróżowania i większe bezpieczeństwo prowadzenia ruchu kolejowego.

System GSM-R to cyfrowa łączność radiowa służąca zarówno zapewnieniu łączności głosowej, głównie między dyspozytorami ruchu i maszynistami, jak i cyfrowej transmisji danych

niezbędnych do funkcjonowania różnych systemów informatycznych obsługujących systemy kolejowe. System ETCS zapewnia wysoki poziom bezpieczeństwa przez przekazywanie do kabiny maszynisty informacji z urządzeń instalowanych na liniach kolejowych.

Trwają przygotowania do testów obu systemów na linii kolejowej E 30.

Na odcinku z Legnicy do Bielawy Dolnej zamontowano eurobalisy będące wyposażeniem ETCS oraz maszty radiokomunikacyjne sytemu GSM-R. Następnym etapem będą testy sprawdzające prawidłowe funkcjonowanie zamontowanych urządzeń. Pierwsze weryfikacje będą przeprowadzone na pilotażowym odcinku Okmiany – Bolesławiec – Zebrzydowa.

System ERTMS zapewnia wysoki poziom bezpieczeństwa poprzez przekazywanie do kabiny maszynisty informacji z urządzeń instalowanych na liniach kolejowych. Za pomocą urządzeń ETCS i GSM-R maszynista lepiej kontroluje prowadzenie pociągu, ponieważ całą

Fot. PKP Polskie Linie Kolejowe

System ERTMS na polskich torach

ETCS poziom 1

ETCS poziom 2

Pulpit maszynisty DMI (ang. Driver-Machine Interface)

Fot. PKP Polskie Linie Kolejowe

Kolejowe połączenie alarmowe (REC)

sytuację ruchową ma wyświetloną na monitorze w kabinie pojazdu. Ponadto system podaje mu wiele istotnych informacji, m.in. dotyczących maksymalnej dopuszczalnej prędkości na danym odcinku czy zajętości toru przez inne składy. Dzięki temu może odpowiednio reagować i dostosować jazdę pociągu do panujących warunków.

System sterowania pociągiem ETCS może występować w trzech różnych poziomach zastosowań. Na odcinku linii kolejowej z Legnicy do Bielawy Dolnej będzie działał ETCS poziomu 2. Jest to system scentralizowany, oparty na podstawowej jednostce, jaką jest centrum sterowania radiowego RBC. Centrum otrzymuje informacje ruchowe z podlegającego mu obszaru (od kilkunastu do kilkudziesięciu kilometrów), które następnie są analizowane i na podstawie uzyskanych danych RBC przekazuje informacje do pojazdów będących pod jego nadzorem. Informacje te przesyłane są drogą radiową z wykorzystaniem systemu GSM-R i dotyczą głównie

zezwolenia na jazdę i dozwolonej prędkości. Przy takiej konfiguracji systemu ETCS nie jest wymagane stosowanie sygnalizatorów przytorowych – ich użycie jest opcjonalne.

Wdrożenie systemu ERTMS spółka PKP Polskie Linie Kolejowe realizuje w ramach projektu „Modernizacja Linii Kolejowej E 30, etap II. Pilotażowe wdrożenie ERTMS/ETCS i ERTMS/GSM-R

w Polsce na odcinku Legnica – Węgliniec – Bielawa Dolna. POIiŚ 7.1-15.1”, współfinansowanego przez Unię Europejską ze środków Funduszu Spójności w ramach Programu Operacyjnego Infrastruktura i Środowisko. Inwestycja zakończy się w czwartym kwartale 2014 r.

Mat. pras. PKP Polskie Linie Kolejowe

Architektura systemu GSM-R

Pomiary Automatyka Robotyka nr 7–8/2013

43

Aplikacje ENERGETYKA

MHz

44

archiwizacja Aplikacje

Digitalizacja zbiorów Biblioteki Watykańskiej W pierwszej fazie projektu w infrastrukturę IT Rittal wyposażono dwie z czterech stref

Rittal opracuje centrum danych do przechowywania w zdigitalizowanej postaci 80 tys. manuskryptów oraz blisko 9 tys. inkunabułów Biblioteki Watykańskiej, zawierającej największy na świecie

Fot. Rittal

zbiór antycznych, ręcznie pisanych tekstów.

Historia Biblioteki Watykańskiej sięga XV w.

W trakcie zaplanowanego na dziewięć lat projektu zostanie zeskanowanych 40 mln stron tekstów. Podstawą elektronicznej biblioteki jest infrastruktura IT firmy Rittal. Przy wyborze data center dużą rolę odegrała efektywność energetyczna oraz

maksymalna elastyczność. W każdej chwili musi być możliwa dalsza rozbudowa systemu w przypadku większego zapotrzebowania na archiwizację.

Niezawodność zapewnia zasilanie bezprzerwowe, zabezpieczające wszystkie cztery strefy data center. Wysokie bezpieczeństwo zarchiwizowanych danych zapewniają również systemy bezpieczeństwa, monitoringu oraz kontroli dostępu.

System monitorowania Rittal CMC III (Computer Multi Control) pozwala na bezzakłóceniową pracę centrum danych, natychmiast informując np. o nagłym wzroście temperatury w szafie serwerowej.

Mat. pras. RITTAL

REKLAMA

Pomiary Automatyka Robotyka nr 7–8/2013

45

Rozmowa PAR

Wywiad z Michałem Ochmańskim, kierownikiem Działu Handlowego Comau Poland.

46

Państwa firma oferuje na polskim rynku roboty, zrobotyzowane stanowiska, gniazda i linie produkcyjne. Kto jest ich głównym odbiorcą i w jakich obszarach przemysłu w największym stopniu znajdują one zastosowanie?

Historia powstania robotów przemysłowych, w tym również robotów Comau, jest ściśle związana z przemysłem automotive. Przypomnijmy, że pierwszy robot Comau powstał w 1978 roku, właśnie jako robot zgrzewający karoserie samochodowe. Nie inaczej jest obecnie – największym odbiorcą robotów przemysłowych jest, i z pewnością pozostanie, przemysł samochodowy. Ma to związek z wielkoseryjnością produkcji, a także wymaganiami dotyczącymi jakości wykonania i jej powtarzalności w kolejnych częściach, a tym samym w produkcie końcowym – samochodzie, który podlega wnikliwej ocenie jakościowej klientów, a więc nas wszystkich.

Fot. Comau

Robotyka w Polsce: duży potencjał i duży problem

Fot. Comau

Najwięcej robotów Comau jest instalowanych w aplikacjach zgrzewania punktowego karoserii samochodowych i obsłudze pras właśnie w przemyśle samochodowym. Ostatnio, szczególnie w Polsce, zauważamy jednak zwiększone zainteresowanie klientów sektora general industry, z branży metalowej, ale także drzewnej i FMCG. Dla przykładu wiele robotów Comau zostało ostatnio sprzedanych do obsługi maszyn CNC produkujących płyty meblowe w przemyśle meblarskim.

Sprzedaliśmy również dużo robotów przeznaczonych do spawania metalowych elementów meblowych, kontenerów, pieców centralnego ogrzewania. Dostarczyliśmy również roboty do pakowania i paletyzacji. Zainteresowanie ze strony przemysłu general industry z pewnością będzie się zwiększało w miarę podążania za rosnącymi wymaganiami jakościowymi i wzrostem wynagrodzeń pracowników produkcji.

Co decyduje o wyborze w przypadku polskich odbiorców: cena, marka, warunki techniczne robota, kompleksowa oferta dostawcy, a może coś innego?

Które z wymienionych kryteriów wyboru jest/są najważniejsze? Czego przede wszystkim oczekują klienci?

Trudno jednoznacznie odpowiedzieć na to pytanie. Wszystko zależy od tego, o jakim kliencie mówimy. Przykładowo, jeśli oferta dotyczy klienta z segmentu automotive, TIER1 – poddostawcy produkującego części, który ma zainstalowaną bazę kilkunastu czy kilkuset robotów danej marki – oczywistym jest fakt, że marka robota jest z góry określona.

Będzie identyczna jak tych już zainstalowanych, co wynika z konieczności unifikacji części zamiennych i kompetencji pracowników odpowiedzialnych za programowanie.

Jeśli jednak oferta dotyczy klienta segmentu general industry, który nie ma zainstalowanych w zakładzie robotów określonej marki, wciąż głównym kryterium wyboru pozostaje cena robota lub rozwiązania technicznego. Niestety, jak pokazuje praktyka rynkowa, często niska cena jest okupiona koniecznością wyłączenia z oferty wielu potrzebnych

opcji dodatkowych, na przykład układów czyszczenia czy korekcji palnika spawalniczego, a nierzadko nawet… ogrodzeń i układów bezpieczeństwa, które klient chce wykonać sam, by maksymalnie zredukować koszty. W takich przypadkach, niestety, instalacja często działa nie najlepiej lub nie działa – i nie ma tu znaczenia marka robota.

Po prostu brak jest istotnych komponentów stanowiska.

działać. Jeśli mimo to klient żąda takiej oferty – odstępujemy od ofertowania. Na rynku jednak znajdą się tacy, którzy mimo wszystko taką aplikację, z istotnymi brakami związanymi z ceną, sprzedadzą. Często konsekwencją są potem obiegowe opinie, że ten czy inny producent robotów oferuje zły jakościowo produkt, który „nie działa”. Prawda jest jednak taka, że poziom techniczny robotów znanych producentów jest wy-

W ostatnich latach obserwujemy w Polsce szalony wyścig integratorów i producentów w obniżaniu cen robotów.

Doszły one już do takiego poziomu, że aby zaoferować jeszcze taniej, trzeba zaoferować także „gorzej”.

Należy także jasno powiedzieć, że sam robot to urządzenie zupełnie niefunkcjonalne. Bez osprzętu przeznaczonego do aplikacji nie może nic. Podobnie jak człowiek gołymi rękami, bez narzędzi i urządzeń, nie może wykonać spawania, przenoszenia czy nakładania kleju, tak i robot nie jest w stanie tego zrobić. Można więc powiedzieć, że to, czy finalnie aplikacja będzie działać prawidłowo, zależy od kompetencji i wiedzy integratora – firmy, która wdraża rozwiązanie, doboru osprzętu dodatkowego i interfejsów oraz oprogramowania robota. Niestety w ostatnich latach obserwujemy w Polsce wśród integratorów i producentów szalony wyścig w obniżaniu cen. W mojej opinii doszły one już do takiego poziomu, że aby zaoferować jeszcze taniej, trzeba zaoferować także „gorzej”, czyli bez istotnych opcji. Firma Comau stara się zawsze przekazywać klientowi jasne informacje, na przykład o tym, że bez określonej opcji aplikacja nie będzie

soki, a za złe działanie odpowiada źle wykonana aplikacja, z istotnymi brakami spowodowanymi zbyt niską ceną.

Jak postrzega Pan rolę Comau na rynku polskim i europejskim w najbliższych latach?

Comau w Polsce jest firmą, która ma największą zainstalowaną bazę robotów, jak również szerokie kompetencje w zgrzewaniu, spawaniu łukowym, a w szczególności w obsłudze pras.

Nasze plany na najbliższe lata to ekspansja działającego w Comau Poland Centrum Automatyzacji Pras na Europę, ale także Chiny i Stany Zjednoczone w zakresie aplikacji do obsługi pras wykonywanych przez naszych specjalistów z Comau Poland.

W dziedzinie tradycyjnych aplikacji zrobotyzowanych – spawania, klejenia, przenoszenia, paletyzacji czy obsługi maszyn – naszą rolą jest przede wszystkim wsparcie integratorów. Misja Comau jest zupełnie odmienna od

Pomiary Automatyka Robotyka nr 7–8/2013

47

Rozmowa PAR

36, zaś w Niemczech – 240. Rocznie w Polsce sprzedawanych jest około 700 robotów, tymczasem w Czechach – ponad 1600. Mogłoby się wydawać, że niebawem Polska będzie przeżywać boom na roboty. Niestety, relatywnie wysoki poziom bezrobocia i niskie stawki wynagrodzenia pracowników fizycznych powodują, że czas zwrotu kosztów inwestycji jest na tyle długi, a osób chętnych do trudnej i nużącej pracy tak wiele, iż robotów sprzedaje się wciąż za mało.

Istotnym bodźcem do rozwoju rynku robotyki w Polsce byłaby inwestycja w nową fabrykę samochodów. Jednak

Istotnym bodźcem do rozwoju rynku robotyki w Polsce byłaby inwestycja w nową fabrykę samochodów.

Tak więc oferta Comau to pakiet i w takiej roli – producenta doskonałych robotów oferowanych na życzenie w pakiecie z chwytakiem czy przyrządem spawalniczym – widzimy naszą firmę.

Oczywiście rolą integratora jest instalacja, programowanie i wdrożenie naszego pakietu, a także uzupełnienie go o opcje dodatkowe (układy bezpieczeństwa, transportery, ogrodzenia itp.).

Jaki jest potencjał Polski na tle innych krajów europejskich, zwłaszcza Europy Środkowo-Wschodniej, w branży robotyki przemysłowej i co jest największą bolączką naszego kraju w tej dziedzinie?

Polska ma zarówno duży potencjał, jak i duży problem z inwestycjami w robotykę. Świadczą o tym cyfry. Liczba robotów przypadających na 10 tysięcy pracowników w przemyśle produkcyjnym w Polsce to 12, podczas gdy ten sam wskaźnik w Czechach wynosi ponad

48

nie tak dawno Polska przegrała z Węgrami wyścig o budowę fabryki Mercedesa, a Magna zrezygnowała z zakupu FSO i uruchomienia produkcji samochodów na Żeraniu. W obecnych czasach w pogrążonym w kryzysie przemyśle automotive nie widać podobnych inwestycji, dlatego trudno spodziewać się znaczącego wzrostu sprzedaży robotów w Polsce.

W jakim kierunku będzie postępował rozwój robotyki przemysłowej i w jakich sektorach gospodarki będzie on szczególnie widoczny w najbliższych latach? Część uczestników rynku wśród przewidywanych trendów wymienia między innymi intensywny rozwój biomechatroniki w zakresie robotów bionicznych i chwytaków.

Jestem realistą i nie wierzę w bajki.

W mojej opinii nie może być mowy o pomysłach rodem z science fiction, szczególnie w branży profesjonalnej robotyki przemysłowej. Roboty humanoidalne, manipulatory z dwiema rękami,

roboty bioniczne zostawmy branży filmowej, fantastom lub pasjonatom robotyki budującym zabawki.

W branży przemysłowej możemy mówić o coraz bardziej zintegrowanych rozwiązaniach, w szczególności o coraz intensywniejszym rozwoju kontrolerów robotów w zakresie funkcjonalności samego softwaru robota (możliwości programowania sztywności, stref robota itp.), o rozwoju układów zabezpieczeń, zwłaszcza pod względem możliwości pracy człowieka i robota w tej samej strefie bezpieczeństwa, oraz o rozwoju układów dodatkowych oraz układów wizyjnych zintegrowanych z kontrolerem robota i wbudowanymi modułami do łączności serwisowej (serwis na odległość).

Mechaniczne roboty muszą stawać się też lżejsze i szybsze. Mając to na uwadze, wprowadzamy w Comau elementy z włókien szklanych. Ponad dwukrotnie zredukowaliśmy też masę robotów w porównaniu z poprzednimi generacjami, dzięki czemu nasze roboty mogą być szybsze, tańsze i zużywać mniej energii. Umożliwiają także montaż w pozycji pochylonej czy odwróconej, co jeszcze do niedawna było niemożliwe.

W maju odbyły się pierwsze Dni Otwarte Robotyki i Automatyki Comau Poland. Uczestnicy mogli zapoznać się z najnowszymi technologiami z zakresu automatyki i robotyki zarówno od strony praktycznej, jak i teoretycznej. Jak ocenia Pan to wydarzenie i czy planujecie Państwo jego cykliczne powtarzanie?

Zdecydowanie tak. To była bardzo udana impreza, ciesząca się wielkim zainteresowaniem klientów. Zebraliśmy także bardzo pochlebne opinie uczestników i prasy. Udało nam się sprzedać kilka robotów klientom uczestniczących w spotkaniu. Zapraszamy wszystkich w 2014 roku, również w maju.

Czy coraz chętniej organizowane przez dostawców i producentów działających w branży automatyki i robotyki dni otwarte – takie jak Państwa majowa impreza – są dziś marketingową

Fot. Comau

misji naszych konkurentów rynkowych z branży producentów robotyki.

Nie chcemy ani w 100 procentach stawiać na własną integrację robotów, ani sprzedawać wyłącznie tak zwanego gołego robota. Chcemy natomiast oferować integratorom nasze roboty przemysłowe z naszą wiedzą, wsparciem, pomocą w projekcie, symulacją, szkoleniem, a przede wszystkim z możliwością wykonania części mechaniki przez nas. Przykładowo: robot paletyzujący i chwytak gotowy dla danego produktu, robot spawalniczy i przyrząd do spawania określonego detalu.

Fot. Comau

koniecznością, czy tylko wartością dodaną w kreowaniu wizerunku firmy?

Dni otwarte służą oczywiście między innymi poprawie wizerunku firmy. Jednak dziś jest to zdecydowanie konieczność. Dlaczego? Otóż w ostatnim czasie w Polsce organizowanych jest tak wiele imprez targowych, że cierpią na tym zarówno producenci-wystawcy, jak i klienci.

Można łatwo obliczyć, że koszt jednorazowego udziału w targach to około 100 tysięcy złotych. Jeśli producent robotów działa tak jak nasza firma – w spawaniu, automatyce ogólnej, pakowaniu i paletyzacji, przemyśle drzewnym – to w Polsce, w ciągu roku, jedynie uczestnicząc w targach w różnych miastach, wydałby znacznie więcej niż milion złotych! Z tego względu bierzemy udział tylko w targach Automaticon, a na inne imprezy wybieramy się z partnerami – integratorami systemów. Również klienci przy takiej mnogości wydarzeń targowych, z jaką mamy obecnie do czynienia w Polsce, nie wiedzą, gdzie warto się wybrać.

W konsekwencji targi zaczynają mieć bardzo lokalny charakter.

Dni otwarte natomiast pozwalają spokojnie porozmawiać i spędzić trochę czasu z klientami. Dla obu stron są to istotne korzyści: klienci mogą spotkać się ze specjalistami z Comau i zadać nawet najtrudniejsze pytania, my zaś mamy możliwość zaprosić grupę zainteresowanych klientów z danego sektora. Ponadto, organizując dni otwarte w kilku miejscach Polski, jesteśmy w stanie dotrzeć do większej liczby zainteresowanych.

Coraz częściej pojawiają się głosy uczestników rynku sugerujące, że targi stały się przeżytkiem i stopniowo umierają. W jakim kierunku powinni iść organizatorzy, by imprezy targowe były nadal atrakcyjne dla wystawców i odwiedzających?

Moja jedyna rada to ograniczenie liczby imprez targowych. Przykładowo, organizacja targów co dwa lata, za to z tak zwanym przytupem. Najlepszym nauczycielem pod tym względem jest rynek niemiecki. Wystarczy przyjrzeć

się targom Automatica i porównać je do targów w Polsce. Diagnozę pozostawiam zainteresowanym.

Jak ocenia Pan takie inicjatywy, jak zorganizowane niedawno przez firmę Fanuc spotkanie zapraszające do dialogu na temat robotyzacji, bez udziału innych firm obecnych na tym rynku?

Sytuacja, z którą mamy tutaj do czynienia, to skandal. Oczywiście rozumiem firmę X lub Y – nie chcę odnosić się konkretnie do firmy Fanuc, nie znam bowiem sytuacji, a samą firmę szanuję. Zrozumiałym jest fakt, że firma chce wypromować swój produkt.

Skandaliczny jest jednak fakt, że pod „debatą” o konkurencyjności polskiego przemysłu podpisuje się Instytut Badań nad Gospodarką Rynkową, sama impreza jest zorganizowana na tak znakomitej uczelni jak Politechnika Warszawska, a w zaproszeniu wspomniany jest „głos przedstawicieli branży producentów robotów” – w rzeczywistości jedna firma.

Skoro mówimy o konkurencyjności polskich przedsiębiorstw, należy też pomyśleć o konkurencyjności producentów robotów. Jeśli wydarzenie mamy nazywać debatą, powinniśmy zaprosić także pozostałych producentów robotów, a więc firmy Comau, ABB, KUKA, Kawasaki, Motoman, OTC, Panasonic i inne. Tym razem zamiast „debaty” wyszedł „dialog” lub raczej „monolog” o niewątpliwej jakości marketingowej dla obecnego tam producenta robotów. Ocenę rynkową pozostawiam tam obecnym. Sam nie uczestniczyłem w wydarzeniu. O to zadbali organizatorzy „debaty”. Zapewne właśnie w tym celu, aby poprowadzić ją w przewidywalnym kierunku.

Pozostaje mieć nadzieję, że do przyszłych wydarzeń tego typu podejdziemy – jako konkurenci, a także obywatele i ludzie pracujący w przemyśle – bardziej profesjonalnie.

Rozmawiała Urszula Chojnacka

Michał Ochmański jest kierownikiem Działu Handlowego Comau Poland z wieloletnim doświadczeniem w sprzedaży robotów przemysłowych oraz aplikacji zrobotyzowanych. W trakcie kariery zawodowej odpowiadał za rozwój organizacji sprzedażowej wiodących producentów robotyki w Polsce, tworząc standardy dla aplikacji zrobotyzowanych, w szczególności do spawania łukowego, lakierowania zrobotyzowanego w strefach Ex a także aplikacji paletyzacji.

Obecnie zaangażowany w rozwój sprzedaży i marketingu robotyki Comau Robotics, producenta, który ma największą zainstalowaną bazę robotów w Polsce. Odpowiadając na potrzeby rynku a także wykorzystując doświadczenia Comau w przemyśle samochodowym (know-how w zakresie produkcji chwytaków, przyrządów spawalniczych, kompletnych cel zrobotyzowanych) przygotowuje pakiety aplikacyjne i rozwiązania zrobotyzowane dla sektora general industry, w tym do paletyzacji, spawania łukowego i obsługi maszyn.

Absolwent kierunku Automatyka i Robotyka Politechniki Śląskiej, który ukończył z wyróżnieniem otrzymując Dyplom Dziekana Wydziału Mechanicznego Technologicznego. Pasjonat robotyki, także tej amatorskiej. W wolnym czasie oddaje się swojej pasji – elektronice i programowaniu.

PAR

Pomiary Automatyka Robotyka nr 7–8/2013

49

Automatyka STEROWNIKI PLC

Programowanie sterowników PLC zgodnie z normą IEC 61131-3. Część 5 Norma IEC 61131-3 definiuje narzędzia i zasady, które umiejętnie wykorzystane mogą ułatwić pracę na każdym etapie przygotowywania programu dla sterownika PLC. Do osiągnięcia celu, oprócz wiedzy teoretycznej, konieczna jest również umiejętność ich zastosowania w praktyce.

W poprzednich częściach cyklu omówiono struktury danych, jednostki organizacyjne programu oraz pięć języków programowania, za pomocą których można zaimplementować aplikacje.

Wszystkie te elementy zostały zilustrowane licznymi przykładami ich wykorzystania. W niniejszym artykule prześledzimy na jednym, rozbudowanym przykładzie kompletny proces przygotowania i implementacji systemu sterowania z wykorzystaniem sterownika PLC.

Analiza zagadnienia Tworzenie każdego programu, nawet najprostszego, warto zacząć od analizy budowy oraz działania obiektu, a także określenia wszystkich zadań dla układu sterowania. Pozwala to uniknąć lub przynajmniej zmniejszyć liczbę błędów, popełnianych w kolejnych etapach.

W fazie analizy należy wyodrębnić wszystkie elementy funkcjonalne, które wymagają sterowania i szczegółowo opisać ich cechy oraz pożądany sposób działania. Na tym etapie niezwykle ważne jest doświadczenie lub pomoc osoby znającej analizowany proces (np. inżyniera procesu).

Surowiec jest dostarczany w postaci nawojów, które są zakładane na odwijak (ang. unwinder) – wałek napędzany silnikiem o regulowanej (np. za pomocą falownika) prędkości. Po odwinięciu surowiec przechodzi przez układ rolek, nazywany kiwaczkiem (ang. dancer), którego zadaniem jest utrzymywanie stałego naciągu (tj. stałej siły działającej na surowiec), a następnie przez stację, w której jest obrabiany (perforowany, odciskany itp.). Po obróbce w stacji surowiec jest nawijany na analogiczny jak ten służący do odwijania układ, nazywany nawijakiem (ang. rewinder). Nawijak jest poprzedzony drugim kiwaczkiem, który kompensuje naciągi powstałe podczas obróbki i zapewnia jednolity naciąg w trakcie nawijania. Linia jest wyposażona w interfejs dla operatora, umożliwiający jej załączenie (załączenie odwijaka i nawijaka), uruchomienie i zatrzymanie (uruchomienie i zatrzymanie stacji)

Przykład 1.

Wszystkie przykłady będą dotyczyły stosunkowo prostej automatycznej linii produkcyjnej, której zadaniem jest odwijanie, obróbka i ponowne nawijanie surowca (rys. 1). Na podobnej zasadzie wytwarzane są np. papierowe ręczniki kuchenne.

50

Rys. 1. Przykładowa linia produkcyjna

oraz regulację prędkości pracy (prędkość stacji w obrotach na minutę). Za pomocą interfejsu można też ustawiać początkowe średnice nawojów (odwijanego i nawijanego). Sam sposób realizacji interfejsu (przyciski lub panel dotykowy) ma znaczenie drugorzędne.

Zacznijmy od wyodrębnienia elementów funkcjonalnych, zdefiniowania ich cech oraz określenia sposobu działania, co pozwoli ustalić zadania dla układu sterowania. W przypadku rozpatrywanej linii niezależnymi elementami są: odwijak, kiwaczek odwijaka, stacja, kiwaczek nawijaka oraz nawijak.

Zakładamy, że odwijak napędzany jest silnikiem o regulowanej prędkości (maksymalnie 3000 rpm) przez przekładnię o przełożeniu równym 3. Średnica nawoju może przyjmować wartości od 10 cm do 80 cm. Wielkością sterowaną jest prędkość obrotowa zależna od dwóch czynników. Po pierwsze, prędkość liniowa surowca musi być równa prędkości liniowej stacji, po drugie powinna zapewnić utrzymanie stałego położenia kiwaczka, co zagwarantuje stałość naciągu. Na tej podstawie można przyjąć, że jeśli uchyb kiwaczka określony jest wzorem: PE = PCV – PSP gdzie: PCV – pozycja aktualna [%], PSP – pozycja zadana [%],

Tab. 1. Główne elementy linii produkcyjnej z przykładu 1 Element

Funkcja

Dane

Wielkości sterowane

Wielkości pomocnicze

odwijak

odwijanie surowca

nMAX = 3000 rpm, i = 3, D = 10...80 cm

prędkość odwijania

średnica nawoju i prędkość liniowa

kiwaczek odwijaka

utrzymywanie stałego naciągu

pozycja (za pomocą korekty prędkości odwijaka)

–

stacja

obróbka surowca

nMAX = 1500 rpm, i = 5, D = 20 cm

prędkość obrotowa

prędkość liniowa

kiwaczek nawijaka

utrzymywanie stałego naciągu

PCV = 0...100 cm, PSP = 50 cm

pozycja (za pomocą korekty prędkości nawijaka)

–

nawijak

nawijanie gotowego produktu

nMAX = 3000 rpm, i = 3, D = 10...80 cm

prędkość nawijania

średnica nawoju i prędkość liniowa

to prędkość zadana (w obrotach na minutę) dla silnika odwijaka określona jest zależnością: nSP = V / (p * D) + kS * PE / D gdzie: V – prędkość liniowa surowca [mm/min], D – średnica nawoju [mm], kS – współczynnik skalujący, PE – uchyb położenia [%].

Ze wzoru wynika, że regulacja prędkości obrotowej odwijaka wymaga znajomości aktualnej średnicy nawoju.

Jest wiele metod jej obliczania. Można podzielić je na dwie grupy: bezpośrednie oraz pośrednie. Bezpośrednie polegają na pomiarze średnicy za pomocą czujnika (np. ultradźwiękowego) i nie są tu stosowane (brak czujników). Można użyć jednej z metod pośrednich, np. wykorzystującej uchyb położenia kiwaczka. Średnica obliczana jest z zależności rekurencyjnej: D(0) = D0 D(T) = D(T – 1) + PE / kD

PCV = 0...100 cm, PSP = 50 cm

Stacja składa się z dwóch wałów napędzanych za pomocą silnika o maksymalnej prędkości 1500 rpm przez przekładnię o przełożeniu równym 5. Średnice obydwu wałów są równe 20 cm. Prędkość obrotowa stacji to jednocześnie prędkość linii i jest zadawana przez operatora. Jej regulacja odbywa się np. za pomocą falownika. Ponieważ silnik pozwala osiągnąć prędkość 1500 rpm, a przekładnia redukuje tę prędkość pięciokrotnie, to operator może zadawać prędkość linii w zakresie od 0 rpm do 300 rpm, co przy założonej średnicy wałów odpowiada prędkości liniowej w zakresie od 0 m/min do 188,5 m/min.

Kiwaczek nawijaka działa podobnie jak kiwaczek odwijaka. Sam nawijak jest zbudowany identycznie jak odwijak. Wielkością sterowaną jest również prędkość obrotowa obliczana tak, aby prędkość liniowa nawijanego produktu była równa prędkości stacji

z uwzględnieniem korekty wynikającej z uchybu położenia kiwaczka. Wymaga to również kalkulacji średnicy, która może zostać zrealizowana w taki sposób, jak przy odwijaniu.

Rys. 2. Program utworzony w sposób liniowy

Omówione elementy linii zestawiono w tab. 1. Głównymi zadaniami sterowania będą: regulacja prędkości odwijaka, nawijaka oraz stacji i pośrednio regulacja położenia obydwu kiwaczków. Dodatkowo konieczne będzie obliczanie średnicy obydwu nawojów oraz prędkości liniowej stacji.

gdzie: D0 – średnica początkowa [mm], PE – uchyb położenia [%], kD – współczynnik skalujący.

Jak wspomniano, kiwaczek odwijaka składa się z rolek, z których dwie zamontowane są na stałe, a trzecia jest ruchoma i działa ze stałą siłą (wytwarzaną np. przez silnik, siłownik lub sprężynę) na oplatający ją surowiec.

Przemieszczenie kiwaczka (tj. osi ruchomej rolki względem osi rolek nieruchomych) zawiera się w przedziale od 0 cm do 100 cm i jest wielkością sterowaną. Zadane położenie w trakcie pracy przyjmuje się jako połowę tego przedziału, czyli 50 cm.

Rys. 3. Program utworzony w sposób strukturalny

Pomiary Automatyka Robotyka nr 7–8/2013

51

Automatyka STEROWNIKI PLC

Rys. 4. Strukturyzacja programu dla linii z przykładu 1

wymaga ich żmudnego wydzielania z reszty programu.

Tych wad pozbawiony jest program utworzony w sposób strukturalny (oczywiście, jeśli zostanie to zrobione w przemyślany sposób). Programy złożone z dużej liczby linii kodu, podzielone na mniejsze bloki, łatwiej analizować i modyfikować. Bloki te mogą być testowane w sposób niezależny od reszty programu i wykorzystywane wielokrotnie (jako tzw. biblioteki), zmniejszając tym samym nakład pracy. Istotną zaletą takiego programu jest również możliwość prostego odwzorowania struktury samego procesu (podziału programu na bloki odpowiadające etapom procesu lub elementom linii produkcyjnej).

Przykład 2.

Rys. 5. Model stanów dla linii produkcyjnej z przykładu 2

Strukturyzacja danych i programu W przypadku programów tworzonych zgodnie z wymaganiem normy IEC 61131-3 można mówić o dwóch rodzajach strukturyzacji – programu i danych. Elementy modelu oprogramowania, które umożliwiają strukturyzację, zostały omówione na początku cyklu, teraz skupimy się na ich praktycznym wykorzystaniu.

Wiele prostych sterowników umożliwia tworzenie tylko jednej jednostki organizacyjnej – programu głównego.

W takim wypadku program pisany jest w sposób liniowy. Programować w ten sposób można również w przypadku środowisk zgodnych z wymaganiem normy IEC 61131-3 (rys. 2). W pojedynczym zasobie znajduje się pojedyncze zadanie, z którym powiązany jest tylko jeden program. Równie prosty jest przebieg sterowania. ZADANIE 1 wykonywane jest cyklicznie lub po wystąpieniu określonego zdarzenia,

52

zaś z jego poziomu wywoływany jest PROGRAM 1 i wykonywany jego kod.

Zupełnie inaczej realizowane jest oprogramowanie metodą strukturalną (rys. 3). W zasobie znajduje się kilka zadań. Każde z nich może wywoływać jeden lub kilka programów. Programy wykorzystują inne POU, a te wywołują kolejne. Powstaje złożona, niekiedy wielopoziomowa struktura, dla której przebieg sterowania jest dość skomplikowany.

Może się wydawać, że program wykonywany linearnie jest prosty w analizie, ponieważ całość kodu zgromadzona jest w jednym miejscu i nie ma potrzeby przeszukiwania wielu POU, aby znaleźć konkretną operację. Jednak z drugiej strony taki kod wymaga przejrzenia go w całości za każdym razem, gdy chcemy przeprowadzić jego analizę lub modyfikację. Trudno w takim programie testować poszczególne elementy, a ponowne wykorzystanie opracowanych rozwiązań

Zrealizowana wcześniej analiza budowy i działania linii produkcyjnej umożliwiła wyodrębnienie kilku elementów i powiązanych z nimi zadań dla układu sterowania. Najbardziej ogólny podział odnosi się do funkcji i obejmuje: odwijanie, obróbkę i nawijanie. W projekcie układu sterowania warto te części wyodrębnić, np. w osobnych programach.

Oprócz tego dobrze jest zgrupować w jednym miejscu instrukcje sterujące i diagnostyczne całej linii. Na rys. 4 przedstawiono strukturę, która te cele realizuje. Zawiera ona cztery programy, z których pierwszy odpowiedzialny jest za obsługę sterowania i diagnostyki linii, drugi za obsługę obróbki surowca (stację), a dwa kolejne za odwijanie i nawijanie.

Poprzedni artykuł, dotyczący języka SFC, zakończono stwierdzeniem, że w przypadku układu, który sam w sobie nie jest sekwencyjny, sekwencję można wykorzystać do uproszczenia jego diagnostyki. Tak też zrobimy w tym przypadku. Na rys. 5 pokazano zbiór stanów, który można wyodrębnić dla analizowanej linii. Po załączeniu sterowania wszystkie silniki są wyłączone (stan OFF). Po otrzymaniu polecenia ON (z interfejsu operatora) linia przechodzi do stanu STOPPED, w którym załączone są odwijak i nawijak. Ich wyłączenie (powrót do stanu OFF) możliwe jest za pomocą polecenia OFF. Natomiast po komendzie START następuje przejście do stanu STARTING, co wiąże się z uruchomieniem silnika stacji. Po zakończeniu tej operacji (potwierdzonym flagą STARTED) następuje przejście do stanu RUNNING, w którym linia pracuje z zadaną prędkością. Ze stanów

umożliwia jednoczesną wymianę wielu danych między jednostkami organizacyjnymi programu z użyciem jednej zmiennej. Także późniejsza rozbudowa programu jest znacznie szybsza, jeśli zamiast tworzyć kolejne zmienne opisujące dodawany obiekt, tworzymy tylko jedną zmienną typu strukturalnego.

Tablice z kolei są pomocne przy organizacji zbioru obiektów tego samego typu. Takie rozwiązanie umożliwia ich przetwarzanie z użyciem pętli.

Przykład 3.

Rys. 6. Bloki funkcyjne i funkcje użyte w programie

Mając opracowaną strukturę programu dla analizowanego obiektu, można określić przydatne struktury danych.

Zacznijmy od modelu stanów, w którym można pogrupować warunki (typ T_CMD), a także utworzyć typ opisujący aktualny stan (T_STATE).

TYPE T_CMD :

STARTING i RUNNING możliwe jest przejście do stanu STOPPING – po otrzymaniu polecenia STOP. W stanie tym następuje zatrzymanie linii. Po osiągnięciu prędkości zerowej (potwierdzonym flagą STOPPED) linia przechodzi do stanu STOPPED (co wiąże się z wyłączeniem silnika stacji).

Taki sposób przedstawienia możliwych stanów wraz z łączącymi je warunkami nazywany jest modelem stanów.

Zastosowanie go sprawia, że program jest bardziej przejrzysty (np. nie ma potrzeby wielokrotnego sprawdzania tych samych zestawów warunków). Pozwala również uniknąć wielu potencjalnych błędów (np. podania prędkości zadanej dla silnika przed jego załączeniem).

Model ten w opisywanym programie znajdzie się w części obsługującej sterowanie i diagnostykę linii.

Ponieważ jednym z podstawowych zadań będzie sterowanie trzema silnikami, które napędzają elementy linii, można do jego realizacji wyodrębnić blok interfejsu napędu. Będzie on odpowiadał za jego załączenie i wyłączenie, diagnostykę oraz konwersję prędkości zadanej dla elementu napędzanego na prędkość silnika i odwrotnie. Utworzenie tego bloku ma dwie istotne zalety. Po pierwsze odseparuje fizyczną realizację, umożliwiając jej łatwą modyfikację (np. zmianę przełożenia czy sposobu połączenia z falownikiem).

Drugą zaletą jest możliwość wykorzystania tego samego bloku trzykrotnie i uniknięcie wielokrotnego kopiowania tych samych instrukcji.

Kolejne zadanie to obliczanie prędkości zadanej dla silników odwijaka i nawijaka. Jest to czynność dość złożona i wymaga informacji o odchyleniu kiwaczka od pozycji zadanej oraz aktualnej średnicy nawoju. W obydwu przypadkach algorytm będzie taki sam, można więc zamknąć je w kolejnym bloku. Będzie on pobierał informacje o aktualnej średnicy oraz uchybie kiwaczka i przetwarzał je na prędkość zadaną przekazywaną do bloku interfejsu napędu.

Kalkulacja prędkości dla odwijaka i nawijaka wymaga znajomości aktualnej średnicy nawoju. Zarówno do obliczenia średnicy, jak i prędkości konieczna jest znajomość aktualnego uchybu kiwaczka. Te dwa zadania można również zamknąć w blokach.

Umożliwi to niezależne ich testowanie, a także wykonywanie z różną częstotliwością, co jest istotne w przypadku średnicy, której obliczanie z częstotliwością wykonywania programu PLC nie ma sensu.

Oprócz strukturyzacji programu, w normie IEC 61131-3 opisane są narzędzia umożliwiające grupowanie i strukturyzację takich danych, jak typ tablicowy czy strukturalny.

Typ strukturalny umożliwia zgrupowanie w jednym miejscu wszystkich cech obiektu. Kolejnym egzemplarzom obiektów odpowiadają wtedy kolejne zmienne danego typu. Takie rozwiązanie ułatwia dostęp do danych, skraca i upraszcza nazwy zmiennych, a także

STRUCT

ON: BOOL;

OFF: BOOL;

START: BOOL;

STOP: BOOL;

STARTED: BOOL;

STOPPED: BOOL;

END_STRUCT END_TYPE

TYPE T_STATE : STRUCT

OFF: BOOL;

STOPPED: BOOL;

STARTING: BOOL;

RUNNING: BOOL;

STOPPING: BOOL;

END_STRUCT END_TYPE Tak opisane stany i warunki można zgrupować w kolejnym typie strukturalnym T_LINE. Parametrem linii przydatnym w obliczeniach prędkości odwijaka i nawijaka jest prędkość liniowa, która również powinna być zawarta w tym typie. Tak więc, oprócz pola C zawierającego aktywne warunki oraz pola X zawierającego aktywny stan, typ ten zawiera pole V, w którym będzie przechowywana wartość prędkości liniowej.

Pomiary Automatyka Robotyka nr 7–8/2013

53

Automatyka sterowniki plc

TYPE T_LINE: STRUCT

C: T_CMD;

(* aktywne warunki *)

X: T_STATE;

(* aktywny stan *)

V: REAL;

(* prędkość liniowa [mm/min]*)

END_STRUCT END_TYPE

Warte zgrupowania są również sygnały powiązane z interfejsem operatora. Typ strukturalny opisujący interfejs zawiera pole ON, powiązane z przyciskiem załączającym linię (zakładamy, że wartość 1 ją załącza, a wartość 0 wyłącza). Oprócz tego potrzebne są pola START i STOP sterujące uruchomieniem linii. Prędkość zadana przez operatora jest przechowywana w polu SPEED_SP, a jej wartość aktualna w polu SPEED_CV. Przewidziano również po dwa pola dla odwijaka i nawijaka. UNW_D i REW_D służą do odczytu aktualnej średnicy, a UNW_DSET i REW_DSET do zapisu średnicy, od której rozpoczyna się kalkulacja.

TYPE T_HMI : STRUCT

ON: BOOL;

START: BOOL;

STOP: BOOL;

SPEED_SP: INT;

SPEED_CV: INT;

UNW_D: REAL;

UNW_DSET: REAL;

REW_D: REAL;

REW_DSET: REAL; END_STRUCT END_TYPE

(* przełącznik załącz/wyłącz *) (* przycisk START *) (* przycisk STOP *) (* prędkość zadana przez operatora [rpm] *) (* prędkość aktualna do wyświetlenia [rpm] *) (* aktualna średnica nawoju na odwijaku do wyświetlenia [mm] *) (* średnica początkowa nawoju na odwijaku [mm] *) (* aktualna średnica nawoju na nawijaku do wyświetlenia [mm] *) (* średnica początkowa nawoju na nawijaku [mm] *)

Na tym etapie można również zaplanować typ strukturalny opisujący interfejs napędu. Zawiera on pole ON, które będzie wykorzystywane do jego załączenia, pole RDY sygnalizujące gotowość napędu po załączeniu oraz pola N_SP z prędkością zadaną i N_CV z prędkością aktualną.

TYPE T_DRIVE : STRUCT

ON: BOOL;

RDY: BOOL;

N_SP: REAL;

N_CV: REAL; END_STRUCT END_TYPE

(* sygnał załącz do napędu *) (* sygnał gotowości z napędu *) (* prędkość zadana do napędu [rpm] *) (* prędkość aktualna z napędu [rpm] *)

Wybór języka programowania Po opracowaniu szkicu struktury programu należy wybrać język, w którym zostaną zrealizowane poszczególne jednostki organizacyjne. W tym celu warto przeanalizować najistotniejsze cechy języków zebranych w normie IEC 61131-3 (tab. 2).

Jednym z najpowszechniej stosowanych języków programowania jest schemat drabinkowy (ang. Ladder Diagram). Istotną zaletą języka LD jest bardzo łatwa analiza programów w trakcie ich działania (on-line) i możliwość wprowadzania modyfikacji bez zatrzymywania sterownika. Schematy drabinkowe, ze względu na graficzną postać, wymagają sporej ilości miejsca na ekranie, co może znacząco utrudniać analizę dużych programów.

54

Zakres stosowania języka LD obejmuje przede wszystkim wszelkiego rodzaju układy kombinacyjne. Język ten bardzo dobrze sprawdza się również w aplikacjach wymagających zastosowania przekaźników czasowych oraz liczników. Słabą stroną tego języka jest implementacja złożonych algorytmów, wymagających użycia instrukcji strukturalnych (np. pętle). Są one realizowane przy pomocy instrukcji skoków, co znacznie obniża czytelność i niezawodność kodu. Również wszelkiego rodzaju obliczenia matematyczne są mało przejrzyste i wymagają użycia dużej liczby bloków i funkcji oraz zmiennych pośrednich.

Poza językiem schematów drabinkowych dość popularny jest również język FBD. Jego analiza jest jeszcze prostsza niż schematów drabinkowych.

Przebieg sygnałów przedstawiony jest w sposób bezpośredni (w formie linii łączących poszczególne bloki), co eliminuje konieczność żmudnego śledzenia przetwarzania zmiennych (które jest podstawą analizy LD). Monitoring on-line jest również bardzo wygodny.

Język FBD jest podobny do schematów elektronicznych, co umożliwia jego analizę osobom z nimi zaznajomionym. Ma on jednak tę samą wadę co LD – złożone programy mogą rozrosnąć się do bardzo dużych rozmiarów, skutecznie utrudniając ich analizę.

Język FBD bardzo dobrze sprawdzi się w implementacji układów ciągłych (np. regulacja PID). Podobnie jak w LD, tak i tutaj brak jest instrukcji strukturalnych, dlatego implementacja złożonych algorytmów staje się bardzo niewygodna. Wprawdzie obliczenia matematyczne mogą być zrealizowane bez stosowania zmiennych pośrednich, ale ciągle zajmują one dużo miejsca i nie przypominają pierwotnej postaci.

Język IL jest znormalizowaną formą pierwszego języka tekstowego, jaki był stosowany w PLC. Jest bardzo popularny w Europie, po części za sprawą sterowników firmy Siemens, w których, obok schematu drabinkowego, powszechnie stosowany jest język STL (ang. Statement List), będący odpowiednikiem języka IL z normy IEC. Język IL cechuje duża wydajność: wymaga mało pamięci i jest szybko wykonywany. Ponadto programista ma bardzo dobrą kontrolę nad kodem, co umożliwia jego optymalizację (np. łączenie operacji w ciągi w celu eliminacji wyników pośrednich). Mimo rozpowszechnienia komputerów przenośnych, spotykane

Tab. 2. Zestawienie najistotniejszych cech języków programowania PLC Język

Format

Zalety

LD (Ladder Diagram)

trudna implementacja złożonych funkcji

graficzny

łatwa analiza i modyfikacje on-line przystępny dla elektryków łatwa implementacja układów kombinacyjnych dostępny w większości PLC

FBD (Function Block Diagram)

graficzny

łatwa analiza i modyfikacje on-line przystępny dla elektroników łatwa implementacja układów regulacji ciągłej

trudna implementacja złożonych algorytmów

tekstowy

wydajny możliwa optymalizacja kodu popularny w Europie możliwe użycie programatora ręcznego

trudny do nauki bardzo trudna analiza on-line wymagana obszerna dokumentacja

tekstowy

możliwe programowanie strukturalne przystępny dla informatyków możliwa implementacja złożonych algorytmów przenośność

trudna analiza on-line średnia wydajność

przystępny dla użytkowników końcowych,

wymaga dobrej znajomości procesu nie jest samodzielnym językiem

IL (Instruction List)

ST (Structured Text)

SFC (Sequential Function Chart)

graficzny

w tym technologów

Wady

łatwa implementacja układów sekwencyjnych nie wymaga pełnej dokumentacji

i algorytmów

trudna analiza większych programów

Rys. 7. Implementacja modelu stanów

Pomiary Automatyka Robotyka nr 7–8/2013

55

Automatyka sterowniki plc

Rys. 8. Program obsługi stacji

są jeszcze programatory ręczne używane do monitorowania programu. Z powodu ograniczonych możliwości graficznych tych programatorów, język IL świetnie się tu sprawdza dzięki swej zwięzłości. Wymienione zalety listy instrukcji okupione są kilkoma poważnymi wadami. Przede wszystkim IL to język bardzo trudny dla osób bez doświadczenia w programowaniu w języku asemblera, gdyż sposób przetwarzania danych jest naturalny dla układów mikroprocesorowych. Trudno również analizować on-line złożony program w postaci listy instrukcji, dlatego bardzo istotne jest jego bieżące dokumentowanie.

Niełatwo określić obszar, w którym język IL jest niezastąpiony. Na pewno warto go stosować do obliczeń matematycznych w przypadku jednostek kompaktowych o małej pamięci albo gdy sterownik nie obsługuje innego języka tekstowego.

Dużo bardziej komfortowym językiem tekstowym jest ST (ang. Structured Text). Jest on zrozumiały dla współczesnych inżynierów, z których większość zna choćby podstawy Pascala czy C. Dla informatyków jest najbardziej naturalną z udostępnianych przez normę IEC 61131-3 form programowania. Zaawansowane konstrukcje umożliwiają implementację rozbudowanych algorytmów, nie ustępując w niczym rozwiązaniom realizowanym na tradycyjnych komputerach. W języku ST stosuje się programowanie strukturalne – przejrzyste (jak na formę tekstową) i mało podatne na błędy. Ważną cechą tekstu strukturalnego jest jego duża przenośność między środowiskami.

56

Program można zapisać jako niesformatowany tekst i przetwarzać w dowolnym edytorze. Tekst strukturalny jest trudny do analizy on-line, a modyfikacje sprowadzają się do przeładowania całej jednostki organizacyjnej (co może wymagać zatrzymania procesora). Wydajność języka ST jest niższa niż IL (wiąże się to z wymaganiami większej pamięci) i nie umożliwia on optymalizacji kodu.

Najlepszym zastosowaniem tekstu strukturalnego są wszelkiego rodzaju obliczenia matematyczne. Wzory zapisane w ST mają postać bardzo podobną do matematycznych pierwowzorów.

Doskonale nadaje się do realizacji skomplikowanych (jak na sterowniki PLC) algorytmów, takich jak implementacja protokołów komunikacyjnych, funkcje statystyczne, sortowanie, obróbka tekstu czy operacje na tablicach.

Ostatni z języków normy IEC 61131-3 to SFC, język bardzo czytelny zarówno dla technologów, jak i operatorów, którzy będą obsługiwać opisany z jego pomocą proces. Język SFC stanowi połączenie realizacji algorytmu z jego opisem. Zastępuje więc złożoną dokumentację, ale wymaga dobrej znajomości samego procesu. SFC nie pozwala samodzielnie tworzyć programu – do jego uzupełnienia wymagane jest użycie jednego lub kilku z pozostałych języków.

Rys. 9. Program obsługujący odwijanie

Obszarem zastosowań języka SFC są przede wszystkim procesy sekwencyjne, co nie oznacza, że nie można go stosować w innych aplikacjach.

Przykład 4.

Dobierzmy najodpowiedniejsze języki do poszczególnych elementów programu (rys. 4). Pierwszy z nich jest implementacją modelu stanów przedstawionego na rys. 5. Ponieważ model ten ma charakter sekwencyjny, do jego opisu idealny będzie język SFC. Część warunkową, która w dużej mierze bazować będzie na sygnałach binarnych, należy wyodrębnić i wykorzystać do jej utworzenia schemat drabinkowy.

O pozostałych trzech programach można na tym etapie powiedzieć, że nie będą zawierały obliczeń matematycznych, które zostaną zamknięte w blokach. Mogą natomiast zawierać zależności czasowe i elementy kombinacyjne. Istotna będzie w ich przypadku również łatwość analizy i modyfikacji, które są często konieczne podczas uruchamiania. Te cechy ma z pewnością język schematów drabinkowych.

Pozostają trzy bloki kalkulacji (błędu kiwaczka, średnicy i prędkości) oraz blok interfejsu napędu. Bloki kalkulacji, wymagające potencjalnie dużej liczby obliczeń, najwygodniej będzie zapisać w tekście strukturalnym. Obliczeń należy również spodziewać się w bloku interfejsu napędu (np. skalowania prędkości zadanej i aktualnej), więc i on zostanie przedstawiony w tym języku.

Implementacja Mając opracowany podział programu i danych oraz wybrane języki programowania, można przystąpić do jego implementacji. Najwygodniej będzie zacząć od najmniejszych elementów, jakimi są bloki funkcyjne i funkcje, które przed użyciem można niezależnie przetestować. Podstawowe jednostki organizacyjne, jakimi są programy, tworzy się wtedy, bazując na sprawdzonych wcześniej elementach. Takie podejście wymaga jednak uprzedniego przygotowania szkicu struktury programu. Bez niego jesteśmy skazani na tworzenie programu w sposób linearny i późniejszą ewentualną próbę jego strukturyzacji (co wiąże się często z jego przepisaniem od nowa). Można oczywiście próbować pisać program w sposób strukturalny „w locie”, ale oznacza to konieczność jego ciągłego poprawiania przy pojawieniu się każdego kolejnego elementu.

Przykład 5.

Implementację programu rozpoczynamy od utworzenia zmiennych globalnych.

Warto też przewidzieć stałe, które będzie można wykorzystać w miejsce literałów liczbowych. Łatwiej będzie w przyszłości zmienić wartość w jednym miejscu, niż przeszukiwać cały program. Nazwy symboliczne upraszczają również analizę wyrażeń.

VAR_GLOBAL CONSTANT

c_PI: REAL := 3.141592654;

c_DRV1_NMAX: REAL := 3000.0;

(* prędkość maksymalna silnika odwijaka [rpm] *)

c_DRV1_GEAR: REAL := 3.0;

(* przełożenie odwijaka *)

c_DRV2_NMAX: REAL := 3000.0;

(* prędkość maksymalna silnika nawijaka [rpm] *)

c_DRV2_GEAR: REAL := 3.0;

(* przełożenie nawijaka *)

c_DRV3_NMAX: REAL := 1500.0;

(* prędkość maksymalna silnika stacji [rpm] *)

c_DRV3_GEAR: REAL := 5.0;

(* przełożenie stacji *)

c_UNW_DMIN: REAL := 100.0;

(* średnica wałka odwijaka [mm] *)

c_REW_DMIN: REAL := 100.0;

(* średnica wałka nawijaka [mm] *)

c_STATION_D: REAL := 200.0;

(* średnica stacji [mm] *)

c_DNC_SP: REAL := 500.0;

(* położenie zadane kiwaczków [mm] *)

c_DNC_MAX: REAL := 1000.0;

(* zakres ruchu kiwaczków [mm] *)

END_VAR VAR_GLOBAL

HMI: T_HMI;

(* interfejs operatora *)

LINE: T_LINE;

(* parametry linii *)

DRIVE1, DRIVE2, DRIVE3: T_DRIVE;

(* interfejsy napędów: 1 – odwijak, 2 – nawijak,

3 – stacja *)

(* aktualne położenia kiwaczków [mm] *)

DNC1_CV, DNC2_CV: REAL;

END_VAR Tworzenie elementów programu rozpoczniemy od interfejsu napędu (blok funkcyjny DRV_CTRL na rys. 6). Umożliwia on załączenie napędu (wejście ON) i zadanie prędkości silnika (wejście N_SP) przy uwzględnieniu przełożenia (wejście GEAR). Blok zwraca sygnał gotowości napędu po załączeniu (wyjście RDY) oraz prędkość aktualną (wyjście N_CV). Komunikacja z napędem odbywa się za pośrednictwem zmiennej wejściowo-wyjściowej DRIVE typu T_DRIVE. Kolejnym elementem jest funkcja kalkulująca procentowy uchyb kiwaczka (DNC_ERR na rys. 6). Jest on obliczany na podstawie położenia aktualnego (wejście CV) oraz zadanego (wejście SP), a także zakresu pracy (wejście MX).

Na podstawie uchybu kiwaczka obliczana jest średnica nawoju (blok funkcyjny UNW_DCALC na rys. 6). Oprócz procentowego uchybu (DNC_E) i współczynnika skalującego (k), pobiera ona na wejścia wartość minimalną (D_MIN) oraz maksymalną (D_MAX) średnicy. Umożliwia również ustawienie wartości D_SET za pomocą wejścia SET. Obliczona średnica dostępna jest na wyjściu D bloku.

Za pomocą funkcji kalkulowana jest prędkość zadana (UNW_SPEED na rys. 6). Na jej wejścia podawana jest prędkość liniowa surowca (LINE_V), uchyb kiwaczka (DNC_E), średnica nawoju (D) oraz współczynnik skalujący (k).

Mając gotowe bloki funkcyjne i funkcje, można przejść do programów. Pierwsze dwa (rys. 7) to implementacja modelu stanów z rys. 5. Warunki przejść zostały opisane w języku drabinkowym (program P01_LINE_CMD), a sama sekwencja w SFC (program P02_LINE_STATE). Jak widać, załączenie i wyłączenie linii warunkowane jest stanem zmiennej HMI.ON (może być to np. przełącznik stabilny lub przycisk wizualizacji). Start linii możliwy jest po załączeniu napędów 1 i 2 (tj. odwijaka i nawijaka) oraz ustawieniu zmiennej HMI.START w stan wysoki. Zatrzymanie linii następuje przy stanie wysokim zmiennej HMI.STOP. Linia traktowana jest jako uruchomiona po załączeniu napędu 3 (stacja), a jako zatrzymana po odczytaniu zerowej prędkości z tego napędu.

Pomiary Automatyka Robotyka nr 7–8/2013

57

Automatyka sterowniki plc

Program P10_STATION (rys. 8) implementuje obsługę stacji. W jego pierwszych dwóch liniach ustalana jest prędkość dla napędzającego ją silnika.

W stanie RUNNING jest to wartość zadana za pomocą interfejsu operatora, a w pozostałych zero. W linii trzeciej znajduje się część odpowiedzialna za obsługę samego napędu. Poza instancją bloku funkcyjnego DRV_CTRL obliczana jest w niej prędkość liniowa, a aktualna prędkość obrotowa stacji kopiowana do struktury HMI. Programy P11_UWIND oraz P12_REWIND (rys. 9 i 10) implementują obsługę odwijania i nawijania i w związku z tym mają taką samą strukturę, a różnią się jedynie wartościami. W pierwszej linii, za pomocą funkcji DNC_ERR, obliczany jest uchyb kiwaczka. W drugiej, na jego podstawie, obliczana jest aktualna średnica. Kolejne jej kalkulacje taktowane są timerem, o ile napęd jest włączony. W innym przypadku blok funkcyjny UNW_DCALC wykonywany jest w sposób ciągły, przepisując do aktualnej średnicy wartość ustawioną za pomocą interfejsu operatora.

W kolejnej linii, na podstawie uchybu kiwaczka i średnicy aktualnej, obliczana jest prędkość zadana dla napędu, którego obsługa znajduje się w ostatniej linii programu.

Do przeprowadzenia symulacji działania programu potrzebne są dwa elementy: sterownik lub program symulujący jego działanie oraz model obiektu, którym ten program ma sterować. O ile w odniesieniu do nowych aplikacji nie powinno być problemu z dostępem do sterownika PLC, o tyle w przypadku modernizacji może to być niemożliwe. Obecnie nie jest to problemem, ponieważ większość producentów sterowników PLC udostępnia programy symulujące ich działanie.

Używane w przykładach środowisko CoDeSys ma tzw. tryb symulacji (ang.

Simulation Mode), po wybraniu którego można połączyć się z „wirtualnym” sterownikiem i uruchomić na nim program. Takie rozwiązanie pozwala sprawdzić poprawność programu i sposób jego wykonywania w sterowniku.

Najczęściej jednak nie można symulować bardziej zaawansowanych funkcji (np. sterowania ruchem) i nie ma możliwości pracy w czasie rzeczywistym.

Testy Tworząc nawet najbardziej przemyślany program do sterownika PLC, nie jesteśmy w stanie uchronić się przed błędami. W procesie kompilacji można sprawdzić poprawność składniową, ale dopiero uruchomienie programu na obiekcie pokazuje, czy zastosowane algorytmy są skuteczne. Wtedy nie ma już czasu na dokładne testy i znaczące poprawki. Dotyczy to w szczególności przypadków, gdy modyfikujemy lub modernizujemy istniejący obiekt. Wymaga to wyłączenia go z produkcji, a każdy dodatkowy dzień unieruchomienia wiąże się ze stratami finansowymi. Czy istnieje sposób minimalizacji niepewności związanej z działaniem programu jeszcze przed uruchomieniem?

Możliwa jest weryfikacja analityczna pewnych rozwiązań. Jednak w przypadku skomplikowanych programów jest ona bardzo trudna, a czasami wręcz niemożliwa. Często dużo prostszym rozwiązaniem jest budowa modelu i przeprowadzenie symulacji działania części lub całego programu, zanim przystąpi się do pracy na obiekcie.

58

Rys. 10. Program obsługujący nawijanie

Dużo bardziej zaawansowanym narzędziem są tzw. sterowniki programowe (ang. Software PLC, w skrócie: Soft PLC). Mają one pełną funkcjonalność sterownika PLC i mogą, po zainstalowaniu w komputerze odpowiednich kart wejść i wyjść, pełnić jego funkcje. Można powiedzieć, że komputer z zainstalowanym programem typu Soft PLC staje się sterownikiem PLC działającym na platformie PC. Jedną z istotnych cech sterowników PLC jest wykonywanie programu pod kontrolą systemu czasu rzeczywistego (ang. real-time system). Systemy czasu rzeczywistego, ujmując w dużym uproszczeniu, charakteryzują się tym, że wyniki ich działania są równie istotne jak moment, w którym zostały wypracowane. Można przy tym dokonać podziału na systemy czasu rzeczywistego o ograniczeniach twardych (ang. hard real-time system) lub miękkich (ang. soft real-time system). W systemach typu „hard” wynik musi być

Rys. 11. Bloki funkcyjne użyte w programie symulującym działanie linii

wypracowany w zadanym czasie, inaczej jest on nieakceptowalny. W systemach typu „soft” jakość realizacji zadania spada po przekroczeniu zadanego czasu. Jak łatwo się domyślić, systemy operacyjne z rodziny Windows pracujące na większości komputerów typu PC nie są systemami czasu rzeczywistego (a już na pewno nie typu „hard”). Dlatego też sterowniki Soft PLC są uruchamiane pod kontrolą dedykowanych systemów operacyjnych albo wymagane są pewne modyfikacje systemu Windows, umożliwiające działanie Soft PLC w czasie rzeczywistym.

Tak też jest w przypadku sterowników Soft PLC udostępnianych z platformą CoDeSys. Producent wyróżnia dwie ich wersje: Control Win – sterownik typu soft real-time, przeznaczony do zadań niewymagających spełnienia ścisłych kryteriów czasowych, oraz Control RTE – sterownik spełniający kryteria hard real-time do zadań krytycznych czasowo. Obydwa pracują pod systemem Windows XP/7, ale ten drugi wymaga instalacji rozszerzenia jądra.

Drugim elementem niezbędnym do przetestowania działania programu jest model obiektu. Podobnie jak w przypadku symulacji sterownika istnieje wiele dedykowanych programów służących do budowy i testowania modeli (np. środowisko MATLAB). Połączenie modelu ze sterownikiem możliwe jest dzięki

standardowi OPC (ang. OLE for process control), określającemu sposób komunikacji aplikacji bazujących na systemach operacyjnych ogólnego przeznaczenia ze sprzętem automatyki przemysłowej.

Standard OPC jest obsługiwany przez wszystkich znaczących producentów sterowników PLC. Zamiast wykorzystywać do budowy i testowania modeli zewnętrzne oprogramowanie, można w tym celu zastosować sterownik PLC. Takie rozwiązanie upraszcza znacznie komunikację programu z modelem, ale obciąża sterownik dodatkowymi obliczeniami, co w przypadku jednostek kompaktowych o mniejszych możliwościach może negatywnie wpłynąć na sam proces sterowania.

Przykład 6.

Zbudujmy model linii, który można uruchomić na sterowniku Soft PLC. Do jego wykonania będą potrzebne: bloki symulujące działanie napędu, zmiana średnicy nawoju oraz działanie kiwaczka (rys. 11). Wymienione bloki mają wejścia ET, które określają interwał między kolejnymi wywołaniami. Powinien on być ustawiony zgodnie z interwałem zadania, w którym wykonywana jest symulacja.

Blok SIM_DRV symuluje załączanie i wyłączanie napędu oraz rozpędzanie i zatrzymywanie silnika

z zadaną dynamiką. Wejście ON załącza napęd (potwierdzenie załączenia dostępne jest na wyjściu RDY). Wejście N_SP służy do zadawania prędkości, a N_MAX do określenia prędkości maksymalnej. Za pomocą wejść T_ACC i T_DEC określana jest dynamika zmian prędkości przy rozpędzaniu i zatrzymywaniu napędu, a za pomocą wejścia T_OFF – po jego wyłączeniu.

Aktualną prędkość można odczytać na wyjściu N. Blok SIM_UNW symuluje proces odwijania lub nawijania surowca. Jego jedynym wyjściem jest D udostępniające aktualną średnicę. Średnicę początkową można ustawić, podając stan wysoki na wejście SET (przyjmuje ona wartość z wejścia D_SET). Kierunek zmian średnicy przy dodatniej prędkości wałka (podawanej na wejście N) określa wejście DIR. Minimalna średnica może zostać określona za pomocą wejścia D_MIN, a grubość surowca za pomocą TN. Działanie bloku bazuje na wzorze rekurencyjnym opisującym zależność średnicy w czasie.

D(0) = D0 D(T) = D(T-1) ± (n / 30) * TN * DT gdzie: D0 – średnica początkowa [mm], n – prędkość odwijaka [rpm], TN – grubość surowca [mm], DT – czas między wywołaniami.

Pomiary Automatyka Robotyka nr 7–8/2013

59

Automatyka sterowniki plc

Rys. 12. Program symulujący działanie linii

Ostatnim blokiem jest SIM_DNC, który symuluje działanie kiwaczka. Położenie kiwaczka dostępne jest na wyjściu P.

Jest ono obliczane z różnicy prędkości liniowych przed i za kiwaczkiem (należy je podać na wejścia V1 i V2) i można

je zainicjować wartością P_SET, podając stan wysoki na wejście SET. Opisane bloki funkcyjne zostały zastosowane w programie P20_SIM (rys. 12) wywoływanym w zadaniu o interwale 20 ms. Blok SIM_DRVS[3] symuluje działanie napędu stacji, SIM_DRVS[1] – napędu odwijaka, a SIM_DRV[2] – nawijaka. Bloki SIM_UNWS[1] i SIM_UNWS[2] symulują same procesy (odpowiednio odwijania i nawijania), natomiast SIM_DNCS[1] i SIM_DNCS[2] – działanie kiwaczków. Rezultaty przykładowej symulacji ilustrują wykresy na rys. 13 i 14.

Podsumowanie Rys. 13. Przebieg odwijania

W trakcie opracowywania niniejszego cyklu norma IEC 61131-3 doczekała się trzeciej edycji. W jej nowej wersji do przedstawionych narzędzi dodano kolejne, znane z języków wysokiego poziomu, takie jak przestrzenie nazw czy referencje. Wprowadzono również elementy umożliwiające programowanie zorientowane obiektowo, co umożliwia jeszcze lepsze odwzorowanie problemów sterowania w programie PLC. Warto dodać, że norma ta jest w pełni kompatybilna z edycją drugą, tak więc przedstawione narzędzia i techniki programowania pozostają aktualne. mgr inż. Marcin Zawisza

Rys. 14. Przebieg nawijania

60

PAR

0,01

Moduł liniowy HLM

Powtarzalność mm

Moment obrotowy do

1,15

SRU-mini

Moduł obrotowy

Nm

MPG-plus

Chwytak miniaturowy

25 %

wyższa siła chwytania

Państwa zautomatyzowany system załadunkowy.

Czas wykorzystać cały potencjał. www.pl.schunk.com/wykorzystujemy-potencjaly Jens Lehmann, Ambasador Marki rodzinnej firmy SCHUNK

AnzSynergie_MPGplus_SRUmini_HLM_PL_0413.indd 1

19.06.13 08:05

Automatyka NAPĘDY I UKŁADY WYKONAWCZE

Automatyka modułowa SCHUNK Różnorodna oferta komponentów dla automatycznego transportu i montażu Firma SCHUNK, będąca światowym liderem w dziedzinie produkcji komponentów do systemów automatyki, poza szerokim asortymentem chwytaków, obrotnic, osprzętu do robotów i napędów liniowych, posiada w swojej ofercie także modułowy system automatyki montażowej i transportowej.

System powstał jako odpowiedź na coraz większe zapotrzebowanie rynku na automatyczny montaż miniaturowych komponentów oraz dużą różnorodność zadań montażowych.

Ideą jest możliwość szybkiego i prostego konstruowania z niewielkich podzespołów (na zasadzie modułowej)

wysokowydajnych i dynamicznych automatów montażowych na liniach produkcyjnych. Konstruktor projektujący aplikację na bazie komponentów firmy SCHUNK ma do dyspozycji dużą paletę podzespołów, zarówno o sterowaniu pneumatycznym, jak i elektrycznym.

Wybrane elementy:

Chwytaki równoległe GMP, GM, PGN+, MPG, KGG, kątowe SWG, GMW, centryczne MPZ, PZN+

Głowice chwytająco-obrotowe typu RP, RC, RW oraz obrotnice typu RM, SRU

Lekki i szybki pneumatyczny moduł obrotowy SRU-mini

Chwytak do małych i średnich komponentów MPG-plus

Przykład interfejsu chwytaka MPG

62

Promocja

Zalety i korzyści w porównaniu do modelu MPG: • optymalizacja kształtu i wagi chwytaka, dzięki zastosowaniu owalnej konstrukcji tłoka, • wydłużona żywotność chwytaka dzięki większej liczbie rolek prowadzących, • dopuszczalna długość palców większa nawet o 50 %, • siła zacisku większa o 25 %, • różne opcje montażu dla uniwersalnego i elastycznego zastosowania chwytaka.

Przykład interfejsu modułu obrotowego SRU

Zalety i korzyści: • 11 wielkości z równomiernym wzrostem momentu obrotowego dla wielu zastosowań, • możliwość ustawienia pozycji pośredniej, • możliwość zastosowania ekonomicznych amortyzatorów elastomerowych lub wysokowydajnych amortyzatorów hydraulicznych, • prosty i pewny monitoring pozycji za pomocą czujników magnetycznych MMS, • lekka obudowa z utwardzonego aluminium, • elastyczne ustawianie pozycji końcowej.

Fot. Schunk

Podstawowe dane techniczne: • wielkość: 8...14 mm, • masa: 0,15...0,65 kg, • moment obrotowy 0,16...1,15 Nm, • siła osiowa: 255…330 N, • moment obciążenia: 2,5...4,5 Nm.

Podstawowe dane techniczne: • 7 wielkości: 16...64 mm, • masa: 0,03…0,7 kg, • siła zacisku: 25…350 N, • skok na palec: 1,5…10 mm, • masa detalu: 0,13…1,25 kg.

Wysokowydajne liniowe moduły pneumatyczne typu CLM, KLM, LM i HLM oraz serwoelektryczne typu ELM

Osie portalowe pneumatyczne PMP i serwoelektryczne EPM

Podstawowe dane techniczne: • wielkość: 25...200 mm, • płynnie regulowany skok: 0…150 mm, • siła maks. do 482 N, • powtarzalność: ± 0,01 mm, • maks. moment obrotowy: 81,7 Nm.

Podstawowe dane techniczne: • wielkość: 37...48 mm, • napęd: 160...580 N, • skok do 1380 mm, • przenoszony moment do 500 Nm, • powtarzalność: ± 0,2 mm.

Moduł liniowy o krótkim skoku HLM

Fot. Schunk

Przykład interfejsu modułu HLM

Zalety i korzyści: • kompaktowy moduł liniowy idealny do zastosowania w ograniczonej przestrzeni roboczej, • krótkie czasy cykli, • możliwość obustronnego dokładnego ustawienia skoku do 25 mm, • amortyzator hydrauliczny, • różne skoki dla każdej wielkości – 13 różnych wariantów w standardzie, • hamulec pneumatyczny.

Oferta jest uzupełniona wysokodynamicznymi, dwuosiowymi jednostkami pick&place typu PPU-P i PPU-E oraz szeroką paletą elementów połączeniowych, umożliwiającą proste połączenie komponentów systemu w dowolną kombinację (więcej na ten temat w kolejnym numerze miesięcznika „Pomiary Automatyka Robotyka”). Dla ułatwienia pracy konstrukcyjnej udostępnione jest proste oprogramowanie na bazie Excel, wspomagające dobór odpowiednich komponentów, takich jak chwytaki, obrotnice i napędy liniowe. Są to programy typu Toolbox oraz program narzędziowy Kombibox (do pobrania ze strony www.pl.schunk.com), umożliwiający dobór elementów łączących wszystkie komponenty w jedną całość.

Elektryczna oś liniowa EPM

Przykład interfejsu osi EPM

Zalety i korzyści: • napęd zintegrowany w osi, • podwójne prowadnice, • zintegrowany system pomiaru i monitorowania temperatury, • do 256 konfiguracji parametrów (np. prędkość i siła) na oś, • możliwość zastosowania różnych systemów sterujących: Profibus, DeviceNet, CanOpen i inne.

Po więcej szczegółów www.pl.schunk.com.

zapraszamy

na

naszą

stronę

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

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

Pomiary Automatyka Robotyka nr 7–8/2013

63

Automatyka Bezpieczeństwo

Zintegrowane systemy bezpieczeństwa firmy BECKHOFF Nowoczesne systemy zabezpieczeń łączą w jednej szynie komunikacyjnej informacje z różnych sensorów. Rozwiązanie TwinSAFE firmy Beckhoff idzie dalej integrując system bezpieczeństwa z systemem sterowania.

Architektura systemu bezpieczeństwa sieci TwinSAFE

runku integracji informacji z różnych sensorów (skanery laserowe, kamery) w jednej szynie komunikacyjnej, podłączonej do sterownika obsługującego logikę bezpieczeństwa. Takie podejście zapewnia funkcjonalności znane z istniejących systemów komunikacji typu Fieldbus: • krótki czas reakcji, • dobre właściwości diagnostyczne, • elastyczność modyfikacji, • czytelną architekturę systemu.

Rozwiązanie TwinSAFE firmy Beckhoff rozwija tę koncepcję w kierunku dalszej integracji. Pozwala ono w pełni zintegrować system bezpieczeństwa z systemem sterowania. Możliwość użycia istniejącego systemu komunikacyjnego do przekazania danych bezpieczeństwa znacząco ułatwia planowanie, działanie, utrzymanie i diagnostykę, a także obniża koszty.

Dzięki temu terminale TwinSAFE można zintegrować z istniejącymi urządzeniami K-bus i EtherCAT. Standardowym

Sterownik EL6900 i moduł wejść cyfrowych EP1908-0002 (IP67)

64

Promocja

sie IP67, co pozwala wykorzystać system TwinSAFE bezpośrednio na stanowisku roboczym, także w przypadku obsługi procesów o szczególnych wymaganiach higienicznych lub przebiegających w środowisku o wysokim stopniu zanieczyszenia.

TwinSAFE korzysta z otwartego protokołu FailSafe over EtherCAT (FSoE), który jest zgodny ze standardem IEC 61508.

Spełnia również warunki Safety Integrity Level 3 (SIL 3). W praktyce oznacza to, że w sieci komunikacyjnej TwinSAFE nie może wystąpić i pozostać niezauważony żaden poważny błąd, nawet w okresie 100 000 lat pracy ciągłej. Protokół FSoE został zatwierdzony przez niemiecką Technical Inspection Association (TÜV).

Komunikacja w urządzeniach TwinCAT, zgodnie z FSoE, oparta jest na zasadzie „Black Channel”. Oznacza to, że wszystkie mechanizmy zabezpieczające są zaimplementowane w warstwie aplikacji i są niezależne od warstwy transportowej.

W skład rodziny urządzeń TwinSAFE wchodzą: moduł sprzęgający EtherCAT (EK1914), sterowniki (KL6904, EL69x0), moduły wejść cyfrowych (KL1904, EL19x4, EP1907-0002), moduły wyjść cyfrowych (KL2904, EL2902, EL29x4) Moduł sprzęgający EtherCAT EK1914 integruje funkcjonalności łącznika EK1100 z zestawem bezpiecznych

wejść/wyjść cyfrowych. Urządzenie jest wyposażone w cztery wejścia i cztery wyjścia cyfrowe, jak również dwie pary bezpiecznych wejść i wyjść. Obudowa ma stopień ochrony IP20.

W zakresie sterowników PLC Beckhoff, mając na uwadze względy bezpieczeństwa, proponuje rozwiązania dla sieci EtherCAT i pozostałych sieci typu Fieldbus.

Sterownik KL6904 jest przeznaczony do pracy z magistralą K-bus. Jest wyposażony w cztery bezpieczne wyjścia i może nawiązać do 15 połączeń TwinSAFE. Do zastosowania z sieciami EtherCAT jest przeznaczony sterownik EL6900 (E-bus). EL6900 może nawiązać komunikację z maksymalnie 128 innymi urządzeniami TwinSAFE. Oba sterowniki ze względów bezpieczeństwa mają certyfikowane bloki funkcyjne. Takie operacje jak zatrzymanie awaryjne, monitorowanie drzwi bezpieczeństwa czy kontrola obsługi oburęcznej można łatwo włączyć w program sterownika. Bloki można łączyć między sobą oraz za pomocą operatorów AND, OR. Rodzinę EtherSAFE uzupełniają moduły wejść i wyjść cyfrowych.

Z tych pierwszych dostępne są modele czterowejściowe: KL1904 (K-bus) i EL1904 (E-bus) i ośmiowejściowe: EP1908-0002. Ten ostatni jest modułem typu EtherCAT box i jest wykonany w klasie ochronnej IP67. Wśród wyjść cyfrowych można wyróżnić modele dwuwyjściowe: EL2902 (E-bus)

1

Bo

I

&

p

Fot. Beckhoff Automation

stopniem ochrony urządzeńklasy TwinSAFE Zgodniebudują z najnowszymi trendami w sysrunek dla tych, którzy organizacje najwyższej światowej temach zabezpieczeń dąży się w kiejest IP20. Dostępne są też modele o kla-

-

In i dl

oraz czterowyjściowe: EL2904 (E-bus) i KL2904 (K-bus).

Dodatkowo dostępna jest grupa urządzeń umożliwiających współpracę z sieciami PROFIsafe. Podstawą jest sterownik EL6930 stanowiący przejście między protokołami TwinSAFE i PROFIsafe. Sterownik uzupełniają: moduł wejść cyfrowych EL1934 (cztery wejścia) oraz moduł wyjść cyfrowych EL2934 (cztery wyjścia).

Inną użyteczną grupą urządzeń działających w technologii TwinSAFE są karty bezpieczeństwa do serwonapędów.

Karty AX5801-0000 i AX5805-0000 przeznaczone są do współpracy z serwonapędami z serii AX5xxx. W zależności od modelu zapewniają różne funkcjonalności od stopu awaryjnego do kontroli prędkości, przyspieszenia, pozycji i kierunku obrotu. Karty można wymieniać w dowolnym momencie. Każdy parametr pracy jest automatycznie pobierany ze sterownika w chwili włączenia.

Wszystkie urządzenia TwinSAFE są konfigurowane i programowane przy użyciu oprogramowania TwinCAT. Program jest wgrywany poprzez magistralę komunikacyjną do sterownika. Stamtąd

Karty AX5805 zapewniają funkcje bezpieczeństwa dla serwonapędów serii AX5xxx

pozostałe urządzenia pobierają odpowiednie parametry. Sterowniki TwinSAFE są wyposażone w specjalny mechanizm kopii bezpieczeństwa i przywracania danych. Dzięki temu nie jest konieczne używanie dodatkowych nośników informacji. W przypadku konieczności wymiany wadliwego terminala, system automatycznie wykrywa nowe urządzenie i wgrywa do niego odpowiedni program.

Do współpracy z urządzeniami TwinSafe przeznaczone są dwa programy: TwinSAFE Calculator i TwinSafe Configurator. Pierwszy z nich analizuje działające programy i wyznacza parametry bezpieczeństwa dla wszystkich pętli

sterowania występujących w systemie.

W ten sposób sprawdza się, czy osiągnięto zadany poziom bezpieczeństwa.

TwinSAFE Configurator służy do ustawiania i konfigurowania systemów TwinSAFE. Zintegrowane systemy firmy Beckhoff pozwalają na realizację zadań związanych z bezpieczeństwem w sposób kompleksowy, prosty i elastyczny. Ich ogromną zaletą jest także otwartość i modułowość – nieodzowne warunki uniwersalności. Opisane systemy znajdują bowiem zastosowanie w wielu dziedzinach przemysłu: od zabezpieczeń maszyn (np. w procesach obróbki drewna), poprzez zabezpieczenia przemysłowych procesów wytwórczych i opakowujących, aż po spełniające najbardziej restrykcyjne wymagania systemy zabezpieczeń w turbinach wiatrowych, windach, kolejkach linowych i technologiach medycznych.

BECKHOFF Automation Sp. z o.o. ul. Ruczajowa 15, Żabieniec 05-500 Piaseczno www.beckhoff.pl

REKLAMA

1 - 3 października 2013 r.

Bolonia, Włochy

wylot z Warszawy

I TOC Lean Sigma Transformation & KAIZEN Benchmark Tour Ferrari, Lamborghini

Fot. Beckhoff Automation

proces produkcji w zakładach

- konferencja, - zwiedzanie zakładów Ferrari i Lamborghini - ekskluzywna kolacja w Muzeum Ferrari

Innowacyjne wydarzenie poświęcone najefektywniejszym i najbardziej przełomowym metodom systemowych usprawnień dla branży produkcyjnej i usługowej: TOC, Lean, Sigma

na żywo

7% rabatu dla prenumeratorów

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

Automatyka SYSTEMY KOMUNIKACJI

Brama komunikacyjna MOXA MGate 4101-MB-PBS W instalacjach automatyki przemysłowej często pojawia się problem połączenia urządzeń komunikujących się z wykorzystaniem różnych protokołów. Rozwiązaniem są bramy między różnymi protokołami oferowane przez firmę Moxa.

Popularnym produktem z tej grupy jest MGate 4101-MB-PBS, który umożliwia połączenie urządzeń komunikujących w standardzie Modbus z urządzeniami obsługującymi protokół Profibus. Brama konfigurowana jest za pomocą dołączonego oprogramowania narzędziowego MGate Manager. W celu skonfigurowania urządzenia należy połączyć się z urządzeniem za pomocą konsoli szeregowej (złącze RJ-45). Urządzenie obsługuje standardy Modbus RTU Master, Modbus RTU Slave, Modbus ASCII Master REKLAMA

oraz Modbus ASCII Slave. Komunikujące się w protokole Modbus urządzenie podłączane jest do złącza DB9 męskiego; obsługiwany jest standard RS-232/422/485. Port DB9 żeński obsługuje standard Profibus DP-V0 Slave, co umożliwia podłączenie urządzenia Profibus Master. Adresowanie urządzeń Profibus odbywa się za pomocą dwóch przełączników obrotowych. W ten sposób można ustawić adresy z zakresu 0–99. Adresy z zakresu 100–125 wymagają ustawienia adresu 99 za pomocą przełączników obrotowych oraz dodatkowej konfiguracji w oprogramowaniu narzędziowym.

Producent dołożył wszelkich starań, aby konfiguracja była łatwa i intuicyjna. Oprogramowanie MGate Manager łączy w sobie funkcje konfiguracyjne i diagnostyczne. Konfiguracja odbywa się w czterech prostych krokach – dla każdego kroku jest oddzielna zakładka. W pierwszej z nich definiuje się nazwę urządzenia i można ustawić hasło zabezpieczające dostęp. Druga zakładka pozwala na ustawienie protokołu Modbus. Można wybrać rodzaj protokołu (RTU/ASCII, Master/Slave), ustawić parametry portu szeregowego oraz ID urządzenia Modbus. Kolejna pozwala na ustawienie adresów Profibus z zakresu 100–125. Ostatnia zakładka służy do mapowania wejść/wyjść. Jeżeli użyje się trybu Modbus Slave, samodzielnie należy zadbać o zdefiniowanie wejść/wyjść. Natomiast w przypadku trybu Modbus Master do dyspozycji jest funkcjonalność QuickLink, która automatycznie wykona mapowanie. Oprócz konfiguracji, oprogramowanie MGate Manager udostępnia funkcje diagnostyczne, pozwalające w razie problemów z komunikacją odnaleźć przyczynę problemu.

Istotną zaletą urządzenia z serii MGate 4101-MB-PBS jest przystosowanie do pracy w warunkach przemysłowych. Obudowa została wykonana z metalu, co zapewnia odpowiednią odporność mechaniczną. Montaż odbywa się na szynie DIN. Standardowa temperatura pracy wynosi od 0 °C do 60 °C. Dostępne są również modele przeznaczone do pracy w rozszerzonym zakresie temperatury: od –40 °C do +70 °C. Opcjonalnie dostępna jest optoizolacja 2,5 kV dla portu Profibus. Urządzenie wyposażono w dwa wejścia zasilania (12–48 V DC) w celu zapewnienia redundancji.

Dodatkowo dostępne jest wyjście przekaźnika alarmowego.

Oprócz opisanej bramy MGate 4101-MB-PBS w ofercie firmy Moxa jest szereg innych konwerterów protokołów umożliwiających łączenie urządzeń obsługujących różne protokoły. Dostępne są modele pozwalające na konwersję Modbus RTU/ASCII do Modbus TCP, Profibus do Modbus TCP, Profibus do Profinet oraz DF1 do Ethernet/IP. MGate 4101-MB-PBS to doskonałe rozwiązanie wszędzie tam, gdzie chcemy połączyć sterownik Profibus Master z urządzeniami wspierającymi protokół Modbus RTU lub Modbus ASCII. Urządzenie wyróżnia się solidnym wykonaniem gwarantującym stabilną i niezawodną pracę nawet w trudnych warunkach oraz umożliwia bardzo łatwą konfigurację.

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

66

Promocja

manipulatory Robotyka

Optymalizacja robotów Universal Robots Duński producent robotów, firma Universal Robots, zaktualizowała oprogramowanie 1.7, dzięki czemu obsługa robotów UR5 i UR10 stała się jeszcze mniej skomplikowana niż do tej pory. Wprowadzenie kontroli siły umożliwia pracę z małymi, delikatnymi i łatwo tłukącymi się przedmiotami.

Robot UR10

oraz elastyczność obiektu i na tej podstawie różnicuje siłę potrzebną do pracy („wyczuwa” siłę od 25 N). Dla każdego z sześciu przegubów wymagana siła może być programowana z dokładnością do ±10 N przy precyzji pozycjonowania ±5 mm.

Firma Universal Robots zaktualizowała graficzny interfejs w panelach dotykowych. Dostępne są nowe czcionki, które zapewniają lepszą czytelność. Możliwe jest również ustawianie i wyświetlanie na panelu daty i godziny.

Ustawione współrzędne punktów ruchu są teraz łatwiejsze do znalezienia, dzięki czemu zmiany w programowaniu mogą być wprowadzane jeszcze łatwiej.

– Staramy się na bieżąco udoskonalać i aktualizować nasze roboty, aby zapewnić klientom jak największy komfort użytkowania.

Mamy nadzieję, że bieżąca aktualizacja oprogramowania zwiększy uniwersalność i elastyczność ich wykorzystania

Robot UR5

– wyjaśnia Svetlana Vinogradova, Area Sales Manager Universal Robots.

Universal Robots poszerzył również funkcjonalność swojego serwera Modbus. Dzięki nowej architekturze master/slave można programować i obsługiwać za pomocą jednego ekranu dotykowego wiele ramion robotów UR jednocześnie.

Właśnie w tym celu Universal Robots opracował dwuramiennego robota. Z systemem dwuramiennym mogą być bowiem stosowane seryjne modele robotów UR5 i UR10. Dzięki aktualizacji oprogramowania oba roboty mają 12 osi z możliwością obrotu o 360° każda i mogą w kontrolowany sposób przenosić i odbierać elementy. Nie są do tego potrzebne chwytaki. Dzięki temu automatyzacja określonych procesów jest jeszcze łatwiejsza i tańsza.

– Na modelu dwuramiennym chcemy pokazać, co potrafią nasze roboty. Taki system może być wykorzystywany do prac przy miękkich owocach czy materiałach łatwo tłukących się, takich jak szkło czy porcelana – podsumowuje Svetlana Vinogradova.

Mat. pras. UNIVERSAL ROBOTS

Pomiary Automatyka Robotyka nr 7–8/2013

67

Fot. Universal Robots

Fot. Universal Robots

Fot. Universal Robots

Fot. Universal Robots

Universal Robots, duńska firma produkująca roboty uniwersalne, zoptymalizowała funkcjonalność swoich produktów. Udostępniona niedawno aktualizacja oprogramowania 1.7 do obu sześcioosiowych robotów UR5 i UR10 obejmuje zarówno dotychczasowych użytkowników, jak i nowych klientów.

Zawiera wiele nowości, które poszerzają funkcjonalność robotów. Jedną z nich jest możliwość operowania przedmiotami z kontrolowaną regulacją siły. W ten sposób można ustawiać optymalną siłę potrzebną do wykonania danego zadania. Robot rozpoznaje wielkość

Pomiary CZUJNIKI I SYSTEMY POMIAROWE

Pirometry LAB-EL – nie ma się czego bać. Część II W poprzednim artykule, zamieszczonym w majowym numerze miesięcznika „Pomiary Automatyka Robotyka”, odpowiedzieliśmy na część pytań zadawanych przez klientów zainteresowanych pomiarami temperatury wykonywanymi za pomocą pirometrów. Dziś odpowiadamy na kolejne.

Pirometr Fluke 62 Max

Jeżeli zachodzi problem w określeniu rzeczywistej emisyjności ciała, możemy posłużyć się pirometryczną taśmą izolacyjną. Na badaną powierzchnię obiektu o nieznanej emisyjności należy nakleić taśmę izolacyjną o znanej i podanej

przez producenta emisyjności i skierować pirometr na tak przygotowany obszar. Należy dopilnować, aby pirometr „widział” tylko powierzchnię naklejonej taśmy, tak by w jego polu widzenia nie znalazła się nieosłonięta taśmą powierzchnia. Taśma izolacyjna (czarna porowata) przejmie ciepło od kontrolowanego obiektu i wyemituje promieniowanie ze znanym współczynnikiem ε.

Taśmę można również zastosować do pomiaru temperatury szkła czy innych materiałów półprzezroczystych. Oczywiście ograniczeniem związanym ze stosowaniem taśmy izolacyjnej jest wartość temperatury badanego obiektu, która powinna być niższa niż dopuszczalna wartość podana przez producenta taśmy.

Jakie są podstawowe parametry pomiarowe pirometrów?

Parametry te to: • zakres pomiaru, • niepewność pomiaru (błędy), • zakres widmowy pirometru, • współczynnik odległościowy d/D lub kąt widzenia związany z optyką pirometru, • zakres temperatury otoczenia, w jakiej może pracować przyrząd.

Jaki jest zasięg pirometru?

Pirometr LB-525TI z radiową transmisją danych

68

Promocja

Pojęcie zasięgu w przypadku pomiaru pirometrem w zasadzie nie występuje.

Należy jednak zdawać sobie sprawę z właściwości optyki zastosowanej w pirometrze (współczynnik odległościowy d/D lub kąt pola widzenia). Pirometr odbiera promieniowanie docierające do

niego tylko z określonego kąta, zwanego kątem widzenia pirometru. Na podstawie tego parametru można wyznaczyć, z jak dużej powierzchni obiektu wyemitowane promieniowanie będzie miało wpływ na wynik pomiaru. Wraz z oddalaniem obiektu powierzchnia „widziana” przez pirometr wzrasta. Pomiar temperatury obiektu ma sens tylko wówczas, gdy promieniowanie docierające do pirometru pochodzi wyłącznie z jego powierzchni, a nie z innych źródeł znajdujących się obok lub za badanym obiektem.

Przy znacznych odległościach pomiędzy obiektem a pirometrem promieniowanie emitowane przez obiekt jest absorbowane przez atmosferę. Szczególnie promieniowanie podczerwone jest tłumione przez parę wodną i dwutlenek węgla. Dlatego należy unikać pomiarów przy dużym stężeniu CO2 i dużej wilgotności powietrza.

Czy pirometr może być wzorcowany?

Oczywiście, pirometry można wzorcować. Odbywa się to w laboratorium wyposażonym we wzorcowe techniczne ciało czarne i wzorcowy termometr temperatury ciała czarnego. Wzorcowanie polega na wyznaczeniu poprawek wskazań pirometru w odpowiednich punktach pomiarowych, mieszczących się w pełnym lub w węższym zakresie pomiarowym pirometru. Pirometr skierowany jest na techniczne ciało czarne, którego temperatura jest kontrolowana przez klasyczny kontaktowy termometr wzorcowy o dużej dokładności pomiaru.

Fot. LAB-EL Elektronika Laboratoryjna

Co w przypadku, kiedy emisyjność ciała jest nieznana?

Czy laboratorium firmy LAB-EL wykonuje wzorcowania pirometrów?

Jakie wersje pirometrów dostępne są w ofercie LAB-EL?

Tak, jednak Laboratorium Wzorcujące Wilgotności, Temperatury i Ciśnienia LAB-EL jeszcze nie uzyskało akredytacji na wzorcowanie pirometrów. W najbliższym czasie laboratorium wystąpi z wnioskiem do PCA o rozszerzenie zakresu posiadanej akredytacji o możliwość akredytowanego wzorcowania pirometrów i kamer termowizyjnych.

W ofercie LAB-EL są cztery pirometry produkcji własnej, mające analogiczne właściwości pomiarowe (zakres pomiarowy od –70 °C do +380 °C, szerokość widma od 8 μm do 14 μm), ale różniące się możliwościami funkcjonalnymi.

• LB-522AI – zasilanie bateryjne. Wyświetlanie aktualnych wyników pomiarów. Zapamiętywanie minimalnej, maksymalnej i średniej temperatury.

• LB-520AI – zasilanie bateryjne.

Wyświetlanie aktualnych wyników pomiarów. Rejestracja mierzonych wartości z zadanym odstępem (logger). Współpraca z oprogramowaniem logger (łączność z PC poprzez IrDA/USB).

• LB-525TI – zasilanie bateryjne.

Wyświetlanie bieżących wyników pomiarów. Rejestracja mierzonych wartości z zadanym odstępem (logger). Współpraca z oprogramowaniem LBX. Interfejs radiowy pracujący w zakresie 433 MHz. • LB-710TI zasilanie zewnętrzne (z linii S300). Wyświetlanie bieżących wyników pomiarów. Współpraca z oprogramowaniem LBX. Interfejs S300 (podstawowy interfejs wykorzystywany w systemie LAB-EL).

Czy pirometr można zintegrować z systemem pomiarowym?

Tak. Choć pirometr najczęściej kojarzony jest z urządzeniem ręcznym przypominającym pistolet, możliwe jest wykonanie w postaci stacjonarnej, zintegrowanej z nadrzędnym systemem zbierania i przetwarzania danych pomiarowych. W rozwiązaniu oferowanym przez LAB-EL niektóre pirometry mogą pracować w systemie zarządzanym przez oprogramowanie LBX. Program LBX służy do zarządzania danymi pomiarowymi pozyskiwanymi przez różne przyrządy pomiarowe i koncentratory danych. Służy do monitorowania, alarmowania (np. SMS, e-mail) i sterowania urządzeniami wykonawczymi w najróżniejszych obiektach, wykorzystując sieć Ethernet do swobodnego dostępu operatorów do systemu.

Pirometr 830-T1

Firma LAB-EL oferuje też pirometry: Testo 830-T1, T2 i T4 o zakresie pomiarowym od –30 °C do +400 °C, różniące się optyką (polem widzenia), oraz Fluke 62 Max o zakresie pomiarowym od –30 °C do +500 °C. Zapraszamy do odwiedzenia naszej strony internetowej www.label.pl, na której można znaleźć bardziej szczegółowe informacje dotyczące omawianych w artykule przyrządów oraz zapoznać się z szeroką ofertą firmy LAB-EL.

Dariusz Grobel, Andrzej Łobzowski, Wojciech Szkolnikowski LAB-EL Elektronika Laboratoryjna

REKLAMA

Urządzenia i systemy do monitorowania parametrów klimatu oraz sterowania procesami przemysłowymi

Fot. LAB-EL Elektronika Laboratoryjna

LAB-EL oferuje: • aparaturę kontrolno-pomiarową do pomiarów, rejestracji, sygnalizacji przekroczeń wartości progowych, sterowania i regulacji: – wilgotności – temperatury – ciśnienia – i innych wielkości fizycznych procesów przemysłowych; • oprogramowanie użytkowe; • serwis, instalacje, szkolenia dotyczące oferowanych przyrządów i systemów; • usługi wzorcowania przyrządów pomiarowych; • usługi badania mikroklimatu pomieszczeń; • doradztwo techniczne i ekspertyzy dotyczące aparatury i oprogramowania; • opracowywanie dokumentacji projektowej i walidacja urządzeń pomiarowych zgodnie z wymaganiami systemów jakości ISO, HACCP, GAMP.

Pomiary Automatyka Robotyka nr 7–8/2013

69

Pomiary systemy pomiarowe

Automatyzacja pomiarów masy Wagi dla pojedynczych ładunków to obecnie najbardziej rozpowszechnione systemy automatycznego pomiaru masy. Ich głównym przeznaczeniem jest przemysł spożywczy i kontrola towarów paczkowanych prowadzona zgodnie z ustawą z dnia 7 maja 2009 r. Występują we wszystkich liniach

Wagi automatyczne dla pojedynczych ładunków podlegają przepisom Dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady 2004/22/WE z dnia 31 marca 2004 r. w sprawie przyrządów pomiarowych, nazywanej w skrócie dyrektywą MID. Przepisy te definiują wagę, jak i określają dopuszczalne błędy, jakie może posiadać. Klasyfikacja wagi automatycznej dla pojedynczych ładunków jest oparta na dwóch definicjach zawartych w tej dyrektywie. Pierwsza z nich określa warunki, jakie muszą zostać spełnione dla sklasyfikowania wagi jako automatu: „waga automatyczna to waga wyznaczająca masę produktu bez udziału operatora i działająca według założonego automatycznego cyklu określonego dla danej wagi”.

Druga definicja klasyfikuje wagę automatyczną jako przeznaczoną do ważenia pojedynczych ładunków: „waga automatyczna wyznaczająca masę wcześniej przygotowanych oddzielnych ładunków (np. towarów paczkowanych) lub pojedynczych ładunków materiału luzem”.

Warto przyjrzeć się zasadzie ważenia realizowanej w wagach nieautomatycznych. Poniższe wykresy przedstawiają

proces narastania wskazania masy od momentu położenia obciążenia na szalce wagi do momentu uzyskania tzw. wyniku stabilnego. Na kształt krzywej narastania ma wpływ szereg parametrów, począwszy od własności mechanicznych układu ważącego, a skończywszy na filtrach cyfrowych i analogowych obrabiających sygnał przed jego ekspozycją na wyświetlaczu wagi. Zakończenie procesu pomiarowego jest uzależnione od końcowej funkcji logicznej (odczyt stabilny), analizującej pozom sygnału z przetwornika. Przykładowo poprzez zmianę zakresu parametru „odczyt stabilny” można szybciej uzyskać wynik ważenia, ale obarczony większym błędem, lub uzyskać dokładniejszy pomiar kosztem dłuższego procesu ważenia.

Pierwszy z wykresów przedstawia ustawienia wagi z dużym zakresem stabilności, a drugi przy zmniejszeniu jego zakresu (rys. 1). Dla obu wykresów przyjęto taki sam filtr cyfrowy definiujący krzywą narastania masy.

W obu przypadkach czas t2– t1 jest taki sam, z tym że na pierwszym wykresie funkcja s jest uruchamiana

Rys. 1. Zasada pomiaru wag statycznych, gdzie: t1 – czas narastania sygnału masy t2 – koniec pomiaru, uzyskanie wyniku stabilnego, s – zakres sprawdzania wyniku stabilnego

70

Promocja

wcześniej, przez co szybciej jest uzyskiwany wynik stabilny, ale przyśpieszenie włączenia funkcji s może powodować większy błąd pomiaru. W drugim przypadku wynik pomiaru jest pewniejszy, ale czas jego uzyskania jest długi. W obu przypadkach pojawienie się zakłócenia wykraczającego poza zakres parametru s powoduje zresetowanie funkcji i rozpoczęcie procedury oceny stabilności wyniku od nowa. Taki sposób pomiaru daje dużą pewność uzyskanego wyniku, jednak jest uzależniony od czynników zewnętrznych (zakłóceń) i nie gwarantuje stałego, powtarzalnego czasu pomiaru, co jest kryterium wykluczającym w przypadku wag automatycznych, które muszą wykonywać swoje cykle pomiarowe w stałych, niezmiennych okresach czasowych. Problem narasta w przypadku pomiarów dynamicznych na wagach taśmowych, gdzie źródłem zakłóceń jest sama waga wyposażona w szereg elementów wirujących oraz drgających.

Ponadto typowa waga dynamiczna dla pojedynczych ładunków osiąga wydajności wielokrotnie większe od wydajności typowej wagi statycznej. W przypadku tej drugiej wydajności pełnego cyklu ważenia wahają się od 15 szt./min do 25 szt./min, co dla wagi dynamicznej jest bardzo małą prędkością. Wagi dla pojedynczych ładunków osiągają wydajności 100 szt./min, 200 szt./min, a nawet 600 szt./min, a zastosowane w nich układy działają w zupełnie inny sposób.

Typowa waga dla pojedynczych ładunków składa się z trzech przenośników: • Przenośnika wejściowego, którego zadaniem jest nadanie produktowi prędkości równej prędkości przenośnika wagowego w celu późniejszego

Fot. Radwag Wagi Elektroniczne

automatycznych i półautomatycznych w przemyśle.

Rys. 2. Schemat ważenia towaru na wadze dynamicznej

uniknięcia błędów związanych z poślizgami oraz ustabilizowania i łagodnego wprowadzenia produktu na przenośnik wagowy.

• Przenośnika wagowego, na którym odbywa się proces ważenia, przy czym proces ważenia odbywa się przez czas, w którym produkt m przebywa drogę.

czas =

Fot. Radwag Wagi Elektroniczne

L– l ϑ

Z tego wynika, iż czas ważenia jest uzależniony od prędkości przenośników oraz różnicy długości przenośnika wagowego i produktu. Trzeba zaznaczyć, iż każdy producent ma swój minimalny czas, w którym jest w stanie uzyskać wynik pomiaru.

• Przenośnika wyjściowego, którego zadaniem jest odebranie produktu z wagi.

Rys. 3 obrazuje dwa cykle przejazdu produktu przez przenośnik wagowy.

Najpierw waga jest pusta – w tym okresie kontroluje i koryguje swoje wskazanie zerowe (w wyniku drgań elementów wirujących wskazanie zerowe wagi może się zmieniać). Następnie wartość masy narasta podczas wjazdu produktu na przenośnik wagowy. Po wjechaniu następuje okres przejazdu przez transporter, podczas którego wyliczana jest wartość masy. Kolejny krok to zjazd towaru z przenośnika wagowego, ekspozycja wyniku ważenia na wyświetlaczu wagi i zakończenie cyklu pomiarowego.

Z wykresu przedstawionego na rys. 3 wynikają następujące wnioski: • Przenośnik wagowy musi być dłuższy od ważonego produktu. Różni producenci przyjmują różne długości. Minimalne wartości wynoszą ok.

15–20 cm.

• Podczas przejazdu produktu przez wagę nie wolno go dotykać, zatrzymywać itp.

• Produkt musi przejechać cały przez wagę, nie może zostać na nią wrzucony lub zabrany przed zakończeniem cyklu.

• Nie zaleca się zmian prędkości transporterów podczas procesu ważenia.

• Nie zaleca się dotykania, pukania itp. w pracujący przenośnik wagowy.

• Waga musi być dostosowana do ważonego produktu – nie większego od transportera wag, którego konstrukcja musi zapewniać stabilny przejazd towaru.

Ponieważ rzeczywisty przebieg zmierzonej wartości masy jest bardzo mocno zakłócony przez czynniki zewnętrzne, głównie pracujący przenośnik wagowy, uzyskanie przebiegu masy nadającej się do obliczenia wyniku ważenia jest bardzo trudne. Rys. 4 obrazuje rzeczywisty, ciągły odczyt masy przemieszczającej się przez przenośnik wagowy.

Sygnał z przetwornika (rzeczywisty przebieg masy) musi być najpierw wstępnie przefiltrowany, co przy zastosowaniu standardowych modułów filtracyjnych prowadzi do dużych opóźnień i mocnego zaokrąglenia przebiegu (klasyczny filtr dolnoprzepustowy). Przy zastosowaniu zbyt słabego tłumienia nie udaje się usunąć zakłóceń, natomiast przy mocnych filtrach sygnał zaczyna przypominać sinusoidę, z której nie można następnie wyliczyć wartości masy.

Dlatego producenci wag dynamicznych stosują często własne rozwiązania algorytmów filtrujących, które z jednej strony bardzo szybko reagują na przyrosty masy (wjazd towaru), a następnie mocno filtrują zakłócenia podczas przejazdu produktu przez przenośnik, dając stabilny, prosty i długi przebieg możliwy do późniejszej obróbki matematycznej. Po uzyskaniu takiego przebiegu obliczenie wartości masy następuje po odrzuceniu części niestabilnych. Z zakresu t1 wybierana jest część najbardziej stabilna t2, a następnie z tej części – poprzez uśrednianie lub inny algorytm – wyliczana jest wartość masy.

Rys. 3. Wykres masy obrazujący przejazd towaru przez przenośnik wagowy, gdzie: tw – czas ważenia, tz – czas, w którym przenośnik pozostaje pusty, ti – czas wjazdu produktu na przenośnik wagowy, to – czas zjazdu produktu z przenośnika wagowego, v – prędkość, L – długość przenośnika wagowego, l – długość produktu, D – odstęp między kolejnymi produktami

W przypadku dynamicznych pomiarów masy za końcowy wynik pomiaru odpowiedzialne są wszystkie elementy urządzenia wagowego, począwszy od odpowiedniego modułu wagowego, działającego z odpowiednią szybkością, poprzez jakość wykonania transporterów o zminimalizowanym poziomie drgań własnych i konstrukcję pochłaniającą drgania, a skończywszy na podłożu, na którym stoi urządzenie.

Tomasz Misiewicz Radwag Wagi Elektroniczne Literatura: 1. Rozporządzenie

Ministra

Gospodarki

z dnia 18 grudnia 2006 r. w sprawie zasadniczych wymagań dla przyrządów pomiarowych.

2. Dyrektywa

2004/22/WE

Parlamentu

Europejskiego i Rady z dnia 31 marca 2004 r. w sprawie przyrządów pomiarowych.

3. Automatyzacja pomiarów masy, praca zbiorowa, Radwag Wagi Elektroniczne, Radom 2013.

Rys. 4. Rzeczywisty przebieg masy wagi dynamicznej, gdzie: t1 – czas przejazdu produktu przez przenośnik wagowy, t2 – część przebiegu, z którego wyliczana jest masa

Pomiary Automatyka Robotyka nr 7–8/2013

71

rynek i technologie CZUJNIKI PROCESOWE

Przepływomierze elektromagnetyczne w procesach przemysłowych Przegląd rynku Przepływomierze elektromagnetyczne mierzą przepływ mediów przewodzących prąd elektryczny nie powodując spadku ciśnienia. Sprawdzają się szczególnie w aplikacjach wymagających umieszczenia czujnika w środowisku korozyjnym oraz w pomiarach przepływu cieczy chemicznie aktywnych, takich jak kwasy i silne zasady.

Czym się kierować w doborze przepływomierza?

Na rynku dostępne są różne typy przepływomierzy, które różnią się między sobą zasadą pomiaru, budową, zakresem stosowania. Dobierając przepływomierze należy uwzględnić m.in. zakres mierzonego przypływu, wymaganą dokładność pomiaru, fizyczne właściwości medium (gaz, ciecz, zawiesina o różnej gęstości) oraz jego zanieczyszczenie, strukturę strugi (turbulentna, laminarna), prędkość przepływającego medium.

Wśród dostępnych na rynku przepływomierzy można wyróżnić przepływomierze wykorzystujące różnicę ciśnień (zwężki lub kryzy), rotametry, przepływomierze oscylacyjne, turbinowe, komorowe, elektromagnetyczne, Coriolisa, ultradźwiękowe.

Zastosowanie przepływomierzy elektromagnetycznych Przepływomierze elektromagnetyczne mogą być stosowane w przemyśle chemicznym, energetyce, przemyśle spożywczym i farmaceutycznym, w gospodarce wodno-ściekowej, monitoringu sieci wodociągowych, przemyśle papierniczym i celulozowym, w nawadnianiu. Przepływomierze tego typu nie wprowadzają zaburzeń do mierzonego strumienia, dzięki czemu są przeznaczone do pomiaru strumienia medium w zamkniętych instalacjach rurociągowych.

Zasada działania Przepływomierze elektromagnetyczne mierzą przepływ mediów przewodzących prąd elektryczny – cieczy, mieszanin i pulp. Ciecze mogą być czyste, obojętne chemicznie, jak również zanieczyszczone i agresywne chemicznie.

72

Przepływomierze tego typu mierzą objętościowy strumień cieczy, łącznie ze znajdującymi się w niej ciałami stałymi. Warunkiem stosowania przepływomierzy elektromagnetycznych jest przewodność elektryczna mierzonego medium, która dla standardowego wykonania powinna być większa niż 5 mS/cm.

Takie ograniczenie jest też wadą – przepływomierze elektromagnetyczne nie mogą być stosowane do pomiaru cieczy dielektrycznych w przemyśle petrochemicznym i transporcie ropy naftowej. Urządzenia te mają jednak szereg zalet, m.in. nie powodują spadku ciśnienia i nie mają części ruchomych, dzięki czemu ich awaryjność jest znacznie mniejsza niż innych przepływomierzy.

Zasada działania przepływomierza elektromagnetycznego polega na wykorzystaniu prawa indukcji elektromagnetycznej Faradaya – w przewodniku poruszającym się w polu magnetycznym indukowana jest siła elektromotoryczna proporcjonalna do natężenia pola magnetycznego i prędkości ruchu przewodnika. Tutaj rolę przewodnika pełni przepływająca przewodząca ciecz. Przepływomierz tworzy rura pomiarowa o izolowanej elektrycznie powierzchni oraz cewki generujące pole magnetyczne i elektrody mierzące różnicę potencjałów.

Wytwarzane za pomocą prądu stałego o zmiennej biegunowości pole magnetyczne gwarantuje stabilność punktu zerowego, co czyni pomiar niezależnym od właściwości medium, np. w przypadku cieczy wielofazowych i niejednorodnych lub cieczy o niskiej przewodności.

Do zasilania przepływomierzy elektromagnetycznych nie są wymagane duże ilości energii, a same czujniki mogą mierzyć zarówno przepływy o bardzo dużym, jak i bardzo małym natężeniu, i to w obu kierunkach.

Konstrukcja i stosowane materiały Istotnym elementem przepływomierzy elektromagnetycznych są izolujące wewnętrzne warstwy. Od ich parametrów zależy

Fot. Siemens

Przepływomierze należą do grupy przyrządów istotnych z ekonomicznego punktu widzenia przedsiębiorstwa. Służą do pomiaru strumienia masy lub objętości oraz do celów rozliczeniowych.

żywotność przepływomierza. W zależności od zastosowań dobiera się materiał o odpowiedniej odporności chemicznej lub/i odpowiedniej odporności na ścieranie. Do najczęściej stosowanych należy guma charakteryzująca się wysoką odpornością na ścieranie i odpornością na słabe kwasy i zasady.

Kolejnym materiałem jest teflon o wysokiej odporności chemicznej i temperaturowej. Niestety, materiał ten ma niższą odporność na ścieranie. Stosowane są również wykładziny ceramiczne, ale ich wadą jest kruchość i niska udarność, jak również kosztowny proces technologiczny tworzenia wykładziny na powierzchni wewnętrznej przepływomierza. Na wykładziny stosowane są również tworzywa sztuczne (np. ebonit), charakteryzujące się znaczną odpornością chemiczną i dość dobrą odpornością na ścieranie. Wybór materiału na wykładzinę zależy również od temperatury przepływającego medium.

Cewki generujące pole magnetyczne stosowane w przepływomierzach są specjalnie uformowane wraz z nabiegunnikami, tak aby wytwarzać jak najbardziej jednorodne pole magnetyczne.

Elementem konstrukcyjnym przepływomierzy elektromagnetycznych są elektrody wykonywane z różnych stopów metali, dobieranych ze względu na skład chemiczny mierzonych cieczy. Najczęściej stosowana jest stal kwasoodporna – do mniej agresywnych mediów. Dla cieczy chemicznie aktywnych stosowane są elektrody wykonane z metali szlachetnych, takich jak platyna lub tytan.

Klasyczne przepływomierze elektromagnetyczne z jedną parą elektrod przeznaczone są do pomiaru przepływu przy 100-proc. wypełnieniu rurociągu cieczą. W przypadku niecałkowitego wypełnienia można stosować specjalnie przystosowane przepływomierze elektromagnetyczne z kilkoma parami elektrod.

Czujniki ciśnienia serii PN7 z interfejsem komunikacyjnym IO-Link 1.1

Metody oczyszczania elektrod W przypadku osadzania się zanieczyszczeń na elektrodach należy uwzględnić możliwość czyszczenia. W tym przypadku stosowane są trzy metody: mechaniczna, ultradźwiękowa i impuls napięciowy. Najprostszą, ale najbardziej uciążliwą metodą jest metoda mechaniczna polegająca na usuwaniu osadów i zanieczyszczeń za pomocą specjalnych skrobaków.

Metoda „impulsu napięciowego” polega na podaniu na elektrodę silnego impulsu napięciowego, a w konsekwencji wystąpieniu elektrolizy i gwałtownego wydzielania się gazów, co powoduje odrywanie się osadów i zanieczyszczeń. Metoda ta ma wady – zbyt silne impulsy napięciowe mogą prowadzić do zbyt szybkiego zużycia elektrod lub zniszczenia powłoki z metali szlachetnych chroniącej przed utlenianiem. Metoda „ultradźwiękowa” jest najskuteczniejszą metodą czyszczenia elektrod. Polega na zamontowaniu na elektrodzie generatora ultradźwięków i systematycznym czyszczeniu elektrod.

 Nastawa parametrów, diagnostyka i transmisja wartości procesowych poprzez IO-Link  Duża dokładność i wysoka częstotliwość przełączania  Ceramiczna celka pomiarowa dla ponad 100 milionów cykli przełączania  Dwa niezależne wyjścia przełączające lub wyjście przełączające i diagnostyczne

Podsumowanie

Dorota Jackiewicz Przemysłowy instytut Automatyki i Pomiarów PIAP

 Różne wersje o zakresach pomiarowych od –1 do 600 bar

REKLAMA

Fot. Siemens

Na rynku dostępny jest szereg przepływomierzy elektromagnetycznych. Ich oferta jest zróżnicowana ze względu na średnicę rurociągu, parametry mierzonego medium, np. parametry chemiczne i fizyczne, zanieczyszczenie czy warunki środowiskowe, w jakich będzie stosowane urządzenie. W tabelach na kolejnych stronach przedstawiono wybrane modele przepływomierzy elektromagnetycznych dostępnych na polskim rynku.

ifm electronic sp. z o.o. ul. Kościuszki 175, 40-524 Katowice tel.: +48 32 608 74 54 faks: +48 32 608 74 55 e-mail: info.pl@ifm.com Pomiary Automatyka Robotyka nr 7–8/2013 73 www: www.ifm.com/pl

rynek i technologie CZUJNIKI PROCESOWE

Producent

ABB

Anderson-Negele (dystrybutor Merazet)

Aplisens

Model

FEP311

FMI-C – wersja kompaktowa, FMI-R – wersja rozdzielna

PEM-1000

Dokładność

błąd pomiaru: standard: 0,4 % wartości mierzonej opcja: 0,2 % wartości mierzonej

błąd pomiaru: ±0,2 %

błąd podstawowy: ±0,5 % wartości wskazania w zakresie 10 ...100 %

Zakres temperatury pracy

temperatura medium: –25…+180 °C

DC: –20…+55 °C AC: –20…+45 °C

guma: –5…0 °C teflon: –25…+150 °C temperatura otoczenia: –20…+60 °C

Zakres przepływu lub prędkości

w zależności od średnicy: DN 3…2000 (1/10... 80")

v = 0,1…10 m/s

w zależności od średnicy

Maksymalne ciśnienie

nominalne: PN 10…100, ASME CL 150, 300, 600

0,1 ...11 bar bezwzględne

standard 1,6 MPa (2,5 MPa, 4,0 MPa)

Wyjście

prądowe: 4 ...20 mA aktywne lub pasywne, impulsowe: aktywne lub pasywne z możliwością ustawiania na miejscu przez oprogramowanie, przełączające: transoptor, z możliwością programowania funkcji

prądowe: 4…20 mA, 3 cyfrowe (w tym impulsowe)

prądowe: 4…20 mA, 0…20 mA, 0 ...5 mA

Komunikacja

HART (standard), Profibus PA, Foundation Fieldbus (opcja)

CS3-BUS/RS-485, opcjonalnie: Profibus DP

Modbus RTU, RS-232C, RS-485

Zasilanie

100 ...230 V AC, 24 V AC, 24 V DC

9…32 V DC, 100…240 V AC

9 ...36 V DC, 85…260 V AC

Stopień ochrony obudowy

IP65

IP67

standard IP67 (wykonanie specjalne IP68)

Wykładzina czujnika

ebonit (DN 15…2000), guma miękka (DN 50…2000), PTFE (DN 10…600), PFA (DN 3…200), ETFE (DN 25…600), elastomer (DN 50…600)

PFA, aprobata FDA

miękka lub twarda guma DN 10-DN 1000, teflon PTFE DN 10 ...DN 500

Przyłącze procesowe

kołnierzowe DIN 2501/EN 1092-1, ASME B16.5/B16.47, JIS 10K

DN 10 ...DN 150; przyłącza DIN 11851, DIN 11864-1, kołnierzowe DIN, TriClamp, do spawania

DN 10 ...1000, kołnierzowe DIN (ANSI, BS)

Wyświetlacz

graficzny

podświetlany graficzny LCD, 46´23 mm

podświetlany graficzny

74

ma

cyfrowe i

zania

C

00,

Bmeters

Elis (dystrybutor Introl)

Endress+Hauser

ENKO

MAG

FN20XX.1

Proline Promag 50 W

MPP, ENMAG

maks. błąd przepływu 0,2 %

±0,5 % w standardzie, ±0,2 % na życzenie

maks. błąd pomiaru: wyjście impulsowe: standardowo ±0,5 % wartość wskazywana ± 1 mm/s, opcjonalnie ±0,2 % wartość wskazywana ± 1 mm/s, wyjście prądowe: dodatkowo ±5 µA

0,5 % aktualnego przepływu (wykonanie specjalne: 0,25 %)

temperatura medium: PTFE: –40…+180 °C, EBANITE: –40…+80 °C

do +150 °C w zależności od wykładziny czujnika

temperatura medium: twarda guma: 0…+80 °C, poliuretan: –20…+50 °C

guma twarda 0 ... +80 °C; guma naturalna 0 ... +70 °C; Linatex –40 ... +70 °C; epoxyd –20 ... +130 °C; teflon –20 ... +180 °C

maks. prędkość przepływu 10 m/s

0,1…10 m/s

wartości przepływu do 110 000 m3/h, v = 0,01…10 m/s

0,1…10 m/s

PN 16

6, 10, 16, 25 lub 40 bar w zależności od średnicy

40 bar

wykonanie standardowe: DN 3 ... 80 PN 40; DN 100 ... 250 PN 16; DN 300 ... 1000 PN 10 (wykonania specjalne wg potrzeby zamawiającego, do PN 400)

analogowe 0…20 mA, cyfrowe impulsowe/częstotliwościowe 24 V DC

prądowe: (0)4…20 mA częstotliwościowe: 0...1 kHz impulsowe: 0,001…1000 l/impuls

prądowe: aktywne: 0/4…20 mA lub pasywne: 4…20 mA, częstotliwościowe: zakres 2…1000 Hz (Fmaks = 1250 Hz), impulsowe: ustawiana waga i polaryzacja impulsu, programowana maksymalna długość impulsu (0,5...2000 ms)

prądowe 0/4…20 mA, częstotliwościowe 0…1/5/10 kHz dwa uniwersalne, programowalne (przekaźnikowe i/lub transoptorowe), impulsowe

RS-485

USB, RS-485

Profibus DP, RS-485

łącze szeregowe RS-485, protokół Modbus (RTU, ASCII), Profibus DP, opcja: HART

90 ...264 V

24/115/230 V AC ±10 %, 50/60 Hz, 24 V DC ±10 %

85…260 V AC, 20…55 V AC, 16…62 V DC

90…240 V AC opcja – 9…18 lub 18…36 V AC/DC

IP68

IP65 dla przetwornika IP67/IP68 dla czujnika

IP67 (NEMA 4X), opcjonalnie: IP68 (NEMA 6P) dla czujnika Promag W w wersji rozdzielnej

przetwornik: IP65, IP67 czujnik: IP65, IP67, IP68

PTFE, EBANITE

guma miękka lub twarda, PTFE

twarda guma, poliuretan

guma twarda HR, guma naturalna NR, linatex, epoxyd, teflon, PFA

UNI 2223

kołnierzowe DIN 2501-EN 1092-1

brak danych

DN 3…2000 kołnierzowe; opcja DN 20…200 bezkołnierzowe opcja DN 20…100 procesowe (gwintowane, zaciskowe)

LCD

2-liniowy LCD (menu w języku polskim)

brak danych

podświetlany, alfanumeryczny LCD, (konfigurowalny dla wskazań natężenia przepływu, stanu liczników oraz funkcji dodatkowych, np. ciśnienie, temperatura)

Pomiary Automatyka Robotyka nr 7–8/2013

75

rynek i technologie CZUJNIKI PROCESOWE

Producent

KOBOLD

KROHNE

PUHP Zdzisław Czapko Export-Import

Model

MIK

OPTIFLUX 4000 (przetwornik IFC 300)

detektor II (przetwornik ModMAG M2000)

Dokładność

2 % pełnego zakresu powtarzalność: 1 % pełnego zakresu

maks. błąd pomiaru: ±0,15 % wartości mierzonej ±1 mm/s, zależnie od głowicy pomiarowej

błąd pomiaru: ±0,25 %

Zakres temperatury pracy

–20…+80 °C

temperatura medium: PTFE: –40…+180 °C, CPFA: –40…+180 °C, ETFE: –40…+120 °C, twarda guma: –5…+80 °C, PU: –5…+65 °C, temperatura otoczenia: –40…+65 °C

temperatura medium: PTFE: –40…+150 °C, Halar: –40…+150 °C, twarda i miękka guma: 0…+80 °C

Zakres przepływu lub prędkości

od 10…500 ml/min dla przyłącza G ½” do 35…700 l/min dla przyłącza G 2 ¾”

–12…12 m/s (–40…40 ft/s)

0,03…12 m/s

Maksymalne ciśnienie

10 bar

PN 6 dla DN 1200 ...2000; PN 10 dla DN 200 ...1000; PN 16 dla DN 65 i DN 100 ...150; PN 40 dla DN 2,5 ...50 i DN 80

PN 100

Wyjście

w zależności od modułu przetwornika: 4…20 m/A, 0…20 m/A, częstotliwościowe (500…1000 Hz dla Q max), dwustanowe alarmowe

prądowe, impulsowe, częstotliwościowe i/lub statusowe, łącznik krańcowy i/lub wejście sterujące

prądowe: 0/4 ...20 mA, impulsowe/czętotliwościowe 24 V aktywne, 20 mA, 30 V pasywne, 100 mA (otwarty kolektor) maks. 10 kHz

Komunikacja

brak

HART, Profibus, Fieldbus, Modbus

brak danych

Zasilanie

24 V DC ± 20 %

100…230 V AC (standard) oraz 24 V DC lub 24 V AC/DC (opcja)

85…265 V AC/24 V DC

1

Stopień ochrony obudowy

IP65

IP66/67, opcjonalnie: IP68

czujnik: IP65, opcjonalnie: IP68 przetwornik: IP67

l

Wykładzina czujnika

w zależności od obudowy korpusu PPS lub PVDF

PTFE: standard dla DN 20, opcja dla DN 200…600; PFA: standard dla DN 2,5…6 i DN 5…150; ETFE: standard dla DN 200…2000; PU: opcja dla DN 200…1800; twarda guma: opcja dla DN 200…2000 (tylko Ex)

twarda i miękka guma, PTFE, Halar

Przyłącze procesowe

PPS lub PVDF G ½” do G 2 ¾”; PVC G ¾” do G 2 ¾” z końcówką do klejenia; PVC G ½” do G 1” z końcówką na przewód elastyczny; stal kwasoodporna G ½” do G 2 ¾” do wspawania

DIN, ANSE, JIS

DIN, ANSI, JIS, AWWA

Wyświetlacz

LED, LCD

podświetlany, LCD

LCD

76

P

HA

N

mport

000)

wne, lektor)

Siemens

Techmag

Uniprod-Components

Zach Metalchem

MAGFLO (czujnik MAG 3100, przetwornik MAG 6000)

FM-300

UniEMP-05

FLOWMEX

maks. błąd pomiaru: 0,50 % przepływu

błąd pomiaru: >5 % pełnego zakresu głowicy: 0,5 % przepływu, dla przepływu <5 % pełnego zakresu głowicy: 0,05 % maks. przepływu

błąd pomiaru: < 0,5 % (0,2 % – opcja)

błąd pomiaru: <1 %

–40…+80 °C

temperatura medium: polietylen twardy: do +80 °C, guma ebonitowa: do +80 °C, teflon: +150 °C, ceramika: do +150 °C, temperatura otoczenia dla czujnika: –25…+70 °C, temperatura otoczenia dla przetwornika: 0…+40 °C

temperatura medium: do +200 °C temperatura otoczenia dla czujnika: –40…+60 °C, temperatura otoczenia dla przetwornika: –20…+60 °C

temp. medium: ceramika: do +160°C, guma miękka i twarda: do +80 °C (opcja 90), teflon: do +145 °C

w zależności od średnicy 15 ...2000 mm, od 3/8” do 78”

0,01…10 000 m3/h

v = 0,1…10 m/s

0,01 ...1150 m3/h

PN 100/maksymalnie 1500 psi

PN 16, PN 10

4 MPa

ceramika do PN 40 (DN 6 ...80), PN 25 (DN 100 ...200), guma i teflon do PN16 (opcje PN 25 i PN 40)

cyfrowe, prądowe, impulsowe/częstotliwościowe, przekaźnikowe

4…20 mA, impulsowe

prądowe: aktywne 0/4…20 mA, częstotliwościowe: 0…10 kHz, impulsowe: programowane przez użytkownika, przekaźnikowe: 2 przekaźniki 2 A/250 V AC

opcjonalnie: impulsowe (frekwencyjne), analogowe (4…20 mA), cyfrowe (komunikacja szeregowa)

HART, Profibus PA/DP, Modbus RTU, DeviceNet, CANopen

RS-485

RS-485, Modbus, Profibus-DP

RS-485, RS-232, modem, LonWorks

12 ...24 V AC/DC, 115 ...230 V AC

220 V AC, 24 V AC, 24 V DC

230 V AC, 18…30 V DC

220 V ±10 %

przetwornik: IP67/NEMA 4X lub IP20/66/NEMA 2/4 Poliamid

IP65, opcjonalnie: IP67, IP68

czujnik: IP65, IP67, IP68 (możliwość zakopania bezpośrednio w ziemi), przetwornik: IP65

czujnik: IP67 (opcja IP68), przetwornik: IP65

Neopren, EPDM, Ebonit, LINATEX, PTFE, NOVOLAK

polietylen twardy, PTFE – teflon, guma ebonitowa, Al2O3 – ceramika

guma twarda i naturalna, PTFE (teflon), linatex, żywica

ceramika, guma twarda i miękka, teflon

brak danych

kołnierzowe, bezkołnierzowe

DN 3…2000 mm kołnierzowe, procesowe gwintowane R DIN, procesowe zaciskowe DIN

brak danych

3-liniowy alfanumeryczny LCD z podświetleniem

brak danych

graficzny LCD 128 x 64

LCD

Pomiary Automatyka Robotyka nr 7–8/2013

77

rynek i technologie czujniki procesowe

Opcje montażu różnych czujników firmy Cynergy3Components

Cynergy3Components to wiodący

W przypadku zastosowań w środowisku obojętnym chemicznie użyty materiał decyduje przede wszystkim o zakresie temperatury pracy czujnika.

Pomiar temperatury umożliwiają wybrane wersje tych urządzeń. Typowe zakresy temperatury pracy czujników są następujące: • –20…+75 °C dla nylonu, • –20…+100 °C dla polipropylenu, • –10…+120 °C dla PPS (polisiarczek fenylenu), • –20…+120 °C lub nawet –20… +180 °C dla stali nierdzewnej.

Drugim istotnym parametrem czujników pływakowych jest maksymalna wartość przełączanej mocy.

Najpopularniejsze, standardowe wykonania w przypadku czujników firmy

producent czujników poziomu cieczy.

Oferowane przez tę firmę czujniki są wykonane z różnych materiałów, dzięki czemu mogą pracować w wielu środowiskach o różnorodnej agresywności chemicznej.

Cynergy3Components to elementy o obciążalności 25 VA, 50 VA oraz 100 VA. W zależności od agresywności i temperatury środowiska, w którym pracują czujniki poziomu, wyposażono je w przewody doprowadzeniowe o różnej izolacji zewnętrznej. Najpopularniejsze wykonania to standardowe czujniki z przewodami w izolacji PVC oraz wysokotemperaturowe czujniki z przewodami w izolacji teflonowej.

Na zamówienie są dostępne czujniki z wyprowadzeniem sygnału w postaci zewnętrznego złącza.

Czujniki mogą być montowane na zbiorniku różnymi metodami. Dostępne są wersje z gwintem plastikowym oraz metalowym, a także wersje montowane na wcisk przy wykorzystaniu uszczelek

Czujnik

Wykonanie

Materiał

Zakres temperatur

Moc nominalna

Przewód

Styki

Uszczelka

Certyfikat

RSF44Y100RF

poziome, mocowanie wewnętrzne, gwint M16

polipropylen

–20… +100 °C

25 VA, 240 V AC/ 120 V DC, 0,6 A

1 m, PVC

NO (NC) konfigurowalne

nitryl

WRAS

RSF54Y100JC

pionowe, mocowanie wewnętrzne, gwint M12

polipropylen

–20… +100 °C

25 VA, 240 V AC/ 120 V DC, 0,6 A

1 m, PVC

NO (NC) konfigurowalne

nitryl

WRAS

RSF66A25B100

pionowe, mocowanie wewnętrzne, gwint M16, pomiar dwóch poziomów

PPS

–10… +85 °C

25 VA, 240 V AC/ 120 V DC, 0,6 A

1 m, PVC

NO (poziom 1), NC (poziom 2)

nitryl

WRAS

RSF74Y100RN

poziome, mocowanie zewnętrze wciskane

polipropylen

–20… +100 °C

25 VA, 240 V AC/ 120 V DC, 0,6 A

1 m, PVC

NO (NC) konfigurowalne

nitryl

WRAS

78

Promocja

Fot. Semicon

Czujniki poziomu Cynergy3

wykonywanych z różnych materiałów (uszczelki nitrylowe, silikonowe, vitonowe i inne).

Urządzenia firmy Cynergy3Components mogą pracować z konfiguracją styków NO lub NC, ale dostępne są wersje uniwersalne, w których konfiguracja styków jest ustawiana przez użytkownika.

Wybrane modele umożliwiają monitorowanie dwóch różnych poziomów cieczy lub dzięki konstrukcji z odpowiednim przetwornikiem pozwalają na ciągłą kontrolę zmieniającego się poziomu.

Jedną z najpopularniejszych rodzin czujników poziomu jest seria RSF. Przykładowe wykonania i parametry czujników tej serii zaprezentowano w tabeli.

W zależności od wykonania czujniki uzyskały certyfikaty WRAS lub/i UL. Firma Cynergy3Components od wielu lat specjalizuje się w wykonywaniu czujników poziomu zgodnych ze specyfikacją klientów. Jeżeli w naszej standardowej ofercie nie znajdziecie Państwo rozwiązań pasujących do wybranej aplikacji, prosimy o kontakt. Dystrybutorem produktów Cynergy3Components w Polsce jest warszawska firma Semicon.

REKLAMA

Mariusz Sochacki SEMICON Sp. z o.o.

Fot. Semicon

ul. Zwoleńska 43/43A, 04-761 Warszawa tel. 22 615 73 71, fax 22 615 73 75 e-mail: msochacki@semicon.com.pl www.cynergy3.com

REKLAMA

MIĘDZYNARODOWE TARGI INNOWACJI I NOWYCH TECHNOLOGII

Targi kierowane do: przedsiębiorstw z branży ITC instytucji otoczenia biznesu miłośników nowych technologii i innowacji

Pomiary Automatyka Robotyka nr 7–8/2013

79

rynek i technologie CZUJNIKI PROCESOWE

Jumo AQUIS touch P do analizy fizykochemicznej cieczy Firma Jumo, specjalizująca się w technice pomiarowej i regulacyjnej, rozszerza serię urządzeń AQUIS touch o kompaktowy wielofunkcyjny analizator wielokanałowy przeznaczony do zabudowy tablicowej – Jumo AQUIS touch P do analizy fizykochemicznej cieczy. Urządzenie realizuje cztery funkcje jednocześnie: pomiary,

Jumo AQUIS touch P ma budowę modułową i oferuje liczne interfejsy. Wejście pomiarowe oraz wyjścia przekaźnikowe, cyfrowe i analogowe można w szerokim zakresie zestawiać ze sobą.

Wielokanałowe urządzenie pomiarowe przewidziane jest do zabudowy w otworach o wymiarach 96 mm × 96 mm, przy czym od strony czołowej ma stopień ochrony IP66. Ze względu na wysoką elastyczność, urządzenie może znaleźć zastosowanie w wielu różnych aplikacjach, takich jak monitoring stanu wody pitnej lub basenowej, w komunalnych lub przemysłowych oczyszczalniach ścieków, w układach i urządzeniach procesowych, w wieżach chłodniczych, wymiennikach jonowych, w układach odwróconej osmozy, w układach przygotowania wody dla farmacji oraz w układach mycia procesowego CIP (Cleaning in Place).

Centralna platforma procesowej obróbki pomiarów i ich prezentacji Niezależnie od rodzaju zadań pomiarowych realizowanych przez urządzenie – pomiaru pH lub wartości redoks, przewodności elektrolitycznej, przewodności wody ultraczystej, temperatury lub pomiarów tzw. dezynfekcyjnych, czyli zawartości wolnego chloru lub chloru

80

Promocja

regulację, rejestrację i wyświetlanie parametrów.

całkowitego – Jumo AQUIS touch P stanowi centralną platformę dla właściwej prezentacji i dalszego kondycjonowania sygnałów procesowych. Można przy tym podłączyć dwa pomiary analityczne bezpośrednio i dalsze pięć sygnałów w postaci standardowych sygnałów automatyki. Interfejsy cyfrowe umożliwiają odczyt kolejnych ośmiu zewnętrznych wartości pomiarowych.

Można także zrealizować bezpośrednie podłączenie przepływomierzy.

W tym celu urządzenie wyposażono w dwa wejścia częstotliwościowe (do 300 Hz lub do 10 kHz).

Wartości pomiarowe mogą być transferowane w celu ich wykorzystania w zewnętrznych systemach PLC przez wykorzystanie sygnałów standardowych 0/4...20 mA lub 0/2...10 V lub za pośrednictwem interfejsów cyfrowych (RS-422/485, Ethernet, Profibus DP).

Zintegrowane moduły matematyczno-logiczne umożliwiają przeprowadzenie złożonych obliczeń z wykorzystaniem różnych sygnałów i parametrów pomiarowych. Wyniki można prezentować na ekranie lub wykorzystać do zadań automatyki.

Touchscreen: do 15 języków obsługi Wyświetlanie wszystkich parametrów oraz obsługa i konfiguracja urządzenia

dokonywane są za pomocą 3,5-calowego ekranu kolorowego typu touchscreen.

Języki obsługi są konfigurowalne. Za pośrednictwem biblioteki języków, z możliwością jej rozszerzania przez użytkownika, można zaimplementować do 15 języków, w tym język rosyjski i chiński. Dzięki temu oraz dzięki posiadanemu dopuszczeniu cUL urządzenie przygotowane jest do stosowania na całym świecie.

Cztery definiowalne samodzielne układy regulacji Można zdefiniować do czterech niezależnych układów regulacji. W układach tych stosowane są sprawdzone algorytmy firmy Jumo dla regulacji w trybach P, PI, PD i PID. W urządzeniu AQUIS touch P można zamontować maksymalnie do 10 wyjść przekaźnikowych.

Mogą one sterować wyjściami impulsowymi lub szerokością impulsów, np. w pompach dozujących i zaworach magnetycznych; mogą też być skonfigurowane jako wyjścia trójstanowe.

W charakterze łączników wykorzystywane są pojedyncze lub podwójne płytki wyjść przekaźnikowych, jak również – szczególnie w zakresie wysokich częstotliwości – przekaźniki półprzewodnikowe typu PhotoMOS. Do wyboru są

Fot. Jumo

Wielokanałowe urządzenia pomiarowe serii Jumo AQUIS touch do analizy cieczy: obok nowej wersji P do zabudowy tablicowej wersja Jumo AQUIS touch S w obudowie naściennej; oba urządzenia obsługiwane są w identyczny sposób i mają niemal jednakowe funkcjonalności

też wyjścia analogowe (0/4...20 mA lub 0...10 V). Dla każdej wartości pomiarowej można dowolnie konfigurować alarmy i wartości graniczne.

Dzięki dwóm zintegrowanym układom czasowym można wyzwalać zdarzenia w reżimie czasowym (np. w układzie tygodniowym), takie jak np. regulacyjne obniżenia nocne.

Zintegrowany rejestrator ekranowy Przy użyciu zintegrowanego rejestratora ekranowego można rejestrować do czterech wielkości analogowych i do trzech sygnałów binarnych w dwóch grupach równocześnie i śledzić ich przebiegi na ekranie, podobnie jak w przypadku rejestratora papierowego.

Dane zapamiętywane są w pamięci wewnętrznej i są zabezpieczone na wypadek zaniku napięcia zasilania. Proces zapamiętywania danych jest zabezpieczony przed manipulacją i w ten sposób można spełnić urzędowe wymagania odnośnie bezpieczeństwa danych

bez konieczności stosowania dodatkowych urządzeń. Zapamiętane dane można odczytać za pośrednictwem sieci Ethernet lub z pomocą oprogramowania PC i poddać je dalszej obróbce z wykorzystaniem oprogramowania zewnętrznego. W taki sposób można zapisywać i odczytywać dane pomiarowe lub dane setup z urządzenia.

Za pośrednictwem interfejsu Ethernet można także podłączyć urządzenie do sieci LAN. Sieć taka umożliwia dostęp do danych i wartości pomiarowych. Konfiguracja i parametryzacja Jumo AQUIS touch P zachodzi z wykorzystaniem oprogramowania setup na komputerze PC.

Zdalna diagnostyka internetowa z każdego miejsca na świecie Diagnostyka zdalna realizowana jest za pomocą funkcji Webserver. W ten sposób można kontrolować wyniki pomiarów oraz stan urządzenia z dowolnego miejsca na świecie, w którym

zapewniony jest dostęp do internetu.

Odbywa się to za pośrednictwem standardowej przeglądarki internetowej.

Alarmy i inne komunikaty mogą być też wysyłane przez urządzenie Jumo AQUIS touch P w postaci wiadomości SMS lub e-maila.

W celu powiązania wielokanałowego urządzenia pomiarowego z kompleksowymi układami sterowania i urządzeniami procesowymi można, oprócz interfejsu Profibus-DP, korzystać także z maksymalnie dwóch interfejsów RS-422 z protokołem Modbus.

Jeden z tych protokołów może być wykorzystywany jako interfejs RS-485.

JUMO Sp. z o.o. ul. Korfantego 28 53-021 Wrocław tel. 71 339 82 39 e-mail: biuro@jumo.com.pl www.jumo.com.pl

Fot. Jumo

REKLAMA

Pomiary Automatyka Robotyka nr 7–8/2013

81

rynek i technologie CZUJNIKI PROCESOWE

Iskrobezpieczny przetwornik ciśnienia EXNT 8292 W lutym 2013 r. szwajcarska firma Trafag AG wprowadziła do produkcji przetwornik do pomiarów ciśnienia względnego w strefach zagrożonych wybuchem w przemyśle petrochemicznym, gazownictwie i w górnictwie. EXNT 8292 jest jednym z najnowocześniejszych przetworników ciśnienia w wykonaniu iskrobezpiecznym, który może być stosowany zarówno w przemyśle, jak i w górnictwie.

Konstrukcja przetwornika uwzględnia wszystkie standardy i wymagania techniczne ATEX i IECEx, do zastosowań w strefach Ex w bezpośrednim kontakcie z gazem dla stref 0, 1, 2, pyłem strefy 20, 21, 22, a także w górnictwie dołowym (kopalnie węgla) strefy II 1G Ex ia IIC T4/T6 Ga, II 1 D Ex ia IIIC IP6x T130° Da, I M1 Ex ia I Ma, II 1/2G Ex ia IIC T4/T6 Ga/Gb. Dodatkowo przetwornik spełnia wymagania zabezpieczenia EMC wg normy serii EN 61000.

EXNT jest aktualnie jedynym na rynku przetwornikiem ciśnienia w wykonaniu iskrobezpiecznym, który może być stosowany w przemyśle i w górnictwie.

Zastosowano tu najnowszej generacji czujnik ciśnienia o podwyższonej wytrzymałości na ciśnienie niszczące strukturę. Przykładowo dla zakresu 0…1 bar ciśnienie niszczące wynosi 25 bar, dla zakresu 0…10 bar – 200 bar. Czujnik charakteryzuje się szerokim zakresem pomiarowym od 0…400 mbar do 0…2000 bar i doskonałą stabilnością Sygnał wyjściowy 4…20 mA Zasilanie 24 (10…30) V DC Klasa dokładności ±0,3 % lub ±0,5% Nieliniowość i histereza (NLH) ±0,1 % lub ±0,3% Wibracje: 10 g (50...2000 Hz) Udary: 50 g/3 ms

82

Promocja

długookresową sygnału, dzięki technologii cienkowarstwowej na stali (ang. thin film on steel).

Kompensacja temperatury realizowana jest przez dwa mikrorezystory zintegrowane z mostkiem pomiarowym czujnika, zapewniając utrzymanie klasy dokładności w całym zakresie temperatury medium tj. od –40 °C do +120 °C. Czujnik i przyłącze procesowe są zespawane za pomocą specjalnej technologii na zrobotyzowanym stanowisku, zaprojektowanym specjalnie do tego celu. Takie rozwiązanie eliminuje dodatkowe uszczelnienie, gwarantując jednocześnie całkowitą szczelność i powtarzalność systemu od strony mechanicznej, a także identyczne zachowanie podczas zmiennych warunków eksploatacji, szczególnie pod względem zmieniającej się temperatury medium.

Zapewnienie szczelności jest jednym z najważniejszych wymagań bezpieczeństwa eksploatacji, szczególnie w przypadku gazów.

Temperatura medium: T4: Wyk. 05/78/02/35 T4: Wyk. 80 T4: Wyk. 14 T6: T6: Wyk. 14 Stopień ochrony Materiał czujnika Materiał obudowy

–40...+120 °C –40...+80 °C –30...+95 °C –40...+65 °C –30...+65 °C IP65 lub IP67 1.4548 (AISI 630) 1.4301 (AISI 304)

Przetwornik ma siedem wersji przyłącza procesowego, w tym specjalną wersję wysokociśnieniową M18×1,5, ze specjalnym stożkowym uszczelnieniem dla ciśnień powyżej 600 bar. Dla zapewnienia wytrzymałości mechanicznej przyłącza elektrycznego zastosowano wzmocnione przyłącza elektryczne w postaci wtyczki kablowej z tworzywa lub wtyczki metalowej (Binder 723, MIL-C 26482 lub M12×1) przeznaczone dla stref 0, 1, 2 (Ga).

Firma Trafag AG jest wiodącym dostawcą wysokiej jakości czujników oraz urządzeń do pomiaru i monitoringu ciśnienia, temperatury i gęstości sześciofluorku siarki (SF6). Oferowana jest szeroka gama urządzeń standardowych i konfigurowanych wg potrzeb i wymagań technicznych klienta. Trafag produkuje również urządzenia specjalne dla producentów urządzeń seryjnych (OEM).

Założona w 1942 r. firma Trafag ma sieć przedstawicielstw i dystrybutorów w 50 krajach. Umożliwia to bardzo profesjonalny serwis i osobiste kontakty przedstawicieli, zapewniając jednocześnie najwyższy poziom obsługi i satysfakcji naszych klientów.

Doskonale zorganizowane działy produkcji oraz dział rozwoju i badań gwarantują, że urządzenia firmy Trafag są najwyższej jakości i niezawodności, a dostawy są realizowane w krótkich terminach.

POLTRAF Sp. z o.o. ul. Bysewska 26C, 80-298 Gdańsk e-mail: info@poltraf.com.pl www.poltraf.com.pl

Przepływ pod kontrolą „Kto stoi w miejscu, w istocie się cofa.” Ta stara, znana maksyma może odnosić się do wielu dziedzin życia. Jej trafność wyraźnie potwierdza się również w obszarze przemysłowym.

Zakłady produkcyjne, które nie stawiają na rozwój, nie korzystają z dostępnych nowości technicznych umożliwiających optymalizację produkcji i zarządzanie mediami, w istocie stają się mniej konkurencyjne na rynku. Przykładem niech będą układy chłodzące w maszynach lub procesach technologicznych.

Przerwy lub niedostateczne chłodzenie oraz brak kontroli temperatury czynnika chłodzącego mogą mieć rozległe i poważne konsekwencje: przerwy w produkcji, spadek jakości produktu finalnego, obniżenie bezpieczeństwa czy zniszczenie majątku produkcyjnego (np. pompy, wentylatora, maszyny lub całej linii).

Dlatego w wielu nowych aplikacjach można spotkać przepływomierze stale monitorujące przepływ.

Niestety, te precyzyjne i drogie urządzenia podnoszą koszty instalacji lub maszyn. Na wielu odcinkach sterowania procesem technologicznym nie występuje potrzeba tak precyzyjnego kontrolowania parametrów, wystarczy zgrubne określenie wartości przepływu, aby monitorować media i procesy chłodzenia. Powstaje tu pole do zastosowań nowoczesnych detektorów przepływu, które w wieAplikacja kompaktowego czujnika przepływu serii FCS lu wariantach oferuje firma Turck.

Detektory informują o przekroczeniu/spadku przepływu lub mogą generować sygnał ciągły 4…20 mA ilustrujący trendy zmian. W czujnikach Turck wykorzystywana jest metoda kalorymetryczna. W medium umieszczone są dwa rezystory, z których jeden jest ogrzewany. Zmiany przepływu medium powodują zmiany chłodzenia grzanego rezystora, co prowadzi do zmiany różnicy temperatur obu rezystorów. Na tej podstawie określana jest wartość przepływu. Konstrukcyjnie oba rezystory znajdują się w jednej obudowie, są łatwe w montażu i nie mają części ruchomych, co ma istotne znaczenie w przypadku kontrolowania mediów zabrudzonych lub zawierających części stałe.

www.turck.pl

Promocja

REKLAMA

Fot. Poltraf, Turck

Przetwornik FMX z IO-Link dla czujników przepływu

Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP Al. Jerozolimskie 202, 02-486 Warszawa tel. (+48) 22 8740 287, (+48) 22 8740 255 fax: (+48) 22 8740 209 e-mail: dp@piap.pl

3 Pomiar i rejestracja: prędkości, przebytej drogi, pozycji geograficznej oraz sygnałów dwustanowych i analogowych z różnych urządzeń pojazdu.

3 Zdalny odczyt parametrów pracy pojazdu.

3 Łatwość dostosowania systemu do wymagań użytkownika oraz możliwość późniejszej modernizacji bez konieczności wymiany na nowy.

3 Panele operatorskie LCD (od 7“ do 15“) umożliwiają czytelną prezentację parametrów.

3 Pomiar i rejestracja prędkości z dokładnością 0,1 km/h.

3 Przetworniki prędkości o stopniu ochrony IP68, zakresie temperatury pracy od –40 °C do 70 °C, odporny na wstrząsy i udary.

3 Rejestracja danych: w dedykowanych kartach pamięci, umożliwiających nieprzerwany zapis informacji co najmniej 100 dni, w zależności od zastosowanych kart pamięci.

3 Dodatkowe moduły diagnostyczne umożliwiają ocenę i szybką diagnostykę stanu czujników pojazdu i sygnałów tachografu.

84

Pomiar „lepkiego” ciśnienia Rodzina czujników pojemnościowych BSP powiększyła się właśnie o wersję z czołową membraną.

Czujnik ciśnienia BSP wyposażony jest w spawaną membranę ze stali nierdzewnej, dzięki czemu idealnie nadaje się do pomiaru ciśnienia lepkich mediów, takich jak kleje czy smary. Pomiar w przypadku substancji krystalizujących lub obecność zanieczyszczeń stałych w medium nie stanowi dla nowych czujników żadnego wyzwania. Tradycyjny czujnik posiada otwór, przez który medium dostaje się do membrany czujnika.

Czujnik ciśnienia W przypadku lepkich bądź kleistych z wyświetlaczem substancji istnieje zagrożenie poserii BSP zostania lub zastygnięcia materiału wewnątrz czujnika. Czyszczenie jest w takiej sytuacji bardzo trudne. W wersji z czołową membraną osad nie ma możliwości osadzenia się w czujniku.

Gwarantuje to prostotę użytkowania w najtrudniejszych warunkach.

Kalibracja urządzenia jest dobrze znana z podstawowej wersji czujnika BSP: dwa przyciski na obrotowym panelu sprawnie poprowadzą każdego przez ten proces.

Funkcjonalności dopełnia czytelny obrotowy wyświetlacz z panelem operatorPłaska membrana skim oraz przyłącze czujnika BSP elektryczne pozwalające na niezależny obrót o 320° względem kołnierza.

Procesy automatyki przemysłowej wymagają pomiarów rozmaitych ciśnień, w związku z czym czujniki ciśnienia BSP z czołową membraną dostępne są w zakresie od –1…+2 bar do 0…600 bar. Od strony elektrycznej możliwy jest wybór czujników z dwoma punktami przełączającymi lub z jednym punktem przełączającym oraz wyjściem analogowym (0…10 V lub 4…20 mA).

www.balluff.com www.leuze.pl

Promocja

REKLAMA

BALLUFF Sp. z o.o. ul. Muchoborska, 54-424 Wroclaw

Pomiary Automatyka Robotyka nr 7–8/2013

85

Aplikacje ENERGETYKA

86

czujniki procesowe rynek i technologie

EKatech – termopary do zadań specjalnych Przewodność cieplna na poziomie osłony z metalu, wysoka wytrzymałość mechaniczna, niesamowita odporność na ścieranie, niespotykana żywotność przy mediach agresywnych aż do temperatury 1600 °C. Czy to możliwe? Tak, to właśnie EKatech.

Termopary z osłonami EKatech pracują niezawodnie przez kilka lat zarówno w odlewnictwie aluminium, jak również cynku, magnezu, miedzi czy brązu. Osłona jest niezwilżana dla metali kolorowych, nie poddaje się korozji, nie zanieczyszcza stopionego metalu, może być używana w stopach zawierających sód, jest też odporna na szok termiczny. Termopary EKatech są polecane również wtedy, gdy termopara nie ma bezpośredniego styku z wytopem, ale powinna bezawaryjnie pracować w jego oparach (np. w piecach zawiesinowych, gdzie występuje agresywna atmosfera zawierająca związki siarki i węgla).

Hutnictwo W wielkich piecach konieczna jest kontrola temperatury w kopułach, przy wytwarzaniu gorącego dmuchu i kontroli przebiegu innych procesów przy wytwarzaniu stali. W aplikacjach, w których prawidłowy pomiar zakłócają: wysoka temperatura (1100–1400 °C), mieszanina gazów zawierająca siarkę, bądź występujący w niektórych procesach wodór, oraz wszędzie tam, gdzie wymagana jest gazoszczelność do 3 bar, termopary z osłonami EKatech otwierają nowe perspektywy i umożliwiają redukcję kosztów.

Odlewnictwo szkła Środowisko pracy w sklepieniach pieców w hutach szkła, szczególnie gdy stosowane są palniki tlenowogazowe, zawiera bardzo agresywne Promocja

spaliny i gazy, a temperatura pracy dochodzi do 1500 °C. Wytrzymałość mechaniczna termopar jest konieczna ze względu na ruchy pieca. Warto zatem także tutaj stosować termopary EKatech.

Energetyka Zarówno w elektrowniach czy elektrociepłowniach, w kotłach opalanych olejem ciężkim, jak również w złożu fluidalnym przy kotłach na biomasę, pomiary temperatury przed elektrofiltrem są utrapieniem służb utrzymania ruchu. Występująca tutaj mieszanina mediów silnie ścierających i agresywnych powoduje, że standardowe osłony metalowe – nawet grubościenne – nie pracują dłużej niż kilka tygodni. W takiej sytuacji zdecydowanie racjonalnym wyborem staje się zastosowanie czujników EKatech, także w postaci termometru oporowego z elementem pomiarowym Pt 100 w opcji z przetwornikiem.

Cementownie W cementowniach pomiar temperatury również utrudniają silnie ścierające media. Osłony metalowe szybko ulegają przetarciu i zniszczeniu, a standardowe osłony ceramiczne z Al2O3 mają za małą odporność mechaniczną i twardość. Zastosowanie termopar EKatech, z uwagi na ich wielomiesięczną żywotność i trwałość, pozwala zminimalizować koszty.

GUENTHER Polska sp. z o.o. www.guenther.com.pl

REKLAMA

Odlewnictwo metali kolorowych

Pomiary Automatyka Robotyka nr 7–8/2013

87

Wydarzenia Kalendarium PAR

Targi | Konferencje | Kongresy | Sympozja | Wystawy Publikujemy w środkowym miesiącu kwartału

Sierpień 2013

24–27 września 2013, Gdańsk, POLSKA

27 sierpnia 2013, Warszawa, POLSKA

• TRAKO – X Międzynarodowe Targi Kolejowe

• Efektywne zarządzanie przedsiębiorstwem z wykorzystaniem systemów ERP

Kontakt:

Kontakt:

ul. Żaglowa 11, 80-560 Gdańsk

MultiTrain Sp. z o.o.

Dyrektor Projektu TRAKO

ul. Blokowa 32, 03-641 Warszawa

Dorota Daszkowska-Kosewska

tel. 22 498 03 49, fax 22 244 25 37

tel. 58 554 92 12, 554 93 62

e-mail: wydarzenia.multitrain@multitrain.pl, www.multitrain.pl

fax 58 554 92 11

Międzynarodowe Targi Gdańskie SA

e-mail: dorota.daszkowska@mtgsa.com.pl

28–30 sierpnia 2013, Wrocław, Praga, Brno, CZECHY • Konferencja 1st Lean Manufacturing Forum

25–26 września 2013, Warszawa, POLSKA

Kontakt: Lean Experience Business Institute

• VIII Konferencja – Jak podnieść efektywność i zmniejszyć koszty utrzymania ruchu

e-mail: a.wos@le-bi.pl

Kontakt: GBI Partners Sp. z o.o.

Wrzesień 2013

ul. Wałbrzyska 11, 02-739 Warszawa tel. 22 458 66 10, fax 22 458 66 11

2–5 września 2013, Kielce, POLSKA

e-mail: info@gbip.com.pl

• MSPO – XXI Międzynarodowy Salon Przemysłu Obronnego • LOGISTYKA – XVIII Międzynarodowe Targi Logistyczne

25–27 września 2013, Kielce, POLSKA

Kontakt: TARGI KIELCE SA ul. Zakładowa 1, 25-672 Kielce tel. 41 365 12 49, fax 41 365 14 25 e-mail: mspo@targikielce.pl, logistyka@targikielce.pl

8–11 września 2013, Łagów Lubuski, POLSKA

• CONTROL–TECH – Targi Przemysłowej Techniki Pomiarowej oraz Badań Nieniszczących • METAL – Międzynarodowe Targi Technologii dla Odlewnictwa • ALUMINIUM & NONFERMET – Międzynarodowe Targi Aluminium i Technologii, Materiałów i Produktów Metali Nieżelaznych

• DPS 2013 – 11th International Conference on Diagnostics of Processes and Systems

Kontakt:

Kontakt:

ul. Zakładowa 1, 25-672 Kielce

Uniwersytet Zielonogórski

Agnieszka Białek: tel. 41 365 12 22, fax 41 365 62 61

Instytut Sterowania i Systemów Informatycznych

e-mail: biuro@targikielce.pl

TARGI KIELCE SA

ul. Ogrodowa 3b, 65-246 Zielona Góra tel. 68 328 2422, fax 68 328 4751

26 września 2013, Warszawa, POLSKA

e-mail: dps2013@uz.zgora.pl, http://www.dps2013.uz.zgora.pl

• Seminarium „Monitorowanie i diagnostyka maszyn i urządzeń”

17–19 września 2013, Bielsko-Biała, POLSKA

Kontakt:

• ENERGETAB 2013 – XXVI Międzynarodowe Energetyczne Targi Bielskie

www.seminaria.trademedia.us

Kontakt: ZIAD Bielsko-Biała S.A.

Październik 2013

Al. Armii Krajowej 220, 43-316 Bielsko-Biała tel. 33 813 82 31, 813 82 30, 813 82 40, fax 33 813 82 33

1–3 października 2013, Sosnowiec, POLSKA

e-mail: wystawa@ziad.bielsko.pl, www.energetab.pl

• PAKFOOD – Targi Opakowań dla Przemysłu Spożywczego

• VI Międzynarodowe Targi Obrabiarek, Narzędzi i Technologii Obróbki • Targi Techniki Laserowej • VI Międzynarodowe Targi Metod i Narzędzi do Wirtualizacji Procesów

Kontakt:

Kontakt:

Międzynarodowe Targi Poznańskie Sp. z o.o.

Centrum Targowo-Wystawiennicze, Expo Silesia,

ul. Głogowska 14, 60-734 Poznań

ul. Braci Mieroszewskich 124, 41-219 Sosnowiec

Joanna Kucharska, tel. 61 869 2093

tel. 32 78 87 500, fax 32 78 87 502

e-mail: joanna.kucharska@mtp.pl

e-mail: exposilesia@exposilesia.pl

23–26 września 2013, Poznań, POLSKA

88

1–3 października 2013, Bolonia, Włochy • I TOC Lean Sigma Transformation & KAIZEN Benchmark Tour Kontakt: Langas Group ul. Krakowskie Przedmieście 79, 00-079 Warszawa tel. 22 696 80 22, fax 22 826 85 05 e-mail: j.janiszewski@langas.pl,www.langas.pl

2–3 października 2013, Kraków, POLSKA • IV edycja Targów Utrzymania Ruchu, Planowania i Optymalizacji Produkcji – MAINTENANCE • V edycja Targów Obróbki, Magazynowania, Transportu i Logistyki Materiałów Sypkich i Masowych – SyMas Kontakt: easyFairs Poland Sp. z o.o. tel. 12 651 95 20, fax 12 651 95 22 e-mail: poland@easyfairs.com, www.easyfairs.com.pl

7–9 października 2013, Poznań, POLSKA • DWORZEC – Salon Lokalnego i Regionalnego Transportu Publicznego Kontakt: Międzynarodowe Targi Poznańskie Sp. z o.o. ul. Głogowska 14, 60-734 Poznań tel. 61 869 2000, fax 61 869 2999 e-mail: info@mtp.pl

7–10 PAŹDZIERNIKA 2013,Poznań, POLSKA • POLEKO – Międzynarodowe Targi Ochrony Środowiska Kontakt: Międzynarodowe Targi Poznańskie Sp. z o.o. ul. Głogowska 14, 60-734 Poznań Zespół Projektowy Targów POLEKO e-mail: poleko@mtp.pl, fax 61 869 29 52 Dyrektor projektu: Michał Hempowicz tel. 61 869 25 74, e-mail: michal.hempowicz@mtp.pl

9 października 2013, Katowice, POLSKA • Seminarium „Automatyzacja linii produkcyjnych” Kontakt: www.seminaria.trademedia.us

15–17 października 2013, Kraków, POLSKA • EUROTOOL -– Międzynarodowe Targi Obrabiarek, Narzędzi i Urządzeń do Obróbki Materiałów Kontakt: Targi w Krakowie Sp. z o.o. ul. Centralna 41a, 31-586 Kraków tel. 12 644 12 17, 12 651 90 66, 12 644 59 32, fax 12 644 61 41 Beata Łoś – komisarz targów tel. kom. 501 691 234, e-mail: los@targi.krakow.pl

16–17 października 2013, Warszawa, POLSKA • RENEXPO Poland – Międzynarodowe Targi Energii Odnawialnej i Efektywności Energetycznej Kontakt: Małgorzata Bartkowski Marketing & Sales Manager RENEXPO Poland ul. Bartycka 22B/21A, 00-716 Warszawa tel. 22 266 02 16, fax 22 379 78 60 e-mail: Bartkowski@reeco.eu

REKLAMA

REECO Poland Sp. z o.o.

Pomiary Automatyka Robotyka nr 7– 8 /2013

89

Nauka

Nowe konstrukcje i metody projektowania zewnętrznych osi do lokomocji robotów przemysłowych Paweł Cegielski*, Dariusz Golański*, Andrzej Kolasa*, Tadeusz Sarnowski** *Zakład Inżynierii Spajania, Politechnika Warszawska **ZAP-Robotyka Sp. z o.o., Ostrów Wielkopolski

Streszczenie: Robotyzacja wielu zadań produkcyjnych może wymagać zwiększenia zasięgu ramienia robota ponad jego standardowe rozmiary. W tym celu mogą być zastosowane dodatkowe maszyny lokomocyjne, tzw. zewnętrzne osie robota, w tym wszelkiego rodzaju tory jezdne. Wysokie parametry użytkowe tego typu maszyn zagwarantować mogą nowoczesne metody projektowania i analizy konstrukcji już na etapie wstępnego modelowania.

ZAP-Robotyka, wspólnie z Zakładem Inżynierii Spajania Politechniki Warszawskiej od szeregu lat prowadzi prace badawczo-rozwojowe i wdrożeniowe w dziedzinie urządzeń do automatyzacji i robotyzacji. W artykule przedstawiono efekty ostatnich prac związanych z modelowaniem i budową zewnętrznych osi robotów przemysłowych.

Słowa kluczowe: robot przemysłowy, tor jezdny, MES

1. Wprowadzenie Uwarunkowania współczesnego rynku wymuszają częstą modernizację i zmiany wyrobów produkowanych przy szerokim wykorzystaniu elastycznych środków wytwórczych, w tym robotów przemysłowych. Wysoka elastyczność robotów musi iść w parze z odpowiednią konfiguracją i wyposażeniem stanowisk produkcyjnych. W stosunku do tzw. zewnętrznych osi robotów, definiowanych jako odrębne maszyny manipulacyjne współdziałające z robotem, w tym sterowane z poziomu tego samego programu użytkowego, a nawet kontrolera (takich jak pozycjonery czy tory jezdne) konieczna może okazać się ich każdorazowa wymiana lub stosowanie droższych, ale bardziej wszechstronnych urządzeń, np. o większej nośności i większej liczbie stopni swobody.

Aby sprostać nowym wyzwaniom, projektowanie i eksploatacja nowych urządzeń wymaga innowacyjnego zastosowania tradycyjnej wiedzy z zakresu technologii, konstrukcji maszyn i urządzeń, elektroniki, automatyki czy programowania.

Tory jezdne pozwalają na przemieszczanie się zamocowanych na nich robotów przemysłowych, umożliwiając realizację zadań obejmujących obszary nawet znacznie wykraczające poza przestrzeń roboczą samego robota [2, 3].

90

Główne parametry torów to: rodzaj i liczba osi (przeważają konstrukcje jednoosiowe – liniowe), zasięg, nośność i powtarzalność pozycjonowania, a także rodzaj zastosowanego napędu i sterowania. Przy powtarzalności pozycjonowania nie gorszej niż robotów przemysłowych i znacznej nośności (powyżej 200 kg) osiągają wysokie prędkości i zakresy ruchu.

W grupie prostych, jednoosiowych torów jezdnych, szczególną rolę odgrywają jednostki podwieszane, przeznaczone do przemieszczania robotów pracujących w pozycji bocznej lub odwróconej. Przyjmuje się, że w takiej pozycji uzyskuje się około 50 % wzrost wykorzystania przestrzeni roboczej.

Możliwe staje się stosowanie lżejszych i tańszych robotów o mniejszym zasięgu oraz realizacja zadań o znacznie utrudnionym dostępie do miejsca obróbki.

Podjęcie opracowania i wdrożenia nowych generacji torów podwieszanych miało na celu rozszerzenie oferty produkowanych w kraju, a więc łatwiej dostępnych i tańszych urządzeń, przy zachowaniu najwyższych parametrów i funkcjonalności.

Dotychczas produkowane tory podłogowe nie są w stanie sprostać wszystkim zadaniom produkcyjnym. Zastosowanie urządzeń z importu, z uwagi na wysoką cenę, a niekiedy także ścisłe dopasowanie do określonego typu robotów (pochodzących od tego samego producenta), często nie jest uzasadnione ekonomicznie, a wręcz nie jest możliwe.

W artykule przedstawiono efekty ostatnich prac, związanych z opracowaniem i budową nowych konstrukcji torów jezdnych, wdrażanych do produkcji seryjnej w ramach projektu celowego FSNT-NOT [8].

2. Analiza numeryczna MES W przypadku współczesnych, coraz bardziej precyzyjnych robotów przemysłowych, o powtarzalności pozycjonowania rzędu ±0,01– 0,10 mm, pojawia się potrzeba zapewnienia najwyższej sztywności ich zamocowania i manipulacji.

W przypadku torów podłogowych, pewne niedostatki mogą być zrekompensowane odpowiednim fundamentem i mocowaniem toru do podłoża. Dla torów podwieszanych konieczny jest staranny dobór wszystkich elementów nośnych (belki, słupów podporowych) i prowadzących (prowadnice, przekładnie), poparty obliczeniami i próbami ruchowymi modeli

i prototypów. Faza badań ruchowych pociąga za sobą znaczne koszty, stanowi jednak miarodajne potwierdzenie jakości przyjętych rozwiązań. Nowością, w stosunku do wcześniejszych opracowań, było zastosowanie zaawansowanych technik obliczeniowych i modelowania komputerowego, które chociaż częściowo ograniczyły potrzebę budowania kosztownych modeli, przyspieszając opracowanie i kompletacje nowych konstrukcji [2, 5].

Analiza metodą elementów skończonych (MES) polega na wykorzystaniu idei dyskretyzacji rozpatrywanego obszaru przez jego podział na skończoną liczbę podobszarów nazywanych elementami (rys. 1). Elementy te połączone są ze sobą w punktach nazywanych węzłami. Reakcja każdego elementu wyrażona jest w formie skończonej liczby stopni swobody charakteryzowanej przez wartość nieznanej (poszukiwanej) funkcji dla zestawu punktów węzłowych.

Rys. 1. Dyskretyzacja i podział obiektu na elementy skończone Fig. 1. Discretization of a body and its division into finite elements

W przypadku konstrukcji ramowych, często stosuje się elementy typu belka, których głównym zadaniem jest przenoszenie obciążeń poprzecznych na ich podparcia (słupy).

Belka przenosi tylko poprzeczne obciążenia głównie przez zginanie w taki sposób, że po jednej stronie powstają podłużne naprężenia ściskające, a po drugiej stronie naprężenia rozciągające. Obie strefy naprężeń oddzielone są od siebie neutralną powierzchnią o naprężeniu równym zeru.

Kombinacja naprężeń rozciągających oraz ściskających wytwarza wewnętrzny moment gnący, który stanowi główny mechanizm transportu obciążenia do słupów.

Modele matematyczne jednowymiarowej belki strukturalnej konstruowane są na podstawie teorii belek. Ponieważ belki są w rzeczywistości ciałami trójwymiarowymi, to wszystkie modele zakładać muszą pewną formę aproksymacji.

Najprostsze modele dla prostych, pryzmatycznych belek oparte są na teorii Bernoulli-Eulera [1] nazywanej też klasyczną teorią belki lub teorią belki Timoszenko [7]. Modele te mogą być stosowane dla sformułowania skończonych elementów w postaci belek.

taż toru wymaga użycia słupów podporowych, a ich liczba i rozmieszczenie uwarunkowane są m.in. długością toru, całkowitym obciążeniem czy charakterem realizowanych zadań.

Najkrótsze mogą być podparte jednostronnie (układ wysięgnikowy), ale przeważają konstrukcje bramowe – dwupodporowe, najdłuższe zaś wymagają szeregu podpór pośrednich.

Przedmiotem projektu [8] był typoszereg podwieszanych torów jezdnych do współpracy z niemal dowolnymi robotami przemysłowymi, o całkowitej masie nieprzekraczającej 300 kg. Przyjęta, całkowita długość toru w zakresie od 2 m do 6 m, jest kompromisem między funkcjonalnością a ceną i jest efektem zarówno własnych doświadczeń produkcyjnych, jak i dostępnych danych literaturowych. Powtarzalność pozycjonowania ustalono na ±0,15 mm. W skład zunifikowanej jednostki weszła m.in.: belka toru, bieżnie z prowadnicami o dużej odporności na złożone rozkłady sił i momentów obciążających, platforma jezdna robota i układ przeniesienia napędu, oparty na przekładni zębatkowej, z przyłączem silnika elektrycznego zlokalizowanym na platformie jezdnej robota (rys. 2). Takie rozwiązanie ułatwi budowę toru o nietypowych długościach, gdzie przekładnia napędowa nie stanowi ograniczenia zasięgu ruchu. Konstrukcja ma charakter otwarty, dający możliwość łączenia z układami sterowania większości robotów, po zainstalowaniu dedykowanej jednostki napędowej lub napędu uniwersalnego.

Konstrukcja bramowa z belką jezdną (rys. 2), na której podwieszony jest uniwersalny robot przemysłowy, powinna spełniać wymagania związane z odpowiednią sztywnością, zapewniającą minimalne wygięcie wynikające z obciążenia belki robotem oraz siłami i momentami gnącymi wynikającymi z przyspieszenia robota w czasie ruchów ustawczych i roboczych. Możliwość określenia powstających ugięć, sił wzdłużnych, poprzecznych i momentów zginających już na etapie ich projektowania umożliwia modelowanie za pomocą metody elementów skończonych (MES) [4]. Analiza taka umożliwia dobór odpowiedniego rodzaju bramy pod kątem wymiarów oraz kształtu przekroju poprzecznego dla zadanego obciążenia.

3. Modele obliczeniowe toru jezdnego Z uwagi na odmienne warunki pracy i montażu, w tym obciążenia dynamiczne, nie jest możliwe proste zastosowanie toru podłogowego w wariancie podwieszanym. Konieczne staje się zaprojektowanie odrębnych jednostek, o odpowiednio wzmocnionych układach jezdnych i napędowych. Sam mon-

Rys. 2. Schemat modelowej konstrukcji: 1) belka jezdna z prowadnicami i zębatką napędową, 2) platforma jezdna robota z zamontowaną jednostką napędową, 3) słupy podporowe Fig. 2. Scheme of model design: a) the beam with slideway and gear rack, 2) robot transporting platform with drive unit, 3) support columns

Pomiary Automatyka Robotyka nr 7–8/2013

91

Nauka

a)

b)

c)

d)

Rys. 3. Model o rozstawie podpór 2 m: łączna deformacja konstrukcji (a) oraz diagramy rozkładu: sumarycznego momentu gnącego (b), siły Fx (c) oraz siły Fy (d), spowodowane masą własną i siłą poprzeczną powstającą w wyniku ruchu robota Fig. 3. Frame model with 2 m distance between supports: total deformation of the frame (a) and distribution of total bending moments (b), Fx force (c) and Fy force (d), resulting from its weight and transverse force accompanying the robot movements

Zbudowano model bazowy, odpowiadający konstrukcji bramowej z dwoma słupami podporowymi (bez podpory środkowej) o wysokości 3 m z poprzeczną belką jezdną o długości z zakresu od 2 m do 6 m i przekroju w postaci rury prostokątnej o narzuconym przekroju 200 mm × 300 mm ×8 mm. Słupy podporowe mają przekrój 180 mm ×180 mm ×8 mm, a cała konstrukcja wykonana jest ze stali

92

niestopowej typu S235. Podstawy słupów przytwierdzono są na stałe do podłoża. W środkowej części bramy podwieszony jest robot o masie 250 kg, w którego środku ciężkości przyłożona została siła poprzeczna 2452,5 N, odwzorowująca przyspieszenie robota podczas ruchu ustawczego (przyjęto wstępnie a = 9,81 m /s 2). Założono także, że całkowita długość robota w kierunku y wynosi 1,6 m. Obliczenia

przeprowadzono w programie numerycznym LUSAS FEA 13-8 opartym na metodzie elementów skończonych [6]. Zadanie analizowano jako płaskie w zakresie sprężystym. Przyjęte do obliczeń właściwości materiału (stal S235): moduł Younga E = 210⋅106 Pa, liczba Poissona ν = 0,3, gęstość ρ = 7800 kg m3. Dla tak zbudowanego modelu przeprowadzono obliczenia numeryczne dla przypadku obciążenia bramy ciężarem własnym oraz siłą poprzeczną wynikającą z przyspieszenia robota w czasie wykonywania ruchów ustawczych. Obliczenia pozwoliły zobrazować deformacje (wygięcia) konstrukcji bramowej (rys. 3a). Przykładowo, największe ugięcie zarejestrowano dla belki jezdnej o długości 6 m i wyniosło ono dy = –0,665 mm (dla konstrukcji, na którą dodatkowo oddziałuje siła poprzeczna wynikająca z przyspieszenia ruchu robota). Następnie, zbadano rozkłady sił (Fx, Fy) oraz momentu gnącego Mz (rys. 3b).

Na rys. 4 przedstawiono wpływ rozstawu podpór na wielkość ugięcia dla wszystkich analizowanych przypadków. Jak widać, dwukrotny wzrost rozstawu podpór (z 2 m na 4 m) spowodował niemal pięciokrotny wzrost ugięcia belki, natomiast trzykrotny wzrost rozstawu podpór (z 2 m na 6 m) wywołał aż 17-krotny wzrost ugięcia belki poprzecznej. Wzrost wygięcia belki poprzecznej wynika ze wzrostu momentu gnącego, wywołanego większym ramieniem działania sił w belkach. Wraz ze wzrostem odległości między słupami, podstawa jest coraz bardziej obciążona, zarówno momentem gnącym, jak i reakcjami sił wzdłużnych i poprzecznych (rys. 5).

Dla przypadku o rozstawie 6 m między skrajnymi słupami podporowymi zbudowano model przestrzenny 3D. W celu wzmocnienia konstrukcji wprowadzono trzeci słup podporowy umieszczony w połowie długości poprzecznej belki jezdnej (rys. 6). Analizę odkształceń oraz sił i momentów zginających w konstrukcji przeprowadzono dla masy podwieszonego centralnie robota wynoszącej 250 kg, na którą oddziałuje siła poprzeczna z przyspieszeniem 9,81 m/s2.

Słupy boczne mają po dwa wzmocnienia, natomiast słup środkowy jedno.

Przyjęto takie jak poprzednio przekroje

a)

b) Rys. 4. Zmiana maksymalnego ugięcia pionowego belki poprzecznej ze wzrostem rozstawu podpór Fig. 4. Change of the maximal vertical deflection of transverse beam versus increase of the distance between supports Rys. 7. Deformacja konstrukcji ramowej: a) w płaszczyźnie z-x, b) w płaszczyźnie x-y Fig. 7. Deformation of the analyzed frame: a) in z-x plane, b) in x-y plane

a)

Rys. 5. Reakcje (Mz – moment gnący, Rx – siła poprzeczna, Ry – siła wzdłużna) w prawej podporze konstrukcji ramowej w funkcji wielkości rozstawu podpór Fig. 5. Reactions (Mz – bending moment, Rx – transverse force, Ry – longitudinal force) in the right support column of the frame as a function of the distance between supports

b)

Rys. 6. Model przestrzenny MES konstrukcji bramowej o rozpiętości 6 m, opartej na trzech słupach podporowych Fig. 6. Three-dimensional FEM model of the frame construction with 6 m distance between supports and with three support columns

Rys. 8. Wykresy: a) siły poprzecznej Fx w słupach oraz b) momentu gnącego My, wyznaczonego w belce poprzecznej Fig. 8. Diagram components of a) Fx transverse force in the support columns and b) My bending moment in the transverse beam

Pomiary Automatyka Robotyka nr 7–8/2013

93

Nauka

4. Realizacja praktyczna i wdrożenie

Rys. 9. Tor jezdny o długości 10 m (powstały podczas realizacji projektu) Fig. 9. The 10 m driving track built based on the project results

poprzeczne rur prostokątnych belki jezdnej i słupów podporowych.

Pod wpływem działania siły poprzecznej oraz masy własnej robota następuje deformacja sprężysta całej konstrukcji w płaszczyźnie z–x oraz x–y (rys. 7). Powstające wygięcia w lewej części belki poprzecznej osiągają maksymalnie –0,0754 mm w kierunku pionowym (płaszczyzna z–x) oraz –0,09 mm w płaszczyźnie x–y. Największe siły w słupach pionowych to siły poprzeczne osiągające wartości do –5,7 kN, natomiast w belce poprzecznej największe wartości przyjmuje moment gnący My = 1,3 kNm (rys. 8).

Podczas projektowania i budowy serii docelowej wykorzystano wyniki modelowania konstrukcyjnego, obliczeniowego MES oraz badań laboratoryjnych fizycznych modeli doświadczalnych, w tym wytypowane podzespoły oraz rozwiązania konstrukcyjne, m.in. przekroje rur prostokątnych. Ostatecznie powstał typoszereg o długości belki jezdnej w zakresie od 2 m do 10 m (rys. 9), z napędem opartym na nieruchomej zębatce przytwierdzonej do toru i jednostką napędową poruszającą się wraz z platformą robota (rys. 10). Przy takim rozwiązaniu przekładnia napędowa nie stanowi ograniczenia zasięgu ruchu, co ułatwia budowę torów o dowolnych długościach. Dodatkową korzyścią jest możliwość zainstalowania na jednym torze więcej niż jednego robota na niezależnych platformach jezdnych. Dzięki wymiennej platformie jezdnej, roboty mogą być zamocowane zarówno w wariancie odwróconym, gdzie oś Z robota skierowana pionowo w dół (rys. 9), jak i naściennym, z osią Z skierowaną poziomo (rys. 11).

Rys. 11. Platforma jezdna w wariancie z poziomym mocowaniem robota Fig. 11. Moving platform with horizontal-type robot fixing

5. Podsumowanie

Rys. 10. Szczegóły zamocowania i oprzyrządowania belki jezdnej: 1) osłona gąsienicowego prowadnika przewodów sterująco-zasilających, 2) belka jezdna, 3) łącznik słupa, 4) zębatka układu przeniesienia napędu, 5) bieżnia (dolna), 6) słup podporowy Fig. 10. Fixing details and equipment of the travel track: 1) shielding of caterpillar guide for control and power cables, 2) driving track, 3) column fastener, 4) gear rack for drive transmission, 5) lower track, 6) support column

94

Przedstawione urządzenia powstały w oparciu o oryginalne projekty, zakładające wykorzystanie najnowszych układów mechanicznych i napędowych. Z drugiej strony, uwzględniają potrzeby i możliwości potencjalnych, głównie krajowych użytkowników, zarówno pod względem ceny jak i oferowanej uniwersalności. Nowe typy torów jezdnych pozwolą na elastyczne zestawianie zrobotyzowanych stanowisk i ich efektywne wykorzystywanie w odniesieniu do wielu różnych procesów technologicznych.

Zbudowany bazowy model obliczeniowy 2D, dla konstrukcji bramowej z belką wzdłużą opartą na dwóch słupach

podporowych wraz z podwieszonym robotem umożliwił określenie wygięcia belki wzdłużnej pod wpływem masy własnej konstrukcji oraz obliczenia rozkładu sił wzdłużnych, poprzecznych i momentów gnących w całej konstrukcji.

Przedstawione wyniki porównawcze dla szeregu konstrukcji różniących się długością belki wzdłużnej wskazują na poprawność charakteru wyników w przedstawionych modelach. Tak przygotowany model bazowy posłużył do dalszej analizy konstrukcji bramowych, celem określenia wymaganej geometrii całej konstrukcji oraz kształtów i przekrojów belek i wsporników, pod kątem zapewnienia odpowiedniej sztywności w czasie ruchów poprzecznych robota, przy założonych wartościach jego masy oraz przyspieszeń, jakie będzie uzyskiwał przy ruchu ustawczym. Dalsze prace, ukierunkowane na szczegółowe modele 2D i 3D, w tym przeprowadzone analizy rozkładu sił i przemieszczeń, pozwoliły na dobór optymalnego kształtu i wielkości przekroju belki wzdłużnej dla założonego zakresu jego długości, rozstawu słupów wspornikowych oraz przyspieszenia robota w czasie pracy.

Wyniki obliczeń uzyskane z analizy przyjętych modeli MES konstrukcji bramowych ostatecznie potwierdzono podczas badań rzeczywistych modeli i prototypów.

Bibliografia 1. Beer F.P., Johnston E.R. Jr., Mechanics of Materials, McGraw-Hill, New York, 1981.

2. Cegielski P., Golański D., Kolasa A., Sarnowski T., Nowe konstrukcje i metody projektowania zewnętrznych osi robotów przemysłowych [w:] Problemy Robotyki, pod redakcją Krzysztofa Tchonia i Cezarego Zielińskiego. Prace Naukowe. Elektronika. T. 1, z. 175, OW Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2010, 263–274.

3. Cegielski P., Kolasa A., Sarnowski T., Oneksiak A., Wdrożenia przemysłowe projektów badawczo-rozwojowych w zakresie mechanizacji i automatyzacji procesów spawalniczych, „Przegląd Spawalnictwa” 6/2011, 53–59.

4. Cook R.D., Finite element modelling for stress analysis, John Wiley and Sons, 1995.

5. Golański D., Cegielski P., Kolasa A., Analiza numeryczna odkształceń w elementach konstrukcyjnych podwieszonego toru jezdnego, Zeszyty Naukowe PW. Seria Mechanika, z. 230 „Spajanie materiałów we współczesnej technice”, Warszawa 2010, 61–69.

6. LUSAS Modeller User Manual v.13.8. FEA Ltd. UK. 7. Timoshenko, S.P., Goodier, J.N., Theory of Elasticity, Second Edition, McGraw-Hill, New York, 1951.

8. Projekt Celowy FSNT-NOT Nr ROW-III-032-2009 pn. „Uruchomienie produkcji typoszeregu podwieszanych torów jezdnych do robotów”, 2009–2010.

New designs and design methods for external travel axes of industrial robots Abstract: Robotization of production tasks may require an increase of robot arm range beyond its nominal size. Additional transportation machines may be used for this purpose, called external robot axes, including all kind of driving tracks. To ensure

high usable parameters of these machines, application of new methods of design and construction analysis is required at the initial stage of model design. ZAP Robotics together with Department of Welding Engineering at Warsaw University of Technology has been engaged in research, development and implementation work in the area of equipment for automation and robotization. This paper presents the results of last work related to modelling and design of the external robot axes.

Keywords: industrial robot, linear axis for robot, FEM

dr hab. inż. Andrzej Kolasa Profesor w Zakładzie Inżynierii Spajania na Wydziale Inżynierii Produkcji Politechniki Warszawskiej. Zajmuje się badaniami równowagi statycznej i zjawisk dynamicznych w układach źródło zasilania–łuk spawalniczy, właściwościami zasilaczy spawalniczych oraz automatyzacją procesów spawalniczych. e-mail: akolasa@wip.pw.edu.pl dr inż. Paweł Cegielski Adiunkt w Zakładzie Inżynierii Spajania na Wydziale Inżynierii Produkcji Politechniki Warszawskiej. Zajmuje się problematyką budowy i eksploatacji źródeł energii elektrycznej do spawania łukowego oraz automatyzacją i robotyzacją spawania. e-mail: pcegiels@wip.pw.edu.pl dr hab. inż. Dariusz Golański, prof. PW Pracownik naukowo-dydaktyczny Zakładu Inżynierii Spajania na Wydziale Inżynierii Produkcji Politechniki Warszawskiej. Zajmuje się zagadnieniami komputerowej analizy naprężeń własnych w spajanych złączach ceramiczno-metalowych, kompozytach oraz warstwach powierzchniowych. Wykorzystuje głównie analizę numeryczną opartą na metodzie elementów skończonych do modelowania rozkładów pól temperatury i naprężeń w połączeniach spajanych. e-mail: dgol@wip.pw.edu.pl dr inż. Tadeusz Sarnowski Dziekan Wydziału Zamiejscowego w Ostrowie Wielkopolskim Społecznej Akademii Nauk w Łodzi. Prezes Zarządu Spółki ZAP-Robotyka zajmującej się automatyzacją i robotyzacją procesów wytwarzania. Zainteresowania badawcze dotyczą nowych rozwiązań urządzeń do aplikacji stanowisk zrobotyzowanych. e-mail: sarnowski@zap.com.pl; www.zap-robotyka.com.pl

Pomiary Automatyka Robotyka nr 7–8/2013

95

Nauka

Randomizacja odchylenia pomiarowego przy ocenie zdolności pomiarowej przyrządu Paweł Fotowicz Główny Urząd Miar

Streszczenie: Randomizację odchylenia pomiarowego wykorzystuje się przy ocenie zdolności pomiarowej przyrządu. Odchylenie pomiarowe to estymata błędu systematycznego wyznaczana jako różnica pomiędzy wskazaniem przyrządu pomiarowego a wartością wzorcową. Randomizacja polega na przyjęciu odpowiedniego rozkładu prawdopodobieństwa dla tego odchylenia. Miarą zdolności pomiarowej przyrządu jest niepewność rozszerzona obliczana po wykonaniu pomiaru na wzorcu pomiarowym. Niepewność tę odnosi się do wartości granicznej, którą może być największy błąd dopuszczalny. Zdolność pomiarowa jest wskaźnikiem umożliwiającym ocenę jakości metrologicznej przyrządu.

Słowa kluczowe: zdolność pomiarowa, niepewność pomiaru

Na ogół przyjmuje się, że niepewność rozszerzona powinna stanowić 1/3 wartości błędu dopuszczalnego. Przy ocenie zdolności pomiarowej przyrządu należy brać pod uwagę następujące składowe: rozrzut wskazań przyrządu, rozdzielczość wskazań przyrządu, odchylenie pomiarowe, niedokładność wzorca pomiarowego oraz wpływ warunków środowiskowych na wzorzec.

Pierwsza ze składowych związana jest bezpośrednio z przyrządem pomiarowym i dotyczy rozrzutu jego wskazań na wzorcu pomiarowym wykonywanych w warunkach powtarzalności. Miarą niepewności standardowej tej składowej jest odchylenie standardowe eksperymentalne pojedynczego wskazania qi uzyskiwanego na podstawie serii n odczytów:

1. Wprowadzenie

(2)

Jednym z istotnych zagadnień metrologicznych dotyczących oceny przyrządu pomiarowego jest sposób podejścia przy traktowaniu oddziaływań systematycznych. Obecnie obserwuje się tendencję do włączania tych oddziaływań do budżetu niepewności pomiaru, jako jedną z jego składowych. Przykładem może być projekt normy dotyczącej oceny zdolności pomiarowej [1]. Zakłada on randomizację odchylenia pomiarowego, jako różnicy pomiędzy wartością wskazaną przez przyrząd pomiarowy na wzorcu i wartością samego wzorca. Randomizacja polega na przyjęciu odpowiedniego rozkładu prawdopodobieństwa dla określonego oddziaływania. Odchylenie pomiarowe należy do kategorii oddziaływań systematycznych. Dla takich oddziaływań przyjmuje się rozkłady inne niż normalny, stosując metodę typu B obliczania niepewności pomiaru [2].

2. Zdolność pomiarowa Zdolność pomiarową bada się przy użyciu wzorców pomiarowych, a sama czynność zbliżona jest do wzorcowania.

W najprostszym badaniu można zastosować jeden wzorzec, na którym należy wykonać serię pomiarową o określonej liczności w warunkach powtarzalności.

Zdolność pomiarowa przyrządu wyrażana jest wskaźnikiem, który można zdefiniować następująco [1]: QMS =

U MS ⋅ 100 % E max

(1)

gdzie UMS oznacza niepewność rozszerzoną dla prawdopodobieństwa 95 %, a E max największy błąd dopuszczalny.

96

Zgodnie z zaleceniami [1] minimalna seria obserwacji powinna mieć n = 30 obserwacji.

Drugą rozważaną składową jest rozdzielczość pomiaru.

Niepewność standardową wyznaczamy na podstawie kwantu wskazania R: u res =

R 2 3

(3)

Trzecią składową jest odchylenie pomiarowe, traktowane jako różnica pomiędzy średnią serii obserwacji q na wzorcu i wartością odniesienia qw:

B = q − qw

(4)

Wartością odniesienia jest w tym wypadku wartość wielkości reprezentowana przez wzorzec. Odchylenie pomiarowe B traktowane jest jako składowa niepewności, a przypisana mu niepewność standardowa wynosi [1]: u bias =

B 3

(5)

W powyższej sytuacji mamy do czynienia z randomizacją przy użyciu rozkładu prostokątnego.

Kolejne składowe niepewności związane są z wzorcem pomiarowym. Pierwsza z nich wyraża niedokładność wzorca. Miarą jej jest niepewność rozszerzona U dla poziomu ufności ok. 95 %, a niepewność standardowa wynosi: U (6) u cal = k

gdzie k jest współczynnikiem rozszerzenia, którego wartość wraz z niepewnością rozszerzoną podana jest w świadectwie wzorcowania.

Ostatnią rozważaną składową jest wpływ warunków środowiskowych na wzorzec pomiarowy. Na ogół jest nim wpływ temperatury. W takim wypadku należy wyznaczyć zmianę wartości wzorca pod wpływem temperatury. Zmiana wartości wzorca (np. długości płytki wzorcowej) określona będzie zależnością: ΔL = Δt ⋅ α ⋅ L

(7)

gdzie Δt to dopuszczalna zmiana temperatury w trakcie badań zdolności pomiarowej, a to współczynnik rozszerzalności termicznej wzorca, a L to wartość reprezentowana przez wzorzec. W ten sam sposób można wyznaczyć np. zmianę rezystancji opornika wzorcowego przy badaniach zdolności pomiarowej omomierza. Niepewność standardowa wynosi [1]: u temp

ΔL = 3

(8)

3. Niepewność rozszerzona Możliwe są dwa sposoby obliczenia niepewności rozszerzonej związanej ze zdolnością pomiarową przyrządu. Pierwszy może być oparty na prawie propagacji niepewności [2].

W metodzie tej oblicza się niepewność rozszerzoną jako iloczyn współczynnika rozszerzenia k = 2 (dla poziomu ufności ok. 95 %) i złożonej niepewności standardowej uc: U MS = k ⋅ u c

normalny. Druga składowa to rozdzielczość, z którą zwyczajowo wiąże się rozkład prostokątny [2]. W wyniku randomizacji odchylenia pomiarowego, z trzecią składową można związać rozkład prostokątny. Niedokładność wzorca pomiarowego określa się na podstawie informacji ze świadectwa wzorowania, w którym niepewność wyrażana jest dla poziomu ufności ok. 95 % i współczynniku rozszerzenia k = 2, co uzasadnia przyjęcie rozkładu normalnego. Ostatnia składowa, związana z wpływem temperatury na wzorzec, opisana jest rozkładem prostokątnym. Mamy więc do czynienia z dwoma typami rozkładów prawdopodobieństwa dla wielkości wejściowych. Rozkłady te można w prosty sposób wygenerować przy użyciu podstawowego generatora liczb losowych, dostępnego w każdym środowisku programowym.

4. Randomizacja odchylenia pomiarowego rozkładem płasko-normalnym W celu randomizacji odchylenia pomiarowego można także zastosować rozkład płasko-normalny, będący splotem rozkładu prostokątnego z normalnym [4]. Rozkład ten można wykorzystać również przy obliczaniu niepewności pomiaru [5], lecz ze względu na swoje własności szczególnie nadaje się do omawianego celu [6]. Sama metoda randomizacji polega na jednoczesnym uwzględnieniu odchylenia pomiarowego i niepewności jej wyznaczenia w jednym rozkładzie (rys. 1).

(9)

gdzie złożona niepewność standardowa wyznaczana jest na podstawie prawa propagacji niepewności: 2 2 2 2 2 u c2 = u rep + u res + u bias + u cal + u temp

gdzie y high to górna granica przedziału rozszerzenia, a y low to dolna granica przedziału rozszerzenia wielkości wyjściowej. Równanie pomiaru wielkości wyjściowej ma postać: (12)

gdzie wielkości wejściowe δx reprezentują możliwe zbiory wartości dla poszczególnych składowych niepewności. Należy przyjąć dla nich określone rozkłady prawdopodobieństwa. Pierwsza składowa to rozrzut wskazań, z którym, ze względu na dużą liczbę obserwacji, można związać rozkład

2u(B) U

(10)

Drugim sposobem obliczeniowym jest zastosowanie metody propagacji rozkładów przy użyciu metody Monte Carlo [3]. Można wówczas wyznaczyć niepewność rozszerzoną jako połowę przedziału rozszerzenia, pod warunkiem że rozkład związany z wielkością wyjściową jest symetryczny: y high − y low (11) U MS = 2

y = δ x rep + δ x res + δ x bias + δ x cal + δ x temp

B

Rys. 1. Randomizacja odchylenia pomiarowego Fig. 1. Randomization of the bias

Rozkład płasko-normalny opisany jest funkcją gęstości prawdopodobieństwa o postaci [5]:

(13) Przy obliczeniach należy wyznaczyć parametr rozkładu, który można zdefiniować w następujący sposób [6]:

r =

2⋅ B +1 3 ⋅ u (B )

(14)

Miarą u(B) może być niepewność wzorca pomiarowego, czyli: u(B) = u cal . W celu wygenerowania zbioru wartości o rozkładzie płasko-normalnym można posłużyć się zależnością w postaci: rz +z δ x = P2 N (15) r +1 Pomiary Automatyka Robotyka nr 7–8/2013

97

Nauka gdzie zP i zN są zmiennymi losowymi mającymi standaryzowane rozkłady prawdopodobieństwa: prostokątny i normalny.

Zrandomizowane odchylenie pomiarowe δ x rand w przedstawionym powyżej postępowaniu zastępuje dwie składowe: δ x bias i δ x cal . Równanie pomiaru wielkości wyjściowej przybiera wówczas postać: y = δ x rep + δ x res + δ x rand + δ x temp

(16)

5. Przykład obliczeniowy Przedstawione powyżej rozważania można wykorzystać przy ocenie zdolności pomiarowej typowego przyrządu pomiarowego jakim jest, przykładowo, mikrometr. Zdolność ta oceniana jest przy użyciu wzorca pomiarowego w postaci płytki wzorcowej. Mikrometr charakteryzuje się rozdzielczością wskazania: 1 μm. Płytka wzorcowa posiada świadectwo wzorcowania mówiące, że jej długość wynosi: 20,0002 mm, która została wyznaczona z niepewnością rozszerzoną 0,1 μm, dla poziomu ufności ok. 95 %. Wykonano 30 odczytów wskazania mikrometru na płytce wzorcowej i zestawiono je w tab. 1.

Tab. 1. Wyniki pomiaru mikrometrem Tab. 1. Micrometer measurement result

20,001 mm

20,001 mm

20,001 mm

20,001 mm

20,000 mm

20,001 mm

20,001 mm

20,001 mm

20,000 mm

20,002 mm

20,001 mm

20,001 mm

20,001 mm

20,001 mm

20,001 mm

20,001 mm

20,001 mm

20,001 mm

20,001 mm

20,001 mm

20,002 mm

20,000 mm

20,001 mm

20,001 mm

20,001 mm

20,002 mm

20,001 mm

20,001 mm

20,001 mm

(19)

stąd niepewność standardowa związana z tą składową wynosi: B (20) u bias = = 0, 46 μm 3 Czwartą rozpatrywaną składową jest niedokładność wzorca pomiarowego. Ze świadectwa wzorcowania wynika, że niepewność rozszerzona to U = 0,1 μm, wyznaczona przy poziomie ufności ok. 95 %, dla którego współczynnik rozszerzenia k = 2. Stąd niepewność standardowa: u cal =

U = 0,05 μm k

(21)

Piąta, ostatnia składowa związana jest z wpływem temperatury na wzorzec. Współczynnik rozszerzalności cieplnej stali stopowej, materiału z którego wykonana jest płytka wzorcowa, a = 12·10-6 1/oC. Pomiar wykonywany był przy granicznej zmianie temperatury Δt = ±1 oC. Graniczna zmiana wymiaru płytki wzorcowej wynosi: (22)

ΔL = 0,14 μm 3

(23)

Obliczając złożoną niepewność standardową, na podstawie (10), otrzymujemy: uc = 0,72 μm. Niepewność rozszerzona to UMS = 1,44 μm. Biorąc pod uwagę, że największy błąd dopuszczalny Emax = ±5 μm, otrzymujemy wskaźnik zdolności pomiarowej mikrometru: QMS =

Pierwszą rozpatrywaną składową jest rozrzut wskazań mikrometru na płytce wzorcowej. Niepewność standardowa związana z tą składową wynosi: (17)

Drugą rozpatrywaną składową jest rozdzielczość wskazań mikrometru: R = 1 μm.

Niepewność standardowa związana z tą składową wynosi: R (18) = 0,29 μm 2 3 Trzecią rozpatrywaną składową jest odchylenie pomiarowe. Estymata zmierzonej długości płytki wzorcowej mikrometrem, w postaci średniego wskazania, wynosi 20,001 mm, a długość płytki wzorcowej, na podstawie

98

B = l − l w = 0,8 μm

u temp =

s (l ) = 0,00045 mm

u res =

Odchylenie

stąd niepewność standardowa związana z tą składową to:

l = 20,001 mm

u rep = s (l ) = 0,45 μm

lw = 20,0002 mm.

ΔL = Δt ⋅ α ⋅ L = 0,24 mm

Wyniki pomiaru

20,001 mm

świadectwa wzorcowania, pomiarowe to:

U MS = 29 % E max

(24)

Te same obliczenia możemy wykonać metodą propagacji rozkładów przy zastosowaniu symulacji Monte Carlo.

Możemy wówczas sformułować równanie wielkości wyjściowej, którą jest zmierzona długość płytki wzorcowej mikrometrem:

l = l + δ l rep + δ l res + δ l bias + δl cal + δl temp

(25)

Następnie stosujemy zalecaną procedurę postępowania [3]. Obliczamy M = 104 razy równanie wielkości wyjściowej, za każdym razem generując wartości dla wielkości wejściowych zgodnie z przyjętymi rozkładami prawdopodobieństwa i ich parametrami (niepewnością standardową).

Otrzymany zbiór danych wyjściowych sortujemy zgodnie z rosnącą kolejnością i przypisujemy im kolejne prawdopodobieństwa, wyznaczając w ten sposób dystrybuantę nu-

meryczną rozkładu wyjściowego. Następnie wyznaczamy wartości graniczne przedziału rozszerzenia, którymi są kwantyle rzędu p = 2,5 % oraz p = 97,5 % tego rozkładu.

Połowa ich różnicy wyznacza niepewność rozszerzoną dla prawdopodobieństwa 95 %.

Parametry poszczególnych wielkości równania pomiaru zestawiono w tabeli 2.

Tab. 2. Zestawienie parametrów wielkości Tab. 2. Quantity parameters Symbol

Estymata

wielkości

wielkości

Rozkład prawdopodobieństwa

Niepewność

6. Podsumowanie Randomizację odchylenia pomiarowego można wykorzystać przy ocenie zdolności pomiarowej przyrządu. Czynność ta wymaga przyjęcia określonego rozkładu prawdopodobieństwa dla składowej systematycznej. Sama ocena zdolności pomiarowej obejmuje różne składowe, na podstawie których można wyznaczyć niepewność rozszerzoną. Do jej obliczeń można zastosować zarówno prawo propagacji niepewności, jak i metodę propagacji rozkładów przy użyciu symulacji Monte Carlo, zalecanych rozwiązań przy opracowaniu danych pomiarowych.

standardowa

Bibliografia 1. Statistical methods in process management – Capability and performance – Part 7: Capability of measurement processes. ISO/FDIS 22514-7, 2012.

2. Guide to the expression of uncertainty in measurement.

JCGM 100:2008.

3. Supplement 1 to the Guide to the expression of uncertainty in measurement – Propagation of distributions using a Monte Carlo method. JCGM 101:2008.

4. Fotowicz P., Obliczanie niepewności rozszerzonej metodą analityczną opartą na splocie rozkładów wielkości wejściowych, „Pomiary Automatyka Robotyka” 1/2005, 5–9.

5. Fotowicz P., Wykorzystanie rozkładu płaskonormalnego przy obliczaniu niepewności pomiaru, „Pomiary Automatyka Kontrola” 6/2011, 595–598.

6. Fotowicz P., Metoda randomizacji oddziaływania systematycznego i jej praktyczne zastosowanie, „Pomiary Automatyka Kontrola” 11/2011, 1293–1296.

δlrep

0 mm

normalny

0,00045 mm

δlres δlbias

0 mm

prostokątny

0,00029 mm

0 mm

prostokątny

0,00046 mm

δlcal δltemp

0 mm

normalny

0,00005 mm

0 mm

prostokątny

0,00014 mm

l

20,001 mm

–

0,00072 mm

Obliczone, zgodnie z powyższym postępowaniem, graniczne wartości przedziału rozszerzenia wynoszą odpowiednio: lhigh = 20,0024 mm oraz llow = 19,9996 mm, co daje wartość niepewności rozszerzonej: UMS = 1,4 μm. Jest ona nieco niższa niż obliczona przy zastosowaniu prawa propagacji niepewności (10), wyznaczając wartość wskaźnika zdolności pomiarowej: QMS = 28 %.

Wykonując obliczenia z wykorzystaniem omówionej metody randomizacji odchylenia pomiarowego rozkładem płasko-normalnym, można przedstawić równanie wielkości wyjściowej w postaci: l = l + δ l rep + δ l res + δ l rand + δ l temp

(26)

Bias randomization in evaluation of measurement instrument capability Abstract: Randomizing of a bias is used in evaluation of meas-

Liczba wielkości wejściowych redukuje się o jedną. Parametry tych wielkości można zestawić w tabeli 3.

urement instrument capability. Bias is an estimate of systematic

Tab. 3. Zestawienie parametrów wielkości z uwzględnieniem

assumption of suitable probability distribution for the bias. The

randomizacji

error treated as difference between an indication of measuring instrument and a value of standard. Randomization relies on the measure of the capability is an expanded uncertainty calculating

Tab. 3. Quantity parameters with randomization

after measurement on the standard. The expanded uncertainty is related to limited value. This limited value may be a maximum

Symbol

Estymata

Rozkład prawdo-

Niepewność

wielkości

wielkości

podobieństwa

standardowa

δlrep δlres

0 mm

normalny

0,00045 mm

0 mm

prostokątny

0,00029 mm

δlrand δltemp

0 mm

płasko-normalny

0,00054 mm

dr inż. Paweł Fotowicz

0 mm

prostokątny

0,00014 mm

Absolwent

l

20,001 mm

–

0,00078 mm

Studia ukończył na Wydziale Mechaniki

Obliczone dla tych parametrów graniczne wartości przedziału rozszerzenia wynoszą odpowiednio: l high = 20,0025 mm oraz l low = 19,9995 mm, co daje wartość niepewności rozszerzonej: UMS = 1,5 μm. Jest ona nieco wyższa niż obliczona przy zastosowaniu prawa propagacji niepewności (10), wyznaczając wartość wskaźnika zdolności pomiarowej: QMS = 30 %.

permissible error.

Keywords: measurement capability, uncertainty

Politechniki

Warszawskiej.

Precyzyjnej w 1981 r. Pracuje w Głównym Urzędzie Miar, zajmując się zagadnieniami teoretycznymi metrologii, głównie problematyką niepewnością pomiaru.

Jest

autorem

ponad

stu

publikacji

w postaci referatów i artykułów w czasopismach krajowych i zagranicznych. e-mail: uncert@gum.gov.pl

Pomiary Automatyka Robotyka nr 7–8/2013

99

NAUKA Nauka

Bezprzewodowy system automatyki domowej pracujący w standardzie sieci Z-Wave Marek Długosz, Jacek Chronowski, Jerzy Baranowski, Paweł Piątek, Wojciech Mitkowski, Paweł Skruch AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Inżynierii Biomedycznej

Streszczenie: W ostatnich latach można zaobserwować wzrost popularności urządzeń, które wykorzystują bezprzewodową transmisję danych. Standardy komunikacji bezprzewodowej, takie jak Wi-Fi, Bluetooth, RFID, są powszechnie wykorzystywane w wielu urządzeniach codziennego użytku. Ta technologiczna zmiana nie ominęła także szeroko pojętych systemów automatyki domowej. Jeszcze do niedawna w tego typu układach sterownia prym wiodły różnego rodzaju przewodowe standardy komunikacji. Są to standardy opracowywane specjalnie pod zastosowania w układach automatyki domowej (np. BACNet, KNX), czy też adaptacje przemysłowych standardów sieci przesyłu danych (np. CAN).

Aktualnie istnieje kilka zdefiniowanych standardów komunikacji bezprzewodowej, które można wykorzystać w układach automatyki domowej, są to np.: EnOcean, INSTEON, MyriaNed, One-Net, ZigBee. W pracy zaprezentowano kilka przykładowych urządzeń wykorzystujących do komunikacji standard Z-Wave. Są to typowe urządzenia, które wykorzystuje się w układach automatyki domowej i są ogólnodostępne na rynku. Wybrane urządzenia zostały przebadane pod kątem dostępnej funkcjonalności, możliwości budowy systemu automatyki domowej, niezawodności działania, możliwości implementowania nietypowych rozwiązań czy też algorytmów sterowania.

Słowa kluczowe: inteligenty budynek, sieci bezprzewodowe, programowanie, Z-Wave

1. Wprowadzenie W ostatnich latach można zaobserwować szybki rozwój systemów automatyki domowej (ang. Home Automation System). Stosowanie tego typu systemów sterowania małymi budynkami lub lokalami mieszkalnymi przynosi szereg korzyści użytkownikom, ale też wiąże się ze znacznymi nakładami finansowymi oraz organizacyjnymi. Obecnie stosuje się kilka standardów przewodowych systemów automatyki domowej. Systemy przewodowe są jednak obarczone pewnymi wadami. Jedną z nich jest konieczność zaplanowania i montażu całego systemu na etapie budowy budynku.

W przypadku budownictwa indywidualnego może stanowić to istotną przeszkodę w ich stosowaniu.

Tej wady wydają się być pozbawione bezprzewodowe systemy automatyki domowej, które zyskują coraz większą popularność. Wśród standardów sieci bezprzewodowych, które są wykorzystywane do budowy systemów automatyki domowej można wyróżnić standardy otwarte i zamknięte [2, 3, 7]. Przykładem otwartego standardu sieci bezprzewodowych jest np. ZigBee, przykładem zamkniętego np. Z-Wave [4]. W przypadku standardów otwartych,

0

100

Pomiary Automatyka Robotyka /2011

dostęp do ich specyfikacji jest ogólnie dostępny. Standardy takie najczęściej są opracowywane przez różnego rodzaju organizacje rządowe albo przez grupy producentów.

Otwarty dostęp do dokumentacji może znacząco przyczynić się do wzrostu popularności takiego standardu.

W przypadku zamkniętych standardów, dostęp do specyfikacji może, ale nie musi być ogólnodostępny (tak jest w przypadku Z-Wave). Standardy zamknięte są najczęściej opracowywane przez pojedyncze firmy chcące chronić i kontrolować podmioty korzystające z ich rozwiązań. Oprócz kwestii dostępności do specyfikacji danego standardu istotnym argumentem przemawiającym za lub przeciw jego stosowaniu jest dostępność i funkcjonalność konkretnych urządzeń. Obecnie spora liczba urządzeń systemów automatyki domowej oferowana jest w standardzie Z-Wave.

Jedną z przyczyn takiego stanu rzeczy jest to, iż specyfikacja Z-Wave została opracowana i wprowadzona na rynek znacznie wcześniej niż ZigBee. Celem niniejszej pracy jest przetestowanie i opisanie wybranych urządzeń automatyki domowej pracujących w standardzie Z-Wave. Urządzenia te są typowymi urządzeniami wykorzystywanymi przy budowie systemów automatyki domowej, np.: centralka, przełączniki, ściemniacze, czujniki (temperatury, wilgotności i natężenia oświetlenia), głowica termostatyczna. Zostaną także opisane dwa sposoby logowania danych z czujników pomiarowych.

Zagadnienie to jest tematem projektu „Algorytmy sterowania i zarządzania budynkami mieszkalnymi” nr N N514 644440 realizowanego z funduszy Narodowego Centrum Nauki.

2. Standard Z-Wave Z-Wave (http://www.z-wave.com) jest bezprzewodowym protokołem zaprojektowanym przez firmę ZenSys przeznaczonym do urządzeń automatyki domowej [4, 8]. Technologia Z-Wave nie jest otwartym standardem komunikacji bezprzewodowej urządzeń automatyki domowej, ale ze względu na jej popularność oraz liczbę dostępnych urządzeń jest bardzo popularna i często stosowana. Firmy produkujące urządzenia Z-Wave zrzeszone są w Z-Wave Alliance (http://www.z-wavealliance.org). Pierwsze trzy generacje układów Z-Wave nie miały możliwości sprzętowego szyfrowania przesyłanych danych [5]. Można było w sposób programowy włączyć szyfrowanie danych, ale nie było to obligatoryjne. Brak szyfrowania stanowił pewną lukę, która mogła być wykorzystania do przejęcia kontroli nad takim systemem sterowania. W aktualnie produkowanej

NAUKA NAUKA NAUKA czwartej wersji chipów obsługujących komunikację Z-Wave czwartej czwartej wersji wersji chipów chipów obsługujących obsługujących komunikację komunikację Z-Wave Z-Wave wprowadzono sprzętowe szyfrowanie przesyłanych danych. wprowadzono sprzętowe szyfrowanie przesyłanych danych. wprowadzono sprzętowe szyfrowanie przesyłanych danych.

Urządzenia sieci sieci Z-Wave mogą pracować tylko w topologi Urządzenia Urządzenia sieci Z-Wave Z-Wave mogą mogą pracować pracować tylko tylko w w topologi topologi sieci mesh. mesh. Struktura Struktura takiej takiej sieci sieci jest jest tworzona tworzona w w sposób sieci sieci mesh. Struktura takiej sieci jest tworzona w sposób sposób automatyczny, bez bez ingerencji użytkownika użytkownika (rys. 1).

1). Rozautomatyczny, automatyczny, bez ingerencji ingerencji użytkownika (rys. (rys. 1). RozRoz-

Tab. Tab. 1.

1. Podstawowe Podstawowe parametry parametry sieci sieci bezprzewodowej bezprzewodowej Z-Wave Z-Wave Tab. 1.

1. Podstawowe parametry sieci bezprzewodowej Z-Wave Tab. Tab. 1. The The main main parameters parameters of of Z-Wave Z-Wave wireless wireless networks networks Tab. 1. The main parameters of Z-Wave wireless networks

Częstotliwość Częstotliwość Częstotliwość pracy (MHz) pracy pracy (MHz) (MHz) Zasięg (m) Zasięg Zasięg (m) (m)

Prędkość transmisji Prędkość Prędkość transmisji transmisji (kb/s) (kb/s) (kb/s) Wielkość Wielkość Wielkość wiadomości (byte) wiadomości wiadomości (byte) (byte) Kontrola błędów błędów Kontrola Kontrola błędów

8-bitowa suma kontrolna 8-bitowa 8-bitowa suma suma kontrolna kontrolna ACKs (opcjonalnie) ACKs (opcjonalnie) ACKs (opcjonalnie) AES 128 128 bit – – w układach układach AES AES 128 bit bit – w w układach serii 400 400 serii serii 400 32–64 kB kB flash 32–64 32–64 kB flash flash 2–16 kB kB SRAM SRAM 2–16 2–16 kB SRAM 32-bitowy home ID 32-bitowy 32-bitowy home home ID ID 8-bitowy node ID 8-bitowy node 8-bitowy node ID ID

Bezpieczeństwo Bezpieczeństwo Bezpieczeństwo

Rys. Rys. 1.

1. Sposób Sposób komunikowania komunikowania się się urządzeń urządzeń niemających niemających Rys. 1. Sposób komunikowania się urządzeń niemających fizycznego połączenia w sieci fizycznego połączenia w sieci Z-Wave Z-Wave fizycznego połączenia w siecibetween Z-Wave Fig. Fig. 1.

1. The The way way of of communications communications between Z-wave Z-wave devices devices Fig. 1. which The way communications between Z-wave devices areofnot not physically connected connected which are physically which are not physically connected

poznawane są urządzenia w niej pracujące oraz wytyczane poznawane poznawane są są urządzenia urządzenia w w niej niej pracujące pracujące oraz oraz wytyczane wytyczane są trasy przesyłania pakietów danych do poszczególnych są są trasy trasy przesyłania przesyłania pakietów pakietów danych danych do do poszczególnych poszczególnych urządzeń.

W sieci Z-Wave mogą pracować dwa typu rząurządzeń. urządzeń. W W sieci sieci Z-Wave Z-Wave mogą mogą pracować pracować dwa dwa typu typu rząrządzeń: kontrolery i urządzenia końcowe (ang. slave).

Część dzeń: kontrolery i urządzenia końcowe (ang. slave). dzeń: kontrolery i urządzenia końcowe (ang. slave). Część Część urządzeń w sieci oprócz tego, że wykonuje odebrane kourządzeń urządzeń w w sieci sieci oprócz oprócz tego, tego, że że wykonuje wykonuje odebrane odebrane kokomendy, może przekazywać komunikaty do następnych urząmendy, może przekazywać komunikaty do następnych mendy, może przekazywać komunikaty do następnych urząurządzeń.

Dzięki takiemu rozwiązaniu dwa urządzenia, które dzeń. dzeń. Dzięki Dzięki takiemu takiemu rozwiązaniu rozwiązaniu dwa dwa urządzenia, urządzenia, które które są poza swoim zasięgiem, mogą się bez problemu komunikosą poza swoim zasięgiem, mogą się bez problemu są poza swoim zasięgiem, mogą się bez problemu komunikokomunikować, przez co zwiększa się zasięg całej sieci [4; s. 100–102]. wać, wać, przez przez co co zwiększa zwiększa się się zasięg zasięg całej całej sieci sieci [4; [4; s. s. 100–102].

100–102].

Na rys.

1 linią pogrubioną przedstawiono przykładową Na rys.

1 linią pogrubioną przedstawiono przykładową Na rys. 1 linią pogrubioną przedstawiono przykładową drogę komunikacji między urządzeniami A i D. Jak widrogę drogę komunikacji komunikacji między między urządzeniami urządzeniami A A ii D. D. Jak Jak wiwidać, w komunikacji biorą udział także urządzenia B i C dać, dać, w w komunikacji komunikacji biorą biorą udział udział także także urządzenia urządzenia B B ii C C jako przekaźniki komunikatów.

Każde kolejne urządzenie jako jako przekaźniki przekaźniki komunikatów. komunikatów. Każde Każde kolejne kolejne urządzenie urządzenie biorące udział w przekazie wprowadza opóźnienie w ich biorące biorące udział udział w w przekazie przekazie wprowadza wprowadza opóźnienie opóźnienie w w ich ich przesyłaniu.

Może to być przyczyną wydłużenia czasu reprzesyłaniu. przesyłaniu. Może Może to to być być przyczyną przyczyną wydłużenia wydłużenia czasu czasu rereakcji urządzenia końcowego, do którego był adresowany akcji akcji urządzenia urządzenia końcowego, końcowego, do do którego którego był był adresowany adresowany komunikat.

Nie każde urządzenie w sieci może pełnić rolę komunikat. komunikat. Nie Nie każde każde urządzenie urządzenie w w sieci sieci może może pełnić pełnić rolę rolę tzw. repeatera komunikatów.

Część urządzeń pracujących tzw. repeatera komunikatów.

Część urządzeń pracujących tzw. repeatera komunikatów. Część urządzeń pracujących w sieci Z-Wave może być zasilana bateryjnie.

Aby maksyw w sieci sieci Z-Wave Z-Wave może może być być zasilana zasilana bateryjnie. bateryjnie. Aby Aby maksymaksymalnie wydłużyć czas działania takich urządzeń, są one malnie wydłużyć czas działania takich urządzeń, malnie wydłużyć czas działania takich urządzeń, są są one one wprowadzane w stan uśpienia, tzw. standby.

Komunikują wprowadzane w stan uśpienia, tzw. standby.

Komunikują wprowadzane w stan uśpienia, tzw. standby. Komunikują się jedynie w określonych chwilach czasowych albo w przysię się jedynie jedynie w w określonych określonych chwilach chwilach czasowych czasowych albo albo w w przyprzypadku wystąpienia określonego zdarzenia.

W sieci Z-Wave padku wystąpienia określonego zdarzenia.

W sieci Z-Wave padku wystąpienia określonego zdarzenia. W sieci Z-Wave jedno z urządzeń musi pełnić rolę tzw. kontrolera.

Jest jedno jedno zz urządzeń urządzeń musi musi pełnić pełnić rolę rolę tzw. tzw. kontrolera. kontrolera. Jest Jest to specjalne urządzenie, którego głównym zadaniem jest zato to specjalne specjalne urządzenie, urządzenie, którego którego głównym głównym zadaniem zadaniem jest jest zazarządzanie siecią, dodawanie lub usuwanie urządzeń z sieci, rządzanie rządzanie siecią, siecią, dodawanie dodawanie lub lub usuwanie usuwanie urządzeń urządzeń zz sieci, sieci, wyznaczanie i zarządzanie trasami rutingu. W tabeli 1 zawyznaczanie wyznaczanie ii zarządzanie zarządzanie trasami trasami rutingu. rutingu. W W tabeli tabeli 1 1 zazamieszczono podstawowe parametry techniczne standardu mieszczono mieszczono podstawowe podstawowe parametry parametry techniczne techniczne standardu standardu Z-Wave.

Z-Wave.

Z-Wave.

3.

Urządzenia Z-Wave 3.

3. Urządzenia Urządzenia Z-Wave Z-Wave

W ramach realizowanego projektu badawczego zaprojektoW W ramach ramach realizowanego realizowanego projektu projektu badawczego badawczego zaprojektozaprojektowano i wykonano stanowisko do badania bezprzewodowych wano wano ii wykonano wykonano stanowisko stanowisko do do badania badania bezprzewodowych bezprzewodowych urządzeń automatyki domowej.

Do budowy stanowiska urządzeń urządzeń automatyki automatyki domowej. domowej. Do Do budowy budowy stanowiska stanowiska wykorzystano dostępne na rynku urządzenia.

Starano się wykorzystano wykorzystano dostępne dostępne na na rynku rynku urządzenia. urządzenia. Starano Starano się się uzyskać odpowiedź na pytanie, czy na takich urządzeniach uzyskać uzyskać odpowiedź odpowiedź na na pytanie, pytanie, czy czy na na takich takich urządzeniach urządzeniach można implementować zaawansowane algorytmy sterowamożna można implementować implementować zaawansowane zaawansowane algorytmy algorytmy sterowasterowania (np. stabilizacji temperatury na podstawie modelu nia (np. stabilizacji temperatury na nia (np. stabilizacji temperatury na podstawie podstawie modelu modelu matematycznego pomieszczenia). matematycznego matematycznego pomieszczenia). pomieszczenia).

868/906 868/906 868/906 2400 –w układach serii 400 2400 2400 – –w w układach układach serii serii 400 400 30 – w pomieszczeniach 30 30 – –w w pomieszczeniach pomieszczeniach 100 – na zewnątrz 100 100 – – na na zewnątrz zewnątrz 9,4 9,4 9,4 40 –w układach serii 200 40 40 – –w w układach układach serii serii 200 200 200 – w układach serii 400 200 200 – –w w układach układach serii serii 400 400 64 64 64

Wielkość i rodzaj Wielkość Wielkość ii rodzaj rodzaj pamięci pamięci pamięci Identyfikatory Identyfikatory Identyfikatory

3.1.

Centralka 3.1.

3.1. Centralka Centralka

W zbudowanym stanowisku laboratoryjnym wykorzystano W W zbudowanym zbudowanym stanowisku stanowisku laboratoryjnym laboratoryjnym wykorzystano wykorzystano kontroler (centralkę) Vera3 firmy Micasaverde.

Nie jest kontroler (centralkę) Vera3 kontroler (centralkę) Vera3 firmy firmy Micasaverde.

Micasaverde. Nie Nie jest jest to jedyny dostępny kontroler sieci Z-Wave na rynku.

Swoje to jedyny dostępny kontroler sieci Z-Wave na rynku. to jedyny dostępny kontroler sieci Z-Wave na rynku. Swoje Swoje wersje kontrolerów kontrolerów opracowały takie takie firmy jak jak Fibaro, wersje wersje kontrolerów opracowały opracowały takie firmy firmy jak Fibaro, Fibaro, Aeon Labs, Labs, HomeSeer.

HomeSeer. Centralka Centralka Vera3 Vera3 bazuje bazuje na na proAeon Aeon Labs, HomeSeer. Centralka Vera3 bazuje na proprocesorze 500 500 MHz MIPS MIPS SoC, ma ma 32 MB MB pamięci flash, flash, cesorze cesorze 500 MHz MHz MIPS SoC, SoC, ma 32 32 MB pamięci pamięci flash, 32 MB MB pamięci SDRAM SDRAM i 128 MB MB pamięci DDR2.

DDR2. Wypo32 32 MB pamięci pamięci SDRAM ii 128 128 MB pamięci pamięci DDR2. WypoWyposażona jest jest także także w w dwa dwa porty porty USB, USB, jeden jeden port port sieci sieci WAN, sażona sażona jest także w dwa porty USB, jeden port sieci WAN, WAN, 4 porty porty sieci LAN LAN oraz moduł moduł do komunikacji komunikacji z urządze4 4 porty sieci sieci LAN oraz oraz moduł do do komunikacji zz urządzeurządzeniami sieci sieci Z-Wave. Ma Ma także wbudowany wbudowany access point point niami niami sieci Z-Wave.

Z-Wave. Ma także także wbudowany access access point Wi-Fi w w standardzie standardzie 802.11n.

802.11n. Centralka Centralka pracuje pracuje pod pod konkonWi-Fi Wi-Fi w standardzie 802.11n. Centralka pracuje pod kontrolą popularnego, popularnego, w w tego tego typu typu urządzeniach urządzeniach (domowe (domowe trolą trolą popularnego, w tego typu urządzeniach (domowe rutery siecowe), siecowe), systemu Linux Linux OpenWRT. Sama Sama centralka rutery rutery siecowe), systemu systemu Linux OpenWRT. OpenWRT. Sama centralka centralka

Rys. Rys. 2.

2. Kontroler Kontroler Vera3 Vera3 Rys. 2. Kontroler Vera3 Fig. Fig. 2.

2. Control Control unit unit Vera3 Vera3 Fig. 2. Control unit Vera3

oprócz komunikacji ii zarządzania urządzeniami Z-Wave oprócz oprócz komunikacji komunikacji i zarządzania zarządzania urządzeniami urządzeniami Z-Wave Z-Wave może także pełnić funkcję domowego rutera sieciowego. może także pełnić funkcję domowego może także pełnić funkcję domowego rutera rutera sieciowego. sieciowego.

W kontrolerze Vera3 zainstalowane jest także odpowiednie W W kontrolerze kontrolerze Vera3 Vera3 zainstalowane zainstalowane jest jest także także odpowiednie odpowiednie oprogramowanie do zarządzania bezprzewodowymi urząoprogramowanie do zarządzania bezprzewodowymi oprogramowanie do zarządzania bezprzewodowymi urząurządzeniami automatyki domowej.

Oprogramowanie to jest dzeniami dzeniami automatyki automatyki domowej. domowej. Oprogramowanie Oprogramowanie to to jest jest dostępne dla użytkownika poprzez interfejs WWW. Za jego dostępne dostępne dla dla użytkownika użytkownika poprzez poprzez interfejs interfejs WWW. WWW. Za Za jego jego pomocą można dodawać, wykluczać urządzenia, tworzyć pomocą pomocą można można dodawać, dodawać, wykluczać wykluczać urządzenia, urządzenia, tworzyć tworzyć bezpośrednie połączenia (tzw. asocjacje) między urządzebezpośrednie bezpośrednie połączenia połączenia (tzw. (tzw. asocjacje) asocjacje) między między urządzeurządzeniami lub tworzyć tak zwane sceny. Termin scena oznacza niami niami lub lub tworzyć tworzyć tak tak zwane zwane sceny. sceny. Termin Termin scena scena oznacza oznacza pewien scenariusz działania (listę rozkazów do wykonania), pewien scenariusz działania (listę rozkazów do pewien scenariusz działania (listę rozkazów do wykonania), wykonania), które wykonywane są okresowo, co jakiś czas, lub w zależktóre które wykonywane wykonywane są są okresowo, okresowo, co co jakiś jakiś czas, czas, lub lub w w zależzależności od wystąpienia zdefiniowanego zdarzenia.

Dodatkowo ności ności od od wystąpienia wystąpienia zdefiniowanego zdefiniowanego zdarzenia. zdarzenia. Dodatkowo Dodatkowo Pomiary Automatyka Robotyka nr 7–8/2013

101

/2011 Pomiary Automatyka Robotyka /2011 /2011 Pomiary Pomiary Automatyka Automatyka Robotyka Robotyka

11 1

NAUKA Nauka

3.3. Ściemniacz Innym rodzajem urządzeń wykorzystywanych do sterowania oświetleniem są ściemniacze, które oprócz funkcji załączania mogą także regulować natężenie oświetlenia. W opisywanym stanowisku wykorzystano ściemniacz firmy Aeon Labs o nazwie Micro Smart Dimmer. Podobnie jak w przypadku przełącznika FGS221 wymiary opisywanego urządzenia są na tyle małe, iż bez problemu można je montować w standardowych puszkach elektrycznych. Przełącznik jest zasilany z sieci elektrycznej. Załączanie i regulacja jasności oświetlenia może odbywać się sprzętowo (zamontowany standardowy przełącznik monostabilny) lub programowo (oprogramowanie centralki).

3.4. Czujnik temperatury i wilgotności

Rys. 3. Przykład ekranu kontrolnego centralki Vera3 Fig. 3. Example view of control screen of Vera3 controler

możliwe jest programowanie centralki (pisanie skryptów) z wykorzystaniem języka LUA (http://www.lua.org/) (ściślej języka Luup, czyli LUA wzbogaconego o obsługę komunikatów protokołu UPnP). Centralka Vera3 umożliwia też komunikację z urządzeniami sieci przez interfejs API. Poprzez odpowiednie wywołania HTTP (format przesyłu danych XML lub JSON) można wysyłać i odbierać dane do/z urządzeń lub wykonywać na nich określone akcje. W takim przypadku sama centralka pełni tylko rolę pośrednika przy komunikacji z urządzeniami, a dzięki tej funkcjonalności można stworzyć swoje własne oprogramowanie do zarządzania urządzeniami automatyki domowej.

Niestety, jest to komunikacja jednokierunkowa, tj. centralka wysyła informacje tylko po odebraniu odpowiedniego żądania. Taki sposób komunikacji może nie być wystarczający, np. w przypadku urządzeń bateryjnych czy też urządzeń raportujących wystąpienie jakiegoś zdarzenia (np. czujnik ruchu, dymu).

W zrealizowanym stanowisku wykorzystano czujnik temperatury i wilgotności firmy Everspring o oznaczeniu ST814.

Oprócz temperatury urządzenie to mierzy także wilgotność powietrza. Możliwe jest także zaprogramowanie wartości maksymalnej i minimalnej temperatury oraz wilgotności, których przekroczenie będzie raportowane do centralki.

Termostat ST814 jest rodzajem urządzenia zasilanego z baterii, w związku z tym po przesłaniu informacji do centralki przechodzi w stan uśpienia (nadawanie danych jest sporym wydatkiem energetycznym). Aktualne dane o temperaturze i wilgotności są przesyłane okresowo po upływie czasu uśpienia. Jeśli temperatura obniży się (lub wzrośnie) a urządzenie jest w stanie uśpienia, to układ sterowania powinien się o tym dowiedzieć niezwłocznie tak, aby odpowiednio szybko zareagować. W opisywanym czujniku rozwiązano ten problem w taki sposób, że termostat raportuje zmianę temperatury, gdy wielkość tej zmiany przekroczy ustalony poziom. Dzięki temu, jeśli temperatura w danym pomieszczeniu jest stała, to urządzenie nie wysyła tych informacji (poza okresami wybudzenia), oszczędzając baterie.

3.2. Przełącznik Jednym z podstawowych zadań realizowanych w układach automatyki domowej jest włączanie lub wyłączanie odpowiednich urządzeń elektrycznych. Większość zastosowań tego typu dotyczy sterowania oświetleniem. Przy budowie stanowiska wykorzystano przełącznik FGS221. Jest to przełącznik firmy Fibaro; umożliwia on niezależne załączanie dwóch urządzeń o mocy nieprzekraczającej 1,5 kW każde. Przełącznik FGS221 zasilany jest z sieci elektrycznej w związku z czym nie ma konieczności, aby przechodził on w stan uśpienia. Zgodnie ze specyfikacją standardu Z-Wave, urządzenie takie może pośredniczyć przy przekazywaniu komunikatów do innych urządzeń Z-Wave pozostających poza zasięgiem samej centralki. Wymiary przełącznika pozwalają na jego bezproblemowy montaż w standardowej puszce elektrycznej. Sam przełącznik może być sterowany na dwa sposoby: przez włącznik bistabilny, który zwiera odpowiednie styki albo odbierając rozkazy z centralki lub innego urządzenia sieci.

2

102

Pomiary Automatyka Robotyka /2011

Rys. 4. Czujnik temperatury i wilgotności Fig. 4. Temperature and humidity sensor

3.5. Głowica termostatyczna Obecnie jedyną głowicą termostatyczną, która pracuje w standardzie Z-Wave jest głowica firmy Danfoss, model Living Connect. Głowica ta jest częścią systemu firmy Danfoss do bezprzewodowego sterowania temperaturą. Ponieważ głowica termostatyczna pracuje w standardzie Z-Wave, w związku z tym powinna istnieć możliwość sterowania nią za pomocą innego kontrolera sieci Z-Wave niż opracowany przez firmę Danfoss. Niestety, pomimo deklaracji zgodności z standardem Z-Wave, nie wszystkie funkcjonalności opisywanej głowicy termostatycznej są dostępne

NAUKA w innych centralkach (np. brak możliwości odczytu temperatury mierzonej przez samą głowicę). W praktyce można również zaobserwować, że centralka nie zawsze może skomunikować się z głowicą. Sytuacja taka zachodzi nawet, gdy odległość centralki od głowicy to tylko kilka metrów, więc raczej można wykluczyć potencjalną utratę zasięgu sieci.

Opisywana przypadłość może być bardzo uciążliwa w przypadku stosowania odpowiedniego harmonogramu zmian temperatury w danym pomieszczeniu. Sytuacja braku komunikacji z głowicą może skutkować tym, że temperatura w pomieszczeniu pozostanie niezmieniona. Przykładowo, według harmonogramu o godzinie 6:30 w dzień roboczy system ma zmienić temperaturę w łazience z 17 ◦ C na 22 ◦ C. Jeżeli nie dojdzie do przesłania nowej wartości zadanej (22 ◦ C), to głowica będzie pracować z poprzednią (19 ◦ C), do następnej zmiany temperatury, czyli np. do wieczora.

Nie do końca jest też jasne, jakiego typu regulator zaimplementowano w opisywanych głowicach. Producent deklaruje, że jest to regulator PID. W praktyce można zaobserwować, że po zmianie wartości zadanej za pośrednictwem sieci Z-Wave silnik głowicy reaguje wolniej, np. dopiero po godzinie. Może to być uciążliwe w sytuacji, gdy chcemy szybko podgrzać pomieszczenie. Rozwiązaniem jest ręczna zmiana wartości zadanej za pomocą przycisków umieszczonych na głowicy. Głowica, podobnie jak termostat, jest urządzeniem zasilanym z baterii, w związku z czym co jakiś czas przechodzi w stan uśpienia, trwający 5 minut. Producent deklaruje, iż przy normalnej pracy urządzenie powinno działać bez wymiany baterii około 2 lat.

Rys. 6. Uniwersalny czujnik binarny Fig. 6. Universal Binary Sensor

czujnik ruchu. Jednym z takich urządzeń jest multisensor Aeon Labs. Prezentowane urządzenie może być zasilane z baterii lub z zewnętrznego źródła napięcia. Zasilanie bateryjne daje swobodę montażu czujnika w dowolnym, dogodnym miejscu, natomiast ogranicza czas raportowania pozostałych danych.

Rys. 7. Multisensor Aeon Labs Fig. 7. Multisensor Aeon Labs

4. Przykłady zaimplementowanych funkcjonalności

Rys. 5. Bezprzewodowa głowica termostatyczna Danfoss Living Connect Fig. 5. Wireless radiator thermostat Danfoss Living Connect

3.6. Uniwersalny czujnik binarny

Firma Fibaro opracowała urządzenie o nazwie Univesal Binary Sensor (FGBS321), które umożliwia integrację istniejących przewodowych systemów alarmowych z bezprzewodowym systemem automatyki domowej. Dodatkowo urządzenie to umożliwia pomiar temperatury z czterech czujników DS18B20. Czujnik jest zasilany z zewnętrznego źródła (np. przewodowy sensor ruchu). Dokładność pomiaru temperatury wynosi 0,5 ◦ C.

3.7. Multisensor

Wśród urządzeń pracujących w standardzie Z-Wave znajdują się także multisensory. Urządzenia takie zazwyczaj mierzą równocześnie kilka parametrów, jak: temperatura, wilgotność, natężenie oświetlenia a także mają wbudowany

Funkcjonalność układu automatyki domowej w dużej mierze jest uzależniona od funkcjonalności samych urządzeń końcowych, możliwości zmiany ich lokalizacji lub modyfikacji całego układu. Funkcjonalność bezprzewodowych urządzeń automatyki domowej jest już w zasadzie identyczna z funkcjonalnością przewodowych urządzeń. W większości przypadków bez problemu można znaleźć bezprzewodowe urządzenie końcowe o takiej samej funkcjonalności jak urządzenie przewodowe. W bezprzewodowych systemach automatyki domowej można w prostszy i szybszy sposób realizować różne funkcjonalności, które nie były przewidziane na etapie projektowania samego systemu a konieczność ich realizacji wynika z różnych czynników, które wystąpiły w trakcie użytkowania systemu. Przede wszystkim można łatwo modyfikować, np. zmieniać role samych urządzeń końcowych, a także implementować nowe algorytmy współdziałania urządzeń. Oprócz zmian, które umożliwiają łatwe programowanie takich systemów, można także zmieniać samą strukturę fizyczną systemu automatyki przez dodawanie, usuwanie lub zmianę lokalizacji urządzeń.

4.1. Logowanie temperatury

Jednym z zadań bezprzewodowego systemu automatyki domowej jest stabilizacja temperatury wewnątrz kontrolowanych pomieszczeń. Z jednej strony użytkownik oczekuje utrzymania ustawionej przez niego temperatury, z drugiej strony istnieje szereg czynników zakłócających mających wpływ na temperaturę powietrza (np. temperatura zewnętrzna, wiatr, stopień nasłonecznienia, liczba osób Pomiary Automatyka Robotyka nr 7–8/2013

103

/2011 Pomiary Automatyka Robotyka

3

NAUKA Nauka przebywających w pomieszczeniu itd.). Chcąc więc skutecznie sterować wartością temperatury, musimy znać jej aktualną wartość, a także znać model matematyczny, który co najmniej w przybliżeniu opisuje dynamikę zmian temperatury. Aktualnie pomiary wartości temperatury umożliwiają generowanie odpowiednich sterowań, natomiast dane historyczne mogą być wykorzystane do dostrajania, polepszania parametrów modelu zmian temperatury (modele takie z reguły nie są skomplikowane, trudność natomiast sprawia prawidłowa identyfikacja ich parametrów). Wykorzystując opisane urządzenia automatyki domowej, można zrealizować prosty system logowania temperatury.

Urządzenie Universal Binary Sensor (FGBS321) umożliwia dołączenie i pomiar temperatury z czterech czujników.

Czujniki temperatury są widziane z poziomu centralki jako cztery osobne urządzenia. Wykorzystując funkcjonalność scen centralki, można okresowo odczytywać temperaturę z czujników. W taki sposób można zrealizować bieżący pomiar temperatury w pomieszczeniu i może on być wykorzystany do generowania aktualnych sterowań. Aby mieć dostęp do danych historycznych temperatury, należy je zapisać. Istnieje możliwość logowania informacji na samej centralce Vera3. Nie jest to jednak rozwiązanie dobre z dwóch względów. Po pierwsze, jeśli zapisujemy zbyt dużo danych, to można całkowicie zapełnić dostępną pamięć centralki.

Drugi powód – wszystkie pliki z logami na centralce są kasowane co 24 godziny. Rozwiązaniem może być wysyłanie logowanych danych na inny zewnętrzny serwer. Instalując na serwerze zewnętrznym oprogramowanie do logowania informacji (np. syslog) i wykorzystując funkcjonalność scen centralki oraz język programowania LUA można zapisywać odczytane dane z czujników temperatury na tym serwerze.

Dzięki takiemu rozwiązaniu nie ma obawy, że wykorzystamy całą dostępną pamięć centralki lub oprogramowanie centralki usunie dane. Oczywiście, do poprawnego działania tego rozwiązania konieczne jest aktywne połączenie centralki z serwerem, na którym logujemy dane oraz poprawna praca tego serwera. Pewnym minusem jest konieczność okresowego uruchamiania sceny do odczytywania danych z czujników temperaturowych i przez to w jakimś stopniu wykorzystywanie zasobów samej centralki (co przy dużej liczbie urządzeń oraz scen może wprowadzać znaczne opóźnienia).

Do logowania danych o temperaturze można także wykorzystać API, jakie jest udostępniane przez samą centralkę.

Przez wywołanie odpowiednio skonfigurowanego żądania HTTP można odczytać aktualną temperaturę z danego czujnika. Tak otrzymane dane można już zachować, np. w bazie danych. W rozwiązaniu tym zewnętrzny komputer inicjuje zdarzenie odczytania danych, w związku z tym nie jest konieczne dodawanie specjalnej sceny. Z jednej strony przewagą takiego rozwiązania nad poprzednim jest brak dodatkowej sceny, która uruchamia się cyklicznie, z drugiej strony, jeśli wartość temperatury zmieniła się gwałtownie, to informacja o tym fakcie zostanie przesłana na serwer z pewnym opóźnieniem. Oczywiście obsługa rozkazów przychodzących za pośrednictwem API także wymaga określonego nakładu czasu i zasobów centralki.

4

104

Pomiary Automatyka Robotyka /2011

4.2. Sterowanie oświetleniem Włączanie/wyłączanie oświetlenia może być realizowane w układach bezprzewodowej automatyki domowej dwoma sposobami. Pierwszy sposób polega na tym, że centrala odbiera rozkaz załączenia oświetlenie od przełącznika, następnie wysyła odpowiedni rozkaz do układu załączania oświetlenia. Takie podejście wymaga zdefiniowania odpowiedniej sceny. Scena taka jest uruchamiana zdarzeniem – w tym przypadku zwarciem styków przełącznika. Z przeprowadzonych prób wynika, iż opóźnienia, jakie mogą się pojawić przy tego typu sterowaniu mogą mieć wartości 2–5 s, co jest całkowicie nieakceptowalne w codziennym użytkowaniu.

Standard Z-Wave umożliwia bezpośrednie komunikowanie się urządzeń między sobą (wysyłanie i odbieranie rozkazów) z pominięciem samej centralki. W sieci Z-Wave każde z urządzeń ma określone urządzenie nadrzędne, które może wysyłać do niego rozkazy. Domyślnie jest to kontroler sieci, ale w centralce Vera3 można ustawić inne urządzenie, które przejmie rolę kontrolera. a) Urządzenie I

Centralka

Urządzenie II

b)

Centralka Urządzenie I

Urządzenie II

Rys. 8. Rodzaje komunikacji pomiędzy urządzeniami końcowymi a) z udziałem jednostki centralnej, b) bez udziału jednostki centralnej Fig. 8. Communication between end devices a) with participation of the central unit, b) without participation of the central unit

W ten sposób definiuje się bezpośrednią komunikację pomiędzy dwoma (lub więcej urządzeniami). Opisane rozwiązanie jest dedykowane do tego typu zastosowań. Po takim skonfigurowaniu pracy urządzeń opóźnienia we włączaniu/wyłączaniu są niezauważalne. Oczywiście mechanizm scen do sterowania oświetleniem może być wykorzystany do tworzenia bardziej zaawansowanych scenariuszy działania, np. funkcjonalności wyłączenia oświetlenia w chwili opuszczania mieszkania lub tak zwany „panic button” – jednoczesne załączenie oświetlenia w przypadku zagrożenia.

4.3. Pomiar zużycia energii elektrycznej Opisywana centralka umożliwia także pomiar i logowanie ilości zużytej energii elektrycznej. Funkcjonalność ta jest realizowana na dwa sposoby. W pierwszym urządzenia mają wbudowany układ pomiarowy zużycia energii i logują te dane w systemie. Drugi sposób polega na podaniu mocy urządzenia końcowego i pomiarze, przez jaki czas jest załączone urządzenie, oraz oszacowanie ilości zużytej energii elektrycznej. Zebrane dane o wielkości zużycia energii elektrycznej są prezentowane w formie wykresów. Po podaniu

NAUKA się sytuacje, że nie odbierała albo odbierała, lecz nie reagowała na wysyłane do niej nowe wartości nastawianej temperatury.

5. Wnioski

Rys. 9. Pomiar zużycia energii elektrycznej w centralce Vera3 Fig. 9. The measurement of electricity consumption in the central Vera3

średniej ceny za 1 kWh możliwe jest też bezpośrednie przeliczanie kosztu zużytej energii. Informacje o zużyciu energii elektrycznej można także wykorzystać do wykrywania potencjalnych uszkodzeń zasilanych urządzeń. Jeśli mamy możliwość pomiaru zużycia energii w sposób ciągły to wysłanie rozkazu załączenia urządzenia powinno skutkować zużyciem energii przez to urządzenie. Jeśli po określonym czasie nie odczytujemy zużycia energii z monitorowanego źródła pomimo wysłania rozkazu załączenia, to można przypuszczać iż odbiornik jest uszkodzony. Może się też zdarzyć, że samo urządzenie wykonawcze nie działa poprawnie.

4.4. Sterowanie temperaturą w pomieszczeniach

Jednym z głównych zadań urządzeń automatyki domowej jest zapewnienie komfortu przebywającym w nich osobom.

Uczucie komfortu jest odczuciem subiektywnym, innym dla każdego człowieka. Można określić pewnie parametry, od których ono zależy. Jednym z takich parametrów jest temperatura powietrza w pomieszczeniu. Zależy ona od bardzo wielu czynników, które nie zawsze dają się zmierzyć.

Opisywana w pracy głowica termostatyczna ma wbudowany algorytm działania. Oprócz zadanej temperatury w pomieszczeniu, którą chcemy otrzymać, opisywanej głowicy termostatycznej nie konfiguruje się w żaden inny sposób.

Producent deklaruje, że w głowicy zaimplementowany jest regulator PID. Korzystając z możliwości obliczeniowych centralki i dostępnego języka programowania można spróbować stworzyć bardziej efektywny (np. minimalnoenergetyczny) układ stabilizacji temperatury w pomieszczeniu, który np. uwzględnia dynamikę zmian temperatury, temperaturę zewnętrzną, stopień nasłonecznienia lub wpływ innych zakłóceń. Ponieważ w prezentowanej głowicy termostatycznej możliwe jest jedynie wysyłanie zadanej temperatury, i tylko w taki sposób można zmieniać stopień otwarcia głowicy, układ sterowania musi uwzględniać te ograniczenia przy generowaniu danych. Dodatkowym utrudnieniem jest także fakt, iż głowica termostatyczna jest urządzeniem zasilanym bateryjnie i minimalny czas między jej „wybudzeniami” i komunikacją z centralką wynosi 5 min. Z praktycznych doświadczeń wynika, iż opisywana głowica nie sprawdza się w tego typu zadaniach. Podczas użytkowania zdarzały

W pracy zaprezentowano podstawowe urządzenia, które mogą służyć do budowy bezprzewodowego systemu automatyki domowej. Opisywane urządzenia były testowane na stanowisku laboratoryjnym, a także praktycznie w mieszkaniach dwóch autorów pracy. Bezprzewodowe układy automatyki domowej to przyszłość układów sterowania budynkami mieszkalnymi (i prawdopodobnie nie tylko nimi).

Jednak aktualnie nie wszystkie urządzenia wykorzystywane do budowy tego typu systemów sterownia charakteryzują się wymaganą funkcjonalnością czy też pewnością działania (np. problemy ze sterowaniem głowicą termostatyczną). Osobnym problemem jest zasilanie części urządzeń za pomocą baterii. Pomimo testowania różnych rozwiązań, których celem było maksymalne wydłużenie pracy urządzenia bez wymiany baterii, to realnie patrząc – minimum raz w roku należy wymieniać baterię. Nie chodzi tylko o stopień rozładowania samej baterii, ale także o jej wiek i związane z tym efekty starzenia się baterii. Kolejną barierą, która utrudnia przede wszystkim wzrost praktycznych implementacji tego typu systemów są ceny urządzeń – w niektórych przypadkach bardzo wysokie, przez co zwrot kosztów takiego systemu sterowania (np. w postaci oszczędności energii elektrycznej lub cieplnej) rozkłada się na wiele lat. Korzystając z układów automatyki domowej można podnieść komfort samego użytkowania lokali mieszkalnych, bezpieczeństwo przebywających w nich osób (np. przez zamontowanie różnego rodzajów czujników dymu, czadu, zalania itp.) czy też zoptymalizować wykorzystanie źródeł energii (np. cieplnej).

Dużym plusem bezprzewodowych układów sterownia jest ich „otwartość” rozumiana jako łatwość przerabiania, dostosowywania czy też implementowania nowych funkcjonalności (np. brak odczytu poboru prądu przez dane urządzenie może świadczyć o jego potencjalnym uszkodzeniu). Drugą kwestią jest sprawa standardu Z-Wave.

Jeszcze 2–3 lata temu wydawało się, że standard ten zdobędzie znaczną część rynku i stanie się jego liderem. Tak się jednak nie stało. Jedną z przyczyn takiego stanu rzeczy może być to, iż Z-Wave nie jest otwartym standardem. Jest to standard promowany przez jedną z firm i tylko jedna firma produkuje układy scalone obsługujące komunikację Z-Wave, co odbija się na cenach, np. układów prototypowych. Ceny najprostszch modeli płytek prototypowych zaczynają się od 250 zł. Dla przykładu, w przypadku konkurencyjnego standardu ZigBee można otrzymać bezpłatnie kilka sztuk układów scalonych do testów.

Na koniec należy zwrócić uwagą na rosnącą popularność i praktyczne zastosowania bezprzewodowych sieci pomiarowych (wireless sensor networks). Do takich sieci zaliczają się również sieci ZigBee i Z-Wave. Oprócz systemów automatyki domowej kolejnymi obszarami, w których próbuje się je wykorzystywać to np. układy ciągłego monitoringu parametrów życiowych osób, w szczególności starszych czy też hospitalizowanych [1], czy rozproszony system sterowania oświetleniem ulicznym [6].

Pomiary Automatyka Robotyka nr 7–8/2013

105

/2011 Pomiary Automatyka Robotyka

5

Nauka NAUKA Praca finansowana ze środków Narodowego Centrum Nauki, nr projektu N N514 644440.

przy wykorzystaniu złożonych układów sterowania oraz zastosowania systemów informatycznych w przemyśle, szczególnie budowy systemów zarządzających pracownikami i jakością produkcji.

Bibliografia

e-mail: mdlugosz@agh.edu.pl

1.

Fordos G., Szilagyi S. S.M., 1. Csernath Csernath, G., G., Szilagyi Szilagyi, L., L., Fordos, G., Szilagyi, M. Anovel telemetry and monitoring system based on (2008), ECG A novel ECG telemetry and monitoring system Z-Wave 2008, 2361–2364. based oncommunication, Z-Wave communication, 2361–2364.

2.

Yao F.,F., Lu Lu, X, A zigbee-based home 2. Gill Gill,K., K.,Yang Yang,S.-H., S.-H., Yao, X. (2009): A zigbeeautomation system. IEEE Transactions onElectronics, Consumer based home automation system.

Consumer Electronics, 2009, 55(2), 422–430.

IEEE Transactions on 55(2), 422–430.

3. home automation net3. Gomez Gomez,C., C.,Paradells Paradells,J., J. Wireless (2010), Wireless home automaworks: A survey architectures and technologies.

IEEE tion networks: A of survey of architectures and technologies.

Communications Communications Magazine, Magazine,2010, IEEE48(6), 48(6),92–101.

92–101.

4. Gratton Practical Wireless Application.

D.A., Developing Gratton, D. A. (2007), Developing Practical Wireless Application.

Elsevier 2007.Elsevier.

5. Knight Knight,M., M. Wirelesssecurity-Howsafeis (2006), Wireless security -Z-wave?

How safe is 5.

“ComZ-wave?.Control Computing Control Engineering Journal 17(6), puting Engineering Journal”, 2006, 17(6),

18–23.

18–23.

6. Li Li,L., L., Chu Chu,X., X.,Wu Wu,Y., Y.,Wu Wu,Q,Q.The (2009), The Development Development of Road 6. of Road Lighting ControlBased System on Lighting IntelligentIntelligent Control System on Based Wireless WirelessControl, Network Control. In: Electronic Network International Conference on Computer Electronic Technology,Technology, 2009 International Conference on, 353–357.

Computer 2009, 353–357.

7. Walko Walko,J.,J.Home (2006), Home“Computing Control. Computing Control 7.

Control, Control EngineerEngineering 17(5), 16–19. ing Journal”,Journal, 2006, 17(5), 16–19.

8. Zareei Zareei,M., M.,Zarei Zarei,A., A.,Budiarto Budiarto, Omar, (2011): A 8.

R.,R., Omar M.,M. A comparacomparative short range wireless sensor network tive study of study short of range wireless sensor network on high on high networks, density networks.

In: Communications (APCC), density 17th Conference on Communications 2011, 17thAsia-Pacific, Asia-Pacific2011, Conference on, 247–252.

(APCC), 247–252.

Wireless home automation system working in a standard Z-Wave network Abstract: This article contains a brief description of one of the standards for wireless networks, Z-Wave, which is used to build home automation system. At first short description of Z-Wave standard is presented. In next sections a few typical devices are presented (like: switch, dimmer, multi sensor, central unit, radiator thermostat), which are used in home automation systems. Each of these devices is briefly described taking into account the their advantages and disadvantages. Next sections present solution to log temperature value on to remote server, control method a group of lights, and

Jacek Chronowski Student w Katedrze Automatyki i Inżynierii Biomedycznej Wydziału EAIiIB Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie. Jego zainteresowania naukowe to teoria sterowania, układy dynamiczne, wbudowane układy sterowania, sieci bezprzewodowe. e-mail: jacek.chronowski@gmail.com dr inż. Jerzy Baranowski Adiunkt w Katedrze Automatyki i Inżynierii Biomedycznej Wydziału EAIiIB Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie. Jego zainteresowania badawcze obejmują estymację stanu, układy niecałkowitego rzędu i dynamikę populacyjną. Zajmuje się również zagadnieniami optymalizacji systemów dynamicznych i metodami numerycznymi. e-mail: jb@agh.edu.pl dr inż. Paweł Piątek Adiunkt w Katedrze Automatyki i Inżynierii Biomedycznej Wydziału EAIiIB Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie. Zajmuje się projektowaniem i budową systemów sterowania czasu rzeczywistego, jak również wykorzystaniem układów FPGA w systemach sterowania szybkimi obiektami. e-mail: ppi@agh.edu.pl prof. hab. inż. Wojciech Mitkowski Profesor w Katedrze Automatyki i Inżynierii Biomedycznej Wydziału EAIiIB Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie. Obszar zainteresowań naukowych dotyczy sterowania

temperature inside room. The simple energy consumption monitor is also presented. At the end of the article includes some conclusions on the future of home automation systems built using wireless standards such as Z-Wave.

systemów dynamicznych, w szczególności problemów stabilizacji, projektowania regulatorów, systemów o parametrach rozłożonych, elektrycznych układów drabinkowych, optymalizacji, problemu liniowokwadratowego, metod aproksymacji, teorii

Keywords: intelligent building, wireless networks, programming, Z-Wave

e-mail: wojciech.mitkowski@agh.edu.pl

macierzy.

dr inż. Paweł Skruch dr inż. Marek Długosz Adiunkt w Katedrze Automatyki i Inżynierii Biomedycznej Wydziału EAIiIB Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie. Od 2011 r. prowadzi grant naukowo-badawczy, którego tematyka obejmuje systemy sterowania budynkami mieszkalnymi. Tematyka prac badawczych dotyczy zagadnień sterowania

106 6

Pomiary Automatyka Robotyka /2011

Adiunkt w Katedrze Automatyki i Inżynierii Biomedycznej Wydziału EAIiIB Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie. W obszarze jego zainteresowań naukowych jest teoria sterowania, układy dynamiczne, modelowanie matematyczne i symulacje komputerowe. e-mail: skruch@agh.edu.pl

NAUKA NAUKA

Robot sposobie lokomocji lokomocji Robot mobilny mobilny o o zmiennym zmiennym sposobie –zmiennym wyniki badań badań Robot mobilny o– sposobie lokomocji wyniki Zobacz więcej Dawid Seredyński – wyniki badań Dawid Seredyński, Tomasz Winiarski

Tomasz Winiarski

Pobierz bezpłatną aplikację PAR+ App Store | Google Play

Instytut Automatyki i Informatyki Stosowanej, Politechnika Warszawska Dawid Seredyński, Tomasz Winiarski Instytut Automatyki i Informatyki Stosowanej, Politechnika Warszawska

Streszczenie: W artykule przedstawiono opis badań, jakie przeprowadzono na robocie mobilnym Ryś, który może poruszać się Streszczenie: Wlokomocji: artykule przedstawiono opis badań, jakie przew dwóch trybach dynamicznie stabilnym oraz statyczprowadzono robocie który przez może automatyczny poruszać się nie stabilnym.na Robot możemobilnym zmieniać Ryś, tryb ruchu w dwóchwstawania trybach lokomocji: manewr do pionu.dynamicznie stabilnym oraz statycznie stabilnym. Robot może zmieniać tryb ruchu przez automatyczny Słowa kluczowe: robot mobilny, odwrócone wahadło, badania manewr wstawania do pionu. eksperymentalne Słowa kluczowe: robot mobilny, odwrócone wahadło, badania eksperymentalne

R R

obot Ryś to platforma mobilna o dwóch współosiowych kołach i miękkim zderzaku pełniącym rolę obot Ryś podparcia to platforma o dwóch współotrzeciego punktu (rys.mobilna 1). Jest przykładem robota siowych kołach i miękkim zderzaku pełniącym rolę mobilnego działającego na zasadzie odwróconego wahatrzeciego podparcia Jest przykładem robota dła.

Tegopunktu rodzaju roboty (rys. są z 1). powodzeniem stosowane mobilnego działającego na zasadzie odwróconego w różnorodnych aplikacjach [1, 2]. Układ sterowaniawaharobodła.

Tego rodzaju robotynasąbazie z powodzeniem ta Ryś został opracowany doświadczeń stosowane zdobytych w różnorodnych aplikacjach 2]. Układ [3, sterowania robopodczas realizacji podobnych[1,projektów 4], jest kaskata Ryś został opracowany na bazie doświadczeń zdobytych dą regulatorów PID [5] zaimplementowaną w środowisku podczas ROS [6]. realizacji podobnych projektów [3, 4], jest kaskadą regulatorów PID [5] zaimplementowaną w środowisku ROS [6].

Rys. 1. Baza jezdna robota Fig. 1. Robot’s mobile base Rys. 1. Baza jezdna robota Fig.Robot 1. Robot’s Ryś mobile zostałbase opisany w trzyczęściowym artykule.

0 0

Pierwsza część tekstu [7] opisuje konstrukcję mechaniczną Robot Ryś został opisany w trzyczęściowym artykule. i elektroniczną.

Druga część [8] przedstawia system stePierwsza Niniejsza, część tekstu [7] opisuje konstrukcjęwyniki mechaniczną rowania. trzecia część prezentuje badań i elektroniczną. Druga część [8] przedstawia przeprowadzonych na działającym robocie. system sterowania.

Niniejsza, trzecia część prezentuje wyniki badań Głównym celem badań, na etapie rozwoju oprogramoprzeprowadzonych na działającym robocie. wania, było poszukiwanie właściwych rozwiązań w zakresie Głównymstrojenia celem badań, na etapie rozwoju oprogramoalgorytmów, regulatorów oraz struktury systemu wania, było Przedstawione poszukiwanie właściwych rozwiązań zakresie sterowania. wyniki badań zostaływuzyskane algorytmów, strojenia regulatorów oraz struktury systemu na ostatecznej wersji systemu sterowania. sterowania. Przedstawione wyniki badań zostały uzyskane na ostatecznej wersji systemu sterowania.

Pomiary Automatyka Robotyka n/2013 Pomiary Automatyka Robotyka n/2013

W tab. 1 przedstawiono wielkości poddane analizie w prezentowanych dalej eksperymentach. Zawierają one W tab. o1 zachowaniu przedstawiono wielkościzmienne poddane analizie informację się obiektu: wyjściowe w prezentowanych oraz zmienne stanu dalej [9]. eksperymentach. Zawierają one informację o zachowaniu się obiektu: zmienne wyjściowe oraz zmienne stanu [9].

Tab. 1. Zestawienie zmiennych układu Tab. 1. Variables of the control system

Zmienna Tab. 1. Zestawienie zmiennych układu Tab. 1. Variables the control prąd płynący ofprzez silniksystem

Rodzaj zm. wyjściowa Zmienna Rodzaj prąd zadany zm. stanu prąd płynący przez silnika silnik zm. wyjściowa prędkość obrotowa prądpochylenia zadany zm. stanu kąt wyjściowa prędkośćkąt obrotowa silnika zm. wyjściowa zadany pochylenia stanu kąt pochylenia prędkość obrotowa (wzdłuż osi kół) zm. wyjściowa zadany kąt pochylenia stanu prędkość liniowa robota zm. wyjściowa (wzdłuż osi kół) zm. wyjściowa prędkość obrotowa robota prędkość liniowa robota przyspieszenie liniowe robota zm. wyjściowa prędkość obrotowa robota zm. wyjściowa przyspieszenie liniowe robota zm. wyjściowa Wartości zmiennych były odczytywane seriami z czę-

stotliwością 100 Hz i zapisywane do plików w pamięci Wartości laptopa zmiennych były odczytywane seriami z częwewnętrznej sterującego robotem. Każda seria dastotliwością Hz i zapisywane doczasu plików w pamięci nych została 100 zaopatrzona w znacznik o dokładności wewnętrznej sterującego Każdawseria da1 ns. Dzięki laptopa temu możliwe byłorobotem. zestawienie, postaci nych została zaopatrzona w znacznik czasu o dokładności wykresów, danych z różnych czujników.

1 ns.

Dziękidotyczyły temu możliwe zestawienie, w postaci Badania jakościbyło działania algorytmów: wykresów, danych z różnych(pkt czujników.

– filtru komplementarnego 1), Badania dotyczyły jakości działania algorytmów: – manewru wstawania do pionu (pkt 6), – filtru komplementarnego (pkt 1), – utrzymywania równowagi (pkt 7), – manewru wstawania do pionu (pkt 6), – wyznaczania trajektorii robota na podstawie odometrii – utrzymywania równowagi (pkt 7), (pkt 9), podstawie odometrii – wyznaczania oraz zachowaniatrajektorii robota w robota różnychna sytuacjach: (pkt 9), – przejazdu przez próg przodem (pkt 3) i tyłem (pkt 4), oraz zachowania robota w różnych sytuacjach: – jazdy w trybie pionowym (pkt 8), – przejazdu przez próg przodem (pkt 3) i tyłem (pkt 4), – pchania obiektów (pkt 5).

– jazdy w trybie pionowym (pkt 8), Porównano także tryb jazdy w pionie z trybem jazdy – pchania w poziomieobiektów (pkt 2). (pkt 5).

Porównano także tryb jazdy w pionie z trybem jazdy w (pkt 2).

1.poziomie Działanie filtru komplementarnego Celem zastosowania filtru było polepszenie jakości pomiaru 1. filtru co komplementarnego kątaDziałanie pochylenia robota, znajdowało swoje uzasadnienie Celem zastosowania filtru było polepszenie jakości pomiaru w literaturze [10]. Filtr łączy sygnały z dwóch czujników [8] kąta pochylenia robota, co znajdowało swoje samodzielnie uzasadnienie o różnych właściwościach, z których żaden w [10].

Filtr łączy sygnały z dwóchokreślenia czujników tej [8] nieliteraturze umożliwia wystarczająco precyzyjnego o różnychfizycznej. właściwościach, z których żaden samodzielnie wielkości nie umożliwia wystarczająco precyzyjnego określenia tej wielkości fizycznej.

Pomiary Automatyka Robotyka nr 7–8/2013

107

NAUKA

Nauka W celu sprawdzenia dokładności sygnału otrzymanego na wyjściu filtru, dodano urządzenie, które umożliwia niezależny pomiar kąta. Kąt mierzony jest przez enkoder zamontowany współosiowo z osią kół. Na rys. 2, 3 i 4 przedstawiono porównanie trzech sygnałów: – kąta zmierzonego przy użyciu jedynie akcelerometru, sygnał ten jest wynikiem funkcji arcus tangens wyliczonej z dwóch wartości przyspieszenia w kierunku dwóch ortogonalnych wektorów; – sygnału na wyjściu filtru komplementarnego, łączącego pomiar kąta na podstawie sygnałów z akcelerometru i żyroskopu; – sygnału z referencyjnego urządzenia do pomiaru kąta, który można uznać za rzeczywistą wartość kąta.

Rys. 2. Przebiegi czasowe obrazujące działanie filtru komplementarnego podczas rozpędzania robota w trybie jazdy z podparciem Fig. 2. Plot of performace of the complementary filter during non-balancing movement

Rys. 3. Przebiegi czasowe obrazujące działanie filtru komplementarnego podczas manewru wstawania do pionu Fig. 3. Plot of performace of the complementary filter during automatic stand-up maneuver

Rys. 4. Przebiegi czasowe obrazujące działanie filtru komplementarnego podczas dużych oscylacji robota w trybie jazdy w pionie, wywołanych przez operatora Fig. 4. Plot of performace of the complementary filter during movement in balancing mode with oscillations of high amplitude

Na rys. 2 przedstawiono wartości trzech sygnałów zarejestrowane podczas przyspieszania robota w pozycji poziomej, z podparciem. Na wykresie widać gwałtowne skoki wartości kąta zmierzonego na podstawie sygnału z akcelerometru. Błąd pomiaru, który sięga 125°, jest spowodowany nagłymi zmianami przyspieszenia robota w pozycji poziomej, wynikającymi z niskiej rozdzielczości enkoderów

108

i niskiej częstotliwości regulatora prędkości. Znacznie bliższy wartości rzeczywistej jest kąt wyznaczony przez filtr komplementarny. Nie jest tak bardzo wrażliwy na gwałtowne i krótkotrwałe zmiany przyspieszenia, lecz jego błąd narasta przy długotrwale działającym przyspieszeniu w jednym kierunku. Błąd ten widać na wykresie: w czasie t = 2 s jest bliski 0, zaś dla t = 4 s osiąga wartość ok. 2°. Jest to maksymalna wartość błędu, gdyż w chwili t = 4 s robot osiąga maksymalną prędkość i nie następuje dalsze przyspieszanie w danym kierunku. Od chwili t = 4 s, w której robot porusza się ze stałą prędkością, błąd na wyjściu filtru komplementarnego zmniejsza się.

Na rys. 3 przedstawiono zestawienie wartości kąta pochylenia dla manewru wstawania do pionu, dokładniej opisanego w punkcie 6. W tej sytuacji, w ciągu 1 s następuje duża zmiana kąta pochylenia robota – o ok. 90°. Błąd pomiaru kąta na wyjściu akcelerometru osiąga wartość do 40° i zmienia się w nieprzewidywalny sposób. Z kolei błąd pomiaru kąta na wyjściu filtra nie przekracza 5° i nie wykazuje tak gwałtownych zmian.

Na rys. 4 przedstawiono wyjątkową sytuację, w której podczas jazdy w pozycji pionowej operator zadaje sterowanie w taki sposób, aby robot osiągnął oscylacje kąta o dużej amplitudzie, sięgającej 60°. Dodatkowo, następują gwałtowne zmiany prędkości obrotowej całego robota. W tym przypadku robot podlega zmiennym przyspieszeniom w różnych kierunkach, co widać na wykresie jako chaotyczne zmiany kąta uzyskanego na wyjściu akcelerometru. Kąt zmierzony w ten sposób nie przypomina rzeczywistej wartości, zarówno pod względem amplitudy jak i okresu drgań, dlatego nie może być wykorzystany w algorytmie regulacji. Jednak i w tym przypadku dobrze sprawdza się filtr komplementarny, którego sygnał wyjściowy nie różni się od rzeczywistej wartości o więcej niż 3°.

2. Porównanie trybów jazdy Na rys. 5 przedstawiono przebiegi czasowe prędkości i prądu dla jazdy do przodu (z ogonem z tyłu) i do tyłu (z ogonem z przodu) w trybie z podparciem. Operator najpierw zadaje maksymalną prędkość do przodu v = 1 ms , następnie zadaje prędkość v = 0 ms , później zadaje maksymalną prędkość do tyłu v = −1 ms , a na końcu ponownie zadaje v = 0 ms . Dzięki temu można na jednym wykresie obserwować niewielkie różnice między jazdą do przodu a jazdą do tyłu.

Podczas jazdy do przodu robot ma mniejsze przyspieszenie i nie osiąga zadanej prędkości, pomimo jej ciągłego wzrostu (t ∈ (0 s; 4 s)). Z kolei podczas jazdy do tyłu, przyspieszenie jest większe, a zmierzona prędkość nieznacznie przekracza prędkość zadaną, by po niedługim czasie ustabilizować się na zadanym poziomie (t ∈ (7 s; 12 s)). Również prąd, podczas jazdy do tyłu, jest nieznacznie mniejszy.

Ta niewielka różnica wartości prądu dla jazdy do przodu i do tyłu, wynika z tego, że moment obrotowy generowany przez silniki jest w tym przypadku niewielki, gdyż robot porusza się po płaskim podłożu i silniki nie są mocno obciążone. Największe różnice pomiędzy jazdą do przodu i do tyłu występują przy dużym obciążeniu silników i związanym z tym dużym momentem obrotowym przez nie generowanym. Efekt ten można zaobserwować na wykresie

n/2013 Pomiary Automatyka Robotyka

1

2

NAUKA

Rys. 7. Stanowisko badawcze dla manewru pokonywania progu Fig. 7. Test environment for passing a step maneuver Rys. 5. Przebiegi czasowe prędkości zmierzonej i zadanej oraz prądu podczas jazdy do przodu i do tyłu w trybie z podparciem Fig. 5. Plot of given and measured velocity and current during moving forward and backward in non-balancing mode

Na rys. 8 przedstawiono przebiegi czasowe kąta odchylenia od pionu, prędkości zmierzonej i zadanej oraz prądu, podczas pokonywania progu przodem.

prądu podczas przyspieszania robota, w chwili t ≈ 0, 5 s i t ≈ 7, 5 s. Różnica wartości prądu jest wtedy największa.

Na rys. 6 przedstawiono przebiegi prędkości i prądu dla ruchu w trybie balansowania. W tym trybie robot reaguje znacznie wolniej na zadane sterowanie, osiągając zadaną prędkość v = 1 ms po około 5 s. Zaletą trybu balansowania

Rys. 8. Przebiegi czasowe podczas pokonywania progu przodem Fig. 8. Plot of inclination, velocity and current during passing a step maneuver in forward direction Rys. 6. Przebiegi czasowe prędkości zmierzonej i zadanej oraz prądu podczas jazdy w trybie balansowania Fig. 6. Plot of given and measured velocity and current during moving in balancing mode

jest mniejszy prąd pobierany przez silniki podczas jazdy.

Jest to skutek mniejszego tarcia, gdyż w trybie tym zderzak nie trze o podłoże. Na zmniejszenie natężenia prądu ma wpływ także mniejsza dynamika robota, czyli powolniejsze przyspieszanie i hamowanie. W przeciwieństwie do trybu stabilnego statycznie, podczas balansowania prąd płynie przez silniki nawet podczas postoju, gdyż robot musi wykonywać niewielkie oscylacje wokół punktu równowagi.

3. Przejazd przodem przez próg Przejazd przez próg to doświadczenie, w którym robot najeżdża na stopień o wysokości 8 cm i zatrzymuje się na nim całym swoim obrysem (rys. 7). Manewr ten, w trybie jazdy z podparciem, można wykonać w dwóch wariantach: przodem lub tyłem.

1

2

Pomiary Automatyka Robotyka n/2013

Manewr przebiegał według harmonogramu: 0 s – 0,4 s – robot stoi nieruchomo.

0,4 s – operator, przy użyciu zadajnika, zadaje prędkość v = −1 ms .

0,4 s – 1,0 s – robot rozpędza się, poruszając się w stronę progu. Niewielka zmiana kąta pochylenia wynika z ugięcia się miękkiego zderzaka z tyłu robota, na skutek działającego na całą konstrukcję momentu siły. Moment ten jest reakcją na ruch obrotowy kół.

1,0 s – pierwszy kontakt kół robota z krawędzią stopnia. Trwający około 0,1 s wzrost prędkości robota wynika z chwilowej utraty kontaktu kół z podłożem. Koła mogą się wtedy swobodnie obracać i bardzo szybko zwiększa się ich prędkość obrotowa. Na rys. 8 została zaznaczona prędkość obrotowa kół. Rzeczywista prędkość robota podczas uderzenia znacznie spada.

1,0 s – 1,8 s – koła stopniowo odzyskują kontakt z podłożem. Skutkiem tego jest spadek ich prędkości obrotowej, gdyż rzeczywista prędkość robota jest znacznie mniejsza.

Pomiary Automatyka Robotyka nr 7–8/2013

109

NAUKA

Nauka Kąt pochylenia robota zwiększa się, gdyż koła wjeżdżają na stopień, zaś zderzak nadal znajduje się na niższym poziomie.

1,8 s – 2,3 s – przyczepność kół i podłoża jest na tyle duża, że robot ponownie rozpędza się. Na tym etapie krawędź stopnia znajduje się między kołami a zderzakiem.

2,3 s – następuje kontakt zderzaka z progiem i ponownie prędkość robota zaczyna spadać.

2,3 s – 3,5 s – zderzak odkształca się i zostaje przeciągnięty siłą rozpędu robota przez krawędź stopnia. Po chwilowej utracie prędkości następuje ponowny jej wzrost.

3,5 s – robot znajduje się w całości na stopniu. Operator zadaje prędkość v = 0 ms .

3,5 s – 4,0 s – robot zatrzymuje się.

Opisany manewr trwa około 3,5 s. Przez około 3 s przez silniki płynie prąd o natężeniu ponad 7 A, a w końcowej fazie osiąga wartość ponad 10 A. Pokonywanie progu przodem stanowi duże obciążenie dla akumulatora, gdyż oprócz energii zużytej na podniesienie całego robota na wysokość 8 cm, następuje wydatek energii na jego rozpędzenie oraz na odkształcenie zderzaka i opon. Robot dwukrotnie traci swoją energię kinetyczną, za pierwszym razem podczas uderzenia kół o stopień, a za drugim razem podczas uderzenia zderzaka o stopień.

1,0 s – zerzak znajduje się już w całości nad stopniem.

Następuje kontakt kół robota z krawędzią stopnia.

1,0 s – 1,3 s – uderzenie kół o próg powoduje chwilową utratę ich kontaktu z podłożem. Następuje krótki wzrost prędkości obrotowej kół w chwili t = 1, 3 s. Uderzenie powoduje także gwałtowny wzrost kąta odchylenia od pionu i oparcie zderzaka o powierzchnię stopnia.

1,3 s – 2,0 s – koła robota wjeżdżają na stopień. Zderzak odbija się od powierzchni stopnia, co jest widoczne na rys. 10 jako chwilowe zmniejszenie kąta o około 8° i ponowne jego zwiększenie.

2,0 s – robot znajduje się w całości na stopniu. Operator zadaje prędkość v = 0 ms .

2,0 s – 3,0 s – robot zatrzymuje się.

4. Przejazd tyłem przez próg

Drugim sposobem pokonania progu jest przejechanie przez niego podczas jazdy do tyłu. Podobnie jak w poprzednim doświadczeniu, stopień ma 8 cm wysokości (rys. 9).

Rys. 10. Przebiegi czasowe podczas pokonywania progu tyłem Fig. 10. Plot of inclination, velocity and current for passing a step maneuver

Rys. 9. Stanowisko badawcze dla manewru pokonywania progu Fig. 9. Test environment for passing a step maneuver

Na rys.10 przedstawiono przebiegi czasowe kąta odchylenia od pionu, prędkości zmierzonej i zadanej oraz prądu, podczas pokonywania progu tyłem.

Manewr przebiegał według harmonogramu: 0 s – 0,45 s – robot stoi nieruchomo.

0,45 s – operator przy użyciu zadajnika zadaje prędkość v = 1 ms .

0,45 s – 1,0 s – robot rozpędza się, poruszając się w stronę progu. Na skutek dużego przyspieszenia oraz momentu siły działającego na konstrukcję robota zderzak podnosi się nad podłoże, co widać na rys. 10 jako zmniejszenie kąta odchylenia od pionu o około 20°. Przy tak zmniejszonym kącie pochylenia zderzak znajduje się na wysokości ponad 8 cm i dzięki temu przemieszcza się nad krawędzią stopnia.

110

Opisany manewr trwa około 2,5 s, zaś prąd o natężeniu nieprzekraczającym 8 A płynie przez jedynie 1,5 s. Przejazd przez próg tyłem jest znacznie bardziej wydajnym i szybszym manewrem niż pokonanie progu przodem. Tak dobry rezultat w porównaniu z poprzednim manewrem wynika z tego, że w tym przypadku nie następuje uderzenie zderzakiem o krawędź stopnia. Zderzak na skutek przyspieszenia robota unosi się nad podłoże na wystarczającą wysokość, aby nie zahaczyć o krawędź stopnia (rys. 11).

Dodatkowo, zderzak znajdujący się nad stopniem służy jako przeciwwaga dla całej konstrukcji w chwili uderzenia kół o próg.

5. Pchanie obiektów W trybie jazdy z podparciem, robot może pchać obiekty na dwa sposoby: przodem oraz tyłem (rys. 12). Przeprowadzone doświadczenia potwierdziły, że bardziej wydajnym sposobem poruszania się w trybie jazdy z podparciem, przy dużym obciążeniu, jest jazda do tyłu. Zaobserwowano także, że pchanie obiektów przodem robota jest znacząco utrudnione przez duży poślizg kół. Znacznie lepsze efek-

n/2013 Pomiary Automatyka Robotyka

3

4

NAUKA

Rys. 11. Kolejne etapy przejazdu tyłem przez próg Fig. 11. Stages of passing a step maneuver

ty daje pchanie przedmiotów zderzakiem robota, podczas jazdy do tyłu.

Na rys. 13 przedstawiono przebiegi czasowe prędkości robota oraz prądu płynącego przez silniki podczas pchania obiektu o masie zbliżonej do masy robota. Obiekt był pchany zderzakiem, podczas jazdy do tyłu.

W czasie t ∈ (0 s; 3, 4 s) operator, przy użyciu zadajnika, podjeżdża do obiektu. W chwili t = 3, 4 s następuje kontakt z obiektem i operator zwiększa zadaną prędkość.

Pomimo zadania maksymalnej prędkości v = 1 ms , robot nie osiąga jej, gdyż nie pozwala na to ograniczenie prądu, zaimplementowane w sterownikach silników. Obciążenie silników jest zbyt duże, aby przy maksymalnym prądzie 10 A robot mógł rozpędzić się, wraz z pchanym przedmiotem, do prędkości zadanej.

Porównując przebiegi czasowe podczas pchania obiektu (rys. 13) z przebiegami czasowymi podczas jazdy bez dodatkowego obciążenia (rys. 5), można zauważyć różnice w osiągniętej prędkości i w płynącym prądzie. Podczas pchania prąd płynący przez silniki jest większy o około 2 A, osiągając maksymalną dozwoloną wartość, zaś uzyskana prędkość jest o połowę niższa. Różnice te są zależne od masy pchanego obiektu oraz od siły tarcia pomiędzy obiektem a podłożem.

Rys. 12. Robot pchający obiekty o masie zbliżonej do jego własnej Fig. 12. Robot pushing obstacles

6. Manewr wstawania do pionu Wstawanie robota do pozycji pionowej jest manewrem automatycznym. Pozwala na szybkie przejście od trybu jazdy w pozycji poziomej do trybu balansowania w pozycji pionowej. W celu opisania działania robota podczas tego manewru, na rys. 14 przedstawiono przebiegi czasowe pięciu sygnałów: – kąta pochylenia robota, wyliczonego przez filtr komplementarny na podstawie sygnałów z żyroskopu i akcelerometru, – prędkości kątowej robota będącej różnicą kąta pochylenia w aktualnej iteracji i w poprzedniej,

3

4

Pomiary Automatyka Robotyka n/2013

Rys. 13. Przebiegi czasowe podczas pchania obiektu Fig. 13. Plot of velocity and current when pushing obstacles

– prędkości liniowej robota, wyznaczonej na podstawie danych odometrycznych, będącej rzeczywistą, średnią prędkością kół, – filtrowanej prędkości liniowej robota, czyli wartości wyznaczonej przez filtr komplementarny, analogiczny do Pomiary Automatyka Robotyka nr 7–8/2013

111

NAUKA

Nauka filtru kąta, lecz operujący na sygnale z akcelerometru (całka przyspieszenia) i na danych odometrycznych, – wartości średniej prądu płynącego przez silniki.

Rys. 14. Przebieg czasowy kąta pochylenia, prędkości kątowej, prędkości liniowej oraz prądu podczas wstawania do pionu Fig. 14. Plot of inclination, angular velocity, linear velocity and current during automatic stand-up maneuver

Manewr był realizowany według następującego harmonogramu:

Rys. 15. Położenie robota podczas automatycznego wstawania do pionu w chwilach 1,3 s, 2,0 s, 2,8 s, 3,2 s, 4,0 s Fig. 15. Stages of automatic stand-up maneuver at 1.3 s, 2.0 s, 2.8 s, 3.2 s, 4.0 s

0 s – 1,3 s – robot stoi nieruchomo na płaskim, poziomym podłożu.

1,3 s – operator za pomocą zadajnika uruchamia manewr wstawania do pionu.

1,3 s – 2,0 s – robot zaczyna poruszać się do przodu z maksymalnym przyspieszeniem. Ten etap zawsze trwa 0,7 s.

2,0 s – po 0,7 s zmienia się sterowanie silników, które zaczynają się obracać w przeciwnym kierunku.

2,0 s – 2,85 s – następuje gwałtowny skok prędkości kątowej robota, który zaczyna wstawać do pionu (rys. 14).

Podczas realizacji tego manewru prąd płynący przez silniki jest regulowany jedynie za pomocą regulatora pro-

112

porcjonalnego. Regulator ustala prąd proporcjonalnie do różnicy kąta zmierzonego i kąta równowagi. W przedziale t ∈ (2, 0 s; 2, 5 s) prąd osiąga wartość maksymalną, a w przedziale t ∈ (2, 5 s; 2, 85 s) widać proporcjonalną zależność prądu od różnicy kątów. Etap ten trwa tak długo, aż robot osiągnie kąt pochylenia bliski kątowi równowagi, lecz nie dłużej niż 1,3 s.

2,85 s – w chwili osiągnięcia kąta pochylenia w przedziale (–10°; +10°) względem kąta równowagi, manewr wstawania zostaje zakończony, robot przechodzi w tryb balansowania.

4,0 s – po ok. 3 s od rozpoczęcia manewru, robot osiąga stabilną dynamicznie pozycję pionową.

Na rys. 14 widać nieznaczną zmianę kąta w przedziale t ∈ (1, 3 s; 2, 0 s), która wynika z podatności zderzaka na działającą na niego siłę. Siła ta jest skutkiem dociążenia punktu podparcia, jakim jest zderzak, podczas przyspieszania całej konstrukcji.

Z kolei w chwili t ≈ 2, 85 s następuje przełączenie robota w tryb balansowania. Postępujące dalej od tego momentu zwiększanie kąta wynika z działania regulatora kąta pochylenia, który po włączeniu wymaga pewnego czasu na ustalenie swojej wartości.

Podobnie, regulator prędkości w trybie balansowania również wymaga ustalenia swojej wartości, co widać na rys. 14 w przedziale t ∈ (4, 0 s; 10, 0 s). Wartość kąta równowagi nie jest dokładnie znana i jest korygowana poprzez regulator prędkości. Kąt równowagi to taki kąt pochylenia, w którym robot zachowuje stabilną dynamicznie pozycję pionową przy średniej prędkości postępowej v ≈ 0, 0 ms .

Ze względu na dużo wolniejsze działanie tego regulatora, powolne zmiany prędkości następują jeszcze przez kilka sekund po wstaniu do pionu.

Na rys. 14 przedstawiono przebiegi prędkości zmierzonej na dwa sposoby: przez odometrię oraz przez całkowanie przyspieszenia w osi poziomej. Różnice pomiędzy tymi wartościami w przedziale czasu t ∈ (1, 3 s; 2, 0 s) obrazują poślizg kół podczas nagłych zmian zadanego prądu oraz gromadzenie energii poprzez odkształcenie sprężystego zderzaka w początkowej fazie ruchu. Z kolei różnice w przedziale czasu t ∈ (2, 0 s; 4, 0 s) wynikają z tego, że w pozycji pionowej akcelerometr znajduje się na pewnej wysokości nad podłożem, na odwróconym wahadle, przez co zmiana prędkości obrotowej kół nie jest ściśle związana z przyspieszeniem mierzonym w punkcie, w którym znajduje się czujnik.

Na rys. 14 w przedziale czasu t ∈ (1, 4 s; 2, 5 s) widać efekt ograniczenia maksymalnego prądu płynącego przez każdy z silników. Jest to zabezpieczenie chroniące silniki i układy elektroniczne przed uszkodzeniem oraz chroniące akumulator przed zbyt szybkim rozładowaniem.

7. Utrzymywanie równowagi Robot stojąc w pozycji pionowej wykonuje niewielkie oscylacje w okolicach punktu równowagi. Wykres kąta pochylenia oraz prędkości liniowej robota w stanie równowagi dynamicznej jest przedstawiony na rys. 16. Kąt pochylenia zmienia się w granicach 3°, zaś prędkość oscyluje w granicach 0, 1 ms . Okres oscylacji wynosi około 5 s. Dzięki zastosowaniu regulatora prądu, robot balansując w ustalonej pozycji pionowej, dąży do utrzymania stałej pozycji.

n/2013 Pomiary Automatyka Robotyka

5

6

NAUKA

Rys. 16. Przebiegi czasowe podczas utrzymywania równowagi w ustalonej pozycji pionowej Fig. 16. Plot of inclination and velocity during standing in balancing mode

Przy stosunkowo niewielkich zmianach prędkości robota i jego kąta pochylenia, na wykresie widoczne stają się niewielkie, chaotyczne zmiany obu tych wartości, o częstotliwości rzędu kilkudziesięciu Hz. Wynikają one z niskiej dokładności przyrządów pomiarowych (czujników) oraz niedostatecznej precyzji i rozdzielczości enkoderów. Objawia się to poprzez niewielkie drgania całej konstrukcji, które jednak nie mają większego wpływu na poprawne działanie robota w opisanych tu manewrach.

8. Przyspieszanie i hamowanie w trybie balansowania W przedstawionym systemie sterowania zaimplementowano możliwość sterowania prędkością postępową i obrotową robota utrzymującego równowagę w pozycji pionowej. Funkcja ta pozwala w pełni wykorzystać zwrotność robota, czyli jego zdolność do obracania się w miejscu, w obszarze wyznaczonym jedynie przez obrys kół. Wprawienie robota stojącego w pozycji pionowej w ruch obrotowy jest trywialne, gdyż wystarczy zadać różne prędkości obrotowe na każde z kół. Znaczne trudniejsze jest nadanie prędkości postępowej, gdyż wiąże się to także ze zmianą kąta pochylenia i uzależnieniem docelowego kąta równowagi od uchybu prędkości. Na rys. 17 przedstawiono zmiany prędkości liniowej i kąta pochylenia robota podczas manewru przyspieszania i hamowania.

Rys. 17. Przebiegi czasowe podczas przyspieszania i hamowania w pozycji pionowej Fig. 17. Plot of inclination and velocity during acceleration and deceleration

Manewr przebiegał według harmonogramu: 0 s – 11 s – robot utrzymuje równowagę w ustalonej pozycji pionowej.

11 s – operator za pomocą zadajnika zadaje stałą, określoną prędkość. Człon różniczkujący regulatora prędkości gwałtownie zmienia docelowy kąt pochylenia. Z kolei regulator kąta uruchamia silniki robota, które na krótką chwilę zaczynają obracać się w przeciwnym kierunku, dopóki kąt nie osiągnie poziomu zadanego. Jest to widoczne na wykre-

5

6

Pomiary Automatyka Robotyka n/2013

sie jako pik prędkości i jednoczesny, nagły skok wartości kąta pochylenia (rys. 17).

11 s – 16 s – od tej chwili robot zaczyna przyspieszać w zadanym kierunku i w miarę zwiększania jego prędkości, zmniejsza się kąt odchylenia od pionu.

16 s – 21,5 s – kiedy zostaje osiągnięta zadana prędkość, robot porusza się ruchem jednostajnym, a kąt odchylenia od pionu jest bliski zeru, podobnie jak podczas stania w miejscu.

21,5 s – operator zadaje prędkość v = 0 ms . Człon różniczkujący regulatora prędkości gwałtownie zmienia zadany kąt pochylenia. Regulator kąta zwiększa zadany prąd w celu zwiększenia kąta pochylenia tak, aby rozpocząć hamowanie.

Jest to widoczne na wykresie jako niewielki pik prędkości oraz jednoczesny skok wartości kąta odchylenia od pionu.

21,5 s – 24 s – prędkość robota maleje, kąt pochylenia oscyluje wokół wartości 4°.

24 s – 30 s – po osiągnięciu zadanej prędkości v = 0 ms , następuje ustalenie pozycji i kąta równowagi.

30 s – 35 s – robot osiągnął równowagę i zachowuje się w podobny sposób jak przed wykonaniem manewru.

Podczas manewru przedstawionego na rys. 17 robot przebył drogę około 8 m w czasie około 13 s. Zarówno manewr przyspieszania oraz manewr hamowania trwają ok.

3 s. Manewry te różnią się nieznacznie od siebie. Hamowanie zachodzi w sposób bardziej gwałtowny, pojawiają się wtedy nagłe zmiany kąta pochylenia i prędkości, widoczne dla t ∈ (21, 5 s; 24, 0 s). Różnice wynikają m.in. z nieliniowej charakterystyki silników i przekładni w zależności od ich prędkości obrotowej. Szczotkowy silnik elektryczny generuje moment obrotowy zależny głównie od płynącego prądu oraz prędkości obrotowej. Regulatory prędkości i prądu działają tak samo dla różnych prędkości robota, lecz moment obrotowy generowany przez silniki, a zatem ich odpowiedź na zadane sterowanie są zależne od prędkości z jaką się obracają. Można zilustrować to następującym przykładem, rozpatrując dwa przypadki: 1) robot balansując w pozycji pionowej przy prędkości v ≈ 0 ms zostaje odchylony o kąt α = 10◦ od pozycji równowagi.

2) robot jadąc w pozycji pionowej z prędkością v ≈ 1 ms zostaje odchylony o kąt α = 10◦ od pozycji równowagi w kierunku przeciwnym do kierunku ruchu.

W drugim przypadku moment obrotowy, który powstanie po osiągnięciu zadanego prądu, będzie większy niż w pierwszym, gdyż zostanie do niego dodany moment związany z oporami ruchu silnika, przekładni i kół. Całkowity moment obrotowy, przy tym samym prądzie, będzie się znacząco różnił w obu przypadkach.

9. Odometria Robot został wyposażony w enkodery na silnikach, dzięki czemu możliwy jest pomiar kąta, o jaki obróciło się każde koło w danym przedziale czasu. Pozwala to na zastosowanie odometrii.

Przedstawione doświadczenie ukazuje pokrótce możliwości robota w dziedzinie odometrii. Doświadczenie polegało na zdalnym sterowaniu robota w taki sposób, aby poruszał się po trajektorii zbliżonej do wzorcowej. Za wzór przyjęto Pomiary Automatyka Robotyka nr 7–8/2013

113

NAUKA

Nauka

Rys. 19. Estymowana trajektoria robota po wykonaniu 11 okrążeń po obwodzie kwadratu w trybie jazdy z podparciem (kolor niebieski) oraz dla trybu balansowania (kolor czerwony) Fig. 19. Estimated robot’s trajectory after 11 laps along a square.

The blue is for trajectory in non-balancing mode, and the red colour is for trajectory in balancing mode

Rys. 18. Stanowisko badawcze dla doświadczenia wyznaczania trajektorii Fig. 18. Test environment for the odometry experiment

kwadrat o boku 1,8 m (rys. 18). Doświadczenie przeprowadzono w dwóch wariantach: w trybie jazdy z podparciem oraz w trybie utrzymywania równowagi. W obu przypadkach robot miał okrążyć wyznaczony obwód kwadratu 11 razy i zatrzymać się w punkcie startowym. Ruch robota był kontrolowany przez operatora zadającego odpowiednie sterowanie w zależności od obserwowanej rzeczywistej pozycji robota.

Dane z enkoderów zamontowanych na silnikach były przeliczane z częstotliwością 100 Hz na zmianę pozycji robota. Pozycję robota określają trzy zmienne: współrzędne na płaszczyźnie (x, y) oraz orientacja (obrót w osi pionowej).

Taka reprezentacja pozycji robota jest uzasadniona przy założeniu, że porusza się on po płaskim, poziomym podłożu.

Rezultat, będący wyznaczoną przez robota trasą po wykonaniu 11 okrążeń po obwodzie kwadratu i zatrzymaniu się w tym samym miejscu, przedstawiono na rys. 19.

Czarnym znakiem X oznaczono punkt startowy dla obu przejazdów. Linią czerwoną zaznaczono estymowaną trasę dla ruchu w trybie jazdy z utrzymywaniem równowagi (w pionie) zaś linią niebieską zaznaczono estymowaną trasę w trybie jazdy z podparciem. Czerwonym znakiem X oznaczono punkt, w którym zatrzymał się robot po wykonaniu 11 okrążeń w trybie jazdy w pionie, zaś niebieskim znakiem X oznaczono punkt, w którym robot zatrzymał się po 11 okrążeniach w trybie jazdy z podparciem.

114

Różnice w dokładności estymowanej trasy są widoczne na pierwszy rzut oka. Robot był sterowany przez człowieka i w związku z tym, rzeczywista trasa robota była jedynie zbliżona do kwadratu o zaokrąglonych rogach. Dołożono jednak wszelkich starań, aby punkt startowy i końcowy były oddalone od siebie o nie więcej niż 0,1 m.

Trasa wyznaczona w trybie jazdy w pionie (kolor czerwony) przypomina kwadrat o boku 1,8 m, o zaokrąglonych rogach, a punkt końcowy leży w odległości około 0,3 m od punktu startowego. Z kolei trasa wyznaczona w trybie jazdy z podparciem wygląda bardziej chaotycznie, a punkt końcowy leży w odległości około 2,5 m od punktu startowego.

Tak duże różnice w dokładności wyznaczonej trasy w trybie jazdy z podparciem wynikają ze znacznego poślizgu kół podczas skręcania, przyspieszania i hamowania.

Poślizg ten jest wynikiem odciążenia obu kół przez trzeci punkt podparcia – zderzak. W trybie jazdy w pionie robot stoi jedynie na dwóch punktach, przez co siła nacisku na każe koło jest większa. Dzięki temu większa jest także maksymalna siła tarcia, przy której koło nie wpada w poślizg. Dodatkowo, w trybie jazdy w pionie robot porusza się wolniej i bardziej płynnie niż w trybie jazdy z podparciem. Wykonanie 11 okrążeń w trybie jazdy w pionie trwało 202 s, zaś w trybie jazdy z podparciem 107 s.

10. Podsumowanie Robot mobilny Ryś to platforma o dużych możliwościach.

Sprawnie porusza się w dwóch trybach jazdy: pionowym i poziomym, oraz może samodzielnie wstawać do pionu.

Dzięki temu łączy w sobie zalety robotów balansujących oraz robotów stabilnych statycznie. W trybie stabilnym statycznie robot może poruszać się po nierównym podłożu, pchać różne przedmioty, mieści się w niskich przejściach

n/2013 Pomiary Automatyka Robotyka

7

8

NAUKA oraz może poruszać się szybciej, z większą dynamiką. Odbywa się to kosztem większego tarcia i związanego z tym większego poboru mocy. Z kolei, w trybie pionowym koła są lepiej dociskane do podłoża oraz nie występuje tarcie zderzaka. Dzięki temu robot pobiera mniej mocy podczas jazdy oraz charakteryzuje się znacznie dokładniejszą odometrią. W trybie tym, jego ruchy są powolniejsze i bardziej płynne. Robot jest wyższy niż w trybie poziomym oraz zajmuje mniejszą powierzchnię. Potrafi dzięki temu zawracać w ograniczonej przestrzeni. Wadą balansowania jest ciągły pobór mocy, nawet podczas stania w miejscu, związany z niewielkimi ruchami koniecznymi do utrzymywania równowagi.

Ze względu na niewielką zajmowaną powierzchnię oraz stosunkowo dużą wysokość, w przyszłości robot mógłby wykonywać takie zadania jak: – patrolowanie terenu, – śledzenie lub wskazywanie drogi (np. robot–przewodnik),

Mobile robot with two modes of locomotion – experimental results Abstract: The article describes experiments performed on mobile robot that can move in two modes of locomotion: dynamically stable and statically stable. The robot can switch between these two modes

– informowanie (np. mobilna informacja turystyczna).

with automatic maneuver.

Podziękowania

Keywords: mobile robot, inverted pendulum, experimental results

Tomasz Winiarski dziękuje za wsparcie otrzymane w postaci stypendium współfinansowanego przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego, które przyznawane jest przez Centrum Studiów Zaawansowanych Politechniki Warszawskiej w ramach projektu „Program Rozwojowy Politechniki Warszawskiej”. Projekt był finansowany ze środków Narodowego Centrum Nauki przyznanych na podstawie decyzji numer DEC-2012/05/D/ST6/03097.

Bibliografia

1. Stilman M., Olson J., Gloss W. (May, 2010): Golem Krang: Dynamically Stable Humanoid Robot for Mobin William Gloss, [in:] IEEE International Conference on Robotics and Automation ICRA’10, IEEE. 2. Cazzolato B. S., Harvey J., Dyer C., Fulton K., Schumann E. J., Zhu T., Prime Z. D., Davis B., Hart S. C., Pearce E., et al., Modeling, simulation and control of an electric diwheel, [in:] Australasian Conference on Robotics and Automation (ACRA), 2011.

3. Zieliński C., Kornuta T., Trojanek P., Winiarski T., Metoda projektowania układów sterowania autonomicznych robotów mobilnych. Część 1. Wprowadzenie teoretyczne, ”Pomiary Automatyka Robotyka” 9/2011, 84–87.

4. Zieliński C., Kornuta T., Trojanek P., Winiarski T., Metoda projektowania układów sterowania autonomicznych robotów mobilnych. Część 2. Przykład zastosowania, ”Pomiary Automatyka Robotyka” 10/2011, 84–91.

5. Chang W.-D., Hwang R.-C., Hsieh J.-G., A self-tuning PID control for a class of nonlinear systems based on the Lyapunov approach, ”Journal of Process Control” 2/2002, 233–242.

6. Cousins S., ROS on the PR2 [ROS Topics], ”Robotics & Automation Magazine, IEEE” 3/2010, 23–25.

7. Seredyński D., Winiarski T., Banachowicz K., Walęcki M., Stefańczyk M., Majcher P., Robot mobilny o zmiennym sposobie lokomocji – konstrukcja mechaniczna i elektroniczna, ”Pomiary Automatyka Robotyka” 1/2013, 162–167.

7

8. Winiarski T., Seredyński D., Robot mobilny o zmiennym sposobie lokomocji – system sterowania, ”Pomiary Automatyka Robotyka” 5/2013, 93–99.

9. A. Markowski A. L.J. Kostro (1985): Automatyka w pytaniach i odpowiedziach. Wydawnictwa NaukowoTechniczne.

10. Kim Y., Kim S. H., Kwak Y. K., Dynamic analysis of a nonholonomic two-wheeled inverted pendulum robot, ”Journal of Intelligent & Robotic Systems” 1/2005, 25–46.

mgr inż. Dawid Seredyński W 2012 r. ukończył Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych Politechniki Warszawskiej. Był aktywnym członkiem koła robotyki „Bionik” na macierzystym wydziale, gdzie tworzył i rozwijał układy sterowania robotów mobilnych. Podsumowaniem badań prowadzonych w trakcie studiów była praca magisterska „System sterowania dwukołowym robotem mobilnym o zmiennym sposobie lokomocji”, która została obroniona z wyróżnieniem, a rok później uzyskała także wyróżnienie w V edycji konkursu „Młodzi Innowacyjni” PIAP. e-mail: dawid.seredynski@gmail.com dr inż. Tomasz Winiarski Jest adiunktem w Instytucie Automatyki i Informatyki Stosowanej Politechniki Warszawskiej. Sprawuje funkcje kierownika laboratorium robotyki w macierzystym instytucie, a także opiekuna studenckiego koła naukowego „Bionik”, które współtworzył i z którym organizował imprezy popularyzujące robotykę oraz realizował granty badawcze. W 2010 r. otrzymał za osiągnięcia naukowe nagrodę indywidualną drugiego stopnia rektora PW, w 2011 r. wyróżnienie w konkursie „Innowator Mazowsza”, a także pierwszą nagrodę w konkursie „Młodzi Innowacyjni” PIAP. Jego zainteresowania naukowe dotyczą z jednej strony konstrukcji i nawigacji robotów mobilnych dedykowanych do zadań usługowych, z drugiej strony specyfikacji i implementacji zadań manipulatorów i chwytaków ze szczególnym uwzględnieniem hybrydowego sterowania pozycyjno-siłowego oraz sterowania impedancyjnego. e-mail: tmwiniarski@gmail.com

Pomiary Automatyka Robotyka nr 7–8/2013

8

Pomiary Automatyka Robotyka n/2013

115

Forum młodych Wydarzenia młodych wydarzenia

II Noc Robotów PIAP – entuzjazm i pomysłowość studentów

Zobacz więcej

Pobierz bezpłatną aplikację PAR+

Wspomnienia II Nocy Robotów, która 25 maja 2013 r. zgromadziła

App Store | Google Play

w siedzibie Przemysłowego Instytutu Automatyki i Pomiarów PIAP ok.

5,5 tys. fanów robotyki, są wciąż żywe. Często padają pytania o datę kolejnej imprezy. Na uwagę zasługuje ogromne zaangażowanie studentów reprezentujących czołowe uczelnie techniczne, którzy przywieźli swoje konstrukcje niemal z całej Polski.

Znaczenie udziału studentów w imprezach organizowanych przez PIAP jest nie do przecenienia. Organizatorzy zapraszają młodych konstruktorów, studenci garną się do współpracy z doświadczonymi inżynierami, poszerzają wiedzę i praktyczne umiejętności.

W I Nocy Robotów wzięli udział studenci z całej Polski, z dziewięciu kół naukowych. Tym razem obecni byli studenci z kolejnych kół oraz przedstawiciele

116

szkół średnich. Park Robotów Studenckich i Edukacyjnych był ważną częścią wydarzenia. W strugach deszczu, przez wiele godzin, cierpliwie odpowiadali na liczne pytania i omawiali tajniki swoich konstrukcji.

Studenckie Koło Naukowe Robotyki SKaNeR (Politechnika Łódzka) już po raz drugi wystąpiło podczas Nocy Robotów. Podobnie, jak podczas edycji z 2010 r., studenci mieli do dyspozycji

dużą salę tuż przy wejściu na teren Instytutu. Dla wielu gości pokazy studentów stanowiły pierwszy kontakt z robotami.

Prezentacje miały formę show. Studenci witali gości, komentowali zdarzenia, przekazywali wiedzę i ciekawostki o robotyce. Najważniejsze były oczywiście roboty. Pokazy były skierowane głównie do dzieci i były nastawione na interakcję. Kilka robotów działało w sposób zależny od bodźców zewnętrznych, dzięki czemu można było stwierdzić, że zachowują się inaczej, gdy przybijemy z nimi „piątkę” (wykorzystanie czujnika dotykowego), inaczej, gdy klaśniemy (mikrofon), a jeszcze inaczej, gdy pogłaszczemy robo-pieska po pyszczku.

Jedną z atrakcji było programowanie robotów sumo. Walczącymi robotami zdalnie sterowali widzowie. Atrakcję

Fot. M. Morawski, M. Malec, SKN Robotyki SKaNeR, KN Wydziału Mechatroniki Robomatic

Jeden z konstruktorów, Marcin Malec, z CyberRybą

Fot. M. Morawski, M. Malec, SKN Robotyki SKaNeR, KN Wydziału Mechatroniki Robomatic

stanowiło operowanie manipulatorem – złapanie i przeniesienie detalu.

Odpowiednie sterowanie wszystkimi stopniami tego modelu nie było łatwe.

Podobne trudności napotykają studenci poszukujący analitycznego rozwiązania odwrotnego zadania kinematyki.

Prezentowano roboty podążające za linią, w tym robota z napędem tunelowym zwiększającym docisk do podłoża – paradoksalnie większy ciężar (choć ta sama masa) umożliwia osiąganie większych prędkości.

Największe emocje budził robo-pies, który wyglądem i zachowaniem zjednał sobie widzów (zwłaszcza pań). Piesek zachęcał do pieszczot, tłum zainteresowanych nie dawał mu ani chwili wytchnienia, toteż siedem godzin pokazów dało się we znaki konstrukcji.

Koło Naukowe Wydziału Mechatroniki Robomatic (Politechnika Warszawska) wystąpiło z dwoma projektami.

Trąba Słonia to konstrukcja zmierzająca do lepszego zrozumienia natury.

Prawdziwa trąba składa się z tysięcy mięśni i należy do najdoskonalszych naturalnych manipulatorów. Natomiast konstrukcja Quadrocopter jest wynikiem przygody z awioniką. Robot jest przystosowany do lotów na otwartej przestrzeni, gdzie bez problemu osiąga pułap nawet 40 m! Podczas Nocy Robotów studenci udzielili TVP wywiadu, który został wyemitowany w głównym wydaniu Panoramy.

Zainteresowaniem cieszyły się modele samolotów skonstruowane przez Studenckie Międzywydziałowe Koło Naukowe SAE Aerodesign (Politechnika Warszawska), przygotowane specjalnie na zawody. Zaprezentowano konstrukcje nagrodzone w konkursach – drony, które zdobyły trzy główne nagrody oraz sześć nagród dodatkowych w konkursie Aero Design 2013 w Californii.

Dwaj doktoranci Politechniki Krakowskiej: Marcin Malec i Marcin Morawski zaprezentowali najnowszą

Fani robo-pieska

wersję unikalnego w skali kraju podwodnego robota mobilnego z napędem falowym. CyberRyba, bo o niej mowa, to hit wielu imprez, również poprzedniej Nocy Robotów. Tym razem CyberRyba pływała w ogrodowym basenie o pojemności 8000 litrów. Widzowie mogli sterować podwodnym robotem za pomocą joysticka podłączonego do laptopa, z którego bezprzewodowo były wysyłane rozkazy sterujące. Piąta wersja to najbardziej zaawansowany prototyp sztucznej ryby. Ma opływowy kształt zaprojektowany w systemie CAD na podstawie scanu 3D naturalnej ryby, co umożliwia nałożenie silikonowego poszycia doskonale imitującego karpia.

Sposób poruszania się CyberRyby został dopracowany w wyniku badań i eksperymentów z uwzględnieniem kinematyki żywych ryb. Robot jest wyposażony w nowoczesne, sterowane cyfrowo serwomechanizmy, dwutorowy system komunikacji bezprzewodowej, jednostkę inercyjną IMU do pomiaru orientacji w przestrzeni, prędkości kątowych i przyspieszeń, jak również czujniki ciśnienia. Zbiornik balastowy, pełniący funkcję sztucznego pęcherza pławnego, umożliwia CyberRybie zanurzanie się.

Ostatnie wersje powstały przy współpracy z Akademią Marynarki Wojennej. Współpraca przebiega owocnie, planowane są dalsze wspólne działania w ramach krajowych oraz europejskich programów badawczo-rozwojowych.

Studenci z Koła Naukowego Robotyków (Politechnika Warszawska) zaprezentowali kilka swoich konstrukcji. Eksponaty dobrano tak, by zainteresowały inżynierów, studentów i najmłodsze dzieci – były wśród nich: MicroMouse, dwa roboty MicroSumo, manipulator o dwóch stopniach swobody oraz platforma mobilna, nie zabrakło również robota typu Line Follower. Największym zainteresowaniem cieszył się robot MicroMouse, odnoszący sukcesy w zawodach konstruktorskich. Robot ten zajął m.in. I miejsce w zawodach ROBOXY 2012 oraz II miejsce w zawodach SumoChallenge 2012. Zawody te polegają na szybkim pokonaniu labiryntu, a dokładniej na dojechaniu w jak najkrótszym czasie do komórek centralnych labiryntu. Robot poruszał się po małym labiryncie, a studenci tłumaczyli, jak działa, w jakie czujniki został wyposażony, jakie algorytmy sterujące zostały zaimplementowane. Dużą widownię miały dwa bliźniacze roboty MicroSumo M&M’s, które na ringu toczyły walki.

W zawodach typu sumo wygrywa ten,

kto wypchnie przeciwnika poza ring. Roboty M&M’s to również zwycięzcy kilku zawodów. Platforma omnikierunkowa to ostatni z robotów mobilnych. Dzięki zastosowaniu kół o nietypowej budowie może poruszać się w dowolnym kierunku bez zmiany orientacji.

Zaprezentowano też stanowisko złożone z manipulatora o dwóch stopniach

Trąba słonia swobody. Do stanowiska ustawiały się długie kolejki, gdyż manipulator został ustawiony w tryb pracy ręcznej, dzięki czemu każdy mógł przekonać się, jak robot wykonuje poszczególne ruchy.

Studenci Instytutu Automatyki i Inżynierii Informatycznej (Politechnika Poznańska) zaprezentowali wyniki swoich w pełni innowacyjnych prac dyplomowych – robota antropomorficznego odwzorowującego ruchy operatora oraz robota pięcionożnego. Pokazy sprawności robota humanoidalnego cieszyły się dużym zainteresowaniem, podobnie jak nietypowy sposób przebierania pięcioma nogami, jakiego nie spotykamy w naturze.

Dyplomantów Akademii Górniczo-Hutniczej reprezentował Bartosz Babiak, który przywiózł kroczącego robota inspekcyjnego do wysokich konstrukcji stalowych. Robot może znaleźć zastosowanie w monitorowaniu i diagnostyce wiaduktów, mostów czy innych wysokich lub trudno dostępnych konstrukcji. Zastosowane w odnóżach robota elektromagnesy umożliwiają zachowanie przyczepności do elementów metalowych.

Wśród stanowisk studenckich nie zabrakło przedstawiciela Mars Society Polska – Roberta Lubańskiego, który prezentował historię udziału studenckich łazików marsjańskich w zawodach University Rover Challenge. Można było porozmawiać z nim o przygotowaniach i o samych zawodach. Studenci mogli

Pomiary Automatyka Robotyka nr 7–8/2013

117

Forum młodych wydarzenia

Platforma omnikierunkowa Robot Miriam w fazie konstrukcji

Robot antropoidalny

Robot pięcionożny

dowiedzieć się, jak stworzyć drużynę i wyjechać na URC. Szczególnie zainteresowani tym projektem byli studenci Politechniki Poznańskiej i Politechniki Gdańskiej. Rozmowy nabierały rumieńców, gdy dołączał do nich Wojciech Głażewski (Glazevski Robotics) – żywa historia zawodów URC. Jest jednym z konstruktorów takich łazików marsjańskich jak: Skarabeusze, Magma i Magma2, które próbowały swoich sił w konkursie URC. W 2011 r. łazik Magma2 zajął I miejsce w konkursie.

Czarowi Nocy Robotów ulegli również nauczyciele oraz uczniowie Technikum nr 7 z Warszawy. Zaprezentowali model linii technologicznej zasilany pneumatycznie, przy którym gromadziły się liczne grupy uczniów – każdy chciał sterować linią produkcyjną, zmieniać jej funkcje.

Furorę zrobili Piotr Adamski – maturzysta z IV LO w Olsztynie i jego robot Miriam. Jeszcze w samo południe Piotr zdawał ustną maturę z języka polskiego, następnie wsiadł do autobusu jadącego do Warszawy i po kilku godzinach prezentował sześcionożnego robota kroczącego. Duet Piotr – Miriam jest znany

Robert Lubański z Mars Society Polska prezentuje dorobek studenckich łazików marsjańskich

118

Robot do inspekcji konstrukcji stalowych

wśród fanów robotyki, wygrywa konkursy, udziela wywiadów w programach radiowych i telewizyjnych.

Noc Robotów organizowana przez PIAP to doskonała okazja do promocji pomysłów i konstrukcji studenckich w dziedzinie robotyki. Dzięki temu młodzi ludzie mają szansę na zaistnienie w tym nieco hermetycznym środowisku, co w przyszłości może zaowocować karierą w renomowanej firmie bądź etatem na uczelni.

Choć pogoda nie była sprzyjająca, wszystkim dopisywał humor. Niewątpliwie przyczynili się do tego uczestnicy imprezy, którzy z niekłamanym zainteresowaniem zgłębiali tajniki robotyki. Noc Robotów to świetne forum wymiany doświadczeń, nawiązania współpracy i przyjaźni.

– Wrażenia są bardzo pozytywne. Dużo zwiedzających osób, często dobrze zorientowanych w temacie. Można było przeprowadzić interesującą rozmowę i wymienić się doświadczeniami. W czasie Nocy Robotów zabrakło chyba tylko robotów medycznych – stwierdził jeden z przedstawicieli Parku Robotów Studenckich i Edukacyjnych.

Inna opinia brzmiała: – Festiwal zorganizowany z ogromnym rozmachem, niezwykle bogaty w liczne atrakcje, jak roboty latające, stacjonarne czy mobilne. Mimo złej pogody impreza udała się znakomicie, a to wszystko dzięki dobrej organizacji, zaangażowaniu wystawców i dobrym humorom zwiedzających.

Spotkanie pasjonatów robotyki i wymienianie doświadczeń, dało nam dużo radości i zaowocowało nowymi pomysłami.

Szczegółowe przedstawienie wszystkich konstrukcji w tej relacji jest niemożliwe. Zachęcamy studentów do opisania projektów w sekcji Forum Młodych – czekamy na ciekawe artykuły.

Dziękujemy wszystkim za zaangażowanie, życzymy udanych, innowacyjnych projektów i już dzisiaj zapraszamy do udziału w kolejnej Nocy Robotów.

Małgorzata Kaliczyńska PAR

Podwójny sukces polskich łazików Dwie polskie konstrukcje stanęły na podium prestiżowych, międzynarodowych zawodów

Fot. KN Robotyków Mars Society Polska, P. Adamski, B. Babiak AGH, archiwum Politechniki Poznańskiej, K. Zawieska/PIAP, Mars Society

University Rover Challenge. Zespoły Hyperion z Białegostoku oraz Scorpio3 z Wrocławia zajęły odpowiednio pierwsze i drugie miejsce.

Zespół Hyperion

Załoga z Białegostoku osiągnęła ponadto najlepszy wynik w historii zawodów, zdobywając 493 na 500 możliwych punktów. Jest to już druga wygrana Polaków w historii University Rover Challenge – dwa lata temu najwyższe miejsce na podium zajął łazik Magma2, również skonstruowany w Białymstoku.

Świetny wynik polskich zespołów to rezultat ciężkiej pracy studentów, uczelni i organizatorów. – Po raz kolejny udowodniliśmy, że jeśli bierzemy się za jakiś projekt, to chcemy i potrafimy być w nim najlepsi – mówi Mateusz Józefowicz z Mars Society Polska, organizatora wyjazdu polskich łazików do Stanów Zjednoczonych.

Zawody URC odbywały się na amerykańskiej pustyni w stanie Utah, w pobliżu analogu bazy marsjańskiej Mars Society. W ciągu trzech dni zespoły musiały wykonać skomplikowane zadania, w tym rozpoznanie terenu, poszukiwanie śladów życia w próbkach gleby oraz dostarczenie pakietu medycznego rannemu astronaucie. Wysoka temperatura oraz przypominające warunki marsjańskie pył i niska wilgotność powietrza są prawdziwym wyzwaniem dla maszyn i ludzi.

Mat. pras. MARS SOCIETY POLSKA

Zobacz więcej

Pobierz bezpłatną aplikację PAR+ App Store | Google Play

Zespół Scorpio3

Pomiary Automatyka Robotyka nr 7–8/2013

119

Indeks firm zestawienie reklam i materiałów promocyjnych

Automatyka-Pomiary-Sterowanie SA

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

45

Balluff Sp. z o.o.

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

85

Beckhoff Automation Sp. z o.o.

tel. 22 750 47 00 www.beckhoff.com

64–65

Conrad Electronic Polska

tel. 12 622 98 16 www.conrad.pl

31

PPUH Eldar

120

tel. 77 442 04 04 www.eldar.biz

7

Elesa+Ganter Polska Sp. z o.o.

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

7

Elmark Automatyka Sp. z o.o.

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

38, 39, 66

Festo Sp. z o.o.

tel. 22 711 42 71 www.festo.pl

36–37

Guenther Polska Sp. z o.o.

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

HARTING Polska Sp. z o.o.

tel. 71 352 81 71 www.HARTING.pl

6

HF Inverter Polska s.c.

tel. 56 623 73 16 www.hfinverter.pl

40–41, 123

ifm electronic Sp. z o.o.

tel. 32 608 74 58 www.ifm.com

73

Jumo Sp. z o.o.

tel. 71 339 82 39 www.jumo.com.pl

80–81

Kubler Sp. z o.o.

tel. 61 849 99 02 www.kubler.pl

6

LAB-EL Elektronika Laboratoryjna s.j.

tel. 22 753 61 30 www.label.pl

68–69

87

Langas Group

tel. 22 696 80 20 www.langas.pl

65

Nord Napędy Sp. z o.o.

tel. 12 288 99 00 www.nord.pl

1, 32–33

o2 Sp. z o. o.

tel. 22 398 88 88 www.poczta.o2.pl

44

o2 Sp. z o. o.

el. 22 398 88 88 www.pej.cz

86

Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP

tel. 22 874 00 00 www.piap.pl

84

Poltraf Sp. z o.o.

tel. 58 557 52 07 www.poltraf.com.pl

82

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

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

30

Radwag Wagi Elektroniczne

tel. 48 384 88 00 www.radwag.pl

2, 70–71

SCHUNK Intec Sp. z o.o.

tel. 22 726 25 00 www.schunk.com

61, 62–63

SEMICON Sp. z o.o.

tel. 22 615 73 71 www.semicon.com.pl

78–79

SEW-Eurodrive Polska Sp. z o.o.

tel. 42 676 53 00 www.sew-eurodrive.pl

18–20, 124

Targi Kielce SA

41 365 12 22 www.targikielce.pl

79

Targi Lublin SA

tel. 81 458 15 11 www.targi.lublin.pl

89

Turck Sp. z o.o.

tel. 77 443 48 00 www.turck.pl

6, 83

Zeva Creator s.c.

tel. 77 461 54 53 www.zevacreator.com

34–35

Pomiary Automatyka Robotyka nr 7–8/2013

121

REDAKCJA

PRENUMERATA miesięcznika „Pomiary Automatyka Robotyka” Rok 17 (2013) nr 7–8 (197–198) ISSN 1427-9126, Indeks 339512 Redakcja Al. Jerozolimskie 202, 02-486 Warszawa tel. 22 874 00 66, 22 874 02 02, 22 874 01 91 fax 22 874 02 02 e-mail: redakcja@par.pl www.par.pl

Prenumeratę można zamówić pod następującymi adresami: Redakcja PAR Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP Al. Jerozolimskie 202, 02-486 Warszawa tel. 22 874 03 51

Rada programowa dr inż. Mariusz Andrzejczak, Bumar Sp. z o.o. prof. dr hab. inż. Jan Awrejcewicz, Katedra Automatyki i Biomechaniki, Politechnika Łódzka dr inż. Janusz Berdowski, Polskie Centrum Badań i Certyfikacji SA prof. dr hab. inż. Tadeusz Glinka, Instytut Elektrotechniki i Informatyki, Politechnika Śląska dr inż. Stanisław Kaczanowski, prof. PIAP, Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP dr Aleksandra Kolano-Burian, Instytut Metali Nieżelaznych prof. dr hab. inż. Andrzej Masłowski, Instytut Automatyki i Robotyki, Politechnika Warszawska prof. dr inż. Tadeusz Missala, Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP prof. dr hab. inż. Zdzisław Mrugalski, Instytut Mikromechaniki i Fotoniki, Politechnika Warszawska prof. dr inż. Eugeniusz Ratajczyk, Instytut Metrologii i Inżynierii Biomedycznej, Politechnika Warszawska dr hab. inż. Waldemar Skomudek, prof. PO, Wydział Inżynierii Produkcji i Logistyki, Politechnika Opolska dr hab. inż. Roman Szewczyk, prof. PW, Instytut Metrologii i Inżynierii Biomedycznej, Politechnika Warszawska dr hab. inż. Andrzej Szosland, prof. PŁ, Katedra Pojazdów i Podstaw Budowy Maszyn, Politechnika Łódzka prof. dr hab. inż. Eugeniusz Świtoński, Wydział Mechaniczny Technologiczny, Politechnika Śląska prof. dr hab. inż. Krzysztof Tchoń, Instytut Informatyki, Automatyki i Robotyki, Politechnika Wrocławska doc. dr inż. Jan Tomasik, Instytut Metrologii i Inżynierii Biomedycznej, Politechnika Warszawska

fax 22 874 02 02

Redaktor naczelny dr inż. Jan Jabłkowski

Oddział Krajowej Dystrybucji Prasy

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

infolinia: 801 443 122

Sekretarz redakcji mgr Urszula Chojnacka Zespół redakcyjny dr inż. Jan Barczyk – robotyka mgr Sylwia Batorska 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 mgr Sylwia Batorska, sbatorska@par.pl Skład i redakcja techniczna Ewa Markowska, emarkowska@par.pl EDIT Sp. z o.o.

Wydawca Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP Al. Jerozolimskie 202, 02-486 Warszawa Miesięcznik PAR jest indeksowany w bazach BAZTECH oraz INDEX COPERNICUS (4,02). Punktacja MNiSW za publikacje naukowe w miesięczniku PAR wynosi 5 pkt (poz. 1027).

Wersją pierwotną (referencyjną) jest wersja papierowa.

Redakcja nie ponosi odpowiedzialności za treść publikacji o charakterze reklamowym oraz zastrzega sobie prawo skracania i adiustacji tekstów. © Wszelkie prawa zastrzeżone

122

na stronie www.par.pl/prenumerata Koszt prenumeraty STANDARD (dla firm, instytucji i osób fizycznych): yy roczna – 99,00 zł, yy dwuletnia – 176,00 zł.

Koszt prenumeraty EDU (dla uczniów, studentów, nauczycieli i pracowników naukowych): yy roczna – 69,99 zł, yy dwuletnia – 120,00 zł.

Prenumeratę pod ww. adresami rozpocząć można od dowolnego numeru, na dowolny okres. Koszt przesyłki pokrywa dostawca.

Prenumeratę można także zamówić u następujących kolporterów: 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 ul. Annopol 17a, 03-236 Warszawa 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.

Wszystkie ceny są kwotami brutto.

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2013

123

Aplikacje ENERGETYKA

124